氧

氧（英文名：Oxygen），化学元素，符号为O，原子序数为8，原子量为15.999，位于元素周期表第二周期第VIA族，其电子排布为[He]2s22p4。 氧元素是地壳中分布最广、含量最多的元素。氧元素活泼性非常强，可以与其他元素结合组成化合物，是维持动植物生命所必需的元素。氧有三种稳定的同位素，分别为16O、17O和18O。^[1]

氧气主要用于维持生物体呼吸。人体可以通过氧气进行呼吸作用，从外界摄取氧气，再从体内排出二氧化碳，为人体生命活动提供能量。^[4][5]绿色植物进行呼吸作用时，吸收氧气将体内一部分碳水化合物氧化还原为二氧化碳和水，同时把在光合作用时固定的能量的一部分重新释放出来。^[6]臭氧能吸收太阳光的紫外辐射，并转化为对动植物无害的其它形式的能量，此外高空臭氧层也是生物体免遭有紫外线过强射的重要屏障。^[1]四聚氧（O4）以亚稳态存在，存在时间很短。^[7]

纯氧在临床医疗中用于治疗各种类型的缺氧、呼吸困难以及任何其它大量消耗氧气的疾病。^[8][9]化学工业中，氧气主要用于原料气的氧化。^[10][11]在炼钢过程中吹入高纯度氧气，可以降低钢的含碳量，还有利于清除磷、硫、硅等杂质。此外，氧炔焰常用于切割和焊接金属等。^[12][11]氧气用作卫星发射及宇宙飞船中火箭燃料的氧化剂，液氧可用于制作液氧炸药和作为火箭发动机的助燃剂等。^[12][13]

氧中毒是长时间吸入高氧分压气体所致的组织、细胞损伤；氧中毒的发生主要取决于吸入氧的分压而不是氧浓度。氧中毒早期可出现定向力障碍、呼吸困难、视力变化等症状。^[14]

早在公元前2世纪，拜占庭的费隆（Philo）就思考了气体的膨胀和收缩。^[15]费隆吸水蜡烛试验。说明了水面迅速开始上升是因为容器里的空气因为燃烧而被挤出来。水面上升的体积等于被挤出的空气的体积。^[16]据资料记载，在中国，南北朝的时候，炼丹术已经很流行，当时的人就知道用火硝加热等方法，在唐朝就开始了对于氧的提炼和研究，中国对氧气的最早发现时间可能大概是在6世纪。^[17]

氧元素的发现与确立最早和燃烧过程有关。18世纪初，德国化学家施塔尔（StahlG.E.）等人提出“燃素理论”，认为一切可以燃烧的物质均由灰和“燃素”组成，物质燃烧后剩下来的是灰，而燃素本身变成了光和热，散逸到空间去了。^[18]1767年，瑞典化学家卡尔·威尔海姆·舍勒（Carl Wilhelm Scheele）通过加热硝石（亚硝酸盐）得到了氧气，他当时并没有认识到这是一种独特的元素，而是将它称之为“硝石的挥发物”。^[19]1771年，卡尔·威尔海姆·舍勒（Carl Wilhelm Scheele）再一次独立的发现了氧气，此次他将它称之为“火焰空气”。^[1]1774年，英国化学家约瑟夫·普里斯特利（Joseph Priestley）通过加热氧化汞（HgO）产生了氧气，但由于他是燃素说的崇拜者，使得他认为实验中产生的气体是一种“脱燃素空气”。^[20]

1777年，法国化学家拉瓦锡（A.L.Lavoisier）通过实验也产生了氧气，并对该气体的性质进行了研究，通过结合其他化学家的见解及理论，提出了燃烧的氧化学说，推翻了燃素说，但是他错误地认为氧气是形成所有酸所必需的组成部分，因此他采用古希腊语中的酸（oxys）和形成（genes）来命名这种气体，称之为氧（oxygen）。^[21][1]中国清末学者徐寿把这种气体称为“羊气”，后来为了统一，取了其中的“羊”字；因是气体，又加了部首“气”头，成为今天使用的“氧”字。^[17]

1860年前后，比利时分析化学家斯塔（Jean-Servais Stas）用十多年的时间对原子质量进行了精密的测定，推翻了“一切元素的原子质量都是氢原子质量的倍数”的假说，提出了采用氧原子质量为16.000作为原子质量的标准。^[22]

