酸素の同素体

酸素、_8O
	液体酸素（-183℃以下のO 2）
酸素
同素体	O 2、O 3（オゾン）など（酸素の同素体を参照）
外観	気体：無色の; 液体、固体：淡い青色
標準原子量 A r °(O)
	[15.999 03、 15.999 77 ] ; 15.999 ± 0.001 （要約）;
周期表における酸素
原子番号（Z）	8
グループ	第16族（カルコゲン）
期間	第2期
ブロック	pブロック
電子配置	[彼] 2s 2 2p 4
殻あたりの電子数	2、6
物理的特性
STPでの位相	ガス
融点	（O 2） 54.36 K（−218.79 °C、−361.82 °F）
沸点	（O 2） 90.188 K （−182.962 °C、−297.332 °F）
密度（STP）	1.429グラム/リットル
液体時（沸点）	1.141 g/cm 3
三重点	54.361 K、0.1463 kPa
臨界点	154.581 K、5.043 MPa
融解熱	（O2 ） 0.444 kJ/モル
蒸発熱	（O2 ） 6.82 kJ/モル
モル熱容量	（O 2） 29.378 J/（モル·K）
原子の性質
酸化状態	共通: −2; −1、 0、+1、 +2
電気陰性度	ポーリングスケール：3.44
イオン化エネルギー	1位: 1313.9 kJ/モル; 2位: 3388.3 kJ/mol; 3位: 5300.5 kJ/mol; （もっと）;
共有結合半径	午後66±2 時
ファンデルワールス半径	午後152時
	酸素のスペクトル線
その他の特性
自然発生	原始的な
結晶構造	立方晶系（cP16）
格子定数	a = 678.28 pm ( tp )
熱伝導率	26.58×10 −3 W/(m⋅K)
磁気秩序	常磁性
モル磁化率	+3 449 .0 × 10 -6 cm 3 /mol (293 K)
音速	330 m/s（気体、27℃）
CAS番号	7782-44-7
歴史
ネーミング	ギリシャ語のὀξύς（酸、文字通り「鋭い」、酸の味から）と-γενής（生産者）から
発見	ミヒャエル・センディヴォギウス; カール・ヴィルヘルム・シェーレ(1604, 1771)
命名者	アントワーヌ・ラヴォアジエ（1777）
酸素の同位体 v; e;
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酸素にはいくつかの同素体 が知られています。最もよく知られているのは分子状酸素（O ₂ ）で、地球の大気中に相当量存在し、二酸素または三重項酸素としても知られています。もう一つは、反応性の高いオゾン（O ₃）です。他には、以下のものがあります。

原子酸素（O ₁）、フリーラジカル。
一重項酸素（O^*
₂）、分子状酸素の2 つの準安定状態のうちの 1 つです。
もう一つの準安定形態である四酸素（O ₄）。
固体酸素は、6 つの異なる色の相で存在し、そのうちの 1 つは八酸素( O8、赤色酸素) であり、もう 1 つは金属酸素 (ζ-酸素) です_。

原子酸素

原子状酸素（OまたはO ₁と表記）は非常に反応性が高く、個々の酸素原子は近くの分子と速やかに結合する傾向がある。その最もエネルギーの低い電子状態はスピン三重項であり、記号 ^3Pで表される。地球表面では、ごく短時間しか自然に存在しない。宇宙空間では、豊富な紫外線放射により低軌道大気が形成され、酸素の96%が原子状で存在する。^[7]

火星ではマリナー、バイキング、ソフィア観測所によって原子状酸素が検出されている。^[8]

二酸素

地球上の一般的な元素酸素の同素体O ₂は、一般に酸素として知られていますが、元素自体や三原子同素体オゾンO ₃と区別するために、二酸素、二原子酸素、分子状酸素、二酸化炭素、または酸素ガスと呼ばれることもあります。地球の大気の主成分（体積の約 21%）として、元素酸素は二原子の形で存在するのが最も一般的です。好気性生物は、化学エネルギーを得るために、細胞呼吸で大気中の二酸素を最終酸化剤として使用します。二酸素の基底状態は、不対電子を²つ持つため、三重項酸素3 [O ₂ ]と呼ばれます。最初の励起状態である一重項酸素1 [O ₂ ]^には不対電子がなく、準安定です。二重項状態は奇数の電子を必要とするため、二酸素では電子を得たり失ったりすることなく発生することはできない。例えば、スーパーオキシドイオン（O −2）または二酸素イオン（O+2）。

