氧气的性质与用途

氧气的性质与用途

氧气是地球大气的重要组成部分，占空气体积的约21%。作为一种无色、无味、无臭的气体，氧气对地球上的生命至关重要，参与绝大多数生物体的呼吸作用和能量的产生。本文将详细介绍氧气的性质和用途。

氧气的性质

物理性质

氧气是一种无色无味的气体，具有以下物理特性：

• 熔点：-218.8℃
• 沸点：-183.1℃
• 相对密度：1.14（-183℃，水=1）
• 相对蒸气密度：1.43（空气=1）
• 饱和蒸气压：506.62kPa（-164℃）
• 临界温度：-118.95℃
• 临界压力：5.08MPa
• 辛醇/水分配系数：0.65
• 大气中体积分数：20.95%（约21%）

氧气为非极性分子，不易溶于水。在20℃时，氧气在水中的溶解度为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。

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。值得注意的是，氧的液体和固体形态均具有明显的顺磁性。

化学性质

氧气的化学性质比较活泼，具有助燃性和氧化性。除了稀有气体和一些活性较小的金属元素（如金、铂、银）之外，大部分元素都能与氧气反应，这些反应称为氧化反应。经过反应产生的化合物（有两种元素构成，且一种元素为氧元素）称为氧化物。一般而言，非金属氧化物的水溶液呈酸性，而碱金属或碱土金属氧化物则为碱性。此外，几乎所有的有机化合物，可在氧中剧烈燃烧生成二氧化碳与水。

氧气的用途

冶炼工艺

在炼钢过程中，吹入高纯度氧气可以促进碳及磷、硫、硅等元素的氧化反应，这不仅降低了钢的含碳量，还有利于清除磷、硫、硅等杂质。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。在高炉炼铁时，提高鼓风中的氧浓度可以降低焦炭消耗比例，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。

化学工业

在生产合成氨时，氧气主要用于原料气的氧化，以强化工艺过程，提高化肥产量。此外，氧气还应用于重油的高温裂化、煤粉的气化等过程。

国防工业

液氧是现代火箭的最佳助燃剂，在超音速飞机中也需要液氧作为氧化剂。可燃物质浸渍液氧后具有强烈的爆炸性，可制作液氧炸药。

医疗保健

氧气主要用于供给呼吸，适用于缺氧、低氧或无氧环境，例如潜水作业、登山运动、高空飞行、宇宙航行、医疗抢救等场景。

其他方面

氧气本身作为助燃剂，与乙炔、丙烷等可燃气体配合使用，可以达到焊割金属的作用。在各行各业中，特别是在机械企业里，氧气作为切割材料时非常方便，是首选的一种切割方法。

氧气的特性与应用

氧气是一种强氧化剂，能够在反应中接受电子。这一特性使其在许多化学反应中发挥关键作用，包括燃烧反应、腐蚀过程和细胞呼吸等。氧气与其他物质的反应通常放出大量能量，这是生物体产生ATP（细胞的能量货币）的基础。

在生物学上，氧气是细胞呼吸过程中的关键消耗品，通过呼吸作用被生物体吸入，用于氧化有机物，释放能量、二氧化碳和水。这一过程是多细胞生物生存的基础，使它们能够维持复杂的生命活动。

工业上，氧气被广泛用于钢铁制造、化学品生产、医疗、火箭推进以及水处理等领域。在医疗领域，纯氧或高浓度氧气被用于治疗呼吸障碍、高原病和某些类型的中毒。钢铁生产中，氧气被用于提高炉温，加速铁矿石的还原过程。此外，氧气在潜水、高空飞行和太空探索中也是不可或缺的，用于提供呼吸气体。