氧

化学元素

氧，元素周期表第二周期、第ⅥA族非金属元素，元素符号O，原子序数8，相对原子质量15.9994，电负性仅次于氟。氧是地壳中最丰富、分布最广的元素，也是构成生物界与非生物界最重要的元素，在地壳的含量为48.6%。单质氧在大气中占20.9%。除了16O外，还有17O和18O等同位素。

相关历史

氧的发现

从严格意义上讲，发现氧元素的为瑞典化学家舍勒，而确定氧元素化学性质的为法国化学家拉瓦锡，约瑟夫·普里斯特利是第一位发布氧元素声明的人。因而这三位化学家均因发现氧而获得了荣誉。

2018年5月16日，大阪产业大学、日本国立天文台及名古屋大学等组成的团队宣布，使用南美智利的ALMA射电望远镜发现距地球132.8亿光年的狮子座方向银河中存在氧。

2023年，东京工业大学近藤洋介团队及多国研究人员通过将氟原子高能束粉碎成液态氧，首次创造出含有8个质子和20个中子的氧同位素：氧-28。

氧译名的演变

氧元素西文原名是“oxygen”。oxygen(法文为:oxygène,源自希腊文oxys<酸>和gene<产生、源>)是法国化学家拉瓦锡给出的，因为他认为这种物质是酸性物质的制造者。此前，有人将这种物质称为生气(vital gas)或养气(nourishing gas)，因为它是人和动物生命所必需的。

19世纪初，欧洲化学家发现，拉瓦锡的观点——“oxygen 是酸性物质的制造者”并不正确，因为盐酸(HCl)和氢氟酸(HF)都不含有氧元素，但它们都有酸性。因此，他们认为拉瓦锡将这种物质命名为“oxygen”并不正确。

1855年，英国传教士合信在《博物新编》里首次将oxygen翻译到中国来。他将oxygen译为“养气”，依据的不是“酸性物质的制造者”之意，而是取“生养”之意。“生养”之意显然比“酸性物质的制造者”之意更准确。译名“养气”基本上被随后出版的化学书籍采用，如《化学鉴原》。1908年，清政府学部审定科编纂了《化学语汇》，用的也是“养气”。

1898年，益智书会出版了《修订元素表》(The Revised List of Chemical Elements)。该表依据“重要元素应该意译，一个元素译以一个汉字”的原则，将oxygen译为“养”。

1901年，益智书会公布《协定化学名目》(Chemical Terms and Nomenclature)，与《修订元素表》基本一致，只是给所有气体元素名称加上了“气”字头，如右图所示。

1915年，中国科学社社长任鸿隽发表《化学元素命名说》一文，提出83种元素的译名，以供中国科学社“暂时之用”，他把oxygen译为“养”。

oxygen的日文译名为“酸素”。甲午战争后，我国翻译了许多日文书籍，“酸素”这个名词进入中国，部分中国人直接使用了这个名词。

1916年，中华民国医药学会提出了《化学名词草案》，认为元素的翻译应以西语(拉丁语、英语、德语)原意为首要依据，然后再参考旧译名和日本译名。在气体元素翻译方面，中华民国医药学会认为，在一种元素对应一个单字的原则下，为明了、简单、系统化起见，过去的译名“养”“养气”及来自日本的译名“酸素”等都不宜使用。因此，该学会翻译oxygen时取义“酸素”，在一种元素对应一个单字的原则下，把oxygen翻译为右图所示汉字，音同“酸”。

1916年，中华民国医药学会等团体发起成立了医学名词审查会。1917年1月,医学名词审查会审查元素名词时，否决了这个译名。因此，这个译名的影响不是很大。

1917年1月，当时负责统一医学名词的医学名词审查会召开第二次审查大会。由于医学与化学联系紧密，大会审查了元素名词。审查会结束前夕，大家一致同意改用“氱”，理由是:氱(O)，昜音与养同。《说文》:水象众水并流，中有微昜之气。夫水为H与O所成，故据此用之，但加气头，制为氱字，读如养，会意兼谐声。

1915年9月，教育部公布《元素命名商榷》，认为oxygen的旧译名“养”，日文译名“酸素”都是意译，应用时容易使人误解。因此，《元素命名商榷》将oxygen译为“氧”。

