氧氣基礎(chǔ)知識
氧氣基礎(chǔ)知識
氧氣，化學(xué)式O2，式量32.00，無色無味氣體，氧元素最常見的單質(zhì)形態(tài)。以下是由學(xué)習啦小編整理關(guān)于氧氣知識的內(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。
起源新機制
中國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)生的全新機制，表明氧氣非光合作用而來。
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)生碳原子負離子和自由氧原子或者氧分子。并通過實驗發(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”過程對星際化學(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氣體和能量電子。研究組認為“電子貼附解離”對原始氧氣起源的貢獻可能較以前公認的“三體復(fù)合反應(yīng)”和新近發(fā)現(xiàn)的“光解反應(yīng)”過程更為重要。這一發(fā)現(xiàn)大大深化和拓展了人們對“星際介質(zhì)化學(xué)反應(yīng)”的認識。
氧氣的主要用途
冶煉工藝：在煉鋼過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)。而且氧化過程中產(chǎn)生的熱量足以維持煉鋼過程所需的溫度，因此，吹氧不但縮短了冶煉時間，同時提高了鋼的質(zhì)量。高爐煉鐵時，提高鼓風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間提高產(chǎn)量。
化學(xué)工業(yè)：在生產(chǎn)合成氨時，氧氣主要用于原料氣的氧化，以強化工藝過程，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。
國防工業(yè)：液氧是現(xiàn)代火箭最好的助燃劑，在超音速飛機中也需要液氧作氧化劑，可燃物質(zhì)浸漬液氧后具有強烈的爆炸性，可制作液氧炸藥。
醫(yī)療保健：供給呼吸：用于缺氧、低氧或無氧環(huán)境，例如：潛水作業(yè)、登山運動、高空飛行、宇宙航行、醫(yī)療搶救等時。
其它方面：它本身作為助燃劑與乙炔、丙烷等可燃氣體配合使用，達到焊割金屬的作用，各行各業(yè)中，特別是機械企業(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有兩個未成對地電子。說明原來的以雙鍵結(jié)合的氧分子結(jié)構(gòu)式不符合實際。
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(yīng)。
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