Kisík je kemijski element s simbolom O in atomskim številom 8. V periodnem sistemu elementov spada med halkogene elemente. Je zelo reaktivna nekovina in oksidant, ki se zlahka spaja z večino elementov in z njimi tvori okside.WebElements: the periodic table on the web – Oxygen: electronegativities . WebElements.com. Pridobljeno 7. novembra 2011. V Vesolju je za vodikom in helijem po masi tretji najpogostejši element. Pri standardni temperaturi in tlaku (STP) sta dva atoma kisika vezana v dikisik O2, ki je brezbarven plin brez vonja in okusa.
Veliko glavnih razredov organskih spojin v živih organizmih, na primer proteini, nukleinske kisline, ogljikovi hidrati in maščobe, vsebujejo tudi kisik. Prisoten je tudi v anorganskih delih organizmov, na primer v lupinah školjk in polžev ter v kosteh in zobeh. Večino mase živih organizmov sestavlja voda, v kateri sta vezana kisik in vodik (voda tvori približno dve tretjini človekove telesne mase). Kisik iz ozračja in vode je potreben za dihanje in ohranitev skoraj vsega življenja na Zemlji. Porabljeni kisik se stalno obnavlja s fotosintezo v živih organizmih, v kateri nastaja kisik iz vode s pomočjo sončne svetlobe. Elementarni kisik proizvajajo cianobakterije, alge in zelene rastline, vsa živa bitja pa ga porabljajo za celično dihanje. Za anaerobne organizme, ki so prevladovali na Zemlji preden se je v ozračju začel kopičiti kisik, je strupen. Kopičenje kisika se je začelo med tako imenovano kisikovo katastrofo pred približno 2,3 milijarde let.NASA Research Indicates Oxygen on Earth 2.5 Billion Years ago . NASA. 27. september 2007. Pridobljeno 13. marca 2008.C. Zimmer (3. oktober 2013). Earth's Oxygen: A Mystery Easy to Take for Granted. New York Times. Pridobljeno 3. oktobra 2013. Dvoatomni kisik tvori 20,8 % volumna zraka. V raznih oksidih je najbolj pogost element v Zemljini skorji, saj samo silicijev dioksid tvori skoraj polovico njene mase.Oxygen. Los Alamos National Laboratory. Pridobljeno 16. decembra 2007.
Druga alotropna oblika kisika je ozon O3, ki v višjih slojih ozračja tvori tako imenovani ozonski plašč, ki močno absorbira ultravijolično valovanje in s tem ščiti življenje na Zemlji. Ob Zemljini površini je onesnaževalec in stranski proizvod smoga. V nizkozemeljski orbiti med 160 in 2.000 km od Zemljine površine so znatne količine elementarnega kisika, ki povzroča korozijo vesoljskih plovil.Atomic oxygen erosion. Pridobljeno 8. avgusta 2009.
Kisik se industrijsko proizvaja s frakcionirno destilacijo utekočinjenega zraka, elektrolizo vode in drugimi postopki. V elementarni obliki se uporablja v proizvodnji jekla in plastike, za varjenje in rezanje jekla in drugih kovin, pogon vesoljskih plovil, v kisikovi terapiji in sistemih za vzdrževanje življenja v letalih, podmornicah, vesoljskih plovilih ter pri potapljanju.
Kisik sta neodvisno eden od drugega odkrila Carl Wilhelm Scheele v Uppsali leta 1773 ali že prej in Joseph Priestley v Wiltshiru leta 1774. Odkritje se pogosteje pripisuje Priestleyu, ker ga je prvi objavil. Ime kisik je leta 1777 skoval Antoine Lavoisier,G. D. Parks, J. W. Mellor (1939). Mellor's Modern Inorganic Chemistry (6. izdaja). London: Longmans, Green and Co. čigar poskusi s kisikom so pripomogli ovreči takrat veljavno flogistonsko teorijo gorenja in korozije. Ime je sestavljeno iz grških besed , ki se nanaša na kisel okus kislin, in [genés] – tvorec, dobesedno roditelj. V času njegovega poimenovanja so napačno predpostavljali, da morajo vse kisline vsebovati kisik.
Značilnosti Zgradba thumb|left|upright|Molekula kisika O2 thumb|left|upright|Modro bela svetloba plazmatskega kisika Pri standardni temperaturi in tlaku je brezbarven plin z molekulsko formulo O2, v katerem sta dva atoma kisika kemijsko vezana s spinsko tripletno elektronsko konfiguracijo. Vez spada med vezi drugega reda, njen opis pa se pogosto poenostavi in se govori o dvojni veziMolecular Orbital Theory. Purdue University. Pridobljeno 28. januarja 2008. oziroma kombinaciji ene dvoelektronske in dveh troelektronskih vezi.L. Pauling (1960). The nature of the chemical bond and the structure of molecules and crystals: an introduction to modern structural chemistry.3. izdaja. Ithaca, N.Y.: Cornell University Press. ISBN 0-8014-0333-2.
