산소

산소(Oxygen)

무색·무취·무미의 기체로 지각에 가장 많이 존재하며, 가장 중요한 화합물은 물이다. 1772년경 스웨덴의 화학자 카를 빌헬름 셸레가 질산칼륨·산화수은(Ⅱ) 등 많은 물질을 가열하여 얻었다. 또한 1774년 영국의 화학자 조지프 프리스틀리는 산화수은(Ⅱ)를 열분해시켜 독자적으로 산소를 얻어 셸레보다 3년 앞서 발표했다.

프랑스의 화학자 앙투안 라부아지에는 최초로 이 기체를 화학원소로 인식하여(1775~77) 새로운 이름을 붙였으며, 플로지스톤 이론을 반박하여 연소란 임의의 물질이 탈 때 산소와 결합하는 것이라고 설명했다.

산소는 대기부피의 21％, 해수중 무게의 85.7％, 지각의 46.6％ 정도로 분포되어 있다(최근의 자료에는 해수와 지각에 더 많은 양의 산소가 포함되었다고 보고하고 있음). 동물과 하등식물은 호흡작용에 의해 대기에 있는 산소를 흡수하고 이산화탄소를 방출하는 반면에 고등(녹색)식물은 광합성작용에 의해 태양의 빛을 이용하여 이산화탄소를 동화하고 산소를 대기 중으로 방출한다. 대기 중에 있는 모든 유리 산소는 광합성에 의해 생성된다.

산소는 20℃에서 담수에 부피비로 약 3％ 정도 녹아 있으며, 해수에는 이보다 약간 적게 녹아 있다.

물에 용해되어 있는 산소는 물고기나 그밖의 해저생물의 호흡에 꼭 필요하다. －183℃ 이하에서는 연한 청색의 액체로, －218℃에서는 고체로 된다. 지각이나 대기권 하층부에 있는 산소 기체는 대부분 2원자분자인 O₂이며 오존이라고 하는 3원자 분자인 O₃와 단원자 분자인 O는 대기권 상층부에 존재한다. 오존은 태양의 자외선으로부터 지구를 보호하는 역할을 한다. 순수한 산소는 공기보다 1.1배 정도 무겁다.

상업용 산소는 대기에서 얻을 수 있는데 액화법과 분별증류법에 의해 쉽게 공기로부터 분리된다. 공기의 주성분인 산소는 끓는점이 가장 높은 원소로서 질소나 아르곤보다 휘발성이 낮다. 1970년대 이후 강철제조, 야금(冶金) 공정과 산화과정을 통해 만들어지는 화학약품인 아세틸렌·산화에틸렌·메탄올을 제조하기 위한 화학공업 등의 여러 분야에서, 보통의 공기를 이용하던 공정이 상업용 산소나 산소가 많이 포함된 공기로 대체되었다.

의학적으로는 산소 흡입기, 조산아 보육기에 사용되며, 산소가 풍부하게 들어 있는 기체 마취제는 전신 마취상태에서 생명을 유지시키는 역할을 한다. 산소는 또한 가마를 사용하는 공업에서 중요한 원소이며, 액체 상태의 산소는 로켓 엔진의 연료로 쓰인다. 천연에 존재하는 산소는 안정한 3개의 동위원소, 즉 산소-16(¹⁶O, 99.759％), ¹⁷O(0.037％), ¹⁸O(0.204％)의 혼합물로 존재한다.

또한 인공적으로 질량수가 14, 15, 19, 20인 4개의 방사성 동위원소가 만들어졌다. 수명이 가장 긴 ¹⁵O(반감기 124초)는 포유동물의 호흡작용을 조사하는 데 쓰인다.