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산소

Oxygen
이 기사는 화학 원소에 관한 것이다.기타 용도는 산소(동음이의)를 참조하십시오.
산소, O
A transparent beaker containing a light blue fluid with gas bubbles
액체 산소 비등
산소
동소체O2, O3(ozone) 등(산소 동소량 참조)
외모가스: 무색
액체와 고체: 옅은 파란색
표준 원자량Ar°(O)
  • [15.99903, 15.99977]
  • 15.999±0.001(요약)[1]
풍부
지각에461000ppm
주기율표의 산소
수소 헬륨
리튬 베릴륨 붕소 카본 질소 산소 불소 네온
나트륨 마그네슘 알루미늄 실리콘 인 유황 염소 아르곤
칼륨 칼슘 스칸듐 티타늄 바나듐 크롬 망간 철 코발트 니켈 구리 아연 갈륨 게르마늄 비소 셀레늄 브롬 크립톤
루비듐 스트론튬 이트륨 지르코늄 니오브 몰리브덴 테크네튬 루테늄 로듐 팔라듐 실버 카드뮴 인듐 주석 안티몬 텔루루 요오드 제논
세슘 바륨 란타넘 세륨 프라세오디뮴 네오디뮴 프로메튬 사마리움 유로피움 가돌리늄 터비움 디스프로슘 홀뮴 엘비움 툴륨 이터비움 루테튬 하프늄 탄탈룸 텅스텐 레늄 오스뮴 이리듐 플래티넘 골드 수은(원소) 탈륨 이끌다 비스무트 폴로늄 아스타틴 라돈
프랑슘 라듐 악티늄 토륨 프로탁티늄 우라늄 넵투늄 플루토늄 아메리슘 퀴륨 베르켈륨 칼리포늄 아인스타이늄 페르미움 멘델레비움 노벨륨 로렌슘 러더포디움 두브늄 시보르기움 보리움 하시움 마이트네리움 다름슈타디움 뢴트제늄 코페르니슘 니혼리움 플레로비움 모스코비움 리버모리움 테네신 오가네손
–
↑
O
↓
S
질소 ← 산소 → 불소
원자 번호 (Z)8
그룹.그룹 16(칼코겐)
기간기간 2
블록 p블록
전자 구성[헤이] 2s2 2p4
셸당 전자 수2, 6
물리 속성
단계 STP에서가스
녹는점(O2) 54.36 K (−218.79 °C, −361.82 °F)
비등점(O2) 90.188K(-182.962°C, -297.332°F)
밀도 (STP에서)1.429 g/L
액상일 때(로)1.120g/cm3
트리플 포인트54.361K, 0.1463kPa
임계점154.581K, 5.043MPa
융해열(O2) 0.444 kJ/mol
기화열(O2) 6.82 kJ/mol
몰 열용량(O2) 29.378 J/(mol·K)
증기압
P (Pa) 1 10 100 1k 10k 100k
(K)에서 61 73 90
원자 특성
산화 상태−2, −1, 0, +1, +2
전기 음성도폴링 스케일: 3.44
이온화 에너지
  • 첫 번째: 1313.9 kJ/mol
  • 두 번째: 3388.3 kJ/mol
  • 3차: 5300.5kJ/mol
  • (더 보기)
공유 반지름66±2pm
반데르발스 반지름오후 152시
Color lines in a spectral range
산소의 스펙트럼 라인
기타 속성
자연발생원시적인
결정 구조 입방체의
Cubic crystal structure for oxygen
음속330 m/s (가스, 27 °C에서)
열전도율26.58×10−3 W/(m†K)
자기 순서상사성
몰 자화율+3449.0×10cm−63/mol (293K)[2]
CAS 번호7782-44-7
역사
검출칼 빌헬름 쉴레(1771)
이름 지정자앙투안 라부아지에(1777)
주요 산소 동위원소
이소토페 아부노댄스 반감기 (t1/2) 붕괴 모드 프로덕트
16오 99.76% 안정적인.
17오 0.04% 안정적인.
18오 0.20% 안정적인.
카테고리:산소
레퍼런스

산소는 기호가 O이고 원자 번호가 8인 화학 원소입니다.주기율표에서 칼코겐족에 속하며, 반응성이 매우 높은 비금속이며, 대부분의 원소 및 다른 화합물과 쉽게 산화물을 형성하는 산화제입니다.산소는 지구에서 가장 풍부한 원소이고, 수소와 헬륨 다음으로 우주에서 세 번째로 풍부한 원소이다.표준 온도와 압력에서 원소의 두 원자가 결합하여 식 O의
2 무색 무취 2원자 가스인 다이옥시겐을 형성합니다.이원자 산소 가스는 현재 지구 대기의 20.95%를 차지하고 있지만, 장기간에 걸쳐 상당히 변화하고 있다.산소는 [3]산화물의 형태로 지각의 거의 절반을 차지한다.

살아있는 유기 분자의 많은 주요 부류는 동물 껍질, 치아, 뼈의 주요 구성 무기 화합물처럼 단백질, 핵산, 탄수화물, 그리고 지방과 같은 산소 원자를 포함합니다.생물체의 대부분은 물의 구성 요소인 산소로, 생명체의 주요 구성 요소이다.산소는 광합성에 의해 지구의 대기에서 지속적으로 보충되는데, 광합성은 물과 이산화탄소로부터 산소를 생산하기 위해 햇빛의 에너지를 사용합니다.산소는 너무 화학적으로 반응해서 살아있는 유기체의 광합성 작용에 의해 지속적으로 보충되지 않고는 공기 중에 자유 원소로 남습니다.또 다른 형태의 산소(알로트로프)인 오존(O
3)은 자외선을 강하게 흡수하며, 고공 오존층은 자외선으로부터 생물권을 보호하는 데 도움이 됩니다.그러나 지표면에 존재하는 오존은 스모그의 부산물이며 따라서 오염물질이다.

산소는 1604년 이전에 Michael Sendivogius에 의해 분리되었지만, 일반적으로 산소는 1773년 또는 그 이전에 Uppsala의 Carl Wilhelm Schele과 1774년 Wiltshire의 Joseph Priestley에 의해 독립적으로 발견되었다고 믿어진다.프리스틀리의 작품이 먼저 출판되었기 때문에 종종 우선순위가 주어집니다.그러나 프리스틀리는 산소를 "탈황된 공기"라고 불렀고 산소를 화학 원소로 인정하지 않았다.산소라는 이름은 1777년 앙투안 라부아지에에 의해 만들어졌는데, 그는 산소를 화학적 원소로 인식하고 연소에서 산소가 하는 역할을 정확하게 묘사했다.

산소의 일반적인 용도에는 항공기, 잠수함, 우주 비행 및 다이빙에서의 강철, 플라스틱 및 섬유, 철강 및 기타 금속의 브레이징, 용접 및 절단, 로켓 추진제, 산소 치료 및 생명 유지 시스템 등이 포함됩니다.

연구사

초기 실험

연소와 공기 사이의 관계에 대한 최초의 알려진 실험 중 하나는 기원전 2세기 그리스의 역학 작가인 비잔티움의 필로에 의해 수행되었다.그의 작품 Informa에서, Philo는 불타는 양초 위에 그릇을 뒤집고 물로 그릇의 목을 둘러싸는 것이 [4]목으로 물이 차오르는 결과를 초래한다는 것을 관찰했습니다.필로는 용기 안의 공기의 일부가 고전적인 요소 불로 바뀌어 유리 속 모공을 통해 빠져나갈 수 있었다고 잘못 추측했다.수 세기 후 레오나르도 다빈치는 연소와 [5]호흡 중에 공기의 일부가 소비된다는 것을 관찰함으로써 필로의 작품을 기반으로 했다.

17세기 후반, 로버트 보일은 연소를 위해 공기가 필요하다는 것을 증명했다.영국의 화학자 존 메요 (1641–1679)는 불이 그가 스피릿투스 [6]니트로에레우스라고 부르는 공기의 일부만을 필요로 한다는 것을 보여줌으로써 이 작업을 개선했습니다.한 실험에서, 그는 마우스나 불이 켜진 초를 물 위에 놓아두면 물이 차오르고 실험 [7]대상자들을 끄기 전에 공기 부피의 14분의 1을 대체한다는 것을 알아냈다.이를 통해 그는 니트로에레우스가 호흡과 연소 모두에서 소비된다고 추측했다.