1877年，路易·保罗·卡耶泰和瑞士工程师拉乌尔·皮克泰一起制造出了少量液氧。^[23]

1887年，法国著名的气体生理学家Paul Bert在《气压生理学》著名专著中，详细描述了氧气的毒性。他发现氧气对昆虫、软体动物、蚯蚓、真菌、发芽的种子、鸟和其他各种动物都有毒性。这种中毒是以迅速的神经系统功能异常（惊厥）为特点，因此称为急性氧中毒（中枢神经系统氧中毒，也称Bert效应）。这是人类第一次系统证明氧气有毒性。1897年，病理学家James Lorrain Smith发现，即使呼吸常压高浓度氧气，也可以造成类似于支气管肺炎的肺损伤，由于这种损伤发生时间比较长，又称为慢性氧中毒（Lorrain Smith效应）。他的儿子小Haldane曾经尝试在高压下呼吸氧气，并发生了癫痫大发作，亲身冒险尝试高压氧毒性。这也是第一次关于人类急性氧中毒的文献记录。^[24]

1929年，美国化学家威廉·弗朗西斯·吉奥克（William Francis Giauque）和约翰斯顿（Johnston）在对氧气熵shāng的研究中，发现了氧的两种同位素氧-17（17O）和氧-18（18O）。^[25]

人体进行呼吸作用（即从外界摄取氧气，再从体内排出二氧化碳）的过程为人体新陈代谢的循环过程。人体从外界呼吸的氧首先进入肺泡，弥散到肺部的毛细血管中，与血红蛋白结合成氧合血红蛋白，再在心脏作用下携带氧的血液由动脉输往全身，当到达毛细血管时，氧合血红蛋白解离出氧并携走二氧化碳，这时由氧合血红蛋白解离出来的氧为溶解氧，进入细胞线粒体，完成氧化还原反应。与糖、蛋白质、脂肪作用产生热量释放机械能，为人体生命活动提供能量。^[4][5][26]

此外，人体的皮肤也在呼吸，即在皮肤组织内燃烧糖，把它分解成二氧化碳和水，与此同时通过汗孔与外界空气进行交换。通过皮肤呼吸散发热、排泄有害物质、蒸发水分等。虽然皮肤呼吸量仅是肺呼吸量的1%，但只要皮肤呼吸停止40分钟就可能会导致人体死亡。^[5]

与人体不同，绿色植物既能消耗氧气，又能产生氧气。绿色植物通过光合作用，利用太阳辐射能在水的参与下将二氧化碳转换为碳水化合物，并放出氧气，而在进行呼吸作用时，吸收氧气将体内一部分碳水化合物氧化还原为二氧化碳放出，同时把在光合作用时固定的能量的一部分重新释放出来。植物的呼吸作用发生在细胞的线粒体中。因此，呼吸作用是光合作用的逆反应，白天，光合作用与呼吸作用是同时进行的；夜间，光合作用停止，只存在呼吸作用。^[6][27]

绿色植物的光合作用可以将水和二氧化碳转化为氧气和碳水化合物，从而使得氧在自然界中循环利用^[28]：

对植物而言，呼吸作用的本质是蔗糖分子的氧化和氧分子的还原。1分子蔗糖完全氧化时的呼吸作用：^[29]

水中氧含量只有空气中氧含量的5%，而且氧在水中的扩散速度更慢一些，所以对于水生动物来说，它们拥有比陆生动物更有效的呼吸器官，即水生动物通常靠鳃吸入氧气维持生命活动。^[30]

无尾两栖类动物通过肺和皮肤进行呼吸，肺内壁呈蜂窝状，但肺的表面积不大，因此，皮肤呼吸仍占重要地位。爬行动物的肺虽然和两栖类一样为囊状，但其内壁有复杂的间隔，把内腔分隔成蜂窝状小室，使其与空气接触的面积增大。肺的结构在不同的动物体内变异很大，最简单的形式仍为囊。^[30]

在自然界中，一些微生物也需要通过有氧呼吸获得能量，例如细菌中的芽孢杆菌、根瘤菌、固氮菌、硝化细菌以及霉菌、放线菌等在有氧环境中都吸收分子氧进行呼吸作用。兼性厌氧微生物在有氧条件下氧阻遇发酵作用，促进呼吸作用，也通过有氧呼吸获得生命活动所需的能量。^[31]

