酸素
ラヴォアジエは、厳密な物質量確認を伴う酸化の実験を通じて、燃焼の実態を正しく説明することに貢献した。彼はフロギストン説を否定し、プリーストリーらが発見したガスが元素のひとつであると立証するため、1774年以来行われた実験の追試に乗り出した。
ラヴォアジエは、スズと空気を密閉した容器を加熱しても全体の重さに変化がないことを観測し、開封すると外気が流れ込むことから空気の一部が減少していると確認し、またスズが重くなっていることも計測した。そして、この流入空気質量とスズの質量増分が同じであることを確認した。1777年、彼はこの実験結果などをまとめた書籍『Sur la combustion en général』を発表した。この中でラヴォアジエは、空気は燃焼と呼吸に深く関わるvital airと、これらに関与しないazote(古希: ζωτον、「生気のない」の意)」の2種類のガスが混合したものと証明した。azoteはのちに窒素とされた。
自然界において遊離酸素は、光合成によって水が光分解されることで生じ、海洋中の緑藻類やシアノバクテリアが地球大気中の酸素70 %を、残りは陸上の植物が作り出している。
簡易な光合成の反応式は以下の通りである。
6 CO 2 + 6 H 2 O + {\displaystyle {\ce {6CO2 + 6H2O +}}} 光子 ⟶ C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 {\displaystyle {\ce {-> C6H12O6 + 6O2}}} (二酸化炭素+水+日光 → グルコース+酸素)
光分解による酸素発生は葉緑体のチラコイド膜中で起こる。光をエネルギーとするこの作用は多くの段階を経て、ATP を光リン酸化(photophosphorylation)させるプロトンの濃度勾配を起こす。この際、水を酸化することで酸素ガスが発生し、大気中に放出される。
酸素ガスは好気性生物が呼吸を行い、ミトコンドリアで酸化的リン酸化反応を経てATPを発生させるために使われる。酸素呼吸の反応は本質的に光合成の逆である。
C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 ⟶ 6 CO 2 + 6 H 2 O + {\displaystyle {\ce {C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O +}}} 2880 k J m o l − 1 {\displaystyle 2880\,\mathrm {kJ\,mol^{-1}} }
酸素分子(英: dioxygen、化学式: O 2 {\displaystyle {\ce {O2}}} は、常温常圧では無色無臭で助燃性をもつ気体として存在する。分子量32.00、沸点−183 °C(90 K)、融点−218.9 °C(54.3 K)。水100 gに溶解する量は0 °Cで6.945 mg、25 °Cで3.931 mg、50 °Cで2.657 mg。液体酸素は淡青色を示し、比重は1.14である。基底状態の三重項状態では不対電子を持つため常磁性体である。また活性酸素の一種で反磁性である励起状態の一重項酸素も存在する。