마요우는 안티몬을 가열했을 때 무게가 증가하는 것을 관찰했으며 니트로에레우스가 안티몬과 [6]결합했을 것이라고 추측했다.그는 또한 폐가 니트로에레우스를 공기 중에서 분리하여 혈액으로 전달하고 동물의 열과 근육의 움직임은 니트로에레우스가 [6]몸 안의 특정 물질과 반응하여 일어난다고 생각했다.이것들과 다른 실험들과 아이디어들에 대한 설명은 1668년 그의 작품 "호흡기"[7]에서 출판되었다.

프롤기스톤 이론

주요 기사:프롤기스톤 이론

로버트 후크, 올레 보르흐, 미하일 로모노소프, 피에르 바옌은 모두 17세기와 18세기 실험에서 산소를 생산했지만, 그들 중 누구도 그것을 화학 [8]원소로 인정하지 않았다.이것은 부분적으로 프롤기스톤 이론이라고 불리는 연소 및 부식의 철학이 널리 퍼졌기 때문이었을 수도 있는데, 이것은 그 당시 [9]그 과정들에 대한 바람직한 설명이었다.

독일의 연금술사 J. J. 베커에 의해 1667년에 설립되었고 1731년까지 [10]화학자 게오르크 에른스트 스탈에 의해 수정된 프롤기스톤 이론은 모든 가연성 물질은 두 부분으로 이루어져 있다고 말했다.프롤기스톤이라고 불리는 한 부분은 그것을 포함한 물질이 연소되었을 때 방출되었고, 반면 탈황된 부분은 그것의 진짜 형태, 즉 [5]석회질이라고 생각되었다.

나무나 석탄과 같이 잔류물이 거의 남지 않는 가연성 물질은 대부분 프롤기스톤으로 만들어졌다고 생각되었다. 철과 같이 부식되는 불연성 물질은 거의 함유되지 않았다.공기는 프롤지스톤 이론에서 역할을 하지 않았고, 아이디어를 테스트하기 위해 수행된 최초의 정량적 실험도 아니었다; 대신에, 그것은 무언가가 탈 때 일어나는 일, 대부분의 일반적인 물체가 가벼워지고 [5]그 과정에서 무언가를 잃는 것처럼 보이는 것에 대한 관찰에 기초했다.

검출

A drawing of an elderly man sitting by a table and facing parallel to the drawing. His left arm rests on a notebook, legs crossed.
조셉 프리스틀리는 보통 발견에 우선권을 부여받는다.

그의 작품에는 폴란드 연금술사, 철학자이자 의사 마이클 Sendivogius(Michał Sędziwój)드 Lapide Philosophorum 논리 duodecim enaturae fonte 것은 manuali experientia depromti(1604년)에 대한 물질의 공기, 언급할 대로'cibus 이력의(life,[11]의 음식)과에 따르면 폴란드 역사가 로마 Bugaj, 이 물질 있다.야레 속의 식용어산소와 [12]함께.Sendivogius는 1598년과 1604년 사이에 수행된 그의 실험에서 물질이 질산칼륨의 열분해로 방출된 가스 부산물과 동등하다는 것을 올바르게 인식했습니다.Bugaj의 견해에 따르면, 산소의 분리 및 생명에 필요한 공기의 부분과 물질의 적절한 연관성은 Sendivogius에 [12]의한 산소 발견에 대한 충분한 증거를 제공한다.그러나 센디보기우스의 발견은 그의 [11]뒤를 이은 여러 세대의 과학자들과 화학자들에 의해 자주 부정되었다.

또한 산소가 스웨덴의 약사 칼 빌헬름 쉴레에 의해 처음 발견되었다고 흔히 주장되고 있다.그는 1771-72년 [13][14][5]수은산화물(HgO)과 다양한 질산염을 가열하여 산소 가스를 생산했다.셸은 이 가스를 "불 공기"라고 불렀는데, 그 이유는 이 가스가 당시 연소를 지원하는 유일한 물질이었기 때문이다.그는 이 발견에 대한 설명을 공기와 화재에 대한 논문이라는 제목의 원고에 썼고, 1775년에 출판사에 보냈다.그 문서는 1777년에 [15]출판되었다.

한편, 1774년 8월 1일 영국 성직자 조셉 프리스틀리가 수행한 실험은 햇빛을 유리관에 포함된 산화수은에 집중시켰고, 이것이 그가 "탈황 공기"[14]라고 이름 붙인 가스를 해방시켰다.그는 가스 속에서 촛불이 더 밝게 타오르고, 쥐가 숨을 쉬는 동안 더 활동적이고 더 오래 산다고 언급했다.가스를 직접 들이마신 후, 프리스틀리는 이렇게 썼다: "폐에 가해지는 느낌은 일반적인 공기의 느낌과 크게 다르지 않았지만,[8] 나는 내 가슴이 그 후 한동안 특별히 가볍고 편안함을 느꼈다고 생각했다.프리스틀리는 1775년 "공기의 다른 종류에 대한 실험과 관찰"이라는 제목의 그의 책 제2권에 포함된 "공기의 [5][16]추가 발견에 대한 설명"이라는 제목의 논문에서 그의 연구 결과를 발표했습니다.프리스틀리는 그의 발견을 먼저 발표했기 때문에 보통 발견에 우선순위를 부여받는다.

프랑스 화학자 앙투안 로랑 라부아지에는 나중에 이 새로운 물질을 독립적으로 발견했다고 주장했다.프리스틀리는 1774년 10월 라부아지에를 방문하여 그의 실험과 그가 어떻게 새로운 가스를 방출했는지에 대해 이야기했다.쉴레는 또한 1774년 9월 30일 이전에 알려지지 않았던 물질을 발견한 것을 설명하는 편지를 라부아지에에게 보냈지만, 라부아지에가 그것을 받았다는 것을 인정하지 않았다. (편지의 사본은 그가 죽은 후 그의 소지품에서 발견되었다.)[15]

라부아지에의 공헌

A drawing of a young man facing towards the viewer, but looking on the side. He wear a white curly wig, dark suit and white scarf.
앙투안 라부아지에가 프롤기스톤 이론을 신뢰하지 않았다.

Lavoisier는 산화에 대한 첫 번째 적절한 정량적 실험을 실시했고 연소가 [14]어떻게 작동하는지 처음으로 정확하게 설명했습니다.그는 프롤지스톤 이론을 불신하고 프리스틀리와 쉘리에 의해 발견된 물질이 화학 원소라는 것을 증명하기 위해 1774년에 시작된 이것들과 유사한 실험을 이용했다.

한 실험에서 Lavoisier는 주석과 공기가 밀폐된 [14]용기에서 가열되었을 때 전체적인 중량이 증가하지 않는 것을 관찰했습니다.그는 컨테이너를 열었을 때 공기가 밀려들어왔고, 이는 갇힌 공기의 일부가 소비되었음을 의미한다고 말했다.그는 또 이 주석의 무게가 증가했으며 그 증가량은 다시 유입된 공기의 무게와 동일하다고 지적했다.연소에 관한 이것과 다른 실험들은 1777년에 [14]출판된 그의 책 Sur la cursion en général에 기록되었다.이 연구에서 그는 공기가 연소와 호흡에 필수적인 '바이탈 공기'와 아조테(Gk)의 두 가지 기체의 혼합이라는 것을 증명했다.'생명이 없다'는 뜻도 들어주지 않았다.아조테는 프랑스어와 몇몇 다른 유럽 [14]언어에서 초기 이름을 유지했지만 나중에 영어에서 질소가 되었다.

어원학

라부아지에가 산소가 모든 [17]산의 구성 요소라고 잘못 믿었기 때문에 1777년 '바이탈 공기'를 '옥시젠'(oxys, 산의 맛에서 나온 '산')과 '산소'(-gen 's, 생산자, 말 그대로 베게터)로 이름을 바꿨다.1812년의 험프리 데이비 경 같은 화학자들은 결국 라부아지에가 이 점에서 틀렸다고 결론내렸지만, 그 때쯤에는 그 이름이 너무 [18]잘 확립되어 있었다.

영국 과학자들의 반대와 영국인 프리스틀리가 처음 가스를 분리해 썼다는 사실에도 불구하고 산소는 영어로 유입되었다.찰스 [15]다윈의 할아버지인 에라스무스 다윈이 쓴 '식물원'(1791)에 나오는 '산소'라는 제목의 시 때문이다.

