For 3–4 milliarder år siden inneholdtatmosfæren nesten ikke noe fritt oksygen. Under disse forholdene var de første livsformeneanaerobe, som betyr at de levde og utviklet seg uten oksygengass. På et tidspunkt utviklet imidlertid enkelte livsformer evnen til å brukesolenergien til å danne energirikekarbohydrater fra vann ogkarbondioksid, med oksygen som biprodukt (sefotosyntese ogfotosyntesens evolusjon). Dermed ble atmosfæren forandret, og dette førte til at mange av livsformene som fantes den gang, og som ikke tålte oksygen, døde ut eller ble fortrengt til små nisjer der de kunne unnslippe oksygenet. Det utviklet seg nyeorganismer som kunne leve av oksygen og karbohydrater. Etter hvert oppstod dyreliv som er helt avhengig av oksygen.

Tre milliarder år senere var atmosfærens oksygeninnhold på cirka 20 volumprosent. Med oksygen i atmosfæren ble det også dannetozon som skjermet jordoverflaten mot denultrafiolette strålingen fraSolen. Dermed kunne dyrelivet som til da stort sett hadde holdt til under vann for å skjerme seg mot denne strålingen, krype opp på land.

For noen hundre millioner år siden flatet økningen av oksygen i atmosfæren ut. Årsaken til dette er at selv omgrønne planter ogalger produserer store mengder oksygen, er dette omtrent i likevekt med det som brukes tilrespirasjon,forråtnelse ogforbrenning. Siden det i dag ser ut til at innholdet av karbondioksid i atmosfæren øker, så peker det på at vi bruker mer oksygen enn det som blir produsert.

Oksygengass er helt nødvendig forforbrenningen avenergien i matvarer, slik somkarbohydrater,proteiner ogfett. Oksygen som vi puster inn ilungene går over iblodomløpet og fraktes ide røde blodcellene til alle cellene i kroppen (seoksygentransport i blodet).

Et voksent menneske forbruker daglig rundt 0,9 kilogram oksygengass. Mennesket kan klare seg i luft med bare 8–9 prosent oksygen, men synker innholdet til 7 prosent, blir manbevisstløs etter noe tid. Også oksygenrike blandinger kan pustes inn, men ved konsentrasjoner større enn 60 prosent oksygen kan det oppstå lungeskader ved lengre tids innånding. I medisinen pleier man å snakke ompartialtrykk for oksygen i blodet. Dette kan måles med en blodprøve kaltblodgass.

• Les mer omoksygen – i kroppen

Ogsåozon betraktes som giftig. Siden konsentrasjonen av ozon normalt øker oppover iatmosfæren, måfly som ofte flyr i høyder på cirka 10 000 meter ha bestemtekatalytiskeluftfiltre for å fjerne ozon. I slike høyder er ozon til stede i store nok mengder til at det kan irritere passasjerenes lunger. I mindre konsentrasjoner kan denne irritasjonen føre tilastma oglungeødem, og i større mengder kan den være dødelig.

Gjennomfotosyntesen brukes vann og karbondioksid og det lages oksygen ogglukose. Dyr er avhengige av oksygenet som blir produsert gjennom fotosyntesen til det samme som menneskene bruker oksygen til.

Oksygenmengden som årlig veksler mellom atmosfæren, vannet og organismer utgjør rundt 100 milliarder tonn (10¹¹ tonn), det vil si bare 0,01 prosent av atmosfærens totale oksygeninnhold.

• Les mer omoksygenkretsløpet

Enforbrenningsreaksjon er en kjemisk reaksjon mellom oksygen og et annet stoff. Dersom reaksjonen skjer raskt, oppstår det en synligflamme. Forbrenningsreaksjoner ereksoterme, som betyr at de frigirvarme.

Mennesker har utnyttet forbrenningsreaksjoner i flere hundre tusen år, først og fremst til å lageild.Forbrenningsmotorer er også basert på en forbrenning mellom etbrennstoff og oksygenet i lufta.

Iromfartøyer blir flytende oksygen brukt somoksidasjonsmiddel for fartøyetsdrivstoff.

Innenstålindustrien brukes oksygen blant annet til å brenne vekk forurensninger somkarbon,fosfor ogsvovel. Her går det hvert år med millioner av tonn oksygen; det kreves ett tonn oksygen for å produsere stål av ett tonn jern. SeLD-prosessen.

Også ved kjemiske prosesser brukes oksygen, for eksempel vedoksidasjon avsvoveldioksid tilsvoveltrioksid for fremstilling avsvovelsyre, oksidasjon avammoniakk for fremstilling avsalpetersyre, fremstilling avsyntesegass oggeneratorgass, og underjordisk gassforbrenning. Betydelige mengder oksygen brukes også tilautogensveising avmetaller.

Ozon (O₃) er et sterkere oksidasjonsmiddel enn oksygengass (O₂) og kan blant annet brukes til ådesinfiseredrikkevann og vann ibadebassenger. Vannrensing med ozon har for eksempel vært brukt iFrankrike i mange år.

Ekstra tilførsel av oksygen brukes blant annet avdykkere,klatrere ogflygere, som oppholder seg i miljøer med lite eller intet oksygen.

Tidligere ga man også rent oksygen tilspedbarn med pusteproblemer, men kontrollerte forsøk viste at barna hadde større sjanse for å klare seg hvis de fikk vanlig luft med rundt 20 prosent oksygen. Detreaktive oksygenet i ren form kunne skade lungene. Til voksne som trenger ekstra oksygen kan man fortsatt gi tilskuddet som ren oksygengass.