Tripletni kisik, ki se ne sme zamenjavati z ozonom O3, je osnovno stanje molekule O2.H. Jakubowski. Chapter 8: Oxidation-Phosphorylation, the Chemistry of Di-Oxygen. Biochemistry Online. Saint John's University. Pridobljeno 28. januarja 2008. Elektronska konfiguracija molekule ima dva neparna elektrona, ki zasedata dve degenerirani molekularni orbitali. Orbitali sta klasificirani kot antivezni (oslabita red vezi s tri na dva), zato je vez šibkejša od trojne vezi v dvoatomnem dušiku, v kateri so zapolnjene vse tri vezne molekularne orbitale, nekaj antiveznih pa ne.
Molekula O2 je v normalni tripletni obliki paramagnetna. To pomeni, da zaradi spinskih magnetnih momentov neparnih elektronov v molekuli in negativne izmenjalne energije med sosednjima molekulama O2 v magnetnem polju tvori magnet. Magnet je dovolj močan, da mostiček tekočega kisika med poloma močnega magneta vzdrži lastno težo. Demonstration of a bridge of liquid oxygen supported against its own weight between the poles of a powerful magnet. University of Wisconsin-Madison Chemistry Department Demonstration lab. Pridobljeno 15. decembra 2007.
thumb|left|upright|Magnetno polje ukrivi curek utekočinjenega kisika, kar kaže na njegove paramagnetne lastnosti
Singletni kisik je naziv več visokoenergijskih oblik molekularnega O2, v katerih so vsi elektronski spini parni. Te oblike so mnogo bolj reaktivne do organskih molekul kot običajne. Singletni kisik nastaja iz vode med fotosintezo s pomočjo energije iz sončne svetlobe.A. Krieger-Liszkay (13. oktober 2004). Singlet oxygen production in photosynthesis. Journal of Experimental Botanics (Oxford Journals) 56 (411): 337–46. doi: 10.1093/jxb/erh237. PMID 15310815. Nastaja tudi v troposferi s fotolizo ozona s kratkovalovno svetloboR.M. Harrison (1990). Pollution: Causes, Effects & Control. 2. izdaja. Cambridge: Royal Society of Chemistry. ISBN 0-85186-283-7. in imunskem sistemu kot vir aktivnega kisika.P. Wentworth, J.E. McDunn, A.D. Wentworth, C. Takeuchi, J. Nieva, T. Jones, C. Bautista, J.M. Ruedi in drugi (13. december 2002). Evidence for Antibody-Catalyzed Ozone Formation in Bacterial Killing and Inflammation. Science 298 (5601): 2195–219. Bibcode: 2002Sci...298.2195W. doi: 10.1126/science.1077642. PMID 12434011. Karotenoidi v fotosintetizirajočih organizmih, morda tudi v živalskih, igrajo pomembno vlogo pri absorbiranju energije iz singletnega kisika in njegovem pretvarjanju v nevzbujeno osnovno stanje, preden bi lahko poškodovala tkiva.O. Hirayama, K. Nakamura, S. Hamada, Y. Kobayasi (1994). Singlet oxygen quenching ability of naturally occurring carotenoids. Lipids (Springer) 29 (2): 149–50. doi: 10.1007/BF02537155. PMID 8152349.
Alotropi thumb|upright|left| Ozon je redek plin, ki je prisoten večinoma v gornjih plasteh ozračja Običajna alotropna oblika kisika na Zemlji je dikisik O2. Vez med atomoma je dolga 121 pm, standardna tvorbena entalpija vezi pa znaša 498 kJ•mol−1.C. Chieh. Bond Lengths and Energies. University of Waterloo. Pridobljeno 16. decembra 2007. To obliko kisika potrebujejo aerobni organizmi za celično dihanje. Dikisik tvori približno petino Zemljinega ozračja.
Trikisik O3, bolj znan kot ozon, je zelo reaktiven alotrop kisika, ki lahko poškoduje tkivo pljuč.A. Stwertka (1998). Guide to the Elements (dopolnjena izdaja). Oxford University Press. str. 48–49. ISBN 0-19-508083-1. Nastaja v gornjih plasteh ozračja v reakciji med O2 in atomarnim kisikom, ki nastaja s cepitvijo O2 z ultravijoličnim sevanjem. Ozon močno absorbira svetlobo v UV delu spektra, zato ozonski plašč deluje kot Zemljin ščit pred nevarnim sevanjem. Ob Zemljini površini je ozon onesnaževalec, ki nastaja kot stranski proizvod v avtomobilskih motorjih.