후대의 역사

A metal frame structure stands on the snow near a tree. A middle-aged man wearing a coat, boots, leather gloves and a cap stands by the structure and holds it with his right hand.
로버트 H. 고다드와 액체 산소 가솔린

John Dalton의 원래 원자 가설은 모든 원소가 단원자이며 화합물 내의 원자들이 보통 서로에 대해 가장 단순한 원자비를 가질 것이라고 추정했다.예를 들어, 달튼은 물의 공식은 HO라고 가정했고, 이는 산소의 원자 질량이 [19]수소의 8배라는 결론을 내리게 했다.1805년, Joseph Louis Gay-Lussac과 Alexander von Humboldt는 물이 두 개의 부피의 수소와 한 개의 부피의 산소로 형성된다는 것을 보여주었다; 그리고 1811년에 Amedeo Avogadro는 현재 아보가드로의 법칙과 그 [20][a]가스의 2원자 원소 분자로 불리는 것에 기초하여 물의 조성에 대한 올바른 해석에 도달했다.

산소를 생산하는 첫 번째 상업적인 방법은 화학적인 것으로, 소위 브린 공정이라고 불리는 산화바륨의 가역 반응을 수반한다.1852년에 발명되어 1884년에 상용화되었지만, 20세기 초에 새로운 방법으로 대체되었다.

19세기 후반까지 과학자들은 공기가 압축되고 냉각됨으로써 액화 될 수 있고 그 구성 요소들이 분리될 수 있다는 것을 깨달았다.캐스케이드 방법을 사용하여, 스위스의 화학자이자 물리학자인 라울 피에르 픽테는 이산화탄소를 액화시키기 위해 액체 아황산가스를 증발시켰고, 이는 다시 액화하기에 충분한 산소가스를 냉각시키기 위해 증발되었다.그는 1877년 12월 22일 파리의 프랑스 과학 아카데미에 액체 [21]산소의 발견을 알리는 전보를 보냈다.불과 이틀 후, 프랑스 물리학자 루이 폴 케일렛은 분자 산소를 [21]액화시키는 자신만의 방법을 발표했다.각 케이스에서 몇 방울의 액체만 생성되었고 의미 있는 분석을 수행할 수 없었습니다.산소는 1883년 3월 29일 야기엘론 대학, 지그문트 브로블레스키,[22] 카롤 올셰프스키의 폴란드 과학자들에 의해 처음으로 안정된 상태로 액화되었습니다.

An experiment setup with test tubes to prepare oxygen
학술 실험실에서 산소 준비를 위한 실험 설정

1891년 스코틀랜드의 화학자 제임스 듀어는 연구를 [23]위해 충분한 양의 액체 산소를 생산할 수 있었다.액체 산소를 생산하기 위한 최초의 상업적인 과정은 1895년 독일의 기술자 칼 폰 린데와 영국의 기술자 윌리엄 햄슨에 의해 독립적으로 개발되었다.두 사람 모두 공기가 녹을 때까지 온도를 낮춘 뒤 성분 가스를 한 번에 하나씩 끓인 뒤 따로 [24]채취해 증류했다.이후 1901년 아세틸렌과 압축
2 O의 혼합물을 연소시켜 옥시아세틸렌 용접을 최초로 시연했다.금속을 용접하고 절단하는 이 방법은 나중에 [24]보편화되었습니다.

1923년, 미국인 과학자 로버트 H. 고다드는 액체 연료를 태우는 로켓 엔진을 개발한 최초의 사람이 되었다. 이 엔진은 연료로 휘발유를 사용하고 산화제로 액체 산소를 사용했다.고다드는 1926년 3월 16일 미국 [24][25]매사추세츠 주 오번에서 56미터의 액체 연료 로켓을 시속 97킬로미터로 성공적으로 날았다.

연구실에서는 이산화망간 [26]소량의 염산칼륨을 함께 가열함으로써 산소를 준비할 수 있다.

대기 중의 산소 수치는 화석 연료 [27]연소 때문인지 전세계적으로 약간 낮아지는 추세를 보이고 있다.

특성.

특성 및 분자 구조

Orbital도표, 배럿(2002년)[28]각각의 산소 원자, 그들의 겹침으로부터 야기된 분자 궤도, 궤도의 12전자, 각각 6O원자를 중심으로 aufbau 속,lowest-energy 궤도에서 처음부터 참가 원자 궤도와 공유 결합double-bond 성격으로 인한 또는 후에 가득차 있다.bitals(및 θ와 θ*, θ와 θ의* 궤도 쌍들의 기여가 취소됨)

표준 온도와 압력에서 산소는 분자식이
2 O인 무색 무취 무미 기체이며,[29] 이를 다이옥시겐이라고 합니다.

산소원자로서는 두 개의 산소원자가 화학적으로 결합되어 있다.결합은 이론의 수준에 따라 다양하게 설명될 수 있지만, 합리적이고 단순하게 개별 산소 원자의 원자 궤도에서 형성된 분자 궤도의 채우기에서 비롯되는 공유 결합의 이중 결합으로 설명됩니다.보다 구체적으로 이중 결합은 낮은 오비탈과 낮은* 오비탈을 순차적으로 채운 후 낮은 오비탈과 높은 오비탈을 순차적으로 채운 후 2s 전자로부터의 기여가 취소된 결과이다. O-O 분자 축을 따라 있는 두 원자 2p 오비탈이 겹치고 두 쌍의 오비탈이 겹친다.O-O 분자 축에 수직인 원자 2p 궤도, 그리고 나머지 2p 전자 2개로부터의 기여가 γ* [28]궤도의 부분 충진 후 취소된다.

이러한 취소와 δ, δ의 조합은 이중 결합 특성과 반응성을 나타내며 삼중항 전자 접지 상태를 초래한다.쌍이 없는 두 개의 전자를 가진 전자 구성은 동일한 에너지(즉 축퇴)인 다이옥시젠 궤도(그림의 채워진 δ* 궤도 참조)에서 볼 수 있듯이 스핀 삼중항 상태라고 불리는 구성이다.따라서 O분자의
2 기저 상태를 트리플렛 [30][b]산소라고 한다.에너지가 가장 높고 부분적으로 채워진 궤도는 반접합성이기 때문에 이들의 충진은 결합 순서를 3에서 2로 약화시킨다.삼중항 산소는 짝이 없는 전자 때문에 전자 스핀이 짝인 대부분의 유기 분자와만 천천히 반응합니다. 이것은 자연 [31]연소를 방지합니다.

상사성 때문에 일시적으로 자석에 부유하는 액체 산소

세쌍둥이 형태에서, O분자는
2 상사성입니다.즉, 그들은 자기장이 존재할 때 산소에 자기 특성을 부여하는데, 이는 분자 내에서 짝을 이루지 않은 전자의 스핀 자기 모멘트와 인접한
2 O [23]분자 사이의 음의 교환 에너지 때문이다.액체 산소는 매우 자성을 띠기 때문에 실험실 실험에서는 강력한 [32][c]자석의 극 사이에 액체 산소의 브릿지가 자신의 무게에 대해 지지될 수 있습니다.

싱글렛 산소는 모든 전자 스핀이 쌍을 이루는 분자
2 O의 여러 고에너지 종에 붙여진 이름입니다.일반적인 유기 분자와는 일반(트리플렛) 분자 산소보다 훨씬 더 반응적입니다.자연에서, 홑겹 산소는 일반적으로 [33]햇빛의 에너지를 사용하여 광합성하는 동안 물로부터 형성된다.또한 짧은 파장의[34] 빛에 의한 오존의 광분해와 활성 [35]산소의 공급원으로서의 면역 체계에 의해 대류권에서 생성된다.광합성 유기체의 카로티노이드는 단일한 산소로부터 에너지를 흡수하고 그것이 [36]조직에 해를 끼치기 전에 그것을 흥분되지 않은 지상 상태로 변환하는 데 주요한 역할을 한다.

동소체

주요 기사:산소 동소체
다이옥시젠(O) 분자의2 공간 채우기 모델 표현

지구상에 존재하는 원소 산소의 일반적인 동소체는 지구 대기 산소의 주요 부분인 Dioxygen, O라고
2 불립니다.O의2 결합 길이는 121pm이고 결합 에너지는 498kJ/[37]mol입니다.O는2 세포 호흡에서 동물과 같은 복잡한 형태의 생명체에 의해 사용된다.O의 다른
2 측면은 이 문서의 나머지 부분에서 다룹니다.

