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元素

酸素 Oxygen -空気や水を構成する身近な元素

 酸素は人間が呼吸するため、生物が生合成するために必要な元素です。いろいろな元素とよく結合し、酸化物となります。

 

酸素の基本物性データ

分類 非金属、カルコゲン
原子番号・原子量 (15.9994)
電子配置 2s22p4
密度 1.429kg/m(ダイヤモンド)
融点  –218.4℃
沸点 –182.96℃ (ダイヤモンド)
硬度
色・形状 無色・気体
存在度 地球 47万4000ppm、宇宙2.38✕107
クラーク数 49.5%(1位)
発見者 カール・ヴィルヘルム・シェーレ(1771年)、ジョセフ・プリーストリー(1774年)
主な同位体 16O(99.757%), 17O(0.038%), 18O (0.205%)
用途例 酸化剤、助燃剤、殺菌作用(O3)、酸素ボンベ
前後の元素 窒素ー酸素ーフッ素

酸素は誰が発見した?

酸素は2人の研究者によって別々に発見されました。一人はシェーレ。スウェーデンの化学者です。

1771年、シェーレは酸素ガスを発見し、空気が「火の空気」(酸素)、「駄目な空気」(窒素)の2種類の気体からできているとしました。しかし、シェーレは1777年までこのことを発表できませんでした。

シェーレの発見から遅れること3年、今度はイギリスの牧師であったプリーストリーが酸化水銀を燃焼させた気体がロウソクを勢い良く燃えさせることを発見しました(1774年)。プリーストリーはすぐにそれを発表したため、酸素発見の栄誉はプリーストリーに与えられました。

現在では、それぞれが独立して発見したことが明らかとなったため、2人とも酸素の発見者として認められています。

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カール・ヴィルヘルム・シェーレ

1742–1786年 塩素、マンガン、バリウムなどの元素を多数発見した他、シュウ酸、クエン酸、安息香酸などの有機化合物も発見している。ただし、発表はほとんど行っていない。

ジョセフ・プリーストリー

1733–1804年 イギリスの化学者であるが、1794年にアメリカに移住したため、現在アメリカ化学会最高の賞(プリーストリー賞)としても名前が残っている。

 

酸素は酸の素?

酸素という名前は、「酸の素は酸素である」と考えたラボアジェがギリシャ語のoxys(酸)とgennan(生む)から名付けました。ただ、残念ながら「酸の素」は酸素ではありません。真の「酸の素」は、水溶液中において、一般に水素陽イオン(プロトン:H+)を出す物質であることが現在では明らかとなっています。

真の「酸の素」

真の「酸の素」

 

最も安い酸化剤

酸素はさまざまな物質を酸化する酸化剤です。紙や木などの炭化水素は、酸素によって酸化され、二酸化炭素と水になります。また酸素は、金やプラチナなどの安定な金属以外と反応して、酸化物を作ります。

例えば、鉄が錆びるのは、鉄と酸素が結合して酸化鉄になるからです。また、食べ物を室温で放置しておくと味や色が変わってくるのも、食べ物が参加されることが関わっています。工業的にも、最も安価な酸化剤として酸素が使われています。

 

酸素の同位体:オゾンO3

酸素には2つの同素体があります。2つの酸素原子が結合した酸素分子o2と、3つ結合したオゾンO3です。オゾンはフッ素に次ぐ強力な酸化作用があり、殺菌や脱臭などに用いられます。成層圏に存在するオゾンはオゾン層と呼ばれ、有害な紫外線が地表に直接降り注ぐことを防いで*います。

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*防いで:このことからオゾンは害のないものというイメージがあるが、高濃度のオゾンは刺激臭があり毒性がある。オゾンには強力な酸化作用があるといっても、強力な酸化作用を持つ活性酸素とは別のもので、活性酸素は主にヒドロキシラジカル(・OH)などを指す。

 

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Chem-Station代表。早稲田大学理工学術院准教授。専門は有機化学。主に有機合成化学。分子レベルでモノを自由自在につくる、最小の構造物設計の匠となるため分子設計化学を確立したいと考えている。趣味は旅行(日本は全県制覇、海外はまだ20カ国ほど)、ドライブ、そしてすべての化学情報をインターネットで発信できるポータルサイトを作ること。

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