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拉瓦錫對氧氣的發現是在普里斯特里啟發下完成的。1774年，拉瓦錫用汞灰（HgO）的合成與分解實驗制得氧氣，并對它進行了系統的研究，發現它能與很多非金屬單質合成多種酸，故命名為“酸氣”（希臘文Oxygene）。

拉瓦錫通過氧氣的實驗，提出了燃燒的氧化學說，發動了化學史上有名的化學革命，使過去以燃素說形式倒立著的化學正立過來。因此，雖然不是他首先發現氧氣，但恩格斯還是稱他為“真正發現氧氣的人”，而舍勒和普利斯特里是“當真理碰到鼻尖上的時候還是沒有得到真理”。

1802年，德國東方學者克拉普羅特偶然讀到一本64頁的漢文手抄本，書名是《平龍認》，作者是馬和，著作年代是唐代至德元年（公元756年）。克拉普羅特讀完此書以后，驚奇地發現，這本講述如何在大地上尋找“龍脈”的著作，竟揭示了深刻的科學道理：空氣和水里都有氧氣存在。

1807年，克拉普羅特在彼得堡俄國科學院學術討論會上宣讀了一篇論文，題目是《第八世紀中國人的化學知識》，其中提到，空氣中存在“陰陽二氣”，用火硝、青石等物質加熱后就能產生“陰氣”；水中也有“陰氣”，它和“陽氣”緊密結合在一起，很難分解。克拉普羅特指出，馬和所說的“陰氣”，就是氧氣。證明中國早在唐朝就知道氧氣的存在并且能夠分解它，比歐洲人發現氧氣足足早了1000多年。克拉普羅特這篇論文使在場的科學家都感到驚奇不已。

分子結構

O?分子內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電子同時又顯示順磁性的物質。

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。

單線態氧和三線態氧

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相同，自旋量子數之和S=1，2S+1=3，因而基態的氧分子自旋多重性為3，稱為三線態氧。

在受激發下，氧氣分子的兩個未配對電子發生配對，自旋量子數的代數和S=0，2S+1=1，稱為單線態氧。

空氣中的氧氣絕大多數為三線態氧。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氧的主要原因。單線態氧的氧化能力高于三線態氧。

單線態氧的分子類似烯烴分子，因而可以和雙烯發生狄爾斯-阿爾德反應。

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操作處置與儲存

操作注意事項：密閉操作。密閉操作，提供良好的自然通風條件。操作人員經過專門培訓，嚴格遵守操作規程。遠離火種、熱源，工作場所嚴禁吸煙。遠離易燃、可燃物。防止氣體泄漏到工作場所空氣中。避免與活性金屬粉末接觸。搬運時輕裝輕卸，防止鋼瓶及附件破損。配備相應品種和數量的消防器材及泄漏應急處理設備。

儲存注意事項：儲存于陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。庫溫不宜超過30℃。應與易（可）燃物、活性金屬粉末等分開存放，切忌混儲。儲區應備有泄漏應急處理設備。

個體防護

工程控制：密閉操作。提供良好的自然通風條件。

身體防護：穿一般作業工作服。

手防護：戴一般作業防護手套。

其他防護：避免高濃度吸入。

氧氣出現光合作用

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變。使得水光解產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。在石炭紀曾出現過翼展2英尺半的巨蜻蜓。

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