氧是地壳中最丰富的、分布最广的元素，它在地壳中基本上是以氧化合物（如二氧化硅、硅酸盐及含氧酸盐等）的形式存在，在整个地壳中的质量分数为48.6%。在大气中主要以氧单质（氧气和臭氧）的形式存在，约占整个大气体积的21%，大气质量的23%。在海洋、江河以及湖泊中主要以水的形式存在，质量分数约为88.8%。此外，氧在人体和动物中质量占比约为65%。^[32][28]火星大气中含有约0.15%的氧气。^[1]

地球早期的大气缺氧，属于还原性质的大气。氧逐渐增加是大气圈的主要变化之一。地球环境与生物创新进化有的科学家推测，37亿年前也许已存在与氧混合的大气。但缺少有力的证据。一般认为太古宙的自由氧已有明显的意义，可能已存在臭氧。在早元古宙，南非有古土壤，并且枕状玄武岩中有氧化环，说明那时大气中自由分子氧已增多。^[33]

有学者认为在23亿年前已出现大量红层，在各洲都有红色层的记录。从那时起易氧化的碎屑硫化物、铀yóu云母从地质记录中基本消失。说明在大气中已有较多的自由氧。^[33]

18~20亿年前广泛分布的条带沉积铁矿是海洋中二价铁氧化为Fe3O4沉积形成的。另一种猜测认为可能铁细菌通过光合作用产生出氧，氧化了亚铁。说明那时大气中自由氧的浓度不断增高。^[33]

最原始的真核细胞可能在25~17亿年前出现。真核生物是喜氧的，呼吸能力增大。个体较大的单细胞真核生物，具复杂细胞器，大约出现在14亿年左右，要求氧的浓度更高。^[33]

元古宙晚期出现红层，是陆上二价铁的氧化。红层是含有Fe2O3的沉积物。产生Fe3O4所需的氧含量要比产生条带状铁矿岩层Fe3O4所需的氧含量高。^[33]

在45~32亿年前，估计大气上层温度达1500℃~2000℃，水汽和甲烷在大气上层受到光的分解，即光致离解作用，水分解成氢和氧。^[33]

海拔高度约600km以上是逃逸层，那里温度高而空气稀薄，分子间碰撞的机率小，低分子量的氢以相当快的速度逃逸出地球引力圈外，推算氢逃逸的速度为107个原子/cm2/s。地球早期大气层温度较高，可能大气的分层还不明显，水汽和甲烷wán等气体能通畅地上升，而且逃逸层比现代低，光致离解在大气圈的大部分地区发生。所以那时氢大量逃逸，而分子量较重的氧留下，因此氧逐渐累积。^[33]

水的“光致离解”产生氧后，部分活泼的自由氧与甲烷作用形成二氧化碳和水。产生的水在高空中又“光致离解”，通过甲烷和水的接力分解，自由氧不断有所增加。^[33]

有科学家估计，在30亿年前自由氧含量约为现在的千分之一。早期大气中水汽的光致离解，提供的自由氧，大部分消耗在火山还原挥发物的氧化和风化中，所以氧累积很缓慢。^[33]

游离氧的长期不断累积，在高层大气中形成薄薄的臭氧层。臭氧层的形成是生物发展的必要条件之一。臭氧层吸收紫外线，大气中氧达到现代水平的1％时就可形成保护作用，所以20亿年前已存在这个条件，但有的学者估计在16亿年前才形成臭氧层。臭氧层保护了生物，生物的作用又进一步加强了臭氧层。^[33]

自由氧的大量累积，大都是生物成因；生物发展到能进行光合作用释放自由氧，并能忍受大气中高含量氧是创新并且同时又是逐渐适应的过程。早期能进行光合作用的一些藻类，用光能加工二氧化碳和氮等元素制造有机物排出氧，把氧从化合物中解放出来，这是创新过程。叠层石是由原核蓝藻类在特定的环境下与无机沉积物相互作用共同构成的一种生物沉积建造体。这种蓝藻已有进行光解的能力。^[34]

