Oksigen
roket. Fase logam oksigen ditemukan pada tahun 1990 ketika oksigen padat ditekan sampai di atas 96 GPa. Ditemukan pula pada tahun 1998 bahwa pada suhu yang sangat rendah, fase ini menjadi superkonduktor.
Oksigen lebih larut dalam air daripada nitrogen. Air mengandung sekitar satu molekul O untuk setiap dua molekul N, bandingkan dengan rasio atmosferik yang sekitar 1:4. Kelarutan oksigen dalam air bergantung pada suhu. Pada suhu 0 °C, konsentrasi oksigen dalam air adalah 14.6 mgL1, manakala pada suhu 20 °C oksigen yang larut adalah sekitar 7.6 mgL1. Pada suhu 25 °C dan 1 atm
udara, air tawar mengandung 6.04mililiter (mL) oksigen per liter, manakala dalam air laut mengandung sekitar 4.95 mL per liter. Pada suhu 5 °C, kelarutannya bertambah menjadi 9.0 mL (50% lebih banyak daripada 25 °C) per liter untuk air murni dan 7.2 mL (45% lebih) per liter untuk air laut.
Oksigen mengembun pada 90.20K (182.95 °C, 297.31 °F), dan membeku pada 54.36K (218.79 °C, 361.82 °F). Baik oksigen cair dan oksigen padat berwarna biru langit. Hal ini dikarenakan oleh penyerapan warna merah. Oksigen cair dengan kadar kemurnian yang tinggi biasanya didapatkan dengan distilasi bertingkat udara cair; Oksigen cair juga dapat dihasilkan dari pengembunan
udara, menggunakan nitrogen cair dengan pendingin. Oksigen merupakan zat yang sangat reaktif dan harus dipisahkan dari bahan-bahan yang mudah terbakar.
Oksigen yang dapat ditemukan secara alami adalah 16O, 17O, dan 18O, dengan 16O merupakan yang paling melimpah (99.762%). Isotop oksigen dapat berkisar dari yang bernomor massa 12 sampai dengan 28.
Kebanyakan 16O di disintesis pada akhir proses fusi helium pada bintang, namun ada juga beberapa yang dihasilkan pada proses pembakaran neon. 17O utamanya dihasilkan dari pembakaran hidrogen menjadi helium semasa siklus CNO, membuatnya menjadi isotop yang paling umum pada zona pembakaran hidrogen bintang. Kebanyakan 18O diproduksi ketika 14N (berasal dari pembakaran CNO) menangkap inti 4He, menjadikannya bentuk isotop yang paling umum di zona kaya helium bintang.
Empat belas radioisotop telah berhasil dikarakterisasi, yang paling stabil adalah 15O dengan umur paruh 122.24detik dan 14O dengan umur paruh 70.606detik. Isotop radioaktif sisanya memiliki umur paruh yang lebih pendek daripada 27 detik, dan mayoritas memiliki umur paruh kurang dari 83 milidetik. Modus peluruhan yang paling umum untuk isotop yang lebih ringan dari 16O adalah penangkapan
elektron, menghasilkan nitrogen, sedangkan modus peluruhan yang paling umum untuk isotop yang lebih berat daripada 18O adalah peluruhan beta, menghasilkan fluorin.
Menurut massanya, oksigen merupakan unsur kimia paling melimpah di biosfer, udara, laut, dan tanah bumi. Oksigen merupakan unsur kimia paling melimpah ketiga di alam semesta, setelah hidrogen dan helium. Sekitar 0.9% massa Matahari adalah oksigen. Oksigen mengisi sekitar 49.2% massa kerak bumi dan merupakan komponen utama dalam samudera (88.8% berdasarkan massa). Gas oksigen
merupakan komponen paling umum kedua dalam atmosfer bumi, menduduki 21.0% volume dan 23.1% massa (sekitar 1015 ton) atmosfer. Bumi memiliki ketidaklaziman pada atmosfernya dibandingkan planet-planet lainnya dalam sistem tata surya karena ia memiliki konsentrasi gas oksigen yang tinggi di atmosfernya. Bandingkan dengan Mars yang hanya memiliki 0.1% O berdasarkan volume dan Venus yang bahkan memiliki kadar konsentrasi yang lebih
rendah. Namun, O yang berada di planet-planet selain bumi hanya dihasilkan dari radiasi ultraviolet yang menimpa molekul-molekul beratom oksigen, misalnya karbon dioksida.
Konsentrasi gas oksigen di Bumi yang tidak lazim ini merupakan akibat dari siklus oksigen. Siklus biogeokimia ini menjelaskan pergerakan oksigen di dalam dan di antara tiga reservoir utama bumi: atmosfer, biosfer, dan litosfer. Faktor utama yang mendorong siklus oksigen ini adalah fotosintesis. Fotosintesis melepaskan oksigen ke atmosfer, manakala respirasi dan proses pembusukan menghilangkannya dari atmosfer. Dalam
keadaan kesetimbangan, laju produksi dan konsumsi oksigen adalah sekitar 1/2000 keseluruhan oksigen yang ada di atmosfer setiap tahunnya.
