Oxygen - Sanso (English spelling)

Japanese: 酸素 - さんそ（英語表記）oxygen

It belongs to group 16 of the periodic table and is one of the oxygen group elements.

Discovery of oxygen

In ancient times, air was thought to be an element, but from around the 10th century it began to be considered a mixture. Then, in the 17th century, it became clear that air is a collection of two types of gases, one of which is obtained from saltpeter, and the other is an inert gas. Around 1771, the Swedish Scheele heated potassium nitrate (saltpeter), and in 1774, the British Priestley collected sunlight with a concentrating lens and shone it on mercury oxide in a glass bell to extract oxygen. However, since both were believers in the phlogiston theory (the theory that things burn because phlogiston escapes), Scheele only called it "fire air" and Priestley called it "phlogiston-free air" because the new gas significantly supported combustion compared to ordinary air. The Frenchman Lavoisier believed that the weight increase when metal is heated is due to the fixation of a portion of the air, and in a reverse experiment to Priestley's, he heated mercury with air in a closed vessel to produce mercury oxide, and examined the rate at which the air was reduced. He then confirmed that oxygen could be obtained by heating the mercury oxide, establishing a new theory of combustion that directly opposed the phlogiston theory. Lavoisier was the first to prove that this was an element in 1777, and named this new gas oxygène from the Greek words oxys (sour) and gennao (to produce), because many of the combustion products in this new gas showed acidic properties. The discovery of oxygen as an element was an extremely important event in the history of chemistry, and it laid the foundation for modern chemistry. In Japan, it is written in Udagawa Yoan's Seimi Kaisou (1837) that oxygen is "Okiseigeniyum".

[Kenichi Morinaga and Katsunori Nakahara]

Existence

It is found in rocks at about 50% by weight and in water at about 89% by weight, making it the most abundant element in the Earth's crust (16 km thick) and hydrosphere as a compound. It also contains 21% by volume of the atmosphere in free form, i.e., oxygen molecules. It is the third most abundant element in the universe after hydrogen and helium. When the Earth was formed, oxygen was thought to have been fixed in a molten state, and was eventually supplied as a by-product of photosynthesis by green plants that appeared, and the present atmosphere is said to have been formed 1 billion years ago. The isotopic composition of oxygen in the atmosphere is ^16O : 99.76%, ^18O : 0.20%, and ^17O : 0.04%. ^18O concentrated to more than 90% (atomic number) is called heavy oxygen and is used in tracer experiments.

[Kenichi Morinaga and Katsunori Nakahara]

Manufacturing method

Industrially, oxygen is produced simultaneously with nitrogen by fractional distillation of liquid air. Small-scale production methods include separation from air using adsorption and desorption with molecular sieves, and water electrolysis. In laboratories, potassium chlorate is mixed with about half a quantity of manganese dioxide as a catalyst and heated (contamination of organic matter can lead to explosion). Other methods include the decomposition of hydrogen peroxide using manganese dioxide as a catalyst, water electrolysis, and the decomposition of potassium permanganate by heating in a vacuum. Commercially available liquid oxygen is transported in tank trucks or cylinders, which are black in color. See the diagram for the production process of low-pressure oxygen and nitrogen.

[Kenichi Morinaga and Katsunori Nakahara]

Properties and uses

A colorless, tasteless, and odorless gas at room temperature and pressure. The diatomic molecule _O2 has two unpaired electrons and is paramagnetic. Ozone _O3 is produced by silent discharge or exposure to far-ultraviolet light. It is an extremely active element, and compounds with all elements except for the light noble gases are known, and it reacts directly with many elements. For example, carbon, sulfur, and phosphorus burn violently in oxygen, and aluminum, iron, and copper burn with a flash of light when in powder form. It does not react directly with noble gases, halogens, and precious metals such as gold and platinum. It is closely related to the lives of animals and plants, and life cannot be maintained without oxygen.

The largest use is oxygen steelmaking in the steel industry, but other uses include oxygen oxidation in the chemical and petrochemical industries, oxygen cutting in the shipbuilding and machinery industries, welding, medical use (oxygen inhalation), and aeration in water treatment using the activated sludge method.