生物的光合作用为大气圈中氧的增多和二氧化碳的减少作出了贡献，也为自身的发展创造了条件。所有绿色植物包括藻类和古老的蓝细菌，都以相同过程释放氧，光合作用同化二氧化碳，释放自由氧。所以生物的光合作用能向大气放出大量游离氧。早期生物释放的游离氧和当时大气中的甲烷和氨发生反应，演变为今日氧、氮、二氧化碳和水汽组成的大气。大约在20亿年前自由氧至少可达现代大气总量值的5%。10亿年前估计增加到现在氧的10％。自由氧的缺乏限制了生物的发展，因此10亿年前的生物都是小的、简单的、无骨骼的、固着的或漂浮的，缺乏主动取食能力。随着藻类繁盛，生物光解能力的增长，自由氧迅速增多。生物形体变大、变复杂、活动能力增强，发展为具有骨骼的生物。尤其是4亿年以来高等植物的出现和发展，氧成为大气的主要成分之一，在志留纪时氧增加到现代自由氧水平的50％。^[34]

现代空气中对自由氧的循环起决定作用的是生物的光合作用，估计全球每年产生自由氧为3.83×1017g，其中海洋中产生3．4×1017g。另一估计陆生植物纯初生生物产量每年约58×1015g碳，碳和氧之比等于12/32，即光合作用分解二氧化碳后，每年释放1.55×1017g氧；而水生植物每年释放3.62 X 1017g氧，全球每年产生自由氧为5.17×1017g。^[34]

现代大气氧的总含量1.2x1021g，被除于生物每年释放的5.17×1017g氧，等于2321年，为现代大气圈中氧全部更换的时间。另一计算，现代每年光合作用固定的碳约为1016mol，释放相当摩尔的氧。大气圈中有氧38×1018mol，因此大气中氧的更换要3800年=（38×1018mol/1016mol）。从这些估算中可以知道氧的循环是迅速的，但由于碳的埋葬和生物产量的不确定性，氧的驻留时间变化很大。^[34]

生物圈储库包含约3653×1015g有机碳，其中生物圈、土壤腐殖土和海洋中溶解的有机碳是主要储库。如果生物圈储库的所有碳氧化，要消耗现代氧9.7x1018g，占大气圈总氧的近1％。有机碳的储库在一定程度上控制了氧在大气中的含量。^[34]

富氧空气或纯氧在临床医疗中用于治疗各种类型的缺氧、呼吸困难以及任何其它大量消耗氧气的疾病，如用于治疗呼吸系统疾病、一氧化碳中毒等疾病，以及当误吸（化学性肺炎）或吸入有毒气体可能导致肺损伤，进而导致正常氧合受损时，需要辅助供氧。此外，氧气在潜水、登山、航天飞行等方面对于保障人体正常活动也非常重要。^[8][9]

在化工生产中，氧气主要用于原料气的氧化。例如，重油的高温裂化以及煤粉、水煤浆的气化等，都是通过气化原料来达到强化工艺过程、提高产品产量的目的。^[11]

另外氧气可用于生产制备过氧化钠、氧化铅、硫酸、硝酸和磷酸等物质，还可直接氧化乙烯生产环氧乙烷、合成气（H₂+CO）。在纸浆漂白、污水处理等领域也有应用。此外，氧的同位素之一¹⁸O常作为示踪原子（试剂H₂O¹⁸）用于化学反应机理的研究。^[10][13]

大量的纯氧用于炼钢，炼钢工业耗氧量占氧生产总量的60%以上。^[12][13]在炼钢过程中吹入高纯度氧气，氧便和磷、硫、硅等起氧化反应，这不但降低了钢的含碳量，还有利于清除磷、硫、硅等杂质。而且氧化过程中产生的热量足以维持炼钢过程所需的温度，因此，吹氧不但缩短了冶炼时间，同时提高了钢的质量。高炉炼铁时，提高风中的氧浓度可以降低焦比，提高产量。在有色金属冶炼中，采用富氧也可以缩短冶炼时间，提高产量。^[11]

把氧气加入冶炼炉内可提高炉内温度，加速冶炼过程。利用焊炬和割炬，乙炔在氧气里燃烧，能产生一种叫做氧炔焰的火焰，温度可达3000℃以上，用来焊接或割断金属。^[35]液氧是现代火箭最好的助燃剂，在超音速飞机中也需要液氧作氧化剂，可燃可制作液氧炸药^[11]

