산소(oxygen)

원소기호 O, 원자번호 8, 원자량 15.9994±3, 지각 중의 존재도 46.4(1위), 안정핵종 존재비 =99.759%, =0.037%, =0.204%, 녹는점 -218.4℃, 끓는점 -182.96℃, 기체의 밀도 1.4289g/l(0℃, 1atm), 액체의 비중 1.149(-183℃), 고체의 비중 1.426(-252℃), 임계압력 49.77atm, 임계온도 -118.57℃, 물에 대한 용해도 3.10ml/100ml(20℃ ), 전자배치 [He] 2 2, 주요 산화수 -2. 주기율표 6B족에 속하는 산소족 원소의 하나. 자연계에 가장 풍부하게 존재하며 주로 규소·알루미늄의 산화물로서 지각 중량의 46.4%를 차지하고 있다.


공기에는 20.91 용량%, 물에는 88.8 중량%, 또 인체에는 약 65%의 산소가 함유되어 있다.


공기 속의 산소는 연소나 동물의 호흡작용에 의해 이산화탄소가 분해되어 공급됨으로써 균형이 유지되고 있다.


〔역사〕영국의 J. 프리스틀리는 1774년 산화수은(II) (HgO ; 赤降汞)를 큰 렌즈를 이용하여 태양빛으로 가열해서 새로운 기체를 얻었다.







이 기체는 연소가 계속되도록 하는 힘이 강하고 동물은 보통의 공기 속보다도 이 기체 속에서 훨씬 오래 살 수 있다는 것을 알았다.


플로지스톤설의 강력한 지지자였던 프리스틀리는 이 새로운 기체를 「탈(脫)플로지스톤 공기」라고 이름 붙였는데 이것은 연소가 계속될 수 없게 된 공기는 플로지스톤으로 완전히 채워진 것으로 생각한 것에서 명명된 것이다.


이와 같은 시기에 스웨덴의 K. W. 셸레도 초석(硝石)을 강하게 가열하거나 연망간석을 진한 황산으로 처리하여 얻은 기체를「불의 공기」라고 명명했다.


이것이 현재의 산소이며 프리스틀리와 셸레가 산소의 발견자로 되어 있다.


74년 프리스틀리로부터 탈플로지스톤 공기에 대해 설명을 들은 A. L. 라부아지에는 이 기체를「매우 호흡에 알맞은 공기」라고 했으며, 더욱 연구를 진행시켜 목탄·인·황 등의 연소현상이 이들 가연성 물질과 산소가 결합하는 현상인 것을 명확하게 하여 플로지스톤설을 부정했다.


81년 라부아지에는 산소 속에서의 연소 생성물이 산의 성질을 가진다고 주장하고 이 원소를 그리스어의 oxys(酸)와 gennao(발생하다)에서 oxygene으로 명명했다.


이것에서 영어 oxygen이 만들어졌다.


라부아지에는 다시 89년 그의 저서《화학요론》에서 산소를 중심에 둔 새로운 연소이론의 실험사실을 들어 상세히 전개하여, 이후의 화학에 결정적인 영향을 주었다.


이것을 종종 화학혁명이라고도 한다.


〔성질〕 홑원소물질로서의 산소에는 두 개의 동소체가 있다.


보통은 안정형의 2원자분자기체인 로서 존재한다.


는 보통 무색무취의 기체이지만 액체 및 고체에서는 담청색이다.


물에는 녹기 어렵고 물 1,000ml에 대해 1기압, 25℃에서 3.16ml의 용해도를 나타내는데 바닷물 속에서는 약간 떨어진다.


이 용존산소는 어패류나 호기성(好氣性) 미생물에게 매우 중요하다.


산소기체 속에서 무성방전(無聲放電)하면 3원자분자인 오존()이 생성된다.


존재량이 적은 동위원소 또는 은 물의 분별증류에 의해 농축할 수 있으며 =97 atom% 및 =4 atom%까지 농축시킨 것은 산소가 관여하는 반응기구를 연구하기 위한 추적자(追跡者)로 이용된다.


2원자분자는 117kcal/mol이라는 매우 높은 해리열(解離熱)을 가지며 안정적이다.


또 분자는 상자성(常磁性)이며 짝짓지 않은 전자의 존재가 인정되었으나 이것은 분자 오비탈 함수 이론에 의해서 O-O결합 속의 반결합성 오비탈에 전자가 존재하는 것으로 설명되었다.


보통의 2원자분자에서 두 개의 산소원자의 결합길이는 1.21Å이지만, 이것에 전자를 첨가시키면 결합 길이는 증대하며(에서 1.26Å, 에서 1.49Å), 또 전자를 잃으면 결합길이가 짧아지는 것(에서 1.12Å)이 알려졌다.


이것은 전자를 첨가하거나 잃은 분자오비탈이 반결합성의 π인 것에 주목하면 이해가 빠를 것이다.


산소는 화합물 속에서 여러 방법으로 안정된 폐각전자(閉殼電子) 배치를 만든다.


① 전자를 두 개 얻어서 산화이온 를 만든다(산화칼슘 등 대부분의 금속의 이온성 산화물이 해당한다).


② 두 개의 공유단일결합(물 , 알코올 ROH, 에테르 R-O-R 등), 또는 한 개의 2중결합(이산화탄소







을 만든다.


③ 전자 한 개를 얻고, 다시 한 개의 단일결합을 만든다(수산화이온 OH- 등).


④ 세 개 또는 네 개의 공유결합을 만든다( 등). 산소는 헬륨·네온·아르곤을 제외한 모든 원소와 화합물을 만들고 더구나 할로겐원소, 소수의 귀금속원소, 비활성기체원소를 제외한 모든 원소와 실온 또는 고온에서 직접 화학반응하여 산화물을 만든다.


〔용도〕산소-수소불꽃, 산소-아세틸렌불꽃 등이 발생시키는 고온을 이용하여 조선·기계 등 각종 공업에서 금속의 용접·절단 등에 사용된다.


또 철강업에서의 산소제강, 각종 화학공업에서의 산소산화 등 산화제로서 이용된다.


그 밖에 산소 흡입 등의 의약용, 활성오니법(活性汚泥法) 수처리에서 폭기(曝氣)용에도 쓰인다.