酸素 用途

酸素

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2022/09/25 22:49 UTC 版)

用途

酸化剤
化学工業などではもっとも安価な酸化剤として多用される。
吸入用
呼吸に不可欠な元素であるため、医療分野での酸素吸入に使われている[63]。また傷病人に限らず、空気中の酸素濃度が低い場所での呼吸を助けるために、飛行機青海チベット鉄道などの酸素放出装置や、高山に登るときなどのボンベの中身にも使われている。ほかにテクニカルダイビングにおいて、減圧用ガスとして用いられる。
助燃剤
ガス溶接鉄鋼の製造工程で助燃剤として使用されている[63]アセチレンを酸素とともに吹き出して得られる酸素アセチレン炎は3000–4000 °Cもの高温が得られ、鉄材の溶接や切断に利用されている。特に液体酸素ロケットエンジンの推進剤の酸化剤として用いられている。

酸素ガスの2004年度日本国内生産量は10422238000 m3、工業消費量は4093787000 m3、液化酸素の2004年度日本国内生産量は855476000 m3、工業消費量は68215000 m3である[64]

化合物

酸素は電気陰性度が高く、ほとんどあらゆる元素と化学結合する。多くの有機化合物は構成元素として酸素を含み、無機化合物の酸素化合物は酸化物として多方面で利用されている。

同素体

オゾンはおもに大気中に含まれる希有な気体である

地球上でのおもな同素体は酸素分子O2であり、その結合長は121 pm、結合エネルギーは498 kJ/molである[65]。酸素分子は生物の複雑な細胞呼吸に使われている。

三酸素(O3)はオゾンとしてよく知られる非常に反応性の大きい単体の気体で、吸入すると肺組織を破壊する[66][40]。オゾンは高層大気において、酸素分子が紫外線によって分裂した酸素原子と別の酸素分子が結合することによって生成している[57]。オゾンは紫外領域を強く吸収するため、高層大気にあるオゾン層は地球を放射線から保護するシールドとして機能している[40][67]。地表近くでもオゾンは生成しているが、これは自動車の排気ガスなどとして生成されている大気汚染物質である[68]

準安定状態分子である四酸素(O4)が2001年に発見されたが[69][70]、これは固体酸素の6種の相のうちの1種として存在が仮定されていた。2006年にこの相が証明され、O2を20 GPaに加圧することで合成されたが、実際には菱面体晶のO8クラスターであった[71]。このクラスターはO2やO3よりも強力な酸化剤であるため、ロケットの推進剤としての用途が考えられている[69][70]。1990年には、固体酸素に96 GPa以上の圧力を与えると金属状態となることが分かり[72]、1998年にはこの相を超低温条件に置くことにより超伝導となることが発見された[73]

同位体

酸素には安定同位体として16O17O、18Oの3種類が知られるが、天然存在比16Oが99.7 %以上を占めている。また、放射性同位体も作られている。

かつては酸素を16として原子量を定義していたが、物理学では16Oの原子量を16としたのに対して、化学においては安定核種の平均原子量を16と置く定義の差があったことから、酸素の同位体の存在が判明して以降混乱が起こり、1961年に炭素12を基準とするように置き換えられた。


注釈

  1. ^ 質量においてはケイ素が次点であり、地殻の27.72 %を占める(ケイ素のイオン半径は酸素の3分の1以下であるため、体積は地殻の0.86 %である)[11]
  2. ^ 地殻の造岩鉱物の92 %はSiO4の四面体を結晶構造の基本単位とする珪酸塩鉱物である[11]
  3. ^ 酸素分子は0.1–0.3 %、水は0.03 %[13]
  4. ^ 原初の地球大気にも、水蒸気が光分解されて発生するメカニズムが指摘されており、ごく微量ながら酸素ガスが存在した可能性はあるが、ほとんどはすぐ酸化反応で消費されるか、オゾンへ変化したものと思われ、いずれにしろ考慮に足る量ではなかった[31]
  5. ^ (0.36 g/分/人) × (60秒/時) × (24時/日) × (365日/年) × (70億人)/1000000 = 13.2億トン

出典

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