标准状况下，氧气为无色、无味气体，熔点-218.79℃，沸点-182.96℃，密度略大于空气密度，为0.001429g/cm3。^[1][36]氧气为非极性分子，不易溶于水，20℃时，溶解度为30cm³氧气/dm³水，氧气在盐水中的溶解度略小于纯水中，但氧气在许多有机溶剂（如乙醚、CCl₄、丙酮、苯等）中的溶解度比在水中的溶解度高10倍左右。^[13]在101kPa下，-183℃时，氧气经凝聚变为液氧状态，呈淡蓝色，且具有流动性，当进一步冷却至-219℃时，氧气则凝聚形成淡蓝色的雪花状固体，但氧的液体和固体形态均具有明显的顺磁性。^[37]

氧的化学性质十分活泼。除不能与少数贵金属（金、铂）以及惰性气体（氦、氖nǎi、氩yà）等发生化学反应外，氧能与其他所有的金属和非金属元素发生化学反应。氧与其他元素化合时，发生的化学反应均为放热反应。^[38]

氧与第Ⅰ族和第Ⅱ族的金属元素发生氧化反应时，因氧与这些金属的电负性差值较大，故生成的氧化物均为离子化合物。氧与活泼金属（钠、钡bèi）等发生氧化反应，不仅可以形成氧化物而且在一定条件下可生成过氧化物。例如：钠在氧中燃烧就可以生成过氧化钠，反应方程式为：^[38]

相对原子质量较大的金属（铁、钡、锶sī等）与氧的氧化反应，在室温下就能自发进行。例如，铁与氧在室温条件下，铁会缓慢地被氧化，生成三氧化二铁（Fe2O3）。铁在纯氧中的氧化反应十分激烈，即铁在氧中燃烧，能发出明亮的火星及耀眼的光芒，反应后能够生成红色氧化铁（FeO），还能够生成黑色的四氧化三铁（Fe3O4），即氧化铁与氧化亚铁的加成物，四氧化三铁具有强磁性。^[38]

氧与燃料会发生激烈的氧化反应称之为燃烧反应。燃烧反应中放出大量的热，使反应系统达到很高的温度。固体燃料煤的主要可燃成分是碳，燃烧后的主要产物是二氧化碳（CO2）。当氧气不足时，碳不能完全燃烧，反应后将生成部分的一氧化碳（CO）。液体燃料（石油、汽油、柴油等）和气体燃料（天然气、石油气、煤层气等）的主要燃烧成分是碳、氢化合物，燃烧后的主要产物是二氧化碳和水。例如天然气其可燃成分是甲烷（CH4），燃烧的反应式为：^[38]

^[39][40]

氧除与燃料的燃烧反应外，与其他非金属几乎都能发生化学反应。反应在高温下进行，反应很激烈。氧与硫、碳、氢等元素反应，因其电负性值相差较小，因此所生成的化合物往往都含有共价键，反应生成物均以分子形式存在。如：^[38]

氧除与金属元素和非金属元素发生氧化反应外，氧还能够与无机化合物、有机化合物，甚至惰性气体的化合物发生化学反应，使这些化合物进一步氧化，而形成稳定的氧化物。典型的氧化反应如：氧化亚氮与氧反应，生成稳定的氧化氮。其反应式为：^[38]

在生命生长、发育、繁殖、组织修复等机体的一切活动都需要能量，生物体每时每刻不断地产生能源物质（糖、蛋白质、脂肪）的氧化过程，也称之为生化反应。葡萄糖的氧化反应式为：^[38]

在体外葡萄糖的氧化反应可以瞬间完成，在生命机体中其反应需要分若干步骤逐渐进行，营养及能量被生命体组织利用，最终生化反应产物为二氧化碳和水以及一定的能量以热量形式散发。^[38]

氧对生物体的另一种生化反应，是氧通过呼吸进入肺泡，肺泡内氧的分压为13.3kPa。而后氧由肺泡弥散到肺泡的毛细血管中，溶解在血浆内。在常压下，体温37℃的正常人每100mL的血液可溶解氧0.3mL（0.3％）。血浆内溶解的氧将透过红细胞膜，弥散并溶解在红细胞浆内，与血红蛋白发生化学反应，形成氧合血红蛋白（HbO2），向机体的各个器官输送所需的氧。人的血红蛋白每100mL，可结合约19mL的氧。^[38]