트리옥시젠(O
3)은 보통 오존으로 알려져 있으며 폐 [38]조직에 피해를 주는 매우 반응성이 높은 산소 동위원소입니다.오존은 O가 자외선
2([17]UV) 복사에 의해 O가 쪼개져서 만들어진 원자 산소와 결합할 때
2 상층 대기에서 생성된다.오존은 스펙트럼의 UV 영역에서 강하게 흡수되기 때문에,[17] 상층 대기의 오존층은 행성의 방사선 차폐 역할을 한다.지구 표면 근처에서, 그것은 자동차 [38]배기가스의 부산물로 형성된 오염 물질이다.지구 궤도가 낮은 고도에서는 우주선의 [39]부식을 일으키기에 충분한 원자 산소가 존재한다.

전이성 분자 테트라산소(O
4)는 2001년에 [40][41]발견되었으며, 고체 산소의 6상 중 하나에 존재하는 것으로 추정되었다.2006년에 O를 20 GPa로 가압하여
2 생성된 이 단계가 실제로는 마름모꼴
8 O [42]클러스터라는 것이 증명되었다.이 클러스터는 O 또는
3 O보다
2 훨씬 강력한 산화제가 될 가능성이 있으므로 로켓 [40][41]연료에 사용될 수 있습니다.금속상은 1990년 고체산소에 96GPa[43] 이상의 압력을 가할 때 발견됐으며 1998년 초저온에서 [44]초전도 상태가 되는 것으로 나타났다.

물리 속성

산소 방전(스펙트럼) 튜브
참고 항목: 액체 산소 및 고체 산소

산소는 질소보다 물에서, 바닷물보다는 담수에서 더 쉽게 녹는다.공기와 평형 상태에 있는 물은 약 1:4의 대기비에
2 비해 N(1:2) 분자당 약 1분자의 용해
2 O를 포함합니다.물 속 산소의 용해도는 온도에 따라 달라지며, 약 2배(14.6)는 20°C(7.6)[8][45]보다 0°C에서 용해됩니다.25°C 및 1 표준 대기(101.3kPa)의 공기에서 담수는 리터당 약 6.04밀리리터(mL)의 산소를 용해할 수 있으며 바닷물은 [46]리터당 약 4.95mL를 포함합니다.5°C에서 용해도는 담수의 경우 l당 9.0mL(25°C보다 50% 이상), 바닷물의 경우 l당 7.2mL(45% 이상)로 증가한다.

해수면 물속에 녹아 있는 산소 가스
(밀리리터/리터)
5 °C 25 °C
담수 9.00 6.04
해수 7.20 4.95

산소는 90.20K(-182.95°C, -297.31°F)에서 응축되고 54.36K(-218.79°C, -361.82°F)[47]에서 동결됩니다.액체와 고체
2 O는 둘 다 (파란 빛의 레일리 산란으로 인한 하늘의 푸른 색과는 대조적으로) 밝은 하늘색을 가진 투명한 물질이다.일반적으로 고순도
2 액체 O는 액화공기의 [48]분별증류법에 의해 얻어진다.액체 산소는 액체 질소를 [49]냉각제로 사용하여 공기에서 응축될 수도 있습니다.

액체 산소는 매우 반응성이 높은 물질이므로 가연성 [49]물질과 분리해야 합니다.

분자산소의 분광학은 오로라와 공기의 대기 [50]과정과 관련이 있다.자외선의 헤르츠베르크 연속체와 슈만-룽게 대역의 흡수는 중간 [51]대기의 화학에서 중요한 원자 산소를 생성한다.들뜬 상태의 단일 분자 산소는 [52]용액에서 붉은 화학발광을 일으킨다.

동위원소와 별의 기원

주요 기사:산소 동위 원소
A concentric-sphere diagram, showing, from the core to the outer shell, iron, silicon, oxygen, neon, carbon, helium and hydrogen layers.
질량이 큰 별의 생애 후반기에, O는 O-셸에, O는 H-셸에, O는 H-셸에 집중합니다.

자연발생 산소는 O, O, O의 3가지 안정 동위원소로 구성되며 O가 가장 풍부하다(자연비율 [53]99.762%).

대부분의 O는 거대한 별에서 헬륨 핵융합 과정이 끝날 때 합성되지만 일부는 네온 연소 [54]과정에서 만들어집니다.17O는 주로 CNO 주기 동안 수소를 헬륨으로 연소시킴으로써 만들어지는데,[54] 이것은 별의 수소 연소 영역에서 흔한 동위원소이다.대부분의 O는 N(CNO 연소로부터 풍부하게 생성됨)이 He 핵을 포착할 때 생성되며, 이는 진화한 질량이 큰 별들의 [54]헬륨이 풍부한 영역에서 흔하게 발생한다.

14개의 방사성 동위원소가 특징지어졌다.가장 안정적인 것은 122.24초의 반감기와 70.606초의 [53]반감기입니다.나머지 방사성 동위원소는 모두 27초 미만의 반감기를 가지며, 대부분은 83밀리초 [53]미만의 반감기를 가진다.O보다 가벼운 동위원소의 가장 일반적인 붕괴 모드는 질소를 생성하기 위한 β[55][56][57] 붕괴이며+, O보다 무거운 동위원소의 가장 일반적인 모드는 불소를 [53]생성하기 위한 베타 붕괴이다.

발생.

다음 항목도 참조하십시오.규산염 광물, 카테고리:산화물 광물, 항성종족, 우주화학 및 우주화학
분광학적으로[58] 추정된 우리 은하에서 가장 흔한 10가지 원소
Z 요소 질량 분율(ppm)
1 수소 739,000 71 × 산소 질량(빨간 막대)
2 헬륨 240,000 23 × 산소 질량(빨간 막대)
8 산소 10,400 10400
6 카본 4,600 4600
10 네온 1,340 1340
26 철 1,090 1090
7 질소 960 960
14 실리콘 650 650
12 마그네슘 580 580
16 유황 440 440

산소는 지구의 생물권, 공기, 바다, 육지에서 가장 풍부한 화학 원소이다.산소는 수소와 [59]헬륨 다음으로 우주에서 세 번째로 풍부한 화학 원소이다.태양 질량의 약 0.9%는 [14]산소입니다.산소는 이산화규소와 같은 산화물 화합물의 일부로 지각의 49.2%를[60] 차지하며 지각에서 가장 풍부한 원소이다.그것은 또한 세계 해양의 주요 구성요소이다(질량 [14]기준 88.8퍼센트).산소 가스는 부피의 20.8%, 질량의 2315.1%([14][61][d]약 10톤)를 차지하는 지구 대기의 두 번째로 흔한 성분이다.지구는 대기 중에 이렇게 높은 농도의 산소가스를 가진 태양계의 행성들 중 이례적이다: 화성과 금성의 산소가스 양은 훨씬 적다
2.이 행성들을 둘러싼 O는
2 이산화탄소와 같은 산소를 포함한 분자에 대한 자외선의 작용에 의해서만 생성된다.

World map showing that the sea-surface oxygen is depleted around the equator and increases towards the poles.
차가운 물은 더 많은 용해된
2 O를 가지고 있다.

지구의 산소 가스 농도가 비정상적으로 높은 것은 산소 순환의 결과이다.이 생물 지구 화학적 순환은 지구의 세 개의 주요 저장고, 즉 대기권, 생물권, 암석권 사이의 산소의 움직임을 묘사합니다.산소 순환의 주요 원동력은 광합성이며, 광합성은 현대 지구 대기의 원인이 된다.광합성은 산소를 대기 중으로 방출하는 반면 호흡, 부패, 연소는 산소를 대기에서 제거한다.현재의 균형에서 생산과 소비는 같은 [62]비율로 일어난다.

유리산소는 또한 세계의 수역에서 용액에서 발생한다.낮은 온도에서 O의
2 용해도가 증가하면(물리적 특성 참조), 극지방의 바다는 높은 산소 [63]함량 때문에 훨씬 더 높은 밀도 생명체를 지탱하기 때문에 해양 생물에 중요한 영향을 미칩니다.질산염이나 인산염과 같은 식물 영양소로 오염된 물은 부영양화라고 불리는 과정에 의해 조류의 성장을 자극할 수 있고 이러한 유기체와 다른 생체 물질의 부패는 부영양 수역의 O 함량을
2 감소시킬 수 있습니다.과학자들은 물의 생화학적 산소 요구량, 즉 물을 정상 [64]농도로 되돌리는 데 필요한 O의 양을
2 측정함으로써 수질의 이러한 측면을 평가합니다.

