8 氧
氧是第ⅥA族元素。在地球的大气中，氧气的含量大约是1/5；而在火星的大气中，却只有0.15%是氧气。氧元素是太阳上丰度位列第三的元素。它参与了碳-氮循环，后者是这颗恒星的部分能量来源。激发态的氧在极光中会产生亮红色和黄绿色。人体质量的大约2/3以及水中的大约90%，都是氧元素。氧气是无色无臭的，并且也是无味的。液态和固态的氧是淡蓝色的。因为其中含有不成对电子，所以它具有很强的顺磁性。
氧气的化学性质非常活泼，大多数元素都有已知的氧化物。所有动植物的生存和各种类型的燃烧反应都需要氧气。
氧存在两种同素异形体，双氧分子和三氧分子（臭氧）。双氧，也就是氧气（O2），是一种无色的双原子氧化性气体。冷凝后的液氧是淡蓝色的。因为具有未成对电子，氧气是顺磁性的。氧气分子中的两个未成对电子占据了两个π*轨道。大气中的氧气含量大约是1/5。
臭氧（O3）是一种活泼的蓝色气体，有刺激性的“电”味。“臭氧”之名便来自希腊语“ozein”，含义是“闻”。臭氧分子内，以单键相连。气态的臭氧分子会呈现出117°的键角。臭氧会凝结为蓝黑色的液体（沸点-111.9℃），进一步冷却会形成深黑紫色的固体（熔点-192.5℃）。可通过放电或紫外线作用以氧气（O2）获得臭氧。
2O3（g）
3O2（g）
大气中臭氧的含量远远低于氧气（O2），但却是大气中的一种重要成分。在大气中的臭氧的总含量大约相当于在常温常压下平均3mm厚的一层气体。臭氧可以吸收波长在220～290nm之间的紫外线，避免这些波长范围内的有害射线到达地球表面，所以它是大气层高层的关键成分。近年来，多种因素都在消耗着臭氧层。在北极和南极上空形成了臭氧空洞，这引起了广泛的忧虑。
臭氧在热力学上不稳定，会变为双氧分子，但只有在催化剂的作用下才会缓慢转变为氧气（O2）。
8.1 发现史
达·芬奇认为空气中至少包括两种气体。在那之前，空气本身被认为是单一的元素。达·芬奇还认为，这些气体中的一种可以维持燃烧及生命活动。在1772年之前，已有几位学者制取了氧气，但是他们都没有把它当成一种新的元素。一般认为，是普里斯特里发现了氧气，他通过加热铅或汞的氧化物得到了氧气。同时卡尔·舍勒也独立发现了氧气。
氧气和氮气是空气的主要成分。对它们的研究使人们放弃了燃素论。燃素论影响了化学家大约一个世纪，并且在多年间妨碍了人们对空气本性的理解。
8.2 用途
• 氧炔焰气焊。
• 在医院中经常用于治疗呼吸疾病。
• 制造甲醇和环氧乙烷。
• 火箭燃料氧化剂。
• 钢铁工业。
• 大气中的臭氧可以保护生命免受太阳紫外线的伤害。
• 供人与动物等呼吸。
8.3 制备方法
工业化生产或使用室内空气液化装置都是制备氧气的常用方法，从不需要在实验室中自行制备氧气。然而，氯酸钾和高锰酸钾的分解反应却都是制备氧气的方法。另外，用镍电极电解氢氧化钾可得纯净的氧气。
2KClO3
2KCl+3O2
2KMnO4
K2MnO4+MnO2+O2
氧气可以通过液化空气和分馏液态空气的方法大量制备。这样就可以把氧气同氮气（主要产品）及其他气体分离开。
臭氧（O3）是氧的另一种同素异形体。在一个低温系统内，对其中的氧气无声放电，就可以得到臭氧，这可以得到含量约10%的臭氧。所得的臭氧可以经过分馏液态空气而得到纯化，但这十分危险！
8.4 生物作用和危险性
氧气（O2）在空气中的体积分数是21%。氧是地球地壳中丰度最高的元素，其次为硅。在几乎所有种类的矿物中都含有氧。以质量分数计，水中的绝大部分都是氧元素。氧元素是太阳上丰度位列第三的元素，它参与了碳-氮循环，后者是这颗恒星的部分能量来源。火星的大气中包含大约0.15%的氧气。
为所有生命所需的水，分子中含有氧原子。很多的有机化合物中都含氧。多数有机体需要呼吸氧气。虽然氧气（O2）对生命是必要的，但是臭氧（O3）却有很高的毒性。另外，臭氧是大气中（臭氧层）的重要组分，它有助于保护我们免受有害的太阳紫外线的伤害。
高分压的氧气会导致抽搐、肺部病变和致畸（胎）效应。含有氧元素的臭氧、过氧化物和超氧化物有很高的毒性。氧气过少会导致人体窒息，氧气浓度过高的空气则会大大增加可燃物的燃烧率，有引发火灾的危险。
8.5 化学性质
（1）氧气与空气的反应
在通常条件下，氧气并不与自身或氮气反应。但是在紫外线的作用下，氧气可以形成臭氧（O3）。臭氧的颜色是蓝色的，它是氧的第二种同素异形体。一种制备臭氧的方法是在氧气中放电，这可以生成浓度为10%的臭氧。
（2）氧气与水的反应
氧气并不与水反应。在常温常压下，氧气微溶于水。
（3）氧气与卤素单质的反应
在低温（77～90K）下照射氧气（O2）和氟气（F2）的低压（10～20mmHg，1mmHg=133.32Pa，下同）混合物，可以得到二氟化二氧（O2F2）。
O2（g）+F2（g）F2O2（g）
（4）其他
在通常条件下，氧气不与大多数的酸和碱发生反应。