氧气（英语：oxygen）是一种由两个氧原子通过共价键组成的双原子分子， 分子式 为O₂，氧气是 地球 大气的重要组成部分，占了空气体积的20.9%（以体积计），标准状况下为无色、无嗅、无味气体，密度略大于空气，微溶于水。 在化学上，氧是周期表中的第八个元素，氧气在标准条件下为气态，但在低温或高压下可以液化。 液态氧 呈淡蓝色， 沸点 约为-183℃，是火箭燃料的重要组成部分，氧气的凝固点约为-218℃，固态氧为蓝色 晶体 。 常温下 化学性质 较为稳定，与许多物质都不发生反应，但高温下化学性质活泼，可与多种元素直接发生 氧化反应 ，这也与氧的电负性仅次于 氟[fú] 有关，氧气是一种 强氧化剂 ，能够在反应中接受电子。这一特性使其在许多化学反应中发挥关键作用，包括燃烧反应、腐蚀过程和 细胞 呼吸等，是生物体产生ATP（细胞的能量货币）的基础。 纯氧不易燃，但助燃效果好。当长时间暴露在高温下或与火接触时， 氧气瓶 可能会破裂并发生爆炸。 氧气被广泛用于医疗保障、化工生产、国防行业、钢铁制造、火箭推进和水处理等领域，以及对于维持人类和动植物体的正常 生命活动 至关重要，氧气通过呼吸作用被生物体吸入，用于氧化 有机化合物 ，释放能量、 二氧化碳 和水，是生物进行有氧呼吸以维持生命过程和 燃烧过程 的必要物质。
发现历史
关于氧的记载最早出现于公元4世纪：“把铜精灵和 水银 揉和在一起，就能释放出气体状的物体。”即当将某一化合物置于水银上加热时，就可观察到气体（氧气）的产生。
卡尔舍勒
1773年， 瑞典 药剂师卡尔舍勒将含有一小块磷的密闭烧瓶置于正在燃烧的蜡烛跟前，发现瓶中的 白磷 立刻熔化，并在几秒钟后爆发出明亮的火焰，产生大量白烟沉积在瓶壁上，像是一层白霜。烧瓶冷却后，他将瓶口朝下放进水中，并在水中拔去瓶塞发现，水由下而上涌进烧瓶之中的休积，正好是原空气体积的1/5，并且瓶内剩余气体不再支持燃烧，他称其为“死空气”。后续实验中，他将几只老鼠关到装满了这种“死空气”的罐子中，发现老鼠很快被窒息而死。后来， 卡尔·舍勒 发现用 硫酸 加热 硝石 （ 硝酸钠 ）时，可产生一种可燃气体，他将只发烟而未燃烧的木棒置于该气体中，发现木棒立即迸发出明亮的火焰。他发现除硝石外，以 水银 的红色 氧化物 为原料进行加热也能产生氧气。但舍勒的发现直到1777年才公诸于众。
约瑟夫·普利斯特里
英国 化学家约瑟夫·普利斯特里将一盆花和一支燃烧的蜡烛同时置于密闭空间内，发现烛光很快熄灭了，但几小时过后，花竟然一点儿也没枯萎，把它放窗台上，一夜过后，花仍然鲜艳夺日，绿叶葱葱。经过大量实验，他证明植物吸收“固定空气”（即 二氧化碳 气体），而放出“活命空气”（即氧气）。这种“活命空气”维持着动物呼吸，并能使物质燃烧的更加剧烈。1774年8月1日， 普利斯特里 利用大凸透镜聚焦太阳光加热三仙丹（HgO）时，成功制得了氧气，成为 化学 史上有重大意义的事件。此外，他将点燃的蜡烛置于该气体中，发现蜡烛不仅燃烧正常，而且相比于空气中更加的耀眼。并且该气体支持呼吸的功能相当于普通空气的5-6倍。。由于 普利斯特里 是从金属锻灰中分离产生氧气，恰好为燃素（可燃的要素，是一种气态的物质，存在于一切可燃物质中）的对立物，因此，对 化学 发展具有重大意义，他也被现在化学界多数人认为是第一个发现氧的人。虽然舍勒和普里斯持利都单独发现并制得了氧气，但由于他们被传统的燃素说所束缚，被称为是“当真理碰到鼻尖上时还是没有得到真理。
拉瓦锡