Isotopene oksygen-17 og oksygen-18 blir brukt somsporstoffer i studier av reaksjonsmekanismer og bindingsforhold. Oksygen-18 blir også brukt vedklimatologiske ogpaleoklimatologiske studier. Ut fra isotopsammensetningen av oksygen i fastekarbonater er det mulig å bestemme temperaturen på det tidspunktet da karbonatet ble dannet.

Det er viktig å være forsiktig når man bruker oksygen i lukkede rom, fordi en økning av oksygeninnholdet med bare noen få prosent kan øke faren forantennelse av brennbare stoffer. Flytende oksygen som kommer i kontakt med varme eller brennbare stoffer kan utløse kraftigeeksplosjoner.

Industrielt fremstilles oksygen ved avkjøling ogkondensasjon avluft til oksygen ognitrogen. I en nyere prosess fjernes nitrogen fra luft ved hjelp avmolekylsiler som består av syntetiskezeolitter som først og fremst absorberer nitrogen. Restproduktet inneholder 95 prosent oksygen og 5 prosentargon.

Noe oksygen blir også fremstilt vedelektrolyse av vann, men da bare som biprodukt ved elektrolytisk fremstilling avhydrogen.

Markedet for industrielt fremstilt oksygen er sterkt økende. Statistikk over produsert oksygen er ikke tilgjengelig, men kan anslås til å være i størrelsesorden flere hundre millionertonn oksygen per år.

I laboratoriet kan oksygen fremstilles ved å varme opp oksygenholdige forbindelser som lett avspalter oksygen. Et eksempel erkaliumklorat (KClO₃) som i nærvær avbrunstein somkatalysator, spaltes tilkaliumklorid og oksygen ved rundt 150 °C.

En eldrekjemisk prosess for fremstilling av oksygen bestod i å labariumoksid (BaO) reagere med luftens oksygen ved rundt 500 °C. Da ble det dannet bariumperoksid (BaO₂). Ved videre oppvarming til 700 °C blir oksygen spaltet av.

Oksygengass består avmolekyler med to oksygenatomer koblet sammen med endobbeltbinding. Oksygenmolekylet harkjemisk formel O₂.

På grunn av dobbeltbindingen er oksygenmolekylet generelt lite reaktivt ved romtemperatur, menreaksjonshastigheten øker med økende temperatur. Selv ved romtemperatur kan oksygen reagere relativt raskt med kraftigereduksjonsmidler i vann, både medmetaller (somalkalimetallene) og medmetallorganiske og visseuorganiske forbindelser.

Oksygenmolekylet kan spaltes i toatomer når oksygen reagerer medelektriske ladninger ved lavetrykk, eller på grunn avultrafiolett stråling fraSolen medbølgelengde mindre enn 193nanometer. Slikt atomært oksygen er sværtreaktivt.

Sollys omdanner også noe oksygen iatmosfæren tilozon, som har kjemisk formel O₃. Ozon er en reaktiv gass, men den beskytter livet på jordoverflaten mot skadelig ultrafiolett stråling.

Ozonmolekylet består av tre oksygenatomer i en vinklet struktur. De to ytterste oksygenatomene kommer da så nær hverandre at det blir en sterk spenning i molekylet. Dette forklarer forbindelsens ustabile karakter.

Ozon er en blå,diamagnetisk gass med en metallisk lukt som kan merkes ned til en konsentrasjon på bare 0,01ppm. I sterkttordenvær kan man lukte ozon i naturen. Gassen kankondenseres til en dyp blå væske og til et sortfiolett fast stoff. Både i form av væske og fast stoff er ozon eksplosivt og må håndteres svært forsiktig.

Atomært oksygen (O) er et veldig reaktivt stoff som ikke kan isoleres fra andre stoffer. Oksygen danner derfor lettkjemiske forbindelser med alle grunnstoffer, også de tre tyngsteedelgassene.

Uorganiske forbindelser mellom oksygen og andre grunnstoffer kallesoksider. Hva slagskjemisk binding som dannes i oksidene avhenger av grunnstoffenes plassering iperiodesystemet. Oksidene til de mestelektropositivemetallene (alkali- ogjordalkalimetallene) har stor grad avionebinding, mens for grunnstoffer med økendeelektronegativitet dannes det i økende gradelektronparbindinger.

Oksygen er også viktig i mangeorganiske forbindelser, blant annet ikarbohydrater,alkoholer ogorganiske syrer.

Som hovedregel har oksygenoksidasjonstallet –II i kjemiske forbindelser. I noen forbindelser har oksygen et formelt oksidasjonstall på –I og –½. Disse forbindelsene kalles henholdsvisperoksider oghyperoksider.

Oksygen er et av de mest elektronegative grunnstoffene – det er barefluor som er mer elektronegativt enn oksygen. I forbindelser mellom fluor og oksygen har derfor oksygen positivt oksidasjonstall, for eksempel OF₂, hvor oksygen har oksidasjonstall +II.

Den laveste energitilstanden til oksygenmolekylet (grunntilstanden) er entriplett-tilstand (³O₂). I grunntilstanden er oksygenparamagnetisk. Denne egenskapen forklares godt ut framolekylorbitalteorien som viser at bindingen mellom to oksygenatomer resulterer i to uparedeelektroner. Dette er unikt blant alle toatomige gasser som har et like antall elektroner.

Oksygenmolekylet kaneksiteres fra grunntilstanden (triplett,³O₂) tileksitert tilstand (singlett,¹O₂) ved hjelp av lysenergi ogfotosensitiserende stoffer.Singlett oksygen er ustabilt og reagerer lettere enn triplett oksygen, særlig medorganiske forbindelser.

Det er tre stabileisotoper av oksygen:

• ¹⁶O (99,756 prosent)
• ¹⁷O (0,039 prosent)
• ¹⁸O (0,205 prosent)