氧气（英文Oxygen gas或Dioxygen,分子式O2）是氧元素最常见的单质形态.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1.429克/升,能溶于水,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. 　　普通氧气含有两个未配对的电子,等同于一个双游离基.键长120.9pm,键能494KJ/mol.两个未配对电子的自旋状态相同,自旋量子数之和S=1,2S+1=3,因而基态的氧分子自旋多重性为3,称为三线态氧. 　　在受激发下,氧气分子的两个未配对电子发生配对,自旋量子数的代数和S=0,2S+1=1,称为单线态氧. 　　空气中的氧气绝大多数为三线态氧.紫外线的照射及一些有机分子对氧气的能量传递是形成单线态氧的主要原因.单线态氧的氧化能力高于三线态氧. 　　单线态氧的分子类似烯烃分子,因而可以和双烯发生狄尔斯-阿尔德反应. 　　氧的发现简史 　　氧气的发现经历过一段曲折的历史.18世纪初,德国化学家施塔尔(Stahl G E,1660—1734)等人提出“燃素理论”,认为一切可以燃烧的物质由灰和“燃素”组成,物质燃烧后剩下来的是灰,而燃素本身变成了光和热,散逸到空间去了.这样一来,燃烧后物质的质量应当减轻,但人们发现,炼铁时燃烧过的铁块的质量不是减轻,而是增加了,锡、汞等燃烧后,也都比原先重.为什么燃素跑掉后,物质反而会增加呢?随着欧洲工业革命的发展,金属的冶炼和煅烧在生产实践中给化学提出了许多新问题,冲击着燃素理论. 　　1771—1772年间,瑞典化学家舍勒(Scheele K W,1742—1786)在加热红色的氧化汞、黑色的氧化锰、硝石等时制得了氧气,把燃着的蜡烛放在这个气体中,火烧得更加明亮,他把这个气体称为“火空气”.他还将磷、硫化钾等放置在密闭的玻璃罩内的水面上燃烧,经过一段时间后,钟罩内的水面上升了1/5高度,接着,舍勒把一支点燃的蜡烛放进剩余的“用过了的”空气里去,不一会儿,蜡烛熄灭了.他把不能支持蜡烛燃烧的空气称为“无效的空气”.他认为空气是由这两种彼此不同的成分组成的. 　　1774年8月,英国科学家普利斯特里( Priestley J,1773—1804 )在用一个直径达一英尺的聚光透镜加热密闭在玻璃罩内的氧化汞时得到了氧气,他发现物质在这种气体里燃烧比在空气中更强烈,他称这种气体为“脱去燃素的空气”. 　　舍勒和普利斯特里虽然先后独立地发现了氧气,但由于他们墨守陈旧的燃素学说,使他们不知道自己找到了什么. 　　1774年,法国著名的化学家拉瓦锡(Lavoisier A L,1743—1794)正在研究磷、硫以及一些金属燃烧后质量会增加而空气减少的问题,大量的实验事实使他对燃素理论发生了极大怀疑,正在这时,10月份普利斯特里来到巴黎,把他的实验情况告诉了拉瓦锡,拉瓦锡立刻意识到他的英国同事的实验的重要性.他马上重复了普利斯特里的实验,果真得到了一种支持燃烧的气体,他确定这种气体是一种新的元素.1775年4月拉瓦锡向法国巴黎科学院提出报告——金属在煅烧时与之相化合并增加其重量的物质的性质——公布了氧的发现,他说这种气体几乎是同时被普利斯特里、舍勒和他自己发现的. 　　氧的发现不是一个人所做的.恩格斯在《资本论》第二卷序言中提到：“普利斯特里和舍勒已经找出了氧气,但不知道他们找到的是什么.他们不免为现有燃素范畴所束缚.这种本来可以推翻全部燃素观点并使化学发生革命的元素,没有在他们手中结下果实.不过普利斯特里不久就把他的发现告诉了巴黎的拉瓦锡；拉瓦锡依据这个新的事实研究了整个燃素化学,方才发现这种新的气体是一种新的化学元素.燃烧的时候,并不是什么神秘的燃素从燃烧体分离,而是这种新的元素和这种物体化合.因此,在燃素形式上倒立着的整个化学才正立起来.照拉瓦锡后来主张,他和其他两位学者是同时并且相互独立地发现氧气.虽然事实不是如此,但同其他两位比较起来,他仍不失为氧气的真正发现者,因为其他两位不过找出了氧气,但一点儿也不知道他们自己找出了什么.” 　　正是拉瓦锡的实验和结论,使当时的化学研究者们正确地认识了空气的组成成分和氧气对物质燃烧所起的作用,才击破了燃素学说,发现了氧.拉瓦锡一生虽然没有发明过什么新化合物和新化学反应,但他是历史上最杰出的化学家之一,他杰出的天才表现在他能看到旧理论的主要弱点,并能把有用的事实和更正确、更全面的新理论结合起来. 　　1777年,拉瓦锡命名此种气体为Oxygen(氧),是由希腊文oxus-(酸)和geinomai(源)组成,即“成酸的元素”的意思.它的化学符号为O.我国清末学者徐寿把这种气体称为“羊气”,后来为了统一,取了其中的“羊”字,因是气体,又加了部首“气”头,成为今天我们使用的“氧”字. 　　1998年6月19日《中国科学报》刊载了由顾关元同志撰写的“漫话氧的发现”一文.文章指出：“在我国,对于氧的提炼和研究,早在唐朝就开始了.”作者进一步指出：“鉴于我国南北朝的时候,炼丹术已经很流行,当时的人就知道用火硝加热等方法,所以我国对氧气的最早发现,时间可能更早,会是在6世纪.” 　　单质氧 　　氧是地球上含量最多,分布最广的元素.约占地壳总质量的46.6%.它遍及岩石层、水层和大气层.在岩石层中,氧主要以氧化物和含氧酸盐的形式存在.在海水中,氧占海水质量的89%.在大气层中,氧以单质状态存在,约占大气质量的23%. 　　自然界中的氧含有三种同位素,即16O、17O、18O,在普通氧中,16O的含量占99.76%,17O占0.04%,18O占0.2%.18O是一种稳定同位素,常作为示踪原子用于化学反应机理的研究中. 　　单质氧有氧气O2和臭氧O3两种同素异形体.在高空约25km高度处,O2分子受到太阳光紫外线的辐射而分解成O原子,O原子不稳定,与O2分子结合生成O3分子： 　　当O3的浓度在大气中达到最大值时,就形成了厚度约20km的环绕地球的臭氧层.O3能吸收波长在220~330nm范围的紫外光,吸收紫外光后,O3又分解为O2 　　因此,高层大气中存在着O3和O2互相转化的动态平衡,消耗了太阳辐射到地球上的能量.正是臭氧层吸收了大量紫外线,才使地球上的生物免遭这种高能紫外线的伤害. 　　关于单质氧,我们分别讨论它的这两种同素异形体： 　　氧气 　　臭氧 　　氧气 　　O2是一种无色、无臭的气体,在90K时凝聚成淡蓝色的液体,到54K时凝聚成淡蓝色固体.O2有明显的顺磁性,是非极性分子,不易溶于极性溶剂水中,293K时1dm3水中只能溶解30cm3O2气.O2在水中的溶解度虽小,但它却是水生动植物赖以生存的基础.