吸氣……呼氣。啊。氧氣萬歲，這種元素使地球上的大部分生命都嗡嗡作響。

元素周期表中的第 8 号元素是一種無色氣體，占地球大氣的 21%。因為它無處不在，氧氣很容易被認為是沉悶和惰性的。事實上，它是最活潑的非金屬元素。

根據2007 年美國宇航局資助的一項研究，地球已經被氧化了大約 23 億至 24 億年，并且水平至少在 25 億年前開始攀升。沒有人知道為什麼這種對肺有益的氣體突然成為大氣的重要組成部分，但根據研究人員的說法，地球上的地質變化可能導緻光合作用生物産生的氧氣停留在周圍，而不是在地質反應中消耗掉。

• 原子序數（原子核中的質子數）：8
• 原子符号（在元素周期表上）：O
• 原子量（原子的平均質量）：15.9994
• 密度：0.001429克每立方厘米
• 室溫相：氣體
• 熔點：負361.82華氏度（負218.79攝氏度）
• 沸點：負 297.31 華氏度（負 182.95 攝氏度）
• 同位素數（具有不同中子數的相同元素的原子）：11；三穩
• 最常見的同位素：O-16（99.757% 的自然豐度）

氧氣是宇宙中第三豐富的元素。然而，它的反應性使其在早期地球大氣層中相對罕見。

藍細菌是一種利用光合作用“呼吸”的生物，吸收二氧化碳并呼出氧氣，就像現代植物一樣。藍藻很可能是地球上第一個氧氣的原因，這一事件被稱為大氧化事件。

在地球大氣中形成大量氧氣之前，藍藻的光合作用可能已經開始了。2014 年 3 月發表在《自然地球科學》雜志上的一項研究發現，在南非發現的 29.5 億年前的岩石中含有氧化物，這些氧化物需要遊離氧才能形成。這些岩石最初位于淺海，這表明光合作用産生的氧氣在大約 50 億年前就開始在海洋環境中積累，然後在大約 25 億年前開始在大氣中積累。

今天的生命嚴重依賴氧氣，但這種元素在大氣中的最初積累簡直就是一場災難。新大氣導緻厭氧菌大量滅絕，厭氧菌是不需要氧氣的生物。在氧氣存在下無法适應或生存的厭氧菌在這個新世界中死亡。

根據英國皇家化學會(RSC)的說法，人類第一次知道氧氣作為一種元素的存在是在 1608 年，當時荷蘭發明家 Cornelius Drebbel 報告說，加熱硝石（硝酸鉀）會釋放出一種氣體。這種氣體的身份一直是個謎，直到 1770 年代三位化學家或多或少地同時發現了它。英國化學家和牧師約瑟夫·普裡斯特利通過将陽光照射在氧化汞上并收集反應中的氣體來分離氧氣。他指出，根據 RSC 的說法，由于氧氣在燃燒中的作用，蠟燭在這種氣體中燃燒得更亮。

Priestly 于 1774 年發表了他的發現，擊敗了瑞士科學家 Carl Wilhelm Steele，後者實際上在 1771 年分離了氧氣并撰寫了相關文章，但并未發表該作品。氧的第三位發現者是法國化學家安托萬-洛朗·德·拉瓦錫，他給這種元素起了名字。這個詞來自希臘語“oxy”和“genes”，意思是“酸形成”。

氧總共有八個電子，兩個在原子内殼的原子核中運行，六個在最外層的軌道上運行。最外層總共可以容納八個電子，這解釋了氧氣與其他元素反應的傾向：它的外殼是不完整的，因此電子可以自由獲取（和給予）。

