氧及其化合物在生命和工业的许多重要过程中起着关键作用。生物圈中的氧气在呼吸和新陈代谢过程中是必不可少的，动物通过呼吸和新陈代谢获得维持生命所需的能量。此外，氧是地球表面最丰富的元素。它以组合形式存在于矿石、土壤、岩石和宝石中，以及所有的生物体内。

氧是元素周期表VA气态化学元素。为氧原子的化学符号是O，其原子数为8，并且其原子量为15.9994。元素氧是以气态形式为双原子分子，这使得向上的干燥空气的体积的20.95％，主要已知的。双原子氧无色，无臭，无味。

第一次分离单质氧的是两位18世纪的科学家:约瑟夫•普里斯特利(Joseph PRIESTLEY, 1733-1804)和卡尔•威廉•舍勒(Carl Wilhelm SCHEELE, 1742-86)。人们普遍认为，舍勒是第一个分离氧气的人，但后来独立分离氧气的普里斯特利是第一个公开宣布他的发现的人。

普里斯特利的调查结果和氧气的性质的元素的所得到的澄清的解释是由法国科学家安托-劳伦拉瓦锡（1743年至1794年）来实现。拉瓦锡的试点工作，并扩大了在Priestley的实验改进，是燃烧的理解和建立物质守恒定律的主要负责人。

拉瓦锡给氧气取了一个名字，这个名字来自两个希腊单词，意思是“酸前剂”。拉瓦锡持有一个错误的观点，认为氧化物在水中溶解后只会形成酸。确实，有些氧化物在水中溶解时会形成酸;例如，二氧化硫形成亚硫酸。然而，有些氧化物，如氧化钠，溶于水形成碱，如在反应中形成氢氧化钠;因此，氧的命名并不恰当。

自然发生

氧是由许多被认为发生在恒星内部的核过程形成的。氧最丰富的同位素，质量为16，被认为是在燃烧氢的恒星中形成的，它是由氮和氟的同位素捕获质子，随后分别发射出伽马射线和阿尔法粒子。在燃烧氦的恒星中，质量为12的碳同位素被认为捕捉到了一个阿尔法粒子，并通过发射伽马射线形成质量为16的同位素。

在陆地环境中，氧气约占地壳质量的一半，海洋质量的89%，大气质量的23%(体积的21%)。地球上大多数的岩石和土壤主要是硅酸盐。硅酸盐是一组极其复杂的材料，通常由超过50%(原子)的氧与硅和一种或多种金属元素结合而成。

几个重要的矿石主要期望的金属的氧化物，如重要含铁矿物赤铁矿，磁铁矿和褐铁矿和最重要的含铝矿物，矾土（水合氧化铝和氧化铁的混合物）。

物理化学性质

人们发现了三种天然存在的氧同位素:一种质量为16(99。占全部氧的759%)，质量为17 (0.037%);质量为18(0.204%)。较稀有的同位素，主要是后者，主要用于标记科学家用来跟踪化学反应步骤的实验。

如果氧气在一个大气压的压力下被冷却时，它会在液化90.18 K（-182.97℃; -297.35华氏度），氧的正常沸点，并且将在54.39 K（-218.76摄氏度固化; -361.77华氏度），氧的正常熔点。氧的液体和固体形式具有淡蓝色。几种不同的结构是已知的用于固体氧：固体型III，从可实现到23.66 k中的最低温度;II型，从23.66到43.76 k;和I型，从43.76到54.39 K.用于氧气的临界温度，高于该是不可能的液化气体不管多大的压力被施加的温度，是154.3 K（-118.9℃; -181.9华氏度）。液态和气态氧共存的平衡在临界温度的压力为49.7个大气压。

氧气在水中具有轻微但重要的溶解度。水中溶解的分子氧是水生生物代谢过程中所必需的，并最终对水中有机废物的氧化和去除负责。气体的溶解度取决于溶液的温度和气体对溶液的压强。在20摄氏度(68华氏度)和一大气压的氧分压下，O(2)在水中的溶解度约为每立方米水45克氧，或45ppm(百万分之一)。