분석.

Time evolution of oxygen-18 concentration on the scale of 500 million years showing many local peaks.
5억년의 기후변화 대18오

고기후학자들은 수백만 년 전의 기후를 측정하기 위해 해양 생물들의 껍질과 골격에 있는 산소-18과 산소-16의 비율을 측정합니다(산소 동위원소 비율 주기 참조).보다 가벼운 동위원소인 산소-16을 포함하는 해수 분자는 산소-18을 12% 더 무거운 물 분자보다 약간 빠른 속도로 증발하며, 이 차이는 낮은 [65]온도에서 증가한다.지구 기온이 낮은 기간 동안, 증발한 물에서 나오는 눈과 비는 산소-16이 더 높은 경향이 있고, 남은 바닷물은 산소-18이 더 높은 경향이 있다.그러면 해양 생물들은 따뜻한 [65]기후에서보다 더 많은 산소-18을 뼈와 껍질에 포함시킨다.고기후학자들은 또한 수십만 년 된 얼음 코어 샘플의 물 분자에서 이 비율을 직접 측정합니다.

행성 지질학자들은 지구, 달, 화성, 운석 표본에서 산소 동위원소의 상대적인 양을 측정했지만, 원시 태양 성운과 같은 것으로 여겨지는 태양의 동위원소 비율에 대한 기준치를 오랫동안 얻지 못했다.우주에서 태양풍에 노출되어 추락한 제네시스 우주선에 의해 되돌아온 실리콘 웨이퍼를 분석한 결과, 태양은 지구보다 산소-16의 비율이 더 높은 것으로 나타났다.이 측정 결과는 지구를 [66]형성한 먼지 알갱이가 합쳐지기 전에 알려지지 않은 과정으로 인해 원시 행성계 물질의 태양 원반에서 산소-16이 고갈되었음을 암시한다.

산소는 파장 687 및 760 nm에서 정점을 이루는 2개의 분광광도 흡수 대역을 나타낸다.일부 원격감지 과학자들은 위성 [67]플랫폼에서 식물의 건강 상태를 특징짓기 위해 이러한 대역의 식물 캐노피에서 나오는 광도 측정을 사용할 것을 제안했다.이 접근방식은 그러한 대역에서 식물의 반사율과 훨씬 약한 형광을 구별할 수 있다는 사실을 이용한다.낮은 신호 대 잡음 비와 식물의 물리적 구조 때문에 측정이 기술적으로 어렵지만, 전지구적 규모로 인공위성의 탄소 순환을 모니터링하는 가능한 방법으로 제안되었다.

O의 생물학적2 생산과 역할

주요 기사:생물 반응 중의 다이옥시겐

광합성과 호흡

A diagram of photosynthesis processes, including income of water and carbon dioxide, illumination and release of oxygen. Reactions produce ATP and NADPH in a Calvin cycle with a sugar as a by product.
광합성은 물을 쪼개서 O를 방출하고
2 Calvin cycle이라고 불리는 것을 통해 CO를 당으로 고정시킨다
2.

자연에서, 유리 산소는 산소 광합성을 하는 동안 빛에 의해 물의 분열에 의해 생산된다.몇몇 추정에 따르면, 해양 환경의 녹조나 시아노박테리아는 지구상에서 생산되는 활성산소의 약 70%를 제공하고, 나머지는 육지 [68]식물에 의해 생산된다.대기 산소에 대한 해양의 기여에 대한 다른 추정치는 더 높은 반면, 일부 추정치는 더 낮은 것으로,[69] 바다는 매년 지구 대기 산소의 45%를 생산한다는 것을 암시한다.

광합성을[70] 위한 간단한 전체 공식은 다음과 같습니다.

6 CO2 + 6
2 HO + 광자 → CHO
6
12
6 + 6 O
2

또는 간단히 말하면

이산화탄소+물+햇빛→포도당+디옥시원

광분해 산소 진화는 광합성 유기체의 틸라코이드 막에서 일어나며 4개의 [e]광자의 에너지를 필요로 한다.많은 단계가 포함되지만, 그 결과는 광인산화를 [71]통해 아데노신 삼인산(ATP)을 합성하는 데 사용되는 틸라코이드 막을 가로질러 양성자 구배를 형성한다.남은 O(물 분자 생성 후)는
2 [f]대기로 방출됩니다.

산소는 미토콘드리아에서 산화적 인산화 과정에서 ATP 생성에 사용된다.유산소 호흡에 대한 반응은 본질적으로 광합성의 반대이며 다음과 같이 단순화됩니다.

CHO
6
12
6 + 6 O
2 → 6 CO2 + 6 HO + 2880
2 kJ/mol

척추동물에서 O는
2 폐의 막을 통해 적혈구로 확산된다.헤모글로빈은 O와 결합하여
2 색이 푸르스름한 빨간색에서 밝은[38] 빨간색으로 바뀝니다
2.다른 동물들은 헤모시아닌이나 [61]헤메리스린을 사용합니다.1리터의 혈액은 200cm의3 [61]O를
2 녹일 수 있다.

혐기성 메타조아가 [72]발견되기 전까지 산소는 모든 복잡한 생명체의 [73]필수조건으로 여겨졌다.

슈퍼옥시드이온(O−
2) 및 과산화수소(HO
2
2)와 같은 활성산소종은 [61]유기체 내 산소 사용의 반응 부산물이다.고등 유기체의 면역 체계 부분은 침입하는 미생물을 파괴하기 위해 과산화물, 초산화물, 그리고 단일한 산소를 생성한다.활성산소종 또한 병원체의 [71]공격에 대한 식물의 과민반응에 중요한 역할을 한다.산소는 필수적으로 혐기성 유기체에 해를 끼친다. 이 유기체가 [74][75]처음 등장한 지 약 10억 년 후, 약 25억 년 전 대기에 O가 축적되기 시작할 때까지
2 지구상의 초기 생명체들의 지배적인 형태였다.

휴식 중인 성인은 분당 [76]1.8~2.4그램의 산소를 흡입한다.이것은 인류가 [g]흡입하는 산소의 연간 60억 톤 이상에 달한다.

생물

인체 내 산소 분압(PO2)
구성 단위 폐포
가스 압력		 동맥혈 산소 정맥혈 가스
kPa 14.2 11[77]-13[77] 4.0[77]~5[77].3
mmHg 107 75[78]-100[78] 30[79][79]~40

살아있는 척추동물의 체내 활성 산소 분압은 호흡계에서 가장 높고 동맥계, 말초 조직 및 정맥계에 따라 각각 감소합니다.부분압은 산소가 단독으로 [80]체적을 차지했을 때 갖게 되는 압력입니다.

대기 중 축적

주요 기사:산소의 지질학적 역사
A graph showing time evolution of oxygen pressure on Earth; the pressure increases from zero to 0.2 atmospheres.
지구
2 대기 중 O 축적: 1) O가 생성되지
2 않음, 2) O가
2 생성되었지만 해양과 해저 암석에 흡수됨, 3) O는
2 해양에서 가스를 배출하기 시작하지만 육지 표면과 오존층 형성에 의해 흡수됨, 4-5) O
2 싱크가 채워지고 가스가 축적됨

약 35억 년 전, 광합성 고세균과 박테리아가 진화하기 전에는 지구 대기 중에 활성 산소 가스는 거의 존재하지 않았다.유리 산소는 고생대 (30억 - 23억 년 전)[81]에 처음으로 상당한 양으로 나타났다.비록 산소 광합성이 보편화되었을 때 바다에 용해된 철분이 많이 있었다고 해도, 띠 철의 형성은 광구의 깊은 지역을 지배하고 있는 무산소성 또는 극소공기성 철산화 박테리아에 의해 만들어진 것으로 보입니다. 반면 산소를 생산하는 시아노박테리아는 얕은 [82]여울을 덮고 있습니다.자유 산소는 약 37억 년 전부터 바다에서 배출되기 시작해 약 17억 년 [81][83]전 현재 수준의 10%에 도달했습니다.

