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分子結構

O?分子內(nèi)的化學鍵通常是共價鍵。

從實驗上來說，順磁共振光譜證明O有順磁性，還證明O有兩個未成對的電子。說明原來的以雙鍵結合的氧分子結構式不符合實際。

氧氣的結構如右圖所示，基態(tài)O?分子中并不存在雙鍵，氧分子里形成了兩個三電子鍵。

氧的分子軌道電子排布式是氧氣的結構，在π軌道中有不成對的單電子，所以O?分子是所有雙原子氣體分子中的一種具有偶數(shù)電子同時又顯示順磁性的物質(zhì)。

兩個氧原子進行sp軌道雜化，一個單電子填充進sp雜化軌道，成σ鍵，另一個單電子填充進p軌道，成π鍵。氧氣是奇電子分子，具有順磁性。

單線態(tài)氧和三線態(tài)氧

普通氧氣含有兩個未配對的電子，等同于一個雙游離基。兩個未配對電子的自旋狀態(tài)相同，自旋量子數(shù)之和S=1，2S+1=3，因而基態(tài)的氧分子自旋多重性為3，稱為三線態(tài)氧。

在受激發(fā)下，氧氣分子的兩個未配對電子發(fā)生配對，自旋量子數(shù)的代數(shù)和S=0，2S+1=1，稱為單線態(tài)氧。

空氣中的氧氣絕大多數(shù)為三線態(tài)氧。紫外線的照射及一些有機分子對氧氣的能量傳遞是形成單線態(tài)氧的主要原因。單線態(tài)氧的氧化能力高于三線態(tài)氧。

單線態(tài)氧的分子類似烯烴分子，因而可以和雙烯發(fā)生狄爾斯-阿爾德反應。

化學性質(zhì) 氧氣的化學性質(zhì)比較活潑。除了稀有氣體、活性小的金屬元素如金、鉑、銀之外，大部分的元素都能與氧氣反應，這些反應稱為氧化反應，而經(jīng)過反應產(chǎn)生的化合物（有兩種元素構成，且一種元素為氧元素）稱為氧化物。一般而言，非金屬氧化物的水溶液呈酸性，而堿金屬或堿土金屬氧化物則為堿性。此外，幾乎所有的有機化合物，可在氧中劇烈燃生成二氧化碳與水。化學上曾將物質(zhì)與氧氣發(fā)生的化學反應定義為氧化反應，氧化還原反應指發(fā)生電子轉(zhuǎn)移或偏移的反應。氧氣具有助燃性，氧化性。

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工業(yè)制法

1、分離液態(tài)空氣法

在低溫條件下加壓，使空氣轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，然后蒸發(fā)，由于液態(tài)氮的沸點是‐196℃，比液態(tài)氧的沸點（‐183℃）低，因此氮氣首先從液態(tài)空氣中蒸發(fā)出來，剩下的主要是液態(tài)氧。

空氣中的主要成分是氧氣和氮氣。利用氧氣和氮氣的沸點不同，從空氣中制備氧氣稱空氣分離法。首先把空氣預冷、凈化（去除空氣中的少量水分、二氧化碳、乙炔、碳氫化合物等氣體和灰塵等雜質(zhì)）、然后進行壓縮、冷卻，使之成為液態(tài)空氣。然后，利用氧和氮的沸點的不同，在精餾塔中把液態(tài)空氣多次蒸發(fā)和冷凝，將氧氣和氮氣分離開來，得到純氧（可以達到99.6%的純度）和純氮（可以達到99.9%的純度）。如果增加一些附加裝置，還可以提取出氬、氖、氦、氪、氙等在空氣中含量極少的稀有惰性氣體。由空氣分離裝置產(chǎn)出的氧氣，經(jīng)過壓縮機的壓縮，將壓縮氧氣裝入高壓鋼瓶貯存，或通過管道直接輸送到工廠、車間使用。使用這種方法生產(chǎn)氧氣，雖然需要大型的成套設備和嚴格的安全操作技術，但是產(chǎn)量高，每小時可以產(chǎn)出數(shù)千、萬立方米的氧氣，而且所耗用的原料僅僅是不用買、不用運、不用倉庫儲存的空氣，所以從1903年研制出深冷空分制氧機以來，這種制氧方法一直得到較為廣泛的應用。

2、膜分離技術

膜分離技術得到迅速發(fā)展。利用這種技術，在壓力下，讓空氣通過具有富集氧氣功能的薄膜，可得到含氧量較高的富氧空氣。利用這種膜進行多級分離，可以得到百分之九十以上氧氣的富氧空氣。

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氧氣出現(xiàn)光合作用

地球的大氣層形成初期是不含氧氣的。原始大氣是還原性的，充滿了甲烷、氨等氣體。

大氣層氧氣的出現(xiàn)源于兩種作用，一個是非生物參與的水的光解，一個是生物參與的光合作用。

生物的光合作用對大氣層的影響巨大。它造成了大氣層由還原氛圍向氧化氛圍的轉(zhuǎn)變。使得水光解產(chǎn)生的氫氣能重新被氧化為水回到地球而不至于擴散到外層空間去，從而防止了地球上的水的流失。同時光合作用也加速了大氣層氧氣的積累，深刻地改變了地球上物種的代謝方式和體型。大氣層含氧量在石炭紀的時候一度上升到了35%。氧氣含量的增加造成了依賴于滲透方式輸氧的昆蟲在體型上的巨型化。在石炭紀曾出現(xiàn)過翼展2英尺半的巨蜻蜓。

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