1775年， 法国 化学家拉瓦锡在密闭的 曲颈甑 中将少量 水银 连续加热12天发现，水银沸腾后产生了一部分变成红色鳞状物质（ 氧化汞 ），同时玻璃罩内的空气体积减少了1/5左右。他将点燃的蜡烛和 家鼠 分别放入玻璃罩，发现烛火立即熄灭，同时 小家鼠 也因窒息而死。他再对水银产生的氧化汞进行加强热，得到了水银和一种气体，并且该气体的体积与先前玻璃罩内减少的空气体积 相等 。他将产生的气体与玻璃罩内的剩余气体混和发现，其性质与空气的性质相同。他将该气体命名为氧，并通过实验，提出了 氧化学说 ，推翻了燃素说，发动了化学史上著名的化学革命，并被恩格斯称为“真正发现氧气的人”。
命名历史
公元8世纪时期，在《 平龙认 》中最早将氧气称为阴气，并提出制备方法。1661年， 英国 化学家 罗伯特·波义耳 将氧气称为有助于燃烧的“活化蒸汽”，1773年， 瑞典 药剂师卡尔舍勒根据其发现过程将氧气命名为“火焰空气” ，1774年，英国化学家约瑟夫·普利斯特将氧气命名为“脱燃素空气”（也曾称为“活命空气”），1775年，法国化学家 拉瓦锡 锡将这种极纯气体命名为 Oxygen ，这也是现代氧气英文名字的起源。
分布情况
氧气在空气的体积分数约为21%，质量分数约为23% 。大气层含氧量在 石炭纪 的时候一度上升到了35%。氧气含量的增加造成了依赖于渗透方式输氧的昆虫在体型上的巨型化。在石炭纪曾出现过翼展2英尺半的巨蜻蜓。大气中氧气的分布与 平均海拔 有关，海拔高度越高，氧气越稀薄 ，因此，水中氧气的分布也并不均匀，呈现下层少，上层多的状况 。此外，由于绿色植物可通过 光合作用 将 二氧化碳 和水转变为有机物质和氧气，因此，在森林等绿色植物较多的地方空气中的氧气含量更高 。
生理作用
人体生命活动
从外界摄取氧气，再从体内排出 二氧化碳 的过为成人体 新陈代谢 的循环过程。人体从外界呼吸的氧首先进入 肺泡 ，弥散到肺部的 毛细血管 中，与 血色素 结合成 氧合血红蛋白 ，再在心脏作用下携带氧的血液由动脉输往全身，当到达毛细血管时，氧合血红蛋白 解离 出氧并携走二氧化碳，这时由氧合血红蛋白解离出来的氧为溶解氧，进入 细胞 。与糖、 蛋白质 、脂肪作用产生热量释放 机械能 ，为人体生命活动提供能量。
此外，人体的皮肤也在呼吸，即在皮肤组织内燃烧糖，把它分解成 二氧化碳 和水，于此同时通过汗孔与外界空气进行交换。通过 皮肤呼吸 散发热、排泄有害物质、蒸发水分等。虽然皮肤呼吸量仅是肺呼吸量的1%，但只要皮肤呼吸停止40分钟就可能会导致人体死亡。
植物体生命活动
与人体不同，绿色植物既能消耗氧气，又能产生氧气。绿色植物通过 光合作用 ，利用 太阳辐射 能在水的参与下将 二氧化碳 转换为 碳水化合物 ，并放出氧气，而在进行呼吸作用时，吸收氧气将体内一部分碳水化合物氧化还原为二氧化碳放出，同时把在光合作用时固定的能量的一部分重新释放出来、因此，呼吸作用是光合作用的 逆反应 ，白天，光合作用与呼吸作用是同时进行的；夜间，光合作用停止，只存在呼吸作用。
动物体生命活动
水生动物
水中氧含量只有空气中氧含量的5%，而且氧在水中的扩散速度更慢一些，所以对于水生动物来说，它们拥有比陆生动物更有效的呼吸器官，例如，鱼类通常靠鳃吸入氧气维持 生命活动 。
陆生动物
无尾 两栖动物 动物 通过肺和皮肤进行呼吸，肺内壁呈蜂窝状，但肺的表面积不大，因此， 皮肤呼吸 仍占重要地位。 爬行纲 的肺虽然和 两栖类 一样为囊状，但其内壁有复杂的间隔，把内腔分隔成蜂窝状小室，使其与空气接触的面积增大。肺的结构在不同的动物体内变异很大，最简单的形式仍为一囊。