바다와 대기에 많은 양의 용해되고 자유로운 산소의 존재는 약 24억 년 전 대산소화 사건(산소 재앙) 동안 현존하는 대부분의 혐기성 유기체들을 멸종으로 몰아넣었을지도 모른다.O를 이용한
2 세포 호흡은 호기성 유기체가 혐기성 [84]유기체보다 훨씬 더 많은 ATP를 생산할 수 있게 해준다.O의 세포
2 호흡은 식물과 동물과 같은 모든 복잡한 다세포 유기체를 포함한 모든 진핵 생물에서 일어납니다.

5억 4천만 년 전 캄브리아기가 시작된 이래 대기 중 산소
2 수치는 [85]체적 기준으로 15~30% 사이에서 변동해 왔다.석탄기 말기(약 3억 년 전)에
2 대기 중 산소 농도는 [85]부피 기준으로 최대 35%에 달했으며,[86] 이는 이 시기에 곤충과 양서류의 큰 크기에 기여했을 수 있다.

대기 중 산소 농도의 변화는 과거 기후에 영향을 미쳤다.산소가 감소하면 대기 밀도가 낮아져 표면 증발이 증가하여 강수량이 증가하고 온도가 [87]따뜻해졌습니다.

현재의 광합성 속도로는 현재의 [88]대기에서 전체
2 O를 재생하는 데 약 2,000년이 걸릴 것이다.

외계 유리 산소

주요 기사: 외계 대기

우주생물학 분야와 외계 생명체를 찾는 데 있어 산소는 강력한 생체 시그니처이다.그것은 확실한 생물 시그니처가 아닐 수도 있으며, 유로파나 가니메데의 얇은 산소 [92]대기와 같이 산소를 [89][90][91]자유롭게 하는 과정과 조건(특이한 수구와 같은)을 가진 천체에서 생물적으로 생성될 가능성이 있다고 말했다.

공업 생산

다음 항목도 참조하십시오.공기 분리, 산소 진화 및 분수 증류
A drawing of three vertical pipes connected at the bottom and filled with oxygen (left pipe), water (middle) and hydrogen (right). Anode and cathode electrodes are inserted into the left and right pipes and externally connected to a battery.
물의 전기 분해에 사용되는 호프만 전기 분해 장치.

산업용으로 연간 1억
2 톤의 O가 두 가지 주요 방법으로 [15]공기로부터 추출됩니다.가장 일반적인 방법은 액화 공기의 분별 증류이며, N
2 증류는 증기로, O는
2 [15]액체로 남습니다.

O2를 생산하는 다른 1차적인 방법 동일한 제올라이트 분자의 및 90%로 93%O2.[15]동시에, 질소 가스가 다른nitrogen-saturated 두 침대에서 상공 회의소는 운영 pres을 줄여가 나오는 가스 스트림을 전달하는 질소를 흡수한 한쌍의 1개의 침대를 통해 깨끗하고 건조한 공기의 흐름 기법을 지나고 있다.한층nd 산소 가스의 일부를 생산자 층에서 흐름의 역방향으로 전환한다.설정 사이클 시간 후 두 침대의 동작을 교환함으로써 파이프라인에서 산소가스의 지속적인 공급을 가능하게 한다.이를 압력 스윙 흡착이라고 합니다.산소 가스는 이러한 비고온 기술에 의해 점점 더 많이 얻어지고 있다(관련 진공 스윙 흡착 [93]참조).

산소 가스는 물을 분자 산소와 수소로 전기 분해함으로써 생성될 수도 있다.DC 전기를 사용해야 합니다. AC를 사용할 경우 각 사지의 가스는 수소와 산소로 구성되어 있으며 폭발비는 2:1입니다.비슷한 방법은 산화물과 옥소산으로부터의 전기 촉매
2 O의 진화이다.화학 촉매는 화학 산소 발생기나 산소 양초 등 잠수함의 생명유지장비의 일부로 사용되며, 감압 비상시에도 상용 여객기의 표준장비의 일부로 사용될 수 있다.또 다른 공기 분리 방법은 고압 또는 전류에 의해 이산화 지르코늄을 기반으로 하는 세라믹 막을 통해 공기를 용해시켜
2 거의 순수한 [64]O 가스를 생성하는 것입니다.

보관소

조절기가 있는 산소 및 MAPP 가스 압축 가스 실린더

산소 저장 방법에는 고압 산소 탱크, 저온학 및 화합물이 포함됩니다.액화 산소 1리터는 대기압 및 20°C(68°F)[15]에서 840L의 가스 산소와 맞먹기 때문에, 경제적 이유로 산소는 특수 절연 탱커에서 액체로 대량 수송되는 경우가 많습니다.이러한 탱커는 병원 및 많은 양의 순수 산소 가스가 필요한 기타 기관 외부에 있는 대용량 액체 산소 저장 용기를 재충전하는 데 사용됩니다.액체 산소는 극저온 액체가 건물 안으로 들어가기 전에 기체로 변환되는 열 교환기를 통과합니다.또한 산소는 압축 가스가 들어 있는 작은 실린더에 저장 및 배송됩니다. 이 실린더는 특정 휴대용 의료 용도 및 산소 연료 용접 및 절단에 [15]유용합니다.

적용들

참고 항목: 호흡 가스, 산화 환원 및 연소

의료의

A gray device with a label DeVILBISS LT4000 and some text on the front panel. A green plastic pipe is running from the device.
폐기종 환자 가정의 산소 농축기
주요 기사:산소 요법

공기 중의 O를
2 흡수하는 것이 호흡의 중요한 목적이기 때문에, 산소 보충제는 약에 사용됩니다.치료는 환자의 혈중 산소 농도를 증가시킬 뿐만 아니라, 많은 종류의 병든 폐에서 혈류에 대한 저항을 감소시켜 심장에 대한 작업 부하를 완화시키는 이차적인 효과가 있다.산소요법은 폐기종, 폐렴, 일부 심장질환, 폐동맥압을 증가시키는 일부 질환,[94] 그리고 산소를 흡수하고 사용하는 신체의 능력을 손상시키는 모든 질병을 치료하기 위해 사용된다.

치료는 병원, 환자 가정 또는 휴대용 기기에서 사용할 수 있을 정도로 유연합니다.산소 텐트는 한 때 산소 보충에 일반적으로 사용되었지만, 그 이후로 대부분 산소 마스크나 비강 캐뉼라로 [95]대체되었습니다.

고압(고압) 약물은 특수 산소 챔버를 사용하여 환자와 의료진 주변의 O [96]분압을 증가시킵니다
2.일산화탄소 중독, 가스 괴저 및 감압 질환('굽힘')은 때때로 [97]이 치료법으로 해결됩니다.폐의 O농도 증가는
2 헤모글로빈의 [98][99]헴 그룹에서 일산화탄소를 대체하는 데 도움이 됩니다.산소 가스는 가스 괴저를 일으키는 혐기성 박테리아에 독성이 있기 때문에, 그것의 부분 압력을 증가시키는 것은 그들을 [100][101]죽이는데 도움을 준다.감압병은 잠수 후 너무 빨리 감압하는 다이버들에게서 발생하며, 그 결과 혈액 속에 질소나 헬륨인 불활성 가스의 기포가 형성된다.가능한 한 빨리 O의 압력을
2 증가시키는 것은 혈액으로 거품을 다시 녹여 이러한 과도한 [94][102][103]가스가 폐를 통해 자연스럽게 배출될 수 있도록 도와줍니다.조직에서 불활성 가스 버블 형성과 관련된 다이빙 부상의 응급처치로 가장 높은 농도의 노모바릭 산소 투여가 자주 사용됩니다.장기 데이터베이스에 [104][105][106]기록된 사례에 대한 통계적 연구로부터 그 사용에 대한 역학적인 지원이 있다.

생명 유지 및 레크리에이션 사용

저압 순수
2 O는 우주복에 사용됩니다.

O를 저압 호흡 가스로 사용하는
2 최신 우주복은 탑승자의 몸을 호흡 가스로 감싸고 있습니다.이 장치들은 정상 압력의 약 1/3에서 거의 순수한 산소를 사용하며, 결과적으로 정상 혈압은
2 O입니다.이러한 높은 산소 농도와 낮은 압력의 트레이드오프는 적합한 [107][108]유연성을 유지하기 위해 필요합니다.