氧已发现的同位素有十六种，其中稳定型的同位素只有三种，分别为氧-16（16O）、氧-17（17O）和氧-18（18O）。自然界中的氧是这三种同位素的混合物，其中16O的含量最高，约占自然界中氧原子数的99.76%。氧17占0.038%，氧18占0.2%。18O可以通过水的分馏以重氧水的形式富集，也可以在商业上使用，比如水（H2O含有15%的18O）。^[1][41][42]

氧同位素的原子质量、半衰期以及发现时间^[1]

同位素符号原子质量和不确定度（u）半衰期和不确定度（u）发现年份11O11.051249828 ± 0.000064453198 ys ± 12（1 ys = 10-24 s）201912O12.034367726 ± 0.0000128828.9 zs ± 3.3（1 zs = 10-21 s）197813O13.024815435 ± 0.0000102268.58 ms ± 0.05（1 ms = 10-3 s）196314O14.008596706 ± 0.00000002770.621 s ± 0.011194915O15.003065636 ± 0.000000526122.266 s ± 0.043193416O15.99491461926 ± 0.00000000032稳定型191917O16.99913175595 ± 0.00000000069稳定型192518O17.99915961214 ± 0.00000000069稳定型192919O19.003577969 ± 0.0000028326.470 s ± 0.006193620O20.004075357 ± 0.0000009513.51 s ± 0.05195921O21.008654948 ± 0.0000128823.42 s ± 0.10196822O22.009965744 ± 0.0000611072.25 s ± 0.09196923O23.015696686 ± 0.00013066397 ms ± 8197024O24.019861000 ± 0.00017777.4 ms ± 4.5197025O25.029338919 ± 0.0001772255.18 zs ± 0.35200826O26.037210155 ± 0.0001770814.2 ps ± 3.3（1 ps = 10-12 s）2012

臭氧（O3）是一种淡蓝色的，具有特征性气味的气体，其分子式由三个氧原子构成，属于O2的同素异形体。O3是由太阳对大气中氧气的紫外线辐射作用而产生的，主要存在于高层大气中。O3具有很强的氧化能力，在常温下可以将汞和银氧化成氧化汞和氧化银，也可以使靛蓝、石蕊等染料褪色。O3是一种抗菌剂，可用于生产瓶装水，以及处理肉类、家禽和其他食品，也可用来漂白面粉、油类及纺织物，消毒饮料水、空气和病房等，还可作为示踪剂、亲电试剂、诱变剂、氧化剂和防腐剂。^[43][44]

四聚氧（O4）以亚稳态存在，存在时间很短。θ-O4相的结构是一个方形链，每圈有4个氧原子，类似于硫的高压S4相，在这种构型中，每个氧原子都有2个相同的最近邻，链沿c轴形成。^[7]

氧化物是指含有氧元素和其他元素的二元化合物，主要有酸性氧化物、碱性氧化物、两性氧化物、中性氧化物、复杂氧化物以及过氧化物等。^[45]有机氧化物包括有机酸、酮tóng、醇、醛、酯zhǐ和环氧化物等，人体中含有蛋白质、脂肪、糖类等。^[46][28][41]另外，还存在如硅酸盐以及含氧酸盐，过氧化物、超氧化物、臭氧化合物等所有含有氧元素的化合物。^[28][41]

水是由氢、氧两种元素组成的无机物，在常温常压下为无色无味的透明液体，^[47]分子式为H2O。^[48]水是机体内含量最多的物质，它是维持生命最重要的物质之一，在人和动物体内参与运输、排泄、交换、调节体温及各种生物化学反应过程。^[49][50]植物生命活动中，水分直接参与原生质组成、重要的生理生化代谢和基本生理过程。^[51]

二氧化碳化学式为CO2，在常温常压下是一种无色、无味的不可燃气体，易溶于水形成碳酸，在自然空气中的体积分数约为0.04%，是空气中的主要组成部分之一。^[52][53]长期处在高浓度的二氧化碳氛围下会导致窒息。^[54]过量排放到大气的二氧化碳是导致全球变暖的主要原因之一。^[53]二氧化碳在人工降雨、消防、食品、医疗、表面清洁、化工生产中均有应用，是促进温室中植物的生长的重要因素。^[52]

