氧在大气中的主要存在形式为氧单质。氧有两种同素异形体：氧气O₂和臭氧O₃。

1.氧气

O₂为双原子分子，常温常压下是一种无色无味的气体；90K时液化为淡蓝色液体，54K时凝固为蓝色固体。O₂为非极性分子，分子中有2个单电子，所以分子具有顺磁性。

O₂在水中溶解度很小，在水中以水合氧分子

(O₂·H₂O和O₂·2H₂O)存在(图11-1)。

图11-1 水合氧分子示意图

氧在酸性和碱性介质中氧化能力都比较强

O₂+4H⁺+4e^-=2H₂O             E^Θ=1.23V

O₂+2H₂O+4e^-=4OH^-              E^Θ=0.40V

常温下，O₂的化学性质并不活泼；但在高温下能够与大多数元素直接化合，也可以与一些具有还原性的化合物反应。例如

工业上主要采用分馏液化空气来制备O₂。实验室最常用的制备方法是用MnO₂催化分解 KCIO₃，或加热分解含氧化合物。制备更纯净的O₂则是分解过氧化物。

2. 臭氧

臭氧O₃是一种浅蓝色的气体，具有鱼腥臭味，并因此而得名。

在O₃分子中，采取sp²杂化的中心氧原子分别与2个配体氧原子各形成1个σ键，确定了分子的V字形构型(键角117.47°)。中心氧原子未参加杂化的p轨道与配体氧原子中含有单电子的p轨道相互重叠形成一个离域x键，如图11-2(a)所示。

利用分子轨道理论讨论O₃分子中Ⅱ₄³的键级。如图11-2(b)所示，3个原子轨道组合形成3个分子轨道，其中一个是成键轨道(能量比原子轨道低)，一个是反键轨道(能量比原子轨道高)，还有一个非键轨道(能量与原子轨道的能量相同)。4个电子分别填入成键轨道和非键轨道中，则Ⅱ₄³键的键级为1。故O₃分子中O-O键的键级为1.5。由此也可判断O₃的稳定性比O₂差，而氧化能力比O₂强。

图1-20、分子中的离域不健及轨道能级图

由O₃分子的构型可知，O₃为极性分子，不具有顺磁性。O₃的熔、沸点比O₂高，在水中的溶解度比O₂大。

臭氧的氧化性很强

无论在酸性或碱性溶液中，臭氧都有很强的氧化性。

在距离地面25~40km的大气层中有稀薄的臭氧层。臭氧能够吸收阳光中的紫外线辐射，发生如下反应而保护地面上的动植物不被伤害

O₃=O₂+O

生成的氧原子可以与O₂分子作用再生成O₃，从而完成O₃的循环。雷雨天气的放电作用也会使少量的O₂转化为O₃。实验室中主要是采用高压放电使O₂转变为O₃。复印机和打印机因高压放电也会产生少量O₃。

臭氧很容易被一些具有还原性的气体还原，大气中的污染使臭氧层越来越薄，并能导致臭氧层出现空洞。

文章来源：《无机化学核心教程（第二版）》

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