스쿠버와 수면에서 공급되는 수중 다이버와 잠수함 또한 인공적으로 전달된
2 O에 의존한다.잠수함, 잠수정, 대기 잠수복은 보통 정상 기압에서 작동한다.화학적 추출에 의해 호흡 공기를 이산화탄소로 문지르고 산소를 치환하여 일정한 부분압을 유지한다.주변 압력 다이버는 작동 깊이에 적합한 산소 분율로 공기 또는 가스 혼합물을 호흡합니다.대기압보다 높은 압력에서 다이빙할 때 순수 또는 거의 순수한
2 O 사용은 일반적으로 재호흡기, 비교적 얕은 깊이(심도 6m 이하)[109][110]에서의 감압 또는 최대 2.8bar의 압력으로 재압축 챔버에서의 의료 치료로 제한되며, 여기서 급성 산소 독성은 익사 위험 없이 관리될 수 있다.깊은 잠수에서는 산소 [109]독성을 방지하기 위해 질소나 헬륨과 같은 다른 가스와 함께 O를
2 상당히 희석해야 합니다.

산에 오르거나 비압력 고정익 항공기를 타고 비행하는 사람들은 때때로 보조
2 O [h]공급 장치를 가지고 있다.가압된 상업용 비행기에는 객실 감압 시 자동으로 승객에게 O가
2 비상 공급됩니다.갑자기 실내 압력이 떨어지면 각 시트 위에서 화학적 산소 생성기가 작동하여 산소 마스크가 떨어집니다.실내 안전 지침에 따라 "산소의 흐름을 시작하기 위해" 마스크를 당기면 철분 필링이 [64]캐니스터 내부의 염소산나트륨으로 강제 들어갑니다.그 후 발열 반응에 의해 산소가스의 안정된 흐름이 생성된다.

산소는 가벼운 행복감으로서 산소바와 스포츠에서 오락적으로 사용된 역사를 가지고 있다.산소바는 1990년대 후반부터 미국에서 발견되는 시설로, 최소한의 [111]요금으로 정상보다
2 높은 O 피폭을 제공한다.프로 운동선수들은, 특히 미식축구에서, 때때로 경기력을 높이기 위해 산소 마스크를 착용하기 위해 경기 중간에 경기장 밖으로 나간다.약리학적 효과는 의심스럽다; 플라시보 효과가 [111]더 가능성이 높은 설명이다.이용 가능한 연구는 유산소 [112]운동 중에 산소를 흡입하는 경우에만 산소 농축 혼합물의 성능 향상을 뒷받침한다.

호흡이 수반되지 않는 다른 레크리에이션 용도에는 George Goble이 5초 동안 바비큐 [113]그릴을 점화한 것과 같은 폭약식 응용 프로그램이 있습니다.

산업의

An elderly worker in a helmet is facing his side to the viewer in an industrial hall. The hall is dark but is illuminated yellow glowing splashes of a melted substance.
상업적으로 생산된
2 대부분의 O는 철을 제련 및/또는 탈탄하는 데 사용됩니다.

철광석을 강철로 제련할 때 상업적으로 생산된 [64]산소의 55%를 소비한다.이 과정에서 고압랜스를 통해 O를 용융철에 주입하여
2 산화물인 SO
2, CO로서
2 유황불순물과 과잉탄소를 제거한다.이 반응은 발열성이기 때문에 온도가 1,700°[64]C까지 상승합니다.

상업적으로 생산된 산소의 25%는 화학 산업에 [64]의해 사용됩니다.에틸렌은 O와
2 반응하여 산화 에틸렌을 생성하며, 산화 에틸렌은 에틸렌 글리콜로 변환됩니다. 즉, 부동액 및 폴리에스테르 폴리머(많은 플라스틱 및 [64]직물의 전구체)를 포함한 다수의 제품을 제조하는 데 사용되는 1차 공급 재료입니다.옥시[114] 분해 공정 및 아크릴산,[115] 디포르밀-프랑 및 [116]벤질산의 [117]제조에 대량의 산소 또는 공기가 사용된다.한편, 산소로부터 과산화수소를 전기화학적 합성하는 것은 현재 사용되고 있는 하이드로퀴논 공정을 대체할 수 있는 유망한 기술이다.마지막으로 촉매 산화는 애프터버너에서 유해 [118][119]가스를 제거하기 위해 사용됩니다.

상업적으로 생산된 산소의 나머지 20%는 의료용, 금속 절단 및 용접, 로켓 연료의 산화제 및 수처리 [64]등에 사용됩니다.산소는 옥시아세틸렌 용접에 사용되며, 매우 뜨거운 불꽃을 내기 위해 O로
2 아세틸렌을 태웁니다.이 공정에서 최대 60cm(24인치) 두께의 금속을 먼저 작은 옥시 아세틸렌 화염으로 가열한 후 대량의 [120]O로
2 빠르게 절단합니다.

컴파운드

주요 기사:산소 화합물
Water flowing from a bottle into a glass.
물(HO
2)은 가장 친숙한 산소 화합물입니다.

산소의 산화 상태는 거의 모든 알려진 산소 화합물에서 -2입니다.산화 상태 -1은 과산화물과 [121]같은 몇 가지 화합물에서 발견됩니다.산소를 포함한 다른 산화상태의 화합물은 -1/2(초산화물), -1/3(오즈니드), 0(원소, 하이포플루오르산), +1/2(디옥시게닐), +1(디옥시겐디플루오르화물) 및 +2(산소디플루오르화물)[122]이다.

산화물 및 기타 무기화합물

물(HO
2)은 수소의 산화물이며 가장 친숙한 산소 화합물이다.수소 원자는 물 분자 내의 산소에 공유 결합되어 있지만, [123]다른 분자의 인접 산소 원자에 대한 추가 인력(수소 원자당 약 23.3 kJ/mol)도 가지고 있다.물 분자 사이의 이러한 수소 결합은 판 데르 발스 [124][i]힘만으로 단순한 액체에서 예상할 수 있는 것보다 약 15% 가까이 그들을 고정시킵니다.

A rusty piece of a bolt.
산화철이나 녹과 같은 산화물은 산소가 다른 원소와 결합할 때 형성된다.

산소는 전기음성 때문에 다른 거의 모든 원소와 화학적 결합을 형성하여 상응하는 산화물을 생성합니다.알루미늄 및 티타늄과 같은 대부분의 금속의 표면은 공기의 존재 하에서 산화되며 금속을 소극적으로 만들고 추가적인 부식을 늦추는 산화막으로 코팅됩니다.전이 금속의 많은 산화물은 화학식이 나타내는 것보다 약간 적은 금속을 가진 비-stoichometric 화합물입니다.예를 들어 미네랄 FeO(wüstite)는 - x(\로 표기되며, 여기서 x는 보통 0.05 [125]정도 됩니다.

산소는 이산화탄소(CO)의
2 형태로 대기 중에 미량 존재한다.지구의 지각암은 실리콘 산화물(화강암과 석영에서 발견되는 실리카
2 SiO), 알루미늄(보크사이트와 코룬덤에서 발견되는 산화 알루미늄 AlO
2
3), 철(헤마이트와 녹에서 철(III) 산화물
2
3 FeO), 탄산칼슘(석회암에서 발견되는 칼슘)의 많은 부분으로 구성되어 있습니다.지구의 나머지 지각은 산소 화합물, 특히 다양한 복잡한 규산염으로 이루어져 있습니다.지각보다 훨씬 더 큰 질량의 지구 맨틀은 크게 마그네슘과 철로 이루어진 규산염으로 구성되어 있다.

세제와 [126]접착제로는 NaSiO
4
4, NaSiO
2
3, NaSiO
2
2
5 형태의 수용성 규산염이 사용된다.

산소는 전이 금속에 대한 배위자 역할을 하여 전이 금속 다이옥시겐 복합체를 형성하며, 전이 금속은 금속–O를
2 특징으로 한다.이 종류의 화합물은 헴 단백질 헤모글로빈과 [127]미오글로빈을 포함한다.산소를
6 산화시켜 OPtF2+6−, 헥사플루오로플라틴산 [128]디옥시게닐을 생성하는 PtF와 함께 특이하고 특이한 반응이 발생합니다.