Leta 2001 so odkrili metastabilni alotrop tetrakisik O4,F. Cacace, G. de Petris, A. Troiani (2001). Experimental Detection of Tetraoxygen. Angewandte Chemie International Edition 40 (21): 4062–65. doi:10.1002/1521-3773(20011105)40:21<4062::AID-ANIE4062>3.0.CO;2-X. PMID 12404493. za katerega se domneva, da obstaja v eni od šestih faz trdnega kisika. Leta 2006 so dokazali, da je ta faza, ki nastane s komprimiranjem O2 na 20 GPa, v resnici klaster rombeodričnega O8.L.F. Lundegaard, G. Weck, M.I. McMahon, S. Desgreniers, P. Loubeyre (2006). Observation of an O8 molecular lattice in the phase of solid oxygen. Nature 443 (7108): 201–04. Bibcode: 2006Natur.443..201L. doi: 10.1038/nature05174. PMID 16971946. Klaster bi lahko bil še močnejši oksidant, kot sta kisik in ozon, in bi se zato lahko uporabil za raketno gorivo.
Leta 1990 so odkrili tudi kovinski kisik, ki nastane pri tlakih nad 96 GPa.S. Desgreniers, Y.K. Vohra, A.L. Ruoff (1990). Optical response of very high density solid oxygen to 132 GPa. J. Phys. Chem. 94 (3): 1117–22. doi: 10.1021/j100366a020. Leta 1998 so dokazali, da postane ta faza pri zelo nizkih temperaturah superprevodna.K. Shimizu, K. Suhara, M. Ikumo, M.I. Eremets, K. Amaya (1998). Superconductivity in oxygen. Nature 393 (6687): 767–69. Bibcode: 1998Natur.393..767S. doi: 10.1038/31656.
Fizikalne lastnosti
Kisik je bolj topen v vodi od dušika. V ravnotežnem stanju med vodo in zrakom je razmerje molekul kisika in dušika v vodi približno 1:2, medtem ko je v zraku približno 1:4. Topnost je odvisna od temperature in je pri 0 °C skoraj dvakrat večja kot pri 20 °C (14,6 mg•L−1 v primerjavi s 7,6 mg•L−1).Air solubility in water. The Engineering Toolbox. Pridobljeno 21. decembra 2007. Pri 25 °C in 1 standardni atmosferi (101,3 kPa) vsebuje sladka voda približno 6,04 mL kisika na liter. Slana voda vsebuje pri istih pogojih 4,95 mL kisika na liter.D.H. Evans, J.B. Claiborne (2006). The Physiology of Fishes. CRC Press. str. 88. ISBN 0-8493-2022-4. Z ohlajanjem na 5 °C topnost v sladki vodi naraste na 9,0 mL na liter (za več kot 50 %), v slani vodi pa na 7,2 mL/L (več kot 45 %).
Kisik se utekočini pri 90,20 K (−182.95 °C) in zmrzne pri 54,36 K (−218.79 °C).D.R. Lide (2003). Section 4: Properties of the Elements and Inorganic Compounds; Melting, boiling, and critical temperatures of the elements. CRC Handbook of Chemistry and Physics (84. izdaja). Boca Raton, Florida: CRC Press. ISBN 0-8493-0595-0. Tekoči in trdni O2 sta prozorni snovi sinje barve, ki nastane zaradi absorpcije svetlobe v rdečem delu vidnega dela spektra. Pojav se razlikuje od modre barve neba, ki je posledica Rayleighovega sipanja svetlobe. Zelo čist tekoči kisik se običajno pridobiva s frakcionirno destilacijo utekočinjenega zraka Overview of Cryogenic Air Separation and Liquefier Systems. Universal Industrial Gases, Inc. Pridobljeno 15. decembra 2007. ali s kondenziranjem iz zraka s tekočim dušikom kot hladilnim sredstvom. Tekoč kisik je zelo reaktiven in se mora skladiščiti ločeno od vnetljivih snovi.Liquid Oxygen Material Safety Data Sheet (PDF). Matheson Tri Gas. Pridobljeno 15. decembra 2007.
Izotopi in zvezdno poreklo thumb|upright|left|V poznem življenju masivnih zvezd se 16O koncentrira v ovojnici O, 17O v ovojnici H in 18O v ovojnici He
V naravi je kisik sestavljen iz treh stabilnih izotopov: 16O, 17O in 18O. Najpogostejši je 16O (99,762 %).Oxygen Nuclides/Isotopes . EnvironmentalChemistry.com. Pridobljeno 17. Decembra 2007.