氧是一种化学元素，符号为 O，原子序数为 8，位于元素周期表的第16族、第2周期。在通常条件下，氧的常见单质形态是氧气（O₂），这是一种无色、无臭的气体，每个分子由两个氧原子组成。按体积计算，氧气约占地球大气的21%；氧也广泛存在于化合物中，尤其是水和矿物中。氧的化学反应性是燃烧、许多工业过程以及众多生物呼吸作用的基础。(periodic-table.rsc.org)
原子结构与同位素
一个中性的氧原子含有八个质子和八个电子。其基态电子排布为1s² 2s² 2p⁴，最外层有六个电子。氧在鲍林标度上的电负性为3.44，表明它在化学键中具有很强的吸引电子的倾向。这些性质有助于解释氧为何能与金属和非金属广泛形成化合物。(periodic-table.rsc.org)
天然氧有三种稳定的同位素：氧-16、氧-17和氧-18。在通常的地球物质中，氧-16约占氧原子总数的99.7%。由于不同物质中的同位素比例存在自然差异，氧的标准原子量以区间[15.99903, 15.99977]表示。氧同位素比值的测量可用于研究水循环、生物过程，以及古气候学中的相关问题。这类测量所区分的是同位素组成的差异，而非元素本身化学性质的差异。(ciaaw.org)
分子形态与物理性质
氧气在室温下呈气态。在标准大气压下，其沸点约为−182.96°C，熔点约为−218.79°C。由于这些相变温度很低，冷却和液化成为从空气中大规模分离氧气的关键环节。(periodic-table.rsc.org)
O₂有两个未成对电子，因此具有顺磁性，即会受到磁场的吸引。测量混合气体中氧气浓度的仪器利用了这一性质。氧气的电子结构对于理解其化学行为也很重要；若简单地认为所有电子均已成对，就无法充分描述氧气的反应性。(doi.org)
臭氧（O₃）是氧元素的另一种分子形态。在平流层中，紫外辐射将O₂分解为单个氧原子，这些原子可与其他O₂分子结合形成臭氧。臭氧能够吸收紫外辐射，有助于保护地球表面。相比之下，近地面的臭氧是一种空气污染物，由其他污染物在阳光参与下发生大气化学反应而形成。(science.nasa.gov)
化学性质
氧是一种强氧化剂，能与许多元素结合形成氧化物。氧与有机物和金属的反应在工业应用中尤为重要。必须明确区分氧气与燃料：氧气本身不可燃，但能助长燃烧。能在普通空气中燃烧的材料，在富氧环境中通常会燃烧得更剧烈。(airproducts.com)
氧也参与活细胞内受调控的氧化还原反应。在这些过程中，电子经过一系列载体传递，最终到达氧。因此，氧接受电子的这一基本化学能力既与工业氧化有关，也与生物能量转换有关，尽管二者的反应途径和运行条件差异很大。(ncbi.nlm.nih.gov)
分布与环境循环
游离的O₂是地球大气层的主要成分之一，但地球上的大量氧以化学结合的形式存在。氧存在于水和含氧矿物中；按质量计算，氧是地壳中含量最丰富的元素。这些物质中的结合态氧，必须与可供呼吸利用的分子氧区分开来。(periodic-table.rsc.org)
光合作用通过分解水向大气释放氧气。包括蓝细菌在内的光合微生物，在地球长期的氧化进程中发挥了核心作用。约24亿年前，在大氧化事件期间，大气中的氧气开始持续积累。地质证据表明，大气和海洋的氧化是一个漫长的转变过程，而非瞬间发生的变化。(periodic-table.rsc.org)
溶解氧维持着鱼类、贝类和其他水生生物的生存。随着水温升高，水中能够溶解的氧气通常会减少，因此温度是影响水生环境中氧供应的重要因素。由此，监测溶解氧能够提供有关河流、河口和近岸水域状况的信息，而仅靠大气测量无法获得这些信息。(oceanservice.noaa.gov)
生物学作用
在有氧细胞呼吸中，氧是电子传递链的末端电子受体。在线粒体内，电子最终传递给氧，氧被还原为水。电子传递与质子跨膜转移相耦联，建立起质子梯度，从而支持氧化磷酸化和三磷酸腺苷（ATP）的生成。氧使这一过程得以进行，但并不是被氧化的燃料分子的来源。(ncbi.nlm.nih.gov)
并非所有生物都依赖氧。有些微生物通过发酵获取能量，另一些则利用以其他物质而非氧作为末端电子受体的呼吸链。因此，氧的存在与否有助于决定特定环境中哪些代谢途径能够运作。(ncbi.nlm.nih.gov)
发现与工业生产
卡尔·威廉·舍勒于1771年分离出了氧气，但他的研究报告直到1777年才发表。约瑟夫·普里斯特利于1774年通过加热氧化汞，独立制得了氧气。拉瓦锡将燃烧解释为物质与氧的结合，推动了燃素说被取代。氧的名称源自意为“成酸”的希腊语词根，反映了他认为所有酸都必须含氧的错误观念。(ciaaw.org)
工业氧气主要通过空气分离制取。低温蒸馏利用氧、氮和氩的沸点差异进行分离。基于吸附的方法提供了另一种途径，而水的电解则在生成氢气的同时生成氧气。氧气的主要用途包括炼钢、化工生产、金属切割与焊接，以及废水处理。氧气以压缩气体或低温液体的形式运输和储存；由于其具有强氧化性，材料相容性和设备清洁度都是重要的工程考量。(airliquide.com)