乙醇俗称酒精，分子式为C2H6O，摩尔质量为46.07g/mol，密度为0.79g/cm3，是无色透明易挥发和易燃性液体，具有酒的气味和刺激的辛辣味，燃烧时出现淡蓝色火焰。乙醇易溶于水、甲醇、乙醚和氯仿等，能与水以任意比例混合，具有吸湿性，能与水混合形成共沸混合物。乙醇是重要的基础化工原料，广泛应用于医药、食品和化工等行业，是一种常用溶剂，也用作消毒剂、洗涤剂和燃料等。^[55][56][57]

高锰酸钾法通过加热高锰酸钾，使其受热分解产生氧气，具有制备时间短、操作简便和便于收集的特点^[36]：

过氧化氢法通过二氧化锰催化加速过氧化氢分解速产生氧气^[36]：

实验室中最常用的方法是以二氧化锰为催化剂，使氯酸钾加热分解。即，在二氧化锰作用下，当加热至200℃时，氯酸钾分解产生氧气。^[10][37]

工业上的氧主要是从空气中制取，以空气为原料，将氧组分及氮组分分离而得到氧，根据氧、氮组分分离所采取的方法不同，可以划分为低温分离空气法、变压吸附法以及膜分离法。^[58][59]

低温分离空气法：根据热力学原理采用物理方法将空气压缩、冷却液化，然后按照氧和氮组分的沸点不同（在大气压下氧的沸点约为90K，氮的沸点约为77K），经多级分馏以及质、热交换，低沸点的氮组分不断地浓集于蒸气相之中，而高沸点的氧组分不断地从蒸气中冷凝聚集在液相之中，使得蒸气相中氮组分含量不断提高，液相中氧组分含量越来越高，从而使氧、氮分离。该方法所有操作均是在120 K 以下的温度条件下进行的，故称为低温分离空气法。该方法产量大且纯度高，耗能低，是世界应用最广泛的制氧方法。^[58][59]变压吸附法： 也叫PSA 法（Pressure Swing Adsorption），是根据分子筛对空气中的氧、氮组分选择性吸附而分离获得氧。将压缩后的空气通过分子筛，由于氮分子大小大于氧分子，氮组分会优先被吸附，而氧分子留在气相中，从而使得氧、氮分离。采用该方法制氧，氧的回收率一般在60%~70%。^[59]膜分离法：利用有机聚合膜的渗透选择性，从气体混合物中分离出富氧气体。理想的聚合膜材料应具有优异的选择性和渗透性。该方法装置简单，操作方便，但是成本太高。^[60]

基态O原子的价电子层结构为2s22p4，根据O2分子的分子轨道能级图，它的分子轨道表示式为KK(σ2s)2(σ*2s)2(σ2p)2(Π2p)4(Π*2p)2，由此可以写出O2分子的结构式：^[61]

在O2分子中有一个σ键和两个三电子Π键，每个三电子Π键中有两个电子在成键轨道，一个电子在反键轨道，从键能看，它相当于半个正常的元键；两个三电子Π键合在一起，键能相当于一个正常的Π键，因此O2分子总键能相当于O=O双键的键能（494kJ/mol）。在O2分子的分子轨道能级图上，在反键轨道上有两个成单电子，所以O2分子是顺磁性的。^[61]

根据分子轨道理论，基态氧分子的两个单电子分别占据两个轨道且呈自旋平行状态，在适当强度的磁场作用下，其在原子吸收和发射光谱中有（2S+1）谱项，由于自旋平行时S=1，所以，（2S+1）=3，即自旋多重性为3，基态氧分子为三重态，又称三线态氧。当基态氧分子被激发后，两个电子不论是以自旋相反的状态占据同一个π轨道，还是以自旋相同态分别占据两个π轨道，其均为S=0，（2S-1）=1，即自旋多重性为1、激发态氧分子为单重态，又称单线态氧。单线态氧的氧化能力高于三线态氧，空气中的氧气多数为三线态氧^[62]。基态氧分子不能直接吸收光能产生单重态氧，但可以通过光敏化法（常用的光敏化剂为荧光型染料，如，荧光黄、亚甲基蓝、叶绿素等）和化学方法（过氧化氢和次氯酸根离子在乙醇中反应）等得到单线态氧分子。^[12][13]