1932年8月，教育部召开化学讨论会，全国化学专家集于一堂，讨论化学上的重要问题，其中的译名统一问题由译名组负责。经表决，与会的18人中，15人赞成用“氧”字。

1937年1月19日，教育部召开化学名词审查会议，讨论《化学命名原则》的修改，特邀中华医学会、中华药学会及卫生署派代表参加。经过讨论，审查会大体主张保留原公布译名，以少改动为原则。特别是氢、氧、氮、氯、砷五个元素译名，全场一致议决永不更改，如必欲修改，须经审查会出席委员全体同意通过。至此，oxygen的中文译名“氧”，被赋予了永久性的地位。

理化性质

氧元素

氧（Oxygen）是一种化学元素，其原子序数为8，相对原子质量为15.9994，氧原子半径是0.074nm。由符号“O”表示。氧单质形式有氧气（O2）、臭氧（O3）、固态Ｏ2（α、β、γ、δ、ε、ζ相）、四聚氧（O4）、红氧（O8）等，互为同素异形体。

同位素

氧元素有三种稳定同位素（16O、17O 和18O），其原子丰度分别为 99.758%、0.038% 和 0.205%[1]。由于氧参与了诸多生物地球化学反应并发生差异性的分馏过程，因此氧同位素比值(17O/16O 和18O/16O)是地球科学研究中较为常见的地球化学示踪指标。

水体中溶解氧分子18O(0.205%)丰度远高于17O(0.038%)，故研究溶解氧中18O的应用较多,例如海气交换、光合及呼吸作用、水团混合等。随着前处理和测试技术的不断发展，溶解于水体中的氧(DO)丰度较低的17O也逐渐受到学界的重视，其科研价值不断被挖掘。研究表明，与海洋水分子中的氧同位素组成相比，大气中的氧气在δ18O同位素上会呈现富集状态，其数值测定结果为(28.88+0.02)%。

稳定氧同位素常用于示踪溶解氧的源汇，在海洋领域中其还可以用于估算水柱耗氧和沉积物耗氧的比例，这对于低氧区氧气源汇的研究意义尤为重要。17O相对18O具有不同的分馏特征，可以更深入的探究氧元素的生物地球化学循环。

2023年，科学家首次创造出含有8个质子和20个中子的氧同位素：氧-28。

同素异形体

氧气

在标准状况下，两个氧原子结合形成氧气，化学式为O2，是一种无色无臭无味的双原子气体，略重于等体积的空气，具有顺磁性。氧气仅微溶于水，在标准状况下测量，1cm3的水在293K时可溶解0.0308cm3的氧，323K时为0.0208cm3，353K时为0.0177cm3。光学实验表明，氧溶于水后有氧的水合物O2·H2O和O2·2H2O生成，后者不稳定。此类水合物中的氢键和水分子间的氢键有所不同：这些氢键的质子是共用三个电子而不是四个电子，即1个电子来自具有双自由基形式的氧分子中的氧原子，2个电子来自ОH键。氧在水中的溶解度约为氮的两倍，考虑到空气中的氧氮比为1:4，所以空气溶于水后的氧氮比为1:2、氧在酸、碱及其它电解质溶液中的溶解度更低，但在硫酸中经历一个最小值后，在96%H2SO4中的溶解度近似地像在水中那样大。氧气也可溶于有机溶剂中。经测量，在101325Pa和298K时，1cm3的四氯化碳、苯、丙酮和乙醚中可分别溶解0.302，0.223，0.280和0.455cm3的氧。在101325Pa和90K时，氧气可以液化，液态氧呈浅蓝色。

外观与性状:无色无味气体

臭氧

普里斯特里发现氧10年后,德国化学家舍恩久尔分离出一种气体---臭氧。臭氧分子是由三个氧原子构成的分子，臭氧是一种有鱼腥臭味的蓝色气体，密度是氧气的1.5倍，具有反磁性。比氧气易溶于水，化学性质更活泼。臭氧不稳定，可自动转化为氧，2体积臭氧可转变为3体积氧气。所以，臭氧不能长期保存，而应随用随制。