유기 화합물

A ball structure of a molecule. Its backbone is a zig-zag chain of three carbon atoms connected in the center to an oxygen atom and on the end to 6 hydrogens.
아세톤은 화학 산업에서 중요한 공급 물질입니다.
산소
카본
수소

산소를 포함한 유기화합물의 가장 중요한 종류로는 알코올(R-OH), 에테르(R-O-R), 케톤(R-CO-R), 알데히드(R-CO-H), 카르본산(R-COOH)이 있다.아세톤, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 푸란, THF, 디에틸에테르, 다이옥산, 아세트산에틸, DMF, DMSO, 아세트산 및 포름산을 포함한 많은 중요한 유기 용제가 있습니다.아세톤((
2CH
3)CO)과 페놀
6
5(CHOH)은 많은 다른 물질을 합성할 때 공급 재료로 사용된다.산소를 포함하는 다른 중요한 유기 화합물로는 글리세롤, 포름알데히드, 글루타르알데히드, 구연산, 아세트산 무수물, 아세트아미드가 있습니다.에폭시드는 산소 원자가 3개의 원자로 이루어진 고리의 일부인 에테르이다.이 원소는 생명체에 중요한 (또는 생성에 의해) 거의 모든 생체 분자에서 비슷하게 발견됩니다.

산소는 상온 이하에서 많은 유기 화합물과 자동 [129]산화라고 불리는 과정에서 자발적으로 반응합니다.산소를 포함한 대부분의 유기 화합물은 O의 직접적인
2 작용에 의해 만들어지지 않는다.전구체의 직접 산화에 의해 만들어지는 산업 및 상업에서 중요한 유기 화합물에는 에틸렌옥사이드와 [126]과초산이 포함된다.

안전 및 주의사항

NFPA 704 표준은 압축 산소가스를 건강에 유해하지 않고, 불연성 및 비반응성으로 평가하지만 산화제로 평가합니다.냉장 액체 산소(LOX)는 건강 위험 등급 3(응축된 증기로 인한 과산화 위험 증가 및 동상과 같은 극저온 액체에 공통적인 위험)이 부여되며, 기타 모든 등급은 압축 가스 [130]형태와 동일합니다.

독성

주요 기사:산소 독성
A diagraph showing a man torso and listing symptoms of oxygen toxicity: Eyes – visual field loss, nearsightedness, cataract formation, bleeding, fibrosis; Head – seizures; Muscles – twitching; Respiratory system – jerky breathing, irritation, coughing, pain, shortness of breath, tracheobronchitis, acute respiratory distress syndrome.
산소독성의[131] 주요 증상

산소 가스(O
2)는 높아진 부분 압력에서 독성이 있을 수 있으며, 경련 및 기타 건강 [109][j][132]문제를 일으킬 수 있습니다.산소 독성은 보통 50킬로파스칼(kPa) 이상의 부분 압력에서 발생하며, 이는 표준 압력에서 약 50% 산소 구성 또는 약 21kPa의 정상 해수면
2 O 부분 압력의 2.5배에 해당한다.의료 애플리케이션에서 산소 마스크를 통해 공급되는 가스는 일반적으로 체적 기준으로 30~50% O
2(표준 [8]압력에서 약 30kPa)로 구성되기 때문에 기계식 인공호흡기를 사용하는 환자를 제외하고는 문제가 되지 않습니다.

한때 미숙아를 O가 풍부한
2 공기가 담긴 인큐베이터에 넣기도 했지만 일부 아기들이 산소 [8]함량이 너무 높아 실명하면서 이 관행이 중단됐다.

일부 현대 우주복이나 아폴로 같은 초기 우주선에서 순수한
2 O를 들이마시는 것은 [107][133]사용된 낮은 총 압력 때문에 손상을 입히지 않습니다.우주복의 경우 호흡 가스의 O분압은
2 일반적으로 약 30kPa(통상 1.4배)이며, 그 결과
2 우주인의 동맥혈 중 O분압은 정상 해수면
2 [134]O분압보다 약간 높은 수준에 불과하다.

폐와 중추신경계에 대한 산소 독성은 딥 스쿠버 다이빙과 수면 공급 [8][109]다이빙에서도 발생할 수 있습니다.O
2 분압 60kPa 이상의 공기 혼합물을 장시간 호흡하면 영구적인 폐 섬유증으로 [135]이어질 수 있습니다.160kPa(약 1.6atm) 이상의 O
2 부분 압력에 노출되면 경련이 발생할 수 있습니다(일반적으로 다이버에게 치명적임).급성 산소 독성(발작 유발, 다이버에게 가장 두려운 영향)은 깊이 66m(217ft) 이상에서 21% O의
2 공기 혼합물을 호흡할 때 발생할 수 있습니다. 6m(20ft)[135][136][137][138]에서만 100% O를
2 호흡하면 동일한 현상이 발생할 수 있습니다.

연소 및 기타 위험

The inside of a small spaceship, charred and apparently destroyed.
아폴로 1호 명령 모듈의 내부입니다.정상
2 압력보다 높은 압력과 스파크가 아폴로 1호 승무원을 사망에 이르게 했다.

고농축 산소 공급원은 빠른 연소를 촉진합니다.농축된 산화제와 연료를 가까이 가져가면 화재 및 폭발 위험이 있습니다. [31]연소를 유발하려면 열이나 스파크와 같은 점화 이벤트가 필요합니다.산소는 산화제이지 연료가 아니다.

농축된
2 O는 연소를 빠르고 [31]활기차게 진행할 수 있게 해줍니다.가스 및 액체 산소를 저장하고 전달하는 데 사용되는 강철 파이프와 저장 용기는 연료 역할을 합니다. 따라서 O 시스템의 설계
2 및 제조에는 점화원을 최소화하기 [31]위한 특별한 교육이 필요합니다.발사대 테스트에서 아폴로 1호 승무원을 죽인 화재는 캡슐이 순수한
2 O로 가압되었지만 대기압보다 약간 더 높은 압력으로 인해 매우 빠르게 확산되었습니다.미션에서 사용되는 [k][140]1⁄3 정상 압력.

액체 산소 유출이 목재, 석유 화학 물질 및 아스팔트와 같은 유기 물질에 흡수될 경우, 이러한 물질이 후속 기계적 [31]충격에 예기치 않게 폭발할 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

  1. ^ 이러한 결과는 1860년까지 대부분 무시되었다.이러한 거절의 일부는 한 원소의 원자가 같은 원소의 원자에 대해 화학적 친화력을 가지지 않을 것이라는 믿음 때문이었고, 일부는 분자를 분리하는 측면에서 나중에까지 설명되지 않았던 아보가드로의 법칙에 대한 명백한 예외 때문이었다.
  2. ^ 오비탈은 원자나 분자에 대한 공간적 분포를 갖는 파동 같은 입자로 전자를 모형화하는 양자역학 개념이다.
  3. ^ 산소의 상사성은 산소 가스의 순도를 결정하는 상사성 산소 가스 분석기에서 분석적으로 사용될 수 있습니다.(）"Company literature of Oxygen analyzers (triplet)". Servomex. Archived from the original on March 8, 2008. Retrieved December 15, 2007. 。
  4. ^ 주어진 수치는 지표면으로부터 최대 80km(50mi)까지의 값에 대한 것입니다.
  5. ^ 틸라코이드 막은 조류와 식물에 있는 엽록체의 일부인 반면, 그들은 단순히 시아노박테리아에 있는 많은 막 구조들 중 하나이다.사실, 엽록체는 한때 식물과 조류의 조상들과 공생 관계였던 시아노박테리아에서 진화한 것으로 생각된다.
  6. ^ 물의 산화는 산소진화복합체(OEC)로 알려진 망간함유효소복합체 또는 틸라코이드막의 내강측과 관련된 수분분할복합체에 의해 촉매된다.망간은 중요한 보조인자로 칼슘과 염화물 또한 반응하기 위해 필요하다. (Raven 2005)
  7. ^ (1.8그램/분/인)×(60분/시)×(24시간/일)×(16억 명)/100만 g/t=62억 4천만 톤
  8. ^ 그 이유는 낮은 압력에서 호흡 가스의 산소 비율을 증가시키면 해수면에서 발견되는 압력에 가까운 자극된
    2 O 부분 압력을 증가시키기 때문입니다.
  9. ^ 또한 산소는 수소보다 전기음성도가 높기 때문에 전하차가 극성분자를 만든다.각 분자의 서로 다른 쌍극자 사이의 상호작용은 순 흡인력을 일으킨다.
  10. ^ O의 분압은 O 곱하기 총 압력의 비율이기
    2 때문에
    2, 높은 분압은 호흡 가스의 높은
    2     O 분율이나 높은 호흡 가스 압력 또는 둘 다에서 발생할 수 있습니다.
  11. ^ 화재의 단일 발화원은 결정적으로 확인되지 않았지만, 일부 증거는 전기 [139]스파크의 아크를 가리키고 있다.

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