Oksigen bebas juga terdapat dalam air sebagai larutan. Peningkatan kelarutan O pada temperatur yang rendah memiliki implikasi yang besar pada kehidupan laut. Lautan di sekitar kutub bumi dapat menyokong kehidupan laut yang lebih banyak oleh karena kandungan oksigen yang lebih tinggi. Air yang terkena polusi dapat mengurangi jumlah O dalam air tersebut. Para ilmuwan menaksir
kualitas air dengan mengukur kebutuhan oksigen biologis atau jumlah O yang diperlukan untuk mengembalikan konsentrasi oksigen dalam air itu seperti semula.
Di alam, oksigen bebas dihasilkan dari fotolisis air selama fotosintesis oksigenik. Ganggang hijau dan sianobakteri di lingkungan lautan menghasilkan sekitar 70% oksigen bebas yang dihasilkan di bumi, sedangkan sisanya dihasilkan oleh tumbuhan daratan.
Evolusi oksigen fotolitik terjadi di membran tilakoid organisme dan memerlukan energi empat foton. Terdapat banyak langkah proses yang terlibat, namun hasilnya merupakan pembentukan gradien proton di seluruh permukaan tilakod. Ini digunakan untuk mensintesis ATP via fotofosforilasi. O yang dihasilkan sebagai produk sampingan kemudian dilepaskan ke atmosfer.
Dioksigen molekuler, O, sangatlah penting untuk respirasi sel organisme aerob. Oksigen digunakan di mitokondria untuk membantu menghasilkan adenosina trifosfat (ATP) selama fosforilasi oksidatif. Reaksi respirasi aerob ini secara garis besar merupakan kebalikan dari fotosintesis, secara sederhana:
Pada vertebrata, O berdifusi melalui membran paru-paru dan dibawa oleh sel darah merah. Hemoglobin mengikat O, mengubah warnanya dari merah kebiruan menjadi merah cerah. Terdapat pula hewan lainnya yang menggunakan hemosianin (hewan moluska dan beberapa artropoda) ataupun hemeritrin (laba-laba dan lobster). Satu liter darah dapat melarutkan 200 mL O.
Spesi oksigen yang reaktif, misalnya ion superoksida (O) dan hidrogen peroksida (H), adalah produk sampingan penggunaan oksigen dalam tubuh organisme. Namun, bagian sistem kekebalan organisme tingkat tinggi pula menghasilkan peroksida, superoksida, dan oksigen singlet untuk menghancurkan mikroba. Spesi oksigen reaktif juga memainkan peran yang penting pada respon hipersensitif tumbuhan melawan serangan patogen.
Dalam keadaan istirahat, manusia dewasa menghirup 1.8 sampai 2.4 gram oksigen per menit. Jumlah ini setara dengan 6 miliar ton oksigen yang dihirup oleh seluruh manusia per tahun.
Gas oksigen bebas hampir tidak terdapat pada atmosfer bumi sebelum munculnya arkaea dan bakteri fotosintetik. Oksigen bebas pertama kali muncul dalam kadar yang signifikan semasa masa Paleoproterozoikum (antara 2.5 sampai dengan 1.6 miliar tahun yang lalu). Pertama-tama, oksigen bersamaan dengan besi yang larut dalam samudera, membentuk formasi pita besi (Banded iron formation). Oksigen mulai
melepaskan diri dari samudera 2.7 miliar tahun lalu, dan mencapai 10% kadar sekarang sekitar 1.7 miliar tahun lalu.
Keberadaan oksigen dalam jumlah besar di atmosfer dan samudera kemungkinan membuat kebanyakan organisme anaerob hampir punah semasa bencana oksigen sekitar 2.4 miliar tahun yang lalu. Namun, respirasi sel yang menggunakan O2 mengizinkan organisme aerob untuk memproduksi lebih banyak ATP daripada organisme anaerob, sehingga organisme aerob mendominasi biosfer bumi. Fotosintesis dan respirasi seluler O
mengizinkan berevolusinya sel eukariota dan akhirnya berevolusi menjadi organisme multisel seperti tumbuhan dan hewan.
Sejak permulaan era Kambrium 540 juta tahun yang lalu, kadar O berfluktuasi antara 15% sampai 30% berdasarkan volume. Pada akhir masa Karbon, kadar O atmosfer mencapai maksimum dengan 35% berdasarkan volume, mengizinkan serangga dan amfibi tumbuh lebih besar daripada ukuran sekarang. Aktivitas manusia, meliputi pembakaran 7 miliar ton bahan bakar fosil per tahun hanya memiliki pengaruh