在大气层(约200000~300000米)上可发现高浓度的臭氧层。这是由于氧吸收来自太阳的紫外线，转变成臭氧。正是由于这种变化的存在，使地球表面免受大量紫外线辐射的损伤。而当臭氧又逆转为氧时，释放出热能，使得这段大气层的温度上升，幅度可达170℃。大气层上的臭氧层对地球表面生物的影响以及工业污染对臭氧层的破坏已引起科学家的重视。

由于臭氧的化学活泼性，它可用作小范围的净水，因为它可与细菌和其它微生物反应而杀死它们;高浓度时它对人体同样有害。臭氧可用来净化空气(例如：居室、冰箱,隧道和动物园)，这也是由于臭氧可与难闻气味的物质反应产生无嗅的物质；小型紫外线灯即可把空气中的氧转变为臭氧达到净化空气的作用。臭氧也可用作木材的老化和油漆、油墨的干燥。

固态Ｏ2

在固态Ｏ2中，既存在磁交换相互作用，又存在分子间的范德华力，并且晶体的总能量主要是由交换相互作用所提供，进而引发国内外研究者对固态Ｏ2 的兴趣。已经确定高压下固态Ｏ2共存在６个相，有３个低压相和３个高压相。常压低温下，在平衡气压下，固态氧以三种形式存在，单斜α-Ｏ2、菱方状β-Ｏ2、立方γ-Ｏ2相，均为层状结构，常压下可稳定存在。高压室温下，固态Ｏ2有３相，分别是桔色的δ－Ｏ2相，暗红色的ε－Ｏ2相和金属ζ－Ｏ2相。

红氧（O8）

红氧是一种由八个氧原子组成的分子，它的分子结构非常稳定。红氧主要通过实验室合成，具有较强的氧化性。不同条件下，O8存在状态不同，但都是经固态O2相变而得到，已发现的有ε－O8相和ζ－O8相。ε－O8相是４个O8 分子结合成一个菱面体分子单位，由于弱化学键连接在一起构成了团簇O8。在压力为10~96GPa范围内，ε－O8相均能稳定存在，压力使其颜色变为暗红色，对红外线吸收能力很强，并有磁场缩灭（magnetic collapse），已成为许多X射线衍射、光谱学和理论学者的课题。

当压力高于96GPa时，ε－O8相转变为ζ－O8相，也称为金属氧。ζ－O8相是超导体，理论预测了该超导ζ相，实验证实了ζ－O8 相与ε－O8相具有相同结构，只是在ζ－O8相O8团簇间的Ｏ—Ｏ距离比在ε－O8相团簇内的Ｏ—Ｏ距离短。同时在0.008~1.92TPa压强范围内，绝缘ε－O8相或等结构超导ζ－O8相的分子键呈现出显著的稳定性。其中，在0.1~1.5TPa压强范围内，理论预测ζ－O8相可稳定存在。

四聚氧（O4）

四聚氧为正四面体或者矩形。吉尔伯特·牛顿·路易斯于1924年预测了四聚氧的存在。由于氧原子之间的相互作用，四聚氧具有较高的稳定性，能够在适当的条件下存在较长时间。其次，四聚氧在一定温度下可以转变为更稳定的氧气分子，释放出更多的能量。这使得四聚氧在一些能量转化和储存的反应中具有潜在的应用价值。

化学性质

在元素周期表中，氧是氧族元素的一员，它也是一个高反应性的第2周期非金属元素，氧的非金属性和电负性仅次于氟，除了氦、氖、氩、氪，为电负性3.44，第一电离势1314kJ/mol。

所有元素都能与氧起反应，形成化合物（主要为氧化物）。一般而言，绝大多数非金属氧化物的水溶液呈酸性，而碱金属或碱土金属氧化物则为碱性。此外，大多数有机化合物，可在氧气中燃烧生成二氧化碳与水蒸气，如酒精，甲烷。部分有机物不可燃，但也能和氧气等氧化剂发生氧化反应。

除了金属和非金属单质，氧气能够同一些具有还原性的无机物质发生化学反应。在常温下，氧气能氧化气态的NO生成NO2。在加热时，能氧化气态的H2S，CO，液态的CS2，固态的P4O6，Cu2O；在有催化剂存在并加热时，能氧化气态的NH3，SO2；在强热时，能氧化许多硫化物矿。

