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舍勒對氧氣的發(fā)現(xiàn)

1772年，舍勒對空氣進行研究后，他首先認識到氧氣是空氣的一種重要成分。他用硫磺和鐵粉混合，在空氣中燃燒，消耗掉鐘罩中空氣中的氧氣而制得氮氣，當時他稱它為“濁氣”或“用過的空氣”，或能使人死亡的氣體。

經過思索，舍勒明白了，原來當時人們認為空氣是一種元素的觀點是錯誤的。他猜想：空氣是兩種不同物質的混合，一種是濁氣，能使人死亡的空氣；一種是能使人活命的空氣，能幫助燃燒，在燃燒中消失。于是，舍勒產生了興趣，并開始了他的實驗。

1773年，他把硝石（KNO3）裝進曲頸瓶，瓶口系一個排完空氣的豬膀胱，再把曲頸瓶放到火爐上去燒。硝石融化時分解，放出一種氣體，很快把豬膀胱充滿了，這種氣體正是那種能活命的氣體，即現(xiàn)在所知道的氧氣。

舍勒進行了仔細的鑒別，他把紅熱的木炭扔到充滿“能活命的氣體”的瓶中，木炭迅速燃燒，光亮耀眼，比在普通空氣中燃燒得更快更亮。舍勒將1/5的這種氣體和4/5濁氣混合于瓶中，蠟燭能正常燃燒，老鼠也同在普通空氣中一樣呼吸。由此他確定這種氣體是一種純凈的能活命的氣體。

舍勒給這種氣體命名為“火空氣”，因為他發(fā)現(xiàn)除硝石外，加熱碳酸銀、碳酸汞，均能釋放出氧氣來。

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分子結構

O?分子內的化學鍵通常是共價鍵。

從實驗上來說，順磁共振光譜證明O有順磁性，還證明O有兩個未成對的電子。說明原來的以雙鍵結合的氧分子結構式不符合實際。

氧氣的結構如右圖所示，基態(tài)O?分子中并不存在雙鍵，氧分子里形成了兩個三電子鍵。

氧的分子軌道電子排布式是氧氣的結構，在π軌道中有不成對的單電子，所以O?分子是所有雙原子氣體分子中的一種具有偶數(shù)電子同時又顯示順磁性的物質。

兩個氧原子進行sp軌道雜化，一個單電子填充進sp雜化軌道，成σ鍵，另一個單電子填充進p軌道，成π鍵。氧氣是奇電子分子，具有順磁性。

單線態(tài)氧和三線態(tài)氧

普通氧氣含有兩個未配對的電子，等同于一個雙游離基。兩個未配對電子的自旋狀態(tài)相同，自旋量子數(shù)之和S=1，2S+1=3，因而基態(tài)的氧分子自旋多重性為3，稱為三線態(tài)氧。

在受激發(fā)下，氧氣分子的兩個未配對電子發(fā)生配對，自旋量子數(shù)的代數(shù)和S=0，2S+1=1，稱為單線態(tài)氧。

空氣中的氧氣絕大多數(shù)為三線態(tài)氧。紫外線的照射及一些有機分子對氧氣的能量傳遞是形成單線態(tài)氧的主要原因。單線態(tài)氧的氧化能力高于三線態(tài)氧。

單線態(tài)氧的分子類似烯烴分子，因而可以和雙烯發(fā)生狄爾斯-阿爾德反應。

工業(yè)制法

1、分離液態(tài)空氣法

在低溫條件下加壓，使空氣轉變?yōu)橐簯B(tài)，然后蒸發(fā)，由于液態(tài)氮的沸點是‐196℃，比液態(tài)氧的沸點（‐183℃）低，因此氮氣首先從液態(tài)空氣中蒸發(fā)出來，剩下的主要是液態(tài)氧。

空氣中的主要成分是氧氣和氮氣。利用氧氣和氮氣的沸點不同，從空氣中制備氧氣稱空氣分離法。首先把空氣預冷、凈化（去除空氣中的少量水分、二氧化碳、乙炔、碳氫化合物等氣體和灰塵等雜質）、然后進行壓縮、冷卻，使之成為液態(tài)空氣。然后，利用氧和氮的沸點的不同，在精餾塔中把液態(tài)空氣多次蒸發(fā)和冷凝，將氧氣和氮氣分離開來，得到純氧（可以達到99.6%的純度）和純氮（可以達到99.9%的純度）。如果增加一些附加裝置，還可以提取出氬、氖、氦、氪、氙等在空氣中含量極少的稀有惰性氣體。由空氣分離裝置產出的氧氣，經過壓縮機的壓縮，將壓縮氧氣裝入高壓鋼瓶貯存，或通過管道直接輸送到工廠、車間使用。使用這種方法生產氧氣，雖然需要大型的成套設備和嚴格的安全操作技術，但是產量高，每小時可以產出數(shù)千、萬立方米的氧氣，而且所耗用的原料僅僅是不用買、不用運、不用倉庫儲存的空氣，所以從1903年研制出深冷空分制氧機以來，這種制氧方法一直得到較為廣泛的應用。

2、膜分離技術

膜分離技術得到迅速發(fā)展。利用這種技術，在壓力下，讓空氣通過具有富集氧氣功能的薄膜，可得到含氧量較高的富氧空氣。利用這種膜進行多級分離，可以得到百分之九十以上氧氣的富氧空氣。

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