氧氣基礎(chǔ)知識(shí)
氧氣基礎(chǔ)知識(shí)
氧氣，化學(xué)式O2，式量32.00，無(wú)色無(wú)味氣體，氧元素最常見(jiàn)的單質(zhì)形態(tài)。以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于氧氣知識(shí)的內(nèi)容，希望大家喜歡!
氧氣的出現(xiàn)
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(mǎn)了甲烷、氨等氣體。
大氣層氧氣的出現(xiàn)源于兩種作用，一個(gè)是非生物參與的水的光解，一個(gè)是生物參與的光合作用。
生物的光合作用對(duì)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(kuò)散到外層空間去，從而防止了地球上的水的流失。同時(shí)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(jì)的時(shí)候一度上升到了35%。氧氣含量的增加造成了依賴(lài)于滲透方式輸氧的昆蟲(chóng)在體型上的巨型化。在石炭紀(jì)曾出現(xiàn)過(guò)翼展2英尺半的巨蜻蜓。
起源新機(jī)制
中國(guó)科大田善喜教授研究組發(fā)現(xiàn)這一“氧氣起源”，揭示了早期地球上氧氣產(chǎn)生的全新機(jī)制，表明氧氣非光合作用而來(lái)。
在早期大氣環(huán)境中存在較多的二氧化碳和低能量電子，田善喜研究組提出這些二氧化碳分子可以捕獲低能電子，產(chǎn)生碳原子負(fù)離子和自由氧原子或者氧分子。并通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)作為產(chǎn)物的自由氧原子和氧分子在早期大氣化學(xué)反應(yīng)中的作用。
研究人員發(fā)現(xiàn)，“低能電子貼附或捕獲”過(guò)程對(duì)星際化學(xué)成分的演化至關(guān)重要。由于在許多星球(如地球、火星、土星等)的上空存在大量二氧化碳?xì)怏w和能量電子。研究組認(rèn)為“電子貼附解離”對(duì)原始氧氣起源的貢獻(xiàn)可能較以前公認(rèn)的“三體復(fù)合反應(yīng)”和新近發(fā)現(xiàn)的“光解反應(yīng)”過(guò)程更為重要。這一發(fā)現(xiàn)大大深化和拓展了人們對(duì)“星際介質(zhì)化學(xué)反應(yīng)”的認(rèn)識(shí)。
氧氣的主要用途
冶煉工藝：在煉鋼過(guò)程中吹以高純度氧氣，氧便和碳及磷、硫、硅等起氧化反應(yīng)，這不但降低了鋼的含碳量，還有利于清除磷、硫、硅等雜質(zhì)。而且氧化過(guò)程中產(chǎn)生的熱量足以維持煉鋼過(guò)程所需的溫度，因此，吹氧不但縮短了冶煉時(shí)間，同時(shí)提高了鋼的質(zhì)量。高爐煉鐵時(shí)，提高鼓風(fēng)中的氧濃度可以降焦比，提高產(chǎn)量。在有色金屬冶煉中，采用富氧也可以縮短冶煉時(shí)間提高產(chǎn)量。
化學(xué)工業(yè)：在生產(chǎn)合成氨時(shí)，氧氣主要用于原料氣的氧化，以強(qiáng)化工藝過(guò)程，提高化肥產(chǎn)量。再例如，重油的高溫裂化，以及煤粉的氣化等。
國(guó)防工業(yè)：液氧是現(xiàn)代火箭最好的助燃劑，在超音速飛機(jī)中也需要液氧作氧化劑，可燃物質(zhì)浸漬液氧后具有強(qiáng)烈的爆炸性，可制作液氧炸藥。
醫(yī)療保?。汗┙o呼吸：用于缺氧、低氧或無(wú)氧環(huán)境，例如：潛水作業(yè)、登山運(yùn)動(dòng)、高空飛行、宇宙航行、醫(yī)療搶救等時(shí)。
其它方面：它本身作為助燃劑與乙炔、丙烷等可燃?xì)怏w配合使用，達(dá)到焊割金屬的作用，各行各業(yè)中，特別是機(jī)械企業(yè)里用途很廣，作為切割之用也很方便，是首選的一種切割方法。
氧氣的分子結(jié)構(gòu)
O2分子內(nèi)的化學(xué)鍵通常是共價(jià)鍵。
從實(shí)驗(yàn)上來(lái)說(shuō)，順磁共振光譜證明O有順磁性，還證明O有兩個(gè)未成對(duì)地電子。說(shuō)明原來(lái)的以雙鍵結(jié)合的氧分子結(jié)構(gòu)式不符合實(shí)際。
氧氣的結(jié)構(gòu)如右圖所示，基態(tài)O2分子中并不存在雙鍵，氧分子里形成了兩個(gè)三電子鍵。
氧的分子軌道電子排布式是 ，在π軌道中有不成對(duì)的單電子，所以O(shè)2分子是所有雙原子氣體分子中唯一的一種具有偶數(shù)電子同時(shí)又顯示順磁性的物質(zhì)。
兩個(gè)氧原子進(jìn)行sp軌道雜化，一個(gè)單電子填充進(jìn)sp雜化軌道，成σ鍵，另一個(gè)單電子填充進(jìn)p軌道，成π鍵。氧氣是奇電子分子，具有順磁性。
單線(xiàn)態(tài)氧和三線(xiàn)態(tài)氧
普通氧氣含有兩個(gè)未配對(duì)的電子，等同于一個(gè)雙游離基。兩個(gè)未配對(duì)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(chēng)為三線(xiàn)態(tài)氧。
在受激發(fā)下，氧氣分子的兩個(gè)未配對(duì)電子發(fā)生配對(duì)，自旋量子數(shù)的代數(shù)和S=0，2S+1=1，稱(chēng)為單線(xiàn)態(tài)氧。
空氣中的氧氣絕大多數(shù)為三線(xiàn)態(tài)氧。紫外線(xiàn)的照射及一些有機(jī)分子對(duì)氧氣的能量傳遞是形成單線(xiàn)態(tài)氧的主要原因。單線(xiàn)態(tài)氧的氧化能力高于三線(xiàn)態(tài)氧。
單線(xiàn)態(tài)氧的分子類(lèi)似烯烴分子，因而可以和雙烯發(fā)生狄爾斯-阿爾德反應(yīng)。
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