物质结构
氧气
氧气由 氧分子 （O₂）构成，每个氧分子由2个 氧原子 通过 共价键 结合形成，共价键中，一个2p轨道形成σ键，另两个2p轨道形成三 电子 π键 ，其价键结构和 分子轨道 电子排布式 分别为
在π轨道中有未成对的单电子，因此，氧气是所有双 原子 气体中唯一同时具有 奇数 电子和 顺磁性 的气体。但经光谱实验发现，氧气中还存在一种 抗磁性物质 O₄，有尤其在固体氧中存在较多。一般认为O₄是由O₂缔合而成，其缔合式可能为
缔 合能 为0.54kJ/ 摩尔 ，远小于正常的O-O 键能 （138kJ/mol），因此，非常容易解缔。此外， 氧分子 的 离解 能较大，破坏 共价键 所需能量较大，导致氧气在常温下的反应性能较差。
液态氧 中存在缔合分子O₄，在加温、加压下，经分子光谱实验证明其具有 反磁性 。
单线态氧和三线态氧
根据 分子轨道理论 ， 基态 氧分子的两个单 电子 分别占据两个 轨道且呈 自旋 平行状态，在适当强度的 磁场 作用下，其在 原子 吸收和 发射光谱 中有（2S+1）谱项，由于自旋平行时S=1，所以，（2S+1）=3，即自旋多重性为3，基态氧分子为 三重态 ，又称三线态氧。当基态氧分子被激发后，两个电子不论是以自旋相反的状态占据同一个π轨道，还是以自旋相同态分别占据两个π轨道，其均为S=0，2S+1=1，即自旋多重性为1、 激发态 氧分子为 单重态 ，又称 单线态氧 。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，空气中的氧气绝大多数为三线态氧 。基态氧分子不能直接吸收光能产生单重态氧，但可以通过光敏化法（常用的光敏化剂为 荧光 型 染料 ，如，荧光黄、 亚甲基蓝 、 叶绿素 等）和 化学 方法（ 过氧化氢 和 次氯酸根 离子在 乙醇 中反应）等得到单线态氧分子。
同素异形体
氧气的 同素异形体 有 臭氧 （O₃）、 四聚氧 （O₄）、八聚氧（ O₈ ） ，其中臭氧最为常见。与氧气不同的是，臭氧在 标准状况 下为浅蓝色气体， 有鱼 腥臭味，具有 反磁性 。常温下可缓慢分解。实验室中，控制温度为7℃，在氧气中进行无声放电，可将氧气转变为臭氧，并且所制的臭氧的浓度可达10%。此外，当大气中产生 雷电 火花时也能得到少量臭氧。
理化性质
物理性质
标准状况下，氧气为无色、无味气体， 熔点 218.4℃， 沸点 183.1℃，密度略大于 空气密度 ，为1.429g/L。 氧气为 非极性分子 ，不易溶于水，20℃时， 溶解度 为30cm³氧气/dm³水，氧气在盐水中的溶解度略小于纯水中，但氧气在许多 有机溶剂 （如 乙醚 、CCl₄、 丙酮 、苯等）中的溶解度比在水中的溶解度高10倍左右。 在101kPa下，-183℃时，氧气经凝聚变为液氧状态，呈淡蓝色，且具有流动性，当进一步冷却至-219℃时，氧气则凝聚形成淡蓝色的雪花状固体，但氧的液体和固体形态均具有明显的 顺磁性 。
化学性质
氧气具有强氧化性和 助燃性 。在常温下化学性质较为稳定，仅能氧化 一氧化氮 、 氯化亚锡 和 亚硫酸 等强 还原性 物质， 但在高温时化学性质较为活泼，除稀有气体和Au、Pt、Hg、Ag等少数不活泼金属外，能直接与其它元素发生 氧化反应 生成相应的氧化物，并放出大量热，当金属元素的活泼性较强时，则可反应生成过氧化物或超氧化物；此外，氧还能和惰性气体氙通过间接反应生成氧化物。 室温下，氧气可以氧化E(θ)<0.6V的 还原剂 （如S³⁻、SO₄²⁻等）。 在适当条件下，氧气可与许多 无机化合物 （如 硫化氢 、 一氧化碳 、 硫化物 等）及所有的 有机化合物 直接反应，或在热、光、放电等外界条件 催化 下反应。一些有机化合物（如甲烷、乙炔、酒精、石蜡等）均能在氧气中剧烈燃烧生成 二氧化碳 和水 。