• 作為氣體，氧氣是透明的。但作為液體，它是淡藍色的。
• 如果你想知道在液氧池中遊泳會是什麼樣子，答案是：非常非常冷。氧氣必須降至負 297.3 F（負 183.0 C）才能液化，所以凍傷是個問題。
• 氧氣太少是有問題的。太多了。根據佛羅裡達大學的說法，呼吸 80% 的氧氣超過 12 小時會刺激呼吸道，并最終導緻緻命的液體積聚或水腫。
• 氧氣是一種堅韌的餅幹：2012 年發表在《物理評論快報》雜志上的一項研究發現，氧氣分子 (O2) 可以承受比大氣壓高 1900 萬倍的壓力。
• 2009 年，在珠穆朗瑪峰附近測量到人類血液中的最低氧氣含量。登山者的平均動脈氧氣含量為 3.28 千帕。将其與 12 到 14 千帕的正常值相比，登山術語“死亡地帶”就很有意義了。研究結果發表在《新英格蘭醫學雜志》上。
• 謝天謝地，這裡有 21% 的氧氣。大約 3 億年前，當氧氣含量達到 35% 時，昆蟲能夠長得超大：想想翼展像鷹一樣的蜻蜓。

随着碳 12 核和氦 4 核（也稱為 α 粒子）的融合，氧氣在恒星的心髒中形成。然而，直到最近，科學家們才能夠窺探氧核并解開其結構。

2014 年 3 月，北卡羅來納州立大學物理學家 Dean Lee 和他的同事報告說，他們已經弄清楚了氧 16 的核結構，氧 16 是最常見的氧同位素，處于基态（所有電子處于最低可能的能級）并處于其第一個激發态（下一個能級上升）。

為什麼這樣的事情很重要？嗯，要了解恒星中的原子核是如何形成的，從碳到氧再到更重的元素，就是要了解宇宙的基本組成部分是如何結合在一起的。Lee 和他的團隊最初發現，具有六個質子和六個中子的碳 12 分子的原子核實際上是由三個粒子簇組成的，每個粒子簇都有兩個質子和兩個中子。研究人員推斷，如果碳 12 有三個所謂的 α 星團，那麼氧 16 很可能有四個，因為它有八個質子和八個中子。

使用超級計算機模拟和數值晶格，研究人員能夠看到氧 16 核中的粒子如何排列自己。他們發現，在氧16的基态中，确實有四個α星團，整齊地排列成一個四面體。

這些α星團有點像這四個粒子或這些核子的小模糊球體，這些模糊球體喜歡通過某種表面相互作用相互接觸。四面體配置使它們變得漂亮和舒适。

但還有另一個量子謎團等待解開。氧 16 的基态和第一個激發态有一個不同尋常的特征。它們都具有相同的自旋，一個表示粒子如何旋轉的值。它們也都具有正平價，這是一種表示對稱的方式。想象一下在整個宇宙中左右颠倒，但必須使亞原子粒子保持相同的形狀。具有正宇稱的粒子将能夠看到這個鏡像宇宙并看到自己的本來面目。具有負奇偶性的粒子必須翻轉，以免它們最終像鏡子中的一行文字一樣向後倒退。

謎團是為什麼氧 16 的最低兩種狀态具有零自旋和正宇稱，因為這些狀态是不同的。

模拟給出了答案：在其激發狀态下，氧 16 重新排列其原子核，使其看起來一點也不像基态。阿爾法粒子不是四面體排列，而是排列在正方形或接近正方形的平面中。

它們潛在的内在結構是不同的。完全不同的配置解釋了自旋和奇偶性如何保持不變，原子核采用不同的路徑得到相同的結果。

氧 16 核中還有更多的量子相互作用需要解開，還有更細粒度的細節有待發現。

實際上，像原子核這樣的小東西内部有很多有趣的東西。

另一類氧研究側重于元素在地球生命中的作用。南丹麥大學北歐地球演化中心的博士生丹尼爾米爾斯說，在大約 24 億年前的大氧化事件發生後不久，氧氣水平可能已經達到或超過了今天的水平。動物生命直到很久以後才出現，最簡單的動物出現在大約 6 億年前。

盡管有理論認為氧氣的增加為動物的存在鋪平了道路，但這個故事似乎要複雜得多。在 24 億年前地球氧氣水平的第一次顯着上升期間，動物并沒有出現。2014 年 2 月，米爾斯和他的同事在 PNAS 雜志上報告說，現代海綿仍然可以呼吸、進食，甚至在氧氣含量僅為當今地球大氣中含量的 0.5% 至 4% 的情況下生長。

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!