三线态氧

氧气（英语：Oxygen, Dioxygen，分子式：O2）是氧元素最常见的单质形态，在空气中按体积分数算大约占21%，在标准状况下是气体，不易溶于水，密度比空气略大，氧气的密度是1.429g/L 。不可燃，可助燃。地球空气中大约含有体积为20.947%的以单质形式存在的氧气。拉瓦锡曾利用汞与曲颈甑测出空气中氧气的含量。实验室里也可以通过红磷或白磷大致测出空气中的氧气含量。在八大行星中，地球是含氧气最多的，其他的星体（例如金星、火星）几乎没有氧气。而很久以前地球上的原始大气也没有氧气。在森林等植被丰富的地区，氧气含量相对更加丰富。一般，在一天之内，早晨是含氧气中最少的时候。氧气最先是由卡尔·威廉·舍勒发现的，约瑟夫·普利斯特里也于之后成功发现，但由于约瑟夫首先发表论文，所以很多人仍然认为氧气是约瑟夫首先发现的。氧气的英文名是“Dioxygen”，由拉瓦锡定名于1777年，他利用氧气所进行的试验在燃烧和腐蚀的方面打败了当时流行的燃素说。氧气由氧分子（O2）构成。每一个氧气分子由2个氧原子构成。氧气是双原子分子，两个氧原子形成共价键，一个2p轨道形成σ键，另两个2p轨道形成π键。其分子轨域式为(σ1s)2(σ1s*)2(σ2s)2(σ2s*)2(σ2p)2(π2p)4(π2p*)2，因此氧气是奇电子分子，具有顺磁性。“氧气”这一中文名称是十九世纪清朝科学家徐寿命名的。他认为人的生存离不开氧气，所以就命名为“养气”即“养气之质”，后来就用“氧”代替了“养”字，便叫“氧气”。氧气旧称“酸素”，来自日语，英语“oxygen”（希腊语：Οξυγόνο）也是来自希腊词根“Οξυ”（oxy），表示“酸”，因为曾认为所有的酸都含有这种气体。现在日文里氧气的名称仍然是“酸素／さんそ Sanso”。而台语受到台湾日治时期的影响，也以“酸素”之日语发音称呼氧气。大气层氧气的出现源于两种作用，一个是非生物参与的水的光解，一个是例如蓝绿菌等生物参与的光合作用。生物的光合作用对大气层的影响巨大。它造成了大气层由还原氛围向氧化氛围的转变。使得水光解产生的氢气能重新被氧化为水回到地球而不至于扩散到外层空间去，从而防止了地球上的水的流失。同时光合作用也加速了大气层氧气的积累，深刻地改变了地球上物种的代谢方式和形态。大气层含氧量在石炭纪的时候一度上升到了35%。 氧气含量的增加造成了依赖于渗透方式输氧的昆虫在形态上的巨型化，在石炭纪曾出现过翼展达一米的巨脉蜻蜓。物理制取氧气的方法通常用于工业上。使用分离液态空气法（利用空气中各气体的沸点不同来分离出氧气。）。氧气不易溶于水，密度比空气大，所以可以用排水集气法收集比较纯的氧气，或者使用向上排空气法收集较干燥的氧气。中国国家标准规定，氧气气瓶为淡蓝色，而美国则用绿色。普通氧气含有两个未配对的电子，等同于一个双游离基。两个未配对电子的自旋状态相同，自旋量子数之和S = 1，2S + 1 = 3，因而基态的氧分子自旋多重性为3，称为三线态氧。在受激发下，氧气分子的两个未配对电子发生配对，自旋量子数的代数和 S = 0，2S + 1 = 1，称为单线态氧（英语：Singlet oxygen）。空气中的氧气绝大多数为三线态氧。紫外线的照射及一些有机分子对氧气的能量传递是形成单线态氧的主要原因。单线态氧的氧化能力高于三线态氧。单线态氧的分子类似烯烃分子，因而可以和双烯发生狄尔斯-阿尔德反应。虽然呼吸需要氧气，但是人和动物长期待在高压氧舱中，或者呼吸纯氧会发生氧气中毒，造成神经中毒的现象。其毒理过程为肺部毛细管屏障被破坏，导致肺水肿、肺淤血和出血，严重影响呼吸功能，进而使各脏器缺氧而发生损害。氧气的运用包括钢铁的冶炼、塑料和纺织品的制造以及作为火箭推进剂与进行氧气疗法，也用来在飞机、潜艇、太空船、潜水及火灾中维持生命。除厌氧菌外，几乎所有的生物都需要氧气来呼吸。生物细胞内的线粒体会将氧气转化为二氧化碳，同时释放能量。同时，绿色植物叶绿体光合作用迅速产生氧气。当生物圈内消费者（或二氧化碳排放）过多而绿色植物（生产者）过少，氧气就会减少，即破坏碳—氧平衡、温室效应。在太空船等封闭空间，人呼吸会消耗氧气，此时可以通过催化剂使二氧化碳转化为氧气。在室内等封闭空间摆放绿色植物也可以增加氧气，但是绿色植物在晚上或者阴雨天不适宜摆在室内。几乎所有的可燃物燃烧都需要氧气。能够支持聚合物燃烧的氧气的最小浓度叫作极限氧指数。可燃物燃烧是剧烈氧化反应，常见的燃烧有：镁是一个例外。镁在氧气、二氧化碳、氮气中都能够燃烧。氧原子 O氧2 (单线态和三线态) O2氧3（臭氧） O3氧4 O4氧8（固氧） O8