双原子氧分子是一种相当稳定的分子，其解离能(将一摩尔基态的氧分子解离成两摩尔基态的氧原子所需要的能量)为493.6 kj / mol。该分子可被任何波长小于193 nm的紫外线辐射分解。由于这个原因，太阳辐射撞击平流层的氧将其分解成原子氧。以这种方式形成的氧原子能够与氧反应形成臭氧。

腐蚀

许多直接的、非催化的氧反应在室温下不能迅速发生。这一事实有许多重要的后果。这些结果之一与金属作为结构材料的使用有关。建筑中使用的金属，如铁(主要是钢)和铝，形成高度稳定的氧化物。例如，铝有明显的氧化倾向发生。

然而，尽管有这种趋势，但反应在室温下发生得如此缓慢，以至于在大多数实际用途上可以说根本不发生反应，因此，铝是一种适当的和广泛使用的结构材料。反应的缓慢部分是由于氧-氧键的稳定性，部分是由于在铝表面形成了一层非常薄的氧化物保护层。

铁的氧化是一个涉及在铁杂质，以及水和二氧化碳复杂的过程。这种氧化破坏，或生锈，钢铁，这是我们最重要的结构中的材料，是非常昂贵的现代社会。

生物氧化

氧反应的速率的另一个重要方面涉及与有机材料反应的速率。这种氧化反应是，最终能量用于较高的植物和动物的来源，是负责生物可降解的废物流的清洗，并负责有机材料的自然分解。

这类反应的速率是由促进反应的生物体内的酶选择性地控制的。因此，废物和死去的动植物主要通过微生物的作用分解(被氧化)，而含有能量的食物则通过生物过程被代谢(被氧化)。

反应性

有在室温下与氧反应的速率，并在升高的温度下的速率之间的显着差异。不迅速与氧气在空气中在温度低于100℃反应许多物质会在1000摄氏度这样做具有的热量（放热）产生很大的发展。例如，煤和石油可以无限期地在正常气候条件下遇到的温度存储，但它们容易氧化，放热，在升高的温度下。

氧最常见的化合物是这种元素的化合价为二的化合物。这一事实与原子氧的电子结构有关;这个原子需要两个额外的电子来填满它的最外层能级。在众所周知的物质中，二价氧化物的例子不胜枚举，如水;二氧化碳;氧化铝;二氧化硅;硅酸盐、碳酸钙或石灰石;和二氧化硫。氧也有其他的化合价，如过氧化物，其中过氧化氢是一个例子。

氧气与另一个元件的直接反应经常如下上面所讨论的图案;即，它不会迅速或在所有在室温下发生，但是强烈放热的，一旦氧化开始演进热升高反应物的温度，使得该反应是自维持。

这类反应的例子有镁、碳和氢元素。一旦反应开始，镁和碳就会在空气中燃烧，而当反应由火焰或火花引发时，氢氧混合物会发生爆炸性反应。氢氧混合物的爆炸是一种极快的反应，它的发生是因为在爆炸的混合物中形成了原子氧。

用途

纯氧在工艺过程中被广泛使用。它用于金属的焊接、切割和成型，如在氧乙炔焊接中，氧与乙炔反应，形成极热的火焰。

在现代高炉中，向进气中加入氧气(3 ~ 5%)，以提高炉内温度;它还用于炼钢、化学品制造和火箭推进的碱性氧气转炉。

氧气也用于甲烷(天然气)或煤(这里称为碳)的部分燃烧，生成一氧化碳和氢气的混合物，称为合成气，合成气又用于制造甲醇。

随着石油资源的进一步枯竭，从煤中生产可燃液体的过程将变得越来越重要。

生产

在实验室中，通过将氧化汞或氯酸钾加热到中等的高温，很容易产生氧气。用氧化汞生产是约瑟夫·普里斯特利使用的方法，用氯酸钾生产是现在实验室里学生们常用的方法。

当固体氯酸钾加热到400℃或当二氧化锰作为催化剂加入到200℃时，氧被释放出来。由于氧在水中的溶解度低，释放出来的氧可以通过水置换来收集。

氧气也可以在实验室中通过电解水产生，这一过程逆转了前面讨论过的激烈的氢氧反应。当电流通过水时，液体在电极处分解。当需要高纯度产品时，这种方法也用于生产商业规模的氧气。

