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全面详解氧气

本站 2017-06-30 10:03:51

      氧,一种化学元素。化学符号O,原子序数8,原子量15。9994,属周期系ⅥA族。氧是无色、无臭、无味的气体,熔点-218.4℃,沸点-182.962℃,气体密度1.429 g/cm³,液态氧是淡蓝色的。氧是化学性质活泼的元素,除了惰性气体,卤素中的氯、溴、碘以及一些不活泼的金属(如金、铂)之外,绝大多数非金属和金属都能直接与氧化合。

      氧气是空气的组分之一,无色、无嗅、无味。氧气密度比空气大,在标准状况(0℃和大气压强101325帕)下密度为1.429g/l,能溶于水,但溶解度很小,1L水中约溶30mL氧气。在压强为101kPa时,氧气在约-180摄氏度时变为淡蓝色液体,在约-218摄氏度时变成雪花状的淡蓝色固体。

      氧气是维持我们生存不可或缺的气体,氧气是使我们人类生存最为重要的物质。虽然它看不清摸不着,可是我们却无时无刻都离不开它。一般人缺少食物一个礼拜后会死亡,缺少水三到四天会死亡,但如果没有氧气的供给,十几分钟人就会休克、半小时就会死亡,由此可见氧气的重要性。氧气虽然给人类提供了生存的条件,但它也给我们带来了不便,由于氧化反应的存在,食物在空气之中一旦时间过长。可能会腐烂,铁会生锈,铜则会被附着一层铜绿,这些也令人困扰。

      1774年英国化学家普里斯特利用一个大凸透镜将太阳光聚焦后加热氧化汞,制得纯氧,并发现它助燃和帮助呼吸,称之为“脱燃素空气”。瑞典舍勒用加热氧化汞和其他含氧酸盐制得氧气虽然比普里斯特利还要早一年,但他的论文《关于空气与火的化学论文》直到1777年才发表,但他们二人确属各自独立制得氧。1774年,普里斯特利访问法国,把制氧方法告诉拉瓦锡,后者于1775年重复这个实验,把空气中能够帮助呼吸和助燃的气体称为oxygene,这个字来源于希腊文oxygenēs,含义是“酸的形成者”。因此,后世把这三位学者都确认为氧气的发现者。

      氧有三种稳定同位素,即氧16、氧17和氧18,其中氧16含量占99.759%。氧在地壳中的含量为48.6%,居首位,氧在地球上分布极广,大气中的氧占21%,海洋和江河湖泊中到处都是氧的化合物(水),氧在水中占88.8%。地球上还存在着许多含氧酸盐,如土壤中所含的铝硅酸盐,还有硅酸盐、氧化物、碳酸盐的矿物。大气中的氧不断地用于动物的新陈代谢,人体中氧占65%,植物的光合作用能把二氧化碳转变为氧气,使氧得以不断地循环。虽然地球上到处是氧,但氧主要是从空气中提取的,有取之不尽的资源。

      在低氧或缺氧的环境中工作的人,如潜水员、宇航员,氧更是维持生命所不可缺少的。在宇宙飞船中,可利用宇航员呼出的二氧化碳气体与超氧化钾作用,产生氧气,供宇航员呼吸用。

      生产和应用大规模生产氧气的方法是分馏液态空气,首先将空气压缩,待其膨氧胀后又冷冻为液态空气,由于稀有气体和氮气的沸点都比氧气低,经过分馏,剩下的便是液氧,可贮存在高压钢瓶中。

      所有的氧化反应和燃烧过程都需要氧,例如炼钢时除硫、磷等杂质,氧和乙炔混合气燃烧时温度高达3500℃,用于钢铁的焊接和切割。玻璃制造、水泥生产、矿物焙烧、烃类加工都需要氧。液氧还用作火箭燃料,它比其他燃料更便宜。但氧的活性状态如、OH以及H2O2等对生物的组织有严重的损坏作用,紫外线对皮肤和眼的损害多与此种作用有关。

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