同學 我們知道組成地殼的礦物種類目前已知超過4600種 你知道裡面含量最多的元素是什麼嗎？ 答案是「氧」 「氧」是地殼中含量最多的元素 約含有48.6% 大部分的氧是與其他元素形成化合物 存在於不同種類的礦物裡 地球上大部分的生物需要氧氣以進行呼吸作用 很多燃燒反應也需要氧氣助燃 氧氣的存在與我們生活息息相關 因此 認識「氧」是一件非常重要的事情喔 現在 就讓我們一起來探索「氧」的世界吧 氧元素在地殼中 主要是以氧化物、矽酸鹽及碳酸鹽等方式存在 當然 氧元素也存在於水分子中 常見的同位素包含氧-16、氧-17、氧-18 氧氣為無色、無臭及無味的氣體 在大氣中含量約21％ 為「對稱」、「不具極性」的雙原子分子 但同樣以氧原子所形成的「臭氧」則為淡藍色的氣體 有臭味 是一種活性比氧氣大的強氧化劑 可作為消毒劑及漂白劑 與氧氣互為同素異形體 臭氧為一彎曲形的分子 密度約為氧氣的1.5倍 由於分子量較大且有極性 其沸點和凝固點均高於氧氣 臭氧主要存在大氣層的平流層中 可以吸收紫外線 可保護地球上的生物 不會遭受紫外線的照射而導致基因突變 臭氧吸收紫外線的反應式如畫面所示 臭氧為強氧化劑 可得到電子進行還原 反應式如畫面所示 因此 若想要檢驗臭氧的存在 可以使用潮溼的「碘化鉀–澱粉試紙」 臭氧可以使碘化鉀試紙中的碘離子氧化為碘分子 碘分子再與試紙上的澱粉反應則可呈現藍色 即可證明臭氧的存在 氧氣的物理性質 氧氣是雙原子分子 分子間僅有凡得瓦力 因此不易液化 氧氣難溶於水 因此在實驗室製備時 會以排水集氣法收集 氧氣溶於水中為放熱反應 溫度愈高愈不利於氧氣溶於水中 在1大氣壓、20℃下 每一公升的水約可溶解30毫升的氧氣 此即為水中的溶氧 水中溶氧的高低會影響到水中生物的生存情形 而魚類基本存活的要求 為水中溶氧須達每公升3毫克以上 若是連日高溫則有可能會降低水中的溶氧量 當水中溶氧量低於每公升2毫克時 就有可能會造成魚類缺氧死亡 氧氣的化學性質 氧的化學性質極為活潑 可與大部分的元素化合 但不與鈍氣、及金、鉑等活性小的金屬反應 氧與金屬反應所得的金屬氧化物 若可溶於水 其水溶液呈鹼性 例如 氧氣與鎂在高溫下可產生氧化鎂 氧化鎂微溶於水 其粉末與水作用 可產生鹼性的氫氧化鎂 氧與非金屬作用可產生非金屬氧化物 若可溶於水 其水溶液呈酸性 例如 氧氣與硫在高溫下反應 產生二氧化硫 二氧化硫溶於水後可與水反應 產生亞硫酸 使溶液呈酸性 或是氧氣與磷反應 可產生十氧化四磷 十氧化四磷溶於水後可與水反應 產生磷酸 同樣地 也使溶液呈酸性 實驗室製備氧氣的方法 在氯酸鉀中添加二氧化錳作為催化劑 進行加熱使其分解 並以排水集氣法來收集氧氣 反應式如畫面所示 利用雙氧水（即過氧化氫水溶液） 在二氧化錳的催化下 進行分解以得到氧氣 若想製得高純度的氧氣 則必須改由電解水來製備 可在陽極得到氧氣 但其缺點為必須耗費較多的電能 成本較高 工業上製備氧氣的方法 因為氧氣分子量大於氮氣分子量 故氧氣沸點高於氮氣沸點 利用這一個特點 在工業上為了以較低成本取得大量氧氣 通常先將空氣加壓冷卻液化後 以分餾的方式 使氮氣先汽化 留下液態氧 再來取得氧氣 氧氣有哪些用途呢？ 氧氣不可燃 但可助燃 氧氣使燃料燃燒或使物質氧化 生活中常利用此過程放出的能量便利我們的生活 例如 天然氣燃燒可提供家庭生活所需的熱量來源 或是引擎中的汽油燃燒可用來推動汽、機車的運轉 以及氧氣可以與氫氣燃燒 產生高溫的氫氧焰來焊接金屬 許多生物進行呼吸作用需要氧氣 氧氣也可以讓生物體中的葡萄糖進行氧化 提供所需的能量 氧氣可以作為氫氧燃料電池的陰極反應物 醫療上提供需求 有時病患需要氧氣以幫助呼吸 甚至有些病患需要高壓氧氣的醫療環境 因此「高壓氧艙」便成為一種醫療設備 它可依照病人所需條件 利用人工方式使氧氣達到1.5到5大氣壓 讓病人在此高壓氧的環境下 快速提高體內的含氧濃度 進一步促進新陳代謝 也可加速傷口癒合 「高壓氧艙」甚至具有抑制細菌生長 及排除體內毒素的作用 讓我們來整理一下這支影片的學習內容 氧是地殼中最多的元素 主要以化合物存在礦物裡 氧氣是雙原子分子 分子間引力僅有凡得瓦力 難液化、難溶於水 溫度愈高 水中的溶氧值愈低 臭氧為氧氣的同素異形體 存在平流層中可吸收紫外線 可以用「碘化鉀–澱粉試紙」檢測其存在 在實驗室中以二氧化錳為催化劑來加熱氯酸鉀 或同樣以二氧化錳為催化劑 來分解雙氧水中的過氧化氫來製備氧氣 並以「排水集氣法」來加以收集 若想得到較純的氧氣 則需改用耗能較多的電解水法 在工業上 會採用使液態空氣分餾的方式來製備大量的氧氣 氧氣的用途有 1.作為助燃物使燃料燃燒 取得熱能便利我們的生活 2.生物進行呼吸作用 3.作為氫氧燃料電池的陰極反應物 4.提供高壓氧氣的醫療環境 同學們 看完本單元 你是否已經認識「氧」的相關知識了呢？ 歡迎到留言區與我們分享你的學習心得喔 我們下次再見