用于商业化生产的氧的更经济的，因此优选的，方法是液化和空气的蒸馏。空气被冷却，直到其液化，主要由正在取得中的旋转膨胀涡轮做功，得到的液态空气是通过一个复杂的蒸馏工艺分馏。以这种方式产生的气态氧在运输时所加压缸或，这是常有的情况下，当大量的参与，通过管道向附近的工业厂房。

与生命科学的关系

大多数生物依靠氧气来维持它们的生物过程。绝大多数生物可分为两类。第一类是高等植物和光合细菌。

这些生物体通过光合作用利用光能，将二氧化碳和水(或其他无机物代替水)结合成更复杂的物质，特征是碳水化合物，同时向大气释放氧气。第二类是生活在黑暗中的高等动物、大多数微生物和光合细胞。

所有这些第二类生物都使用一系列复杂的酶催化氧化和还原反应，使用葡萄糖等物质作为燃料和氧气作为末端氧化剂(见代谢)。这些生物体新陈代谢的最终产物是二氧化碳和水，它们被返回到大气中。

这些互补功能的最终结果就是氧气循环，在这个循环中，光合作用的生物体，利用太阳能，从水和二氧化碳中合成碳水化合物，并释放出氧气作为副产品，而需氧的生物体则氧化吸收的有机物，通过一系列复杂的代谢过程消耗氧气，释放二氧化碳和水。据估计，每年通过这些过程循环的二氧化碳有3.5 X(10的11次方吨)吨。

因此，在脊椎动物中，特别是在人类中，氧气是维持新陈代谢和生命所必需的。空气被吸入，空气中的氧气在肺中大气和血液中的血红蛋白之间交换。血液将氧气与血红蛋白结合，运送到新陈代谢过程中发生的身体各个部位。它还将二氧化碳带回肺部，在那里，二氧化碳与大气交换并呼出。

如果大气中的氧气浓度下降到大约一半，人类将无法生存。因此，潜水员和宇航员生命维持系统的一个重要组成部分是氧气的来源。同样，患有呼吸系统疾病妨碍正常呼吸的人，如肺炎和肺气肿，经常被关在氧气棚和高压氧舱中，后者提供高压氧气，可用于治疗各种疾病。

重要的化合物

在无机化学领域中，有大量的含氧化合物。没有氧化物的元素非常少，而且有几种金属元素(如钛、钒和镨)有各种各样的固体氧化物存在。金属元素的固体氧化物一般可由金属元素在高温下直接反应合成。在许多情况下，这样的反应将导致形成单一氧化物的金属在其最氧化的形式。典型的例子是钠、钙、镧、钛、钒和钨的金属氧化物。

元素的情况下能够形成氧化物减少,特别是早期的过渡金属氧化物可以降低由最高加热氧化,形成如上所述,高温(1500 K或更高)在一个惰性容器或金属元素的存在。

减小的氧化物该结果显示出在化合物中的程度和直接金属 - 金属粘合的重要性的变化，并且该变化引起了各种电和磁性质。这些氧化物的更丰富的金属是金属导体并趋于非化学计量;即，它们被观察到存在在一定范围的组合物都具有相同的基本结构的。

许多这种氧化钛表现出一种以上的晶体结构(多态)。氧化程度最高的化合物钛以金红石的形式作为白色颜料广泛应用于涂料中。

由两种金属元素和氧组成的三元氧化物是固体科学家的重要兴趣。例如，尖晶石和钙钛矿等化合物由于其有趣的磁电特性而受到广泛的研究。重要的三元氧化物的例子是磁性铁氧体，它的磁性可以调整，使其在计算机存储单元中很有用。

铁氧体是由氧化铁和一种或多种金属氧化物(如镍、铜、锌、镁和锰)的致密混合物烧制而成。

在无机化学中同样重要的是非金属的氧化物。大多数非金属都能与氧形成各种各样的化合物。氮氧化物是空气中(如内燃机)高温燃烧的不良副产品，会造成严重的环境污染。