氧气思维导图
《氧气思维导图》
中心主题：氧气 (O₂)
一、基本性质
- 符号： O
- 原子序数： 8
- 原子量： 15.999 u
- 发现者： 舍勒 (1772) / 普利斯特里 (1774)
- 状态： 气体 (标准状况)
- 颜色： 无色
- 气味： 无味
- 熔点： -218.79 °C
- 沸点： -182.96 °C
- 密度： 1.429 g/L (标准状况)
- 氧化性： 强
- 存在形式：
- 游离态： 大气层 (约21%)，水中溶解氧
- 化合态： 大量存在于各种化合物中 (水、二氧化硅、氧化物等)
- 同位素： O-16 (主要), O-17, O-18
二、化学性质
- 高度活泼： 几乎能与所有元素直接化合（除了稀有气体）
- 氧化反应：
- 燃烧： 物质与氧气发生剧烈的放热发光反应
- 缓慢氧化： 物质与氧气缓慢反应，放热但不一定发光（如金属腐蚀、生物呼吸）
- 与金属反应： 生成金属氧化物 (如：2Mg + O₂ → 2MgO)
- 与非金属反应： 生成非金属氧化物 (如：C + O₂ → CO₂)
- 与有机物反应： 氧化有机物，释放能量 (如：呼吸作用、燃烧)
- 催化作用： 许多氧化反应需要催化剂才能进行
三、制备方法
- 工业制法：
- 液态空气分馏： 利用氧气和氮气沸点不同进行分离 (常用方法)
- 变压吸附法 (PSA)： 利用沸石等吸附剂对氧气和氮气的吸附选择性不同进行分离
- 膜分离法： 利用特殊膜的选择性渗透性进行分离
- 实验室制法：
- 加热高锰酸钾： 2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑
- 加热氯酸钾 (MnO₂作催化剂)： 2KClO₃ → 2KCl + 3O₂↑
- 分解过氧化氢 (MnO₂作催化剂)： 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑
- 电解水： 2H₂O → 2H₂ + O₂↑
四、用途
- 生命维持：
- 呼吸： 人和动物呼吸必需
- 医疗： 治疗呼吸系统疾病，紧急抢救
- 潜水、航空： 提供呼吸所需的氧气
- 工业生产：
- 炼钢： 吹氧炼钢，去除杂质
- 化工： 用于生产各种化学品 (如硝酸、硫酸)
- 切割与焊接： 氧炔焰切割金属
- 火箭燃料： 液氧用作火箭氧化剂
- 其他：
- 污水处理： 提高污水处理效率
- 食品保鲜： 气调保鲜
五、氧气与环境
- 大气组成： 维持地球大气层中氧气含量
- 光合作用： 植物光合作用释放氧气 (6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂)
- 呼吸作用： 生物呼吸作用消耗氧气
- 燃烧： 消耗氧气，产生二氧化碳等
- 臭氧层： 氧气在紫外线作用下生成臭氧 (O₃)，形成臭氧层，保护地球生物免受紫外线辐射
- 温室效应： 氧气本身不属于温室气体，但燃烧产生的二氧化碳等是温室气体
六、氧气的医学应用
- 氧疗： 用于治疗各种原因引起的缺氧症
- 低氧血症： 血液中氧含量不足
- 组织缺氧： 组织细胞氧供应不足
- 高压氧治疗： 将患者置于高于一个大气压的环境中吸氧
- 适应症： 一氧化碳中毒、气性坏疽、减压病、突发性耳聋等
- 氧气给药方式：
七、注意事项
- 安全： 氧气助燃，易燃物附近严禁明火
- 储存： 氧气钢瓶应安全存放，避免撞击
- 浓度： 高浓度氧气可能引起氧中毒
- 使用： 医疗用氧必须遵医嘱
八、氧气的特殊形式
- 臭氧 (O₃)： 具有强氧化性，用于消毒、杀菌
- 单线态氧 (¹O₂)： 具有极强的氧化性，用于光动力疗法
- 活性氧 (ROS)： 包括超氧阴离子 (O₂⁻)、羟自由基 (·OH) 等，在细胞信号传导和免疫防御中发挥作用，但过量会造成氧化损伤。
九、氧气循环
- 生物圈中的循环： 光合作用产生氧气，呼吸作用和燃烧消耗氧气，形成动态平衡
- 水循环中的循环： 氧气溶解在水中，供水生生物呼吸
十、未来发展
- 新型制氧技术： 开发更高效、更节能的制氧方法
- 氧气在能源领域的应用： 富氧燃烧提高能源利用率，减少污染
- 氧气在医学领域的应用： 开发更精准的氧疗方法，拓展高压氧治疗的适应症
