酸素分子または二酸素も二原子酸素やガスと呼ばれるが、最も一般的な基本的な方法は、地球上でこの要素です。その式はO 2であり、したがって二原子および同核分子であり、完全に無極性です。
私たちが呼吸する空気は、O 2分子として約21％の酸素で構成されています。上昇すると、酸素ガスの濃度が低下し、オゾンの存在が増加しますO 3。私たちの体は、O 2を利用して組織に酸素を送り、細胞呼吸を行います。
酸素が私たちの大気を豊かにしない限り、人生は持続不可能な現象でしょう。出典：Pixabay。
O 2は火の存在にも関与しています。それがないと、火と燃焼が発生することはほとんど不可能です。これは、その主な特性が強力な酸化剤であること、電子を獲得すること、または水分子または酸化物アニオンO 2-でそれ自体を還元することであるからです。
分子酸素は、無数の好気性プロセスに不可欠であり、冶金学、医学、および廃水処理に応用されています。このガスは、熱、呼吸、酸化と実質的に同義であり、その一方で、それが液体状態にあるときの凍結温度と同じです。
分子状酸素の構造
気体酸素の分子構造。出典：Wikipedia経由のBenjah-bmm27。
上の画像には、さまざまなモデルで表された気体酸素の分子構造があります。最後の2つは、酸素原子をまとめる共有結合の特性を示しています。二重結合O = Oで、各酸素原子が原子価オクテットを完成させます。
O 2分子は、線形、同核、対称です。二重結合の長さは121 pmです。この短い距離は、O = O結合を切断するためにかなりのエネルギー（498 kJ / mol）が必要であることを意味し、したがって比較的安定した分子です。
そうでなければ、大気中の酸素が時間とともに完全に劣化するか、空気がどこからでも発火することになります。
プロパティ
外見
分子状酸素は無色無味無臭のガスですが、凝縮して結晶化すると青みがかった色合いになります。
モル質量
32 g / mol（四捨五入）
融点
-218ºC
沸点
-183
溶解度
分子状酸素は水に難溶性ですが、海洋動物をサポートするには十分です。溶解度が高ければ、溺死で死ぬ可能性は低くなります。一方、非極性の油や液体では溶解度がはるかに高く、ゆっくりと酸化できるため、元の特性に影響を与えます。
エネルギー状態
分子状酸素は、原子価結合理論（VTE）では十分に説明できない物質です。
酸素の電子構成は次のとおりです。
2s²2p⁴
これには、1対の不対電子（O :)があります。2つの酸素原子が出会うと、それらは結合してO = O二重結合を形成し、どちらも原子価オクテットを完成させます。
したがって、O 2分子は反磁性で、すべての電子が対になっている必要があります。しかし、それは常磁性分子であり、これはその分子軌道の図によって説明されています：
酸素ガスの分子軌道図。出典：Anthony.Sebastian / CC BY-SA（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0）
したがって、分子軌道理論（TOM）はO 2を最もよく表します。2つの不対電子は、より高いエネルギーのπ *分子軌道にあり、酸素に常磁性の性質を与えます。
実際、このエネルギー状態は三重項酸素3 O 2に対応し、すべての中で最も支配的です。地球上ではそれほど多くない酸素の他のエネルギー状態は、一重項1 O 2です。
変革
分子状酸素は、酸化の影響を受けやすい物質と接触していない限りかなり安定しており、火花などの近くに強い熱源がない場合ははるかに少なくなります。これは、O 2がそれ自体を還元し、他の原子または分子から電子を獲得する傾向が高いためです。
削減されると、幅広い範囲のリンクと形状を確立できます。それが共有結合を形成する場合、それは水素を含むそれ自体よりも電気陰性度の低い原子でそれを行い、水、HOHを生じます。また、CO結合とさまざまなタイプの含酸素有機分子（エーテル、ケトン、アルデヒドなど）を生成するために、炭素をユニバース化することもできます。
O 2はまた、過酸化物およびスーパーオキシドアニオンに変換する電子を獲得することができるO 2 2-及びO 2 -それぞれ。それが体内で過酸化物に変換されると、特定の酵素（ペルオキシダーゼとカタラーゼ）の作用によって処理される有害な化合物である過酸化水素、H 2 O 2、HOOHが得られます。
一方、O 2は無機物と反応して酸化物アニオンO 2-となり、地球の地殻とマントルを厚くする鉱物の質量の無限のリストを作り上げます。
用途
溶接と燃焼
酸素はアセチレンを燃焼させ、溶接に役立つ非常に高温の炎を放出するために使用されます。出典：Sheila / CC BY（https://creativecommons.org/licenses/by/2.0）
酸素は、燃焼反応を実行するために使用されます。これにより、物質が発熱的に酸化され、発火します。この火災とその温度は、燃焼している物質によって異なります。したがって、アセチレン（上記）などの非常に高温の炎が得られ、金属や合金が溶接されます。
酸素がなければ、燃料は燃焼せず、ロケットの発射や自動車の始動に使用されるすべてのカロリーエネルギーを提供できません。
グリーンケミストリーの酸化剤
このガスのおかげで、無数の有機および無機酸化物が合成または工業的に生産されます。これらの反応は、分子状酸素の酸化力に基づいており、医薬品を得るためのグリーンケミストリーで最も実行可能な試薬の1つでもあります。
呼吸補助と廃水処理
酸素は、深刻な健康状態の患者、浅い深度に潜るダイバー、および高度が高くなると酸素濃度が大幅に低下する登山者の呼吸需要を満たすために不可欠です。
また、酸素は好気性バクテリアを「養う」ため、汚水からの汚染残留物を分解したり、魚を保護したり貿易したりするために水耕栽培で呼吸を助けます。
参考文献
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- カリフォルニア州ホーン、コロラド州カッペ（2019年）。連続流における液相好気性酸化のための分子状酸素の使用。Top Curr Chem（Z）377、2。doi.org/10.1007/s41061-018-0226-z
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