与无机物反应
与有机物反应
制备方法
光合作用
绿色植物可通过吸收光能将二氧化碳和水转变为有机物和氧气 。
实验室制法
因为在 氧化物 或 含氧酸 盐中 ，氧的 氧化态 为-2价，所以可通过 化学 方法将O²⁻氧化为零价氧的方法制取氧气。如加热 氧化汞 等金属 氧化物 、 过氧化钡 等 过氧化物 和 硝酸钠 等均可制备氧气。实验室最常用的主要为加热 高锰酸钾 、 过氧化氢 和 氯酸钾 三种方法。
高锰酸钾法
高锰酸钾法通过加热高锰酸钾，使其受热分解产生氧气，具有制备时间短、操作简便和便于收集的特点 ：
过氧化氢法
过氧化氢法通过 二氧化锰 催化 加速过氧化氢分解速产生氧气 ：
氯酸钾法
实验室中最常用的方法是以二氧化锰为 催化剂 ，使 氯酸钾 加热分解。即，在二氧化锰作用下，当加热至200℃时，氯酸钾分解产生氧气。
工业制法
分离液态空气法
分离 液态空气 法利用氧气和 氮气 的 沸点 不同，从空气中分离制备氧气，是一种物理制取氧气的方法。首先，清除空气中的灰尘和机械杂质。由于液态氮的 沸点 （‐196℃）低于 液态氧 的沸点（‐183℃），更容易通过蒸发除去，因此，当在低温条件下，通过加压使洁净空气转变为液态后，可通过蒸发将氮气从 液态空气 中除去，从而获得较为纯净的 液态氧 ，该方法可制备得到纯度高达99.5%的液态氧。为了便于储存运输和使用，通常将制得的氧气加压后贮存于蓝色钢瓶中。
膜分离技术
膜分离技术指通过将空气加压（或负压）的方式，利用氧与氮在有机聚合薄膜上渗透选择性的差异，让空气通过具有富集氧气功能的有机聚合薄膜来制备氧气，该方法制备得到的氧气纯度可达到90%以上。该方法使用时首选的膜材料必须同时具有高渗透性和对氧气的高选择性。
水电解法
在 电解 槽 中通 直流电 ，其中的水经 电解 作用可产生氧气和 氢气 ，但该方法主要产物为氢气，而非氧气。
变压吸附法
变压吸附法指在常温、低压或常压下，将压缩空气通入吸附床，利用分子筛吸附剂对氮气和氧气的吸附性能不同，以及氧气的分压较低的特点，去除空气中的氮气，并且在出口处获得富氧空气。过一段时间后，可通过降低压力的方法去除吸附床上吸附的氮气数量，增大吸附能力，进而提升出口处的氧气纯度。
检测方法
常用的氧气检测方法有 电化学 氧气 传感器 、伽伐尼电池测氧仪 、顺磁测氧法 、光学 氧气传感器 和 气相色谱法 等 。
应用领域
医疗保障
富氧空气或纯氧在临床医疗中用于治疗各种类型的缺氧、呼吸困难以及任何其它大量消耗氧气的疾病，如用于治疗呼吸系统疾病、一氧化碳中毒等疾病，以及当误吸（化学性肺炎）或吸入 有毒气体 可能导致肺损伤，进而导致正常氧合受损时，需要辅助供氧。此外，氧气在医疗抢救、登山运动、潜水、高空飞行和太空探索中也是不可或缺的，用于提供呼吸气体。
化工生产
化学工业 中，氧气可用于生产制备 过氧化钠 、 氧化铅 、 硫酸 、 硝酸 和磷酸等物质，还可直接 氧化 乙烯 生产 环氧乙 、 合成气 （H₂+CO）、纸浆漂白、 污水处理 、 渔业 养殖等领域。此外，氧的 同位素 之一¹⁸O常作为示踪原子（试剂 H₂O ¹⁸）用于化学反应机理的研究。