氧的化合价：氧的化合价很特殊，一般为-2价和0价。而氧在过氧化物中通常为-1价。在超氧化物中为-1/2，臭氧化物中氧为-1/3，这里的化合价被称为表观化合价，就是表面上看出来的化合价没有实际的含义，超氧化物中氧的化合价只能说是超氧根离子，不能单独地看每个原子，因为电子是量子化的，即不连续的，不存在1/2个电子，自然化合价也就没有0.5的说法，臭氧化物也一样，在过氧根中相当于是由两个电子组成了电子对，所以这两个电子不表现出化合价，所以过氧根离子整体呈-2价。而氧的正价很少出现，只有在和氟的化合物二氟化氧，二氟化二氧和氟铂酸氧（O2PtF6）中显示+2价和+1价以及+0.5价。

氧化性：实验证明，除黄金外的所有金属都能和氧发生反应生成金属氧化物，比如铂在高温下在纯氧中被氧化生成二氧化铂。黄金一般认为不能和氧发生反应，但是有三氧化二金和氢氧化金等化合物，其中金为+3价；氧气不能和氯，溴，碘发生反应，但是臭氧可以氧化它们。

在热力学上，大多数金属和生命有机体对氧都是不稳定的。但是，在常温下这些反应却相当缓慢。从结构上讲，这是因为由氧分子形成负二价的氧离子时需要消耗很大的能量，约1000kJ/mol。而且，在形成离子型氧化物时，金属原子的气化和电离也要消耗能量。尽管在形成化合物时要放出能量，但也难以补偿所消耗的能量。从动力学上讲，大多数反应过程都被抑制。例如，金属表面可因氧化膜的生成而被保护起来，防止了进一步的氧化；对生命有机体的氧化来说，因其活化能相当高而难以进行。然而，采取适当的方法使氧分子转变成化学活性极高的氧原子，采用适当的催化剂以降低反应的活化能，或采用其它活化反应的方法，可使上述介稳的体系变得不稳定。实际上，常用加热的方法来促进氧气同大多数单质和许多化合物的反应。

活性氧

活性氧(reactive oxygen species,ROS)是指化学性质较活跃的含氧物质，根据其化学性质，ROS可分为自由基和非自由基两类。自由基通常是指外层轨道上含有1个未配对活性电子的ROS，属于单电子氧化剂，包括超氧阴离子自由基、羟基自由基、过氧自由基烷氧自由基和氙自由基等。非自由基不含未配对电子，属于双电子氧化剂，包括过氧化氢、单态氧、臭氧、过氧亚硝酸盐/过氧亚硝酸和次氯酸等。

自由基比非自由基更不稳定，反应性更强。在人体生物化学反应中，最重要、最常见的是氧化还原反应。其中大部分氧化还原反应属于自由基反应，没有自由基反应，就无法实现能量代谢。当自由基的生成高于抗氧化能力时，就会发生氧化应激(Oxdative stress,OS)。在生物体的整个生命周期中，ROS直接或间接影响细胞的结构、功能及细胞生物学的诸多方面。ROS在人体中的作用是一把“双刃剑”，过量的ROS会对蛋白质、DNA和RNA造成损害，导致细胞的遗传改变，促进疾病的发生或细胞死亡。相反，低水平的ROS对细胞存活、生长、增殖、分化及免疫反应等多种生物功能均是必不可少的。大量研究表明，心脑血管疾病、炎症、恶性肿瘤、糖尿病及动脉硬化等均与体内的氧化损伤有关，而氧化损伤是由代谢过程中产生的过量自由基或ROS引起的。

应用领域

工业用途

许多家庭用品的有效成分都是氧化剂，例如家用漂白水、美发漂白水、消毒剂、去污用品、消炎软膏及某些药品等。某些家用消毒柜是利用臭氧来消毒的，臭氧就是一种强氧化剂。

许多粘合剂的工作原理就是将两种物质混合后产生一种能迅速凝固的化合物。这两种物质中，一种是树脂（像和好的生面团一样能捏成各种形状），另一种就是氧化剂（能引发聚合反应）。氧化剂可腐蚀皮肤，因此需要仔细保存，而且标签上要有警示作用。

