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- 【化】氧;氧氣[U]
辨析
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氧(英語:oxygen)是一種化學元素,化學符號為O,原子序數為8,在元素週期表中屬於氧族元素(16族或VI族)。作為一種非金屬,氧是具有高反應性的氧化劑,能夠與大部分元素結合形成氧化物。氧在宇宙中的總質量在所有元素中位列第三,質量分數僅居氫和氦之下;氧也是地球地殼中最豐富的元素,地殼中近一半(46.6%)的質量也都是由氧化物(如水、二氧化碳、氧化鐵、氧化矽等)所組成。
在標準溫度和壓力下,氧會自然通過雙對共價鍵結合成雙原子分子,形成無色無味的單質氣體——雙氧(,即俗稱的氧氣),是現今地球大氣層的兩個主要成分之一,在氣體分壓和莫耳比例上佔空氣的20.8%,僅次於氮氣。由於氧較強的化學反應性,氧氣這種單質狀態其實很難長期保持,因此地球大氣中遠高於其它天體大氣層的含氧量必須不斷補充才能維持。自然界中的氧氣雖然可以通過光解水分子形成,但實際上完全依賴擁有葉綠素的自養生物(藍綠菌、葉綠體藻類和植物)的光合作用利用陽光的光能把水和二氧化碳轉化為碳水化合物和游離態的氧氣並將後者作為副產品釋放。除雙原子的氧氣外,氧還有另一種三原子單質的同素異構物——臭氧(),能夠較好地吸收中高頻紫外線(特別是UV-C,以及部分UV-B),位於平流層底的臭氧層有助遮蔽日光中的大量高能紫外線,從而保護生物圈不受游離輻射的傷害;不過在地表上的臭氧則屬於具有腐蝕性的污染物,為霧霾的副產品之一。
氧對地球上的生物有著極其深遠的影響。因其活躍的反應性,游離態的氧氣及其衍生的超氧化物自由基可以威脅基因物質(特別是聚核苷酸,如RNA和DNA)和細胞膜的分子結構完整,特別對厭氧生物來說則更是足以致命的毒物。但自太古宙末期的大氧化事件之後,演化出抗氧化劑機制的好氧生物開始利用氧氣作為產能代謝所需的重要作用元素,其中真核生物的細胞更是完全依賴氧氣進行細胞呼吸才能產生足夠的化學能維持生命必需的生理過程。所有生物體內的主要有機分子如蛋白質、核酸、碳水化合物和脂肪等,還有組成動物表皮以及棘刺、外殼、牙齒和內骨骼等礦化組織中的許多無機化合物,都含有氧原子;生物身體絕大部分的質量也都由含氧原子的水組成。氧氣在地球歷史上的長期濃度變化和對其它氣體濃度影響所造成的氣候變化也是推動生命演化歷程和生態系統演替的一個重要因素。
卡爾·威廉·舍勒於1771至1772年間在烏普薩拉最早發現氧元素。約瑟夫·普利斯特里亦於1774年在威爾特郡獨立發現氧,其成果的發表日期較舍勒早,一般譽為氧的發現者。1777年,安托萬-洛朗·德·拉瓦節一系列有關氧的實驗推翻了當時用於解釋燃燒和腐蝕的燃素說。他也提出了氧的現用IUPAC名稱「oxygen」,源自希臘語中的「ὀξύς」(oxys,尖銳,指酸)和「-γενής」(-genes,產生者)。這是因為命名時,他以為酸性物質都含有這種元素。在東亞是日本最先開始接觸現代化學,因此將其直譯為酸素,今天依然是氧的日文漢字名稱。在中國則是由清末的徐壽等人的翻譯書籍傳入許多化學詞彙,其中原法文元素名「oxygène」譯為「養」,後譯為「氱」,最終演變為今天的中文名「氧」。
氧氣在大氣層中的豐富度使得地球成為現今已知唯一能自然產生火的天體,也是自石器時代以來智人得以利用燃燒各種可燃物(燃料)進行取暖、照明、開荒甚至軍事火攻的基礎。進入工業時代後,人類對氧的應用包括醫療(氧療和過氧化物消毒)、區域供暖(暖氣)、熱機驅動(包括蒸汽機、內燃機、渦輪機和噴射機等)、冶煉、化學工業(石油化工、塑膠化工、特種化工、化肥、建材和合成纖維紡織生產等)、金屬氣焊和氣割、水產養殖以及登山、潛水(水肺潛水、潛水器和潛艇)、高空航空器和載人太空飛行器所用的生命保障系統。在低地球軌道因紫外線照射產生的單原子氧足以對太空飛行器造成腐蝕。