[Kenichi Morinaga and Katsunori Nakahara]

[References] | Phlogiston theory | Lavoisier [Supplementary information] | Oxygen (data notes)

Periodic Table
©Shogakukan ">

Periodic Table

Oxygen and nitrogen production process (all low pressure type) [Diagram]
©Shogakukan ">

Oxygen and nitrogen production process (all low pressure type) [Diagram]

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

周期表第16族に属し酸素族元素の一つ。

酸素の発見

古代、空気は元素であると考えられていたが、10世紀ごろからは混合物であるとされ始めた。そして17世紀には空気が2種類の気体の集まりであり、一つは硝石から得られ、もう一つは不活性な気体であることが明らかにされるようになった。スウェーデンのシェーレは1771年ころ硝酸カリウム（硝石）を熱して、イギリスのプリーストリーは1774年に集光レンズで太陽光線を集め、ガラス鐘の中の酸化水銀に当てて酸素を取り出した。しかし、2人ともフロギストン説（物が燃えるのはフロギストンが逃げていくという説）の信奉者であったため、新ガスが普通の空気に比べ著しく燃焼を支持することから、シェーレは「火の空気」、プリーストリーは「脱フロギストン空気」とよぶにとどまった。フランスのラボアジエは、金属を熱するときの重量増加は空気の一部分が固定されるためと考え、プリーストリーの実験と逆に、密閉器中で水銀を空気と熱して酸化水銀をつくり、空気の減りぐあいを調べ、さらに酸化水銀を熱して酸素を得ることを確認し、フロギストン説とまっこうから対立する新燃焼説を打ち立てた。ラボアジエは、1777年初めてこれが元素単体であることを明らかにして、この新しい気体中での燃焼生成物の多くが酸の性質を示すことから、ギリシア語のoxys（酸味のある）とgennao（生じる）からoxygèneと命名した。元素としての酸素の発見は化学史上きわめて重要なできごとで、これにより現代化学の礎(いしずえ)が築かれた。日本では宇田川榕菴(うだがわようあん)の『舎密開宗(せいみかいそう)』（1837）に「阿幾舎厄紐母（オキセイゲニユム）、酸素」と記されている。

［守永健一・中原勝儼］

存在

岩石中に約50重量％、水には約89重量％ほど含まれ、化合物として地殻（厚さ16キロメートル）、水圏中でもっとも多い元素である。また、遊離の状態すなわち酸素分子として大気中に21容量％も含まれる。宇宙では水素、ヘリウムに次いで3番目に多い。地球が生成したとき、酸素はすべて溶融状態で固定されていたと考えられ、やがて出現した緑色植物の光合成の副産物として供給され、現在のような大気ができたのは10億年前といわれている。大気中の酸素の同位体組成は¹⁶O：99.76％、¹⁸O：0.20％、¹⁷O：0.04％である。90％（原子数）以上に濃縮された¹⁸Oは重酸素とよばれ、トレーサー実験に利用される。

［守永健一・中原勝儼］

製法

工業的に、酸素は液体空気の分留により窒素と同時に製造される。小型の製造法として、空気からモレキュラーシーブによる吸脱着を利用した分離法や、水電解による方法がある。実験室では、塩素酸カリウムに触媒として半量くらいの二酸化マンガンを混ぜて熱する（有機物が混入すると爆発しやすい）。ほかに、二酸化マンガンを触媒とする過酸化水素の分解、あるいは水の電解、また過マンガン酸カリウムを真空中加熱分解させる方法がある。市販品は液体酸素としてタンクローリーあるいはボンベ入りで取り扱われ、ボンベの色は黒である。全低圧式の酸素と窒素の製造工程については図を参照。

［守永健一・中原勝儼］

性質と用途

常温常圧で無色、無味、無臭の気体。二原子分子O₂は2個の不対電子をもち常磁性である。無声放電または遠紫外線の照射でオゾンO₃を生じる。きわめて活性な元素で、軽い希ガスを除きすべての元素との化合物が知られ、多くの元素と直接反応する。たとえば、炭素、硫黄(いおう)、リンなどは酸素中で激しく燃え、アルミニウム、鉄、銅なども粉末状態では閃光(せんこう)を発して燃える。希ガス、ハロゲン、金、白金などの貴金属とは直接反応しない。動植物の生活と密接な関係があり、酸素なくしては生命は保たれない。

　最大の用途は鉄鋼業における酸素製鋼で、ほかに化学工業・石油化学工業での酸素酸化、造船・機械工業での酸素切断、溶接用、医療用（酸素吸入）、活性汚泥法による水処理の曝気(ばっき)用などがある。

［守永健一・中原勝儼］

[参照項目] | フロギストン説 | ラボアジエ[補完資料] | 酸素（データノート）

周期表

酸素と窒素の製造工程（全低圧式）〔図〕

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例

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