炼钢工业
大量的纯氧用于炼钢，炼钢工业耗氧量占氧生产总量的60%以上，氧气可用于制备光导纤维和 半导体器件 、工艺中热氧化、金属焊接和切割、熔炼和顶吹氧炼钢等，此外，氧气作为助燃剂，与乙炔、丙烷等可燃气体配合形成的氧焰和氧炔焰常用于切割和焊接金属；这种方法在各行各业尤其是机械企业中用途广泛，作为切割方式十分方便，是首选的切割方法之一。 氧气还可在炼钢时用于除去Na、P等杂质。
国防行业
氧气用作卫星发射及 载人飞船 中火箭燃料的 氧化剂 ， 液态氧 可用于制作 液氧炸药 和作为 火箭发动机 的 助燃剂 等。
生命活动
氧气是维持生命体的正常活动、燃烧和氧化过程的重要因素。生物体内利用吸入的氧气进行缓慢氧化反应为产生的能量维持生命活动，如果供氧低于正常水平，人会变得懒洋洋甚至失去 知觉 。
安全事宜
储存运输
氧气储存在压力为150-160atm的气瓶中，液氧储存在绝缘罐中，少量液氧（2-50升）也可以储存在杜瓦瓶中。并将氧气容器放置于干净、阴凉、通风良好、远离火源、温度低于30℃的火灾风险低的地方，钢瓶一般平放且瓶口朝同一方向不可交叉，高度不得超过车辆防护栏板并用三角木垫卡牢防止滚动；夏季应早晚运输防止日光曝晒；铁路运输时禁止溜放；并与 还原剂 、易（可）燃物、活性金属粉末等分开存放，同时配备泄漏应急处理设备，氧气瓶（天蓝色，黑字）上的塑料压碎垫圈要及时更换，切记重复使用，并且禁止使用油或油脂润滑氧气瓶上的阀门。
消防措施
当火势较小时，使用干粉或 二氧化碳灭火器 进行扑灭；当火势较大时，使用水、雾或普通 泡沫灭火器 进行扑灭。 氧气本身不 易燃 ，但可助燃，因此，当氧气与 易燃物 接触时，应先将该区域与火源隔离开来，随后使用适宜的灭火剂进行扑灭。此外，若着火区域的易燃物均为水溶性物质，可通过用水稀释易燃物来降低着火强度。
将重大泄漏或溢出情况通知安全人员，在保证安全的情况下，排查消除所有点火源，关闭氧气源，并喷洒大量水以提高受控蒸发率，此时可能产生大量雾降低 能见度 属于正常现象，保持良好通风，并疏散人员。
健康危害
早在19世纪中叶，英国科学家保尔·伯特首先发现，如果让动物呼吸纯氧会引起中毒，人类也同样。在50%-60%的氧气环境中超过6小时可导致肺损伤，包括肺泡水肿、透明膜形成、 低氧血症 和进行性纤维化。吸入100%氧气24小时可引起 肺水肿 ，此外还可能引起咳嗽、恶心、头晕、 肺炎 等疾病。长期存在于高浓度氧气环境下会导致肺部瘢痕形成。“液态氧气对皮肤和组织有刺激性，可能导致眼睛和皮肤冻伤。但氧元素占到人、动物和植物细胞质量的65%，当人体氧气供应不足时，会导致有氧代谢和 氧化磷酸化 停止、 细胞 功能障碍和死亡，缺氧数分钟即可导致脑细胞无可弥补的损失而死亡。因此，缺氧也被认定为是一种可能危及生命的疾病。
防护措施
身体防护：穿长袖特殊工作服（与 液态氧 接触不会被点燃），并将裤子遮挡在靴子或高帮鞋外，以排出溢出的液体；
手部防护：佩戴 绝缘手套 ；
眼部防护：佩戴护目镜或面罩。
急救措施
吸入治疗：除肺炎外，其余病症在氧压降低后迅速恢复。将受伤者转移到新鲜空气中处，根据受伤者的呼吸状况，进行人工呼吸或佩戴吸氧装置，并立即就医；
皮肤治疗：首先将受伤者身上被污染的衣服和鞋子脱下，用大量清水冲洗冻伤处，干燥后，使用无菌的敷料敷在皮肤冻伤处。应注意冻结在皮肤上的衣服在脱下前应先解冻，如发生冻伤，用温水（38℃—42℃）复温，忌用热水或辐射热，不要揉搓，让受害者保持冷静和温暖，并立即就医。