O ₂の基底状態は、結合長が121 pm、結合エネルギーが498 kJ/molである。^[9]無色の気体で、沸点は-183 °C（90 K; -297 °F）である。^[10]液体窒素で冷却することで空気から凝縮することができる。液体窒素の沸点は-196 °C（77 K; -321 °F）である。液体酸素は淡青色で、不対電子のために非常に顕著な常磁性を示す。例えば、紐で吊るしたフラスコに入れた液体酸素は磁石に引き寄せられる。

一重項酸素

一重項酸素は、基底状態の三重項酸素よりもエネルギーの高い分子酸素（O ₂ ）の2つの準安定状態を指す一般的な名称です。電子殻の違いにより、一重項酸素は三重項酸素とは異なる化学的・物理的性質を持ち、異なる波長の光を吸収・放出します。一重項酸素は、ローズベンガル、メチレンブルー、ポルフィリンなどの染料分子からのエネルギー移動による光増感過程、あるいは水中での三酸化水素の自然分解や過酸化水素と次亜塩素酸塩の反応などの化学過程によって生成されます。

オゾン

三原子酸素（オゾン、O3 _）は_、非常に反応性の高い酸素の同素体で、標準温度および圧力下では淡い青色の気体です。液体および固体のO3_は通常のO2よりも濃い青色をしており、不安定で爆発性があります。^[11]^[12]気相のオゾンはゴムや布地などの材料を破壊し、肺組織に損傷を与えます。^[13]オゾンは空気が放電を受けると生成されるため、微量ではありますが、電気モーター、レーザープリンター、コピー機などから刺激臭や塩素のような臭いとして検出されます。 ^{[10] 1840年に}クリスチャン・フリードリヒ・シェーンバインによって「オゾン」と命名されました。[ ^14]これは古代ギリシャ語のὄζειν（オゼイン：「嗅ぐ」）に接尾辞-onを加えたもので、当時は派生語を表すのによく使われ、英語では-oneと表記されました。^[15]

オゾンは熱力学的に不安定で、より一般的な二酸素形態に反応する傾向がある。これは、大気上層の紫外線によって酸素が分解されて生成される原子状酸素と、酸素が反応して_生成される。[ 11 ]オゾン_は紫外線^を強く吸収し、成層圏では太陽の紫外線による変異原性やその他の有害な影響から生物圏を守る盾として機能する（オゾン層を参照）。^{[11]対流圏オゾンは、}自動車の排気ガス中の二酸化窒素の光化学的分解によって地表近くで生成される。^[16]地上オゾンは、高齢者、子供、肺気腫、気管支炎、喘息などの心臓や肺の病気を持つ人にとって特に有害な大気汚染物質である。^[17]免疫系は抗菌剤としてオゾンを生成する（下記参照）。^[18]

循環オゾン

環状オゾンは理論的に予測されるO ₃分子であり、その 3 つの酸素原子は開角ではなく正三角形に結合します。

テトラオキシゲン

四酸素は1900年代初頭から存在が疑われており、当時はオキソゾンとして知られていました。2001年、ローマ大学のフルヴィオ・カカチェ率いるチームによって特定されました。^[19]O ₄分子は、後にO ₈として特定される固体酸素の相の一つであると考えられていました。カカチェのチームは、O ₄はおそらく2つのダンベル状のO ₂分子が誘起双極子分散力によって緩く結合しているのではないかと示唆しました。

固体酸素の相

固体酸素には6つの異なる相が知られています。その一つは暗赤色のO8クラスターです_。酸素は96GPaの圧力を受けると、水素と同様に金属状態になり^{[20] 、さらに}セレン（元素状態ではピンク赤色）、テルル、ポロニウムなどのより重いカルコゲンに似た状態になります。これらはいずれも顕著な金属特性を示します。極低温では、この相は超伝導状態にもなります。

参考文献

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さらに読む

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一部については理論解析、その他については主要参考文献を参照：Gadzhiev, Oleg B.; Ignatov, Stanislav K.; Kulikov, Mikhail Yu.; Feigin, Alexander M.; Razuvaev, Alexey G.; Sennikov, Peter G.; Schrems, Otto (2013). 「共有結合型およびファンデルワールス型における酸素同素体On (n ≤ 6)の構造、エネルギー、振動周波数：CCSD(T)レベルでの第一原理計算」（PDF） . J. Chem. Theory Comput . 9 (1): 247– 262. doi :10.1021/ct3006584. PMID 26589027.

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