氧中毒长时间吸入高氧分压气体所致的组织、细胞损伤；氧中毒的发生主要取决于吸入氧的分压而不是氧浓度。常见于使用水下呼吸器的潜水者、高浓度氧环境下的早产儿以及高压氧治疗的患者；氧疗时如果吸入0.5个大气压以上氧持续48小时，或长期吸入>60qc高浓度氧，均有可能发生氧中毒。氧中毒早期可出现定向力障碍、呼吸困难、视力变化等症状，临床上把中枢神经系统、肺和眼损伤为主的氧中毒分别称为脑型、肺型、眼型氧中毒。^[14]

脑型氧中毒。又称惊厥型氧中毒或急性氧中毒，指机体在吸入2~3个大气压以上的氧气后，短时间内出现惊厥等中枢神经症状（6个大气压的氧数分钟，4个大气压氧数十分钟）。早期可能出现面颊肌肉的纤维性颤动，视觉、听觉和感觉异常等前驱症状，继而出现抽搐、晕厥、昏迷，甚至死亡；高压氧治疗时，患者出现神经症状，应区分脑型氧中毒与由缺氧引起的缺氧性脑病。前者先抽搐后昏迷，抽搐时患者是清醒的；后者则先昏迷后抽搐。对氧中毒者应控制吸氧，但对缺氧性脑病者则应加强氧疗。^[14]

肺型氧中毒。较长时间吸入0.6~2个大气压的氧气，导致以肺部损害为主的氧中毒。肺型氧中毒的发生、发展经历时间相对较长，又称为慢性氧中毒；一般人在吸入1个大气压的氧10小时后，初期出现鼻黏膜充血、口干、咽痛、咳嗽、胸骨后不适；随后频繁咳嗽、胸骨后疼痛、呼吸窘迫、肺活量减少、动脉血氧分压（PaO2）下降。氧疗的患者如发生氧中毒，吸氧反而使PaO2下降，加重缺氧，造成难以调和的治疗矛盾，故氧疗时应控制吸氧的浓度和时间，防止氧中毒的发生。^[14]

眼型氧中毒。高浓度氧和高压氧引起视觉系统损害的氧中毒。主要发生于早产、低出生体重等有吸氧史的新生儿。表现为视网膜广泛的血管阻塞、成纤维组织浸润、晶体后纤维增生。是新生儿氧疗不当引起的并发症，常导致视力障碍，严重者可致肓。一般认为氧中毒引起细胞受损的机制与活性氧的毒性作用有关。在处理措施上以支持治疗为主，重要的是预防和早期发现。^[14]

吸入治疗：除肺炎外，其余病症在氧压降低后迅速恢复。将受伤者转移到新鲜空气中处，根据受伤者的呼吸状况，进行人工呼吸或佩戴吸氧装置，并立即就医；^[2][8]

皮肤治疗：首先将受伤者身上被污染的衣服和鞋子脱下，用大量清水冲洗冻伤处，干燥后，使用无菌的敷料敷在皮肤烧伤处。应注意冻结在皮肤上的衣服在脱下前应先解冻，如果与液氧接触，用温水解冻，让受害者保持冷静和温暖，并立即就医。^[2][8]

当火势较小时，使用干粉或二氧化碳灭火器进行扑灭；当火势较大时，使用水、雾或普通泡沫灭火器进行扑灭。^[2]氧气本身不易燃，但可助燃，因此，当氧气与易燃物接触时，应先将该区域与火源隔离开来，随后使用适宜的灭火剂进行扑灭。此外，若着火区域的易燃物均为水溶性物质，可通过用水稀释易燃物来降低着火强度。^[8]

将重大泄漏或溢出情况通知安全人员，在保证安全的情况下，排查消除所有点火源，关闭氧气源，并喷洒大量水以提高受控蒸发率，此时可能产生大量雾降低能见度属于正常现象，保持良好通风，并疏散人员。^[8]

氧气储存在压力为150-160atm的气瓶中，液氧储存在绝缘罐中，少量液氧（2-50升）也可以储存在杜瓦瓶中。并将氧气容器放置于干净、阴凉、通风良好、远离火源、温度低于30℃的火灾风险低的地方，并与还原剂、易（可）燃物、活性金属粉末等分开存放，同时配备泄漏应急处理设备，氧气瓶（天蓝色，黑字）上的塑料压碎垫圈要及时更换，切记重复使用，并且禁止使用油或油脂润滑氧气瓶上的阀门。^[8]