化学

地表に一番多い元素「酸素」について元研究員が解説

よぉ、桜木建二だ。今回のテーマは酸素だ。「酸素なんてよく知ってるよ」と多くの人が思うかもしれない。

酸素がないと生きていけないよな。ドラマなんかの病院のシーンで酸素マスクを使っている様子を見たことがあるかもしれない。しかし実は空気中に含まれている酸素はごく一部で、ほとんどは金属元素と結びついて岩石中に含まれているって知っていたか?

今回は酸素とはどんな元素か?から身近な酸化反応まで大学で酸素について勉強したライターwingと一緒に解説していくぞ。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

wing1982

ライター/wing

元製薬会社研究員。小さい頃から化学が好きで、実験を仕事にしたいと大学で化学を専攻した。卒業後は化学分析・研究開発を生業にしてきた。化学のおもしろさを沢山の人に伝えたい!

1.酸素とは何か?

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酸素とは原子番号8の元素で、原子量は16.00です。

酸素分子は常温常圧で、無色無臭の気体として大気中に約21%存在します。

1-1.酸素の化学的性質

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酸素は第16族、第2周期の元素で、電子が安定する状態よりも2個少ない状態です。そのため、電子を受け取ろうとする性質が強いので他の物質と反応しやすいという特徴を持っています。

酸素が他の物質と反応して発熱し、化合物を作ることを酸化というのです。そして酸化によってできた化合物を酸化物といいます。

1-2.地球上の酸素

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地球上に酸素原子はとてもたくさんあります。

アメリカの科学者のクラークは、地表付近(大気と海や川などの水と海面下1万6000mの地殻をつくる岩石)の元素の割合を推定しました。このクラーク数によると、酸素は質量の比で全体の約50%もあります。これはとびぬけて一番多い元素です。

空気の中の酸素は21%もあるし、海の水もH2OでOを含むからそのくらいあるんじゃないか?と思うかもしれません。しかし、気体の密度は岩石とは比較できないほど小さくて、質量で比べるとほとんどありません海を含めて地表にある水を足しても6%くらいにしかなりません。

ではこの大量の酸素はどこに隠れているのでしょうか?

実は地殻をつくっている岩石中に、酸化物(~O)や水酸化物(~OH)の形で存在している酸素が多いのです。

酸素はどんな元素とも結合しやすいので、単体として存在する酸素はごくわずかで、ほとんどの酸素が酸素にはみえない化合物という形で地球上にとても多く存在しています。

1-3.生きるために欠かせない酸素

酸素は人間が生きるのに欠かせない元素です。呼吸によって空気中から取り入れられた酸素は血液中に溶け込み、体内のブドウ糖などのエネルギー源を分解して、活動するために必要なエネルギーを作ります。

食料や水は2~3日摂らなくても生きていられますが、酸素はたった数分途絶えただけで危険な状態に陥ってしまうでしょう。

大昔の地球には酸素はほとんど存在しなかったといわれています。しかし光合成を行うシアノバクテリアが30億年前頃に現れて、酸素が作られるようになりました。

現在、酸素は大気中に21%も存在します。この酸素は長い年月をかけて植物たちが作り出したものなのです。

1-4.酸素の同素体オゾン

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オゾン層、オゾンホールという言葉を聞いたことはありませんか?このオゾンというのは、酸素の同素体です。酸素は酸素原子が2つ結びついてできていますが、オゾンは酸素原子が3つ結びついてできています。

オゾンは実は刺激臭を持つ、淡青色の気体です。周囲の物質を強力に酸化させようとする性質を持っていて、殺菌や脱臭に使われています。しかし、その強烈な酸化力から高濃度では人体に有害です。

大気中のオゾンは成層圏に高い濃度で存在し、オゾン層と呼ばれています。オゾン層は、太陽から放たれる有害な紫外線をさえぎり、地上に暮らすわたしたちを守ってくれているのです。

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