还有一些粘合剂发挥作用的速度比较慢，在这种情况下，空气中的氧气就可充当氧化剂的角色，来氧化粘合剂（类似液体塑料），使粘合剂中的各种成分交联到一起。这个过程叫做聚合，通常含碳的粘合剂会发生这种反应。由于溶剂的挥发，这类粘合剂会散发出强烈的刺激性气味（标签上会提示不要在密闭空间吸入这类气体），需要密封保存。

头发中含有很多有色化合物（色素）。过氧化氢（H2O2）是一种氧化剂，能与头发中的色素反应，使头发氧化褪色。漂发剂通常是浓度为6%的过氧化氢溶液。

很多洗涤剂中也含有氧化剂，可以使有色物质变成无色。依据相同的原理，洗涤剂也可用于清除污垢。

许多金属氧化物可用作染色剂，早在古代人们就将其作为颜料（染色物质）加入涂料中。

同一金属的不同氧化物会因其含氧量不同而呈现不同的颜色。例如，铁的氧化物有红色的（含氧量较高），还有黑色的（含氧量较低）。

医疗用途

3%的过氧化氢溶液遇血液会分解生成水和氧气，氧气能氧化所有微生物，因此稀过氧化氢溶液可用于伤口消毒。

高锰酸钾（一种含氧量很高的钾的化合物，呈紫色）也可用来清洗伤口，其作用机理与过氧化氢相同。

分布情况

如果按质量计算，氧在宇宙中的含量仅次于氢和氦。氧在地壳中基本上是以氧化合物的形式存在的，是含量最丰富的元素，含量为48.6%。氧气占了空气体积的20.9%(以体积计)。每一千克的海水中溶解有2.8毫克的氧气，而海水中的氧元素差不多达到了89%。就整个地球而言，氧的质量分数为15.2%。无论是人、动物还是植物，他们的细胞都有类似的组成，其中氧元素占到65%的质量。

安全措施

环境危害

氧在大气中主要以单质氧气（O2）的形式存在，O2是地球生物圈中绝大多数有机生命体维持生命活动所必需的物质，人们无时无刻不暴露在富含O2的环境中。自然界中O2主要由植物的光合作用产生，依靠氧循环维持平衡。氧虽对身体有益，含量过高时也会发生氧中毒；氧元素也可以通过臭氧（O3）的形式对人体产生危害。

健康危害

在1个大气压（标准状况下101kPa）的纯氧环境中，人只能存活24小时左右，死亡的原因是肺炎、呼吸衰竭或窒息死亡。氧中毒作用的靶器官主要是肺、脑及眼等，临床上将氧中毒分为肺型、脑型及眼型氧中毒三种类型。肺型氧中毒常见于潜水或加压治疗重型减压病时吸氧时间过长，在100kPa氧分压暴露72小时或200kPa氧分压暴露12小时即可发生；在83kPa、100kPa、200kPa氧压下分别暴露6、4、3小时即出现临床症状，并随着暴露时间的延长，症状不断加重。脑型（惊厥型）氧中毒是吸入2—3倍大气压的O2所致，患者主要出现视觉和听觉障碍、恶心、抽搐、晕厥等神经症状、严重者可出现昏迷，甚至死亡。眼型氧中毒较少见，但危害严重，是长时间吸入70—80kPaO2所致，主要表现为视网膜萎缩。

检测方法

氧元素含量的测试方法主要有氧氮分析仪法、X 射线光电子能谱法和有机元素分析仪法。氧氮分析仪平常主要用作金属材料中微量氧元素含量的测定，X 射线光电子能谱法虽可以对氧元素进行定性、定量和化学状态分析，但它只限于表面层分析，无法对材料内部成分进行分析，有机元素分析仪法可以直接定量分析有机样品中氧元素含量。

痕量氧元素：使用飞行时间二次离子质谱法，通过改变分析离子束的光阑大小，进而改变作用于试样表面单位面积的束流大小，通过比对不同离子束流下产生的氧离子计数，判定痕量氧元素是否存在。

煤中有机物氧元素测定：煤中氧含量一般不直接测定，而用差减法求出。依据GB/T 476—2001《煤的元素分析方法》，计算空气干燥煤样氧质量百分数。

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省

云南省