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Oxigénio: diferenças entre revisões

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=== Óxidos e outros compostos inorgânicos ===
=== Óxidos e outros compostos inorgânicos ===
A [[água]] (H<sub>2</sub>O) é um óxido de [[hidrogénio]] e é o composto de oxigénio mais comum. Os átomos de hidrogénio estão [[ligação covalente|ligados covalentemente]] ao oxigénio na molécula da água, mas também apresentam uma atracção adicional (sobre 23,3&nbsp;kJ•mol<sup>−1</sup> por átomo de hidrogénio) com um átomo de oxigénio adjacente duma molécula diferente.<ref>{{citar periódico|nome=P.|sobrenome=Maksyutenko|nome2=T. R.|sobrenome2= Rizzo|nome3=O. V.|sobrenome3= Boyarkin|ano=2006|título=A direct measurement of the dissociation energy of water|pmid=17115729|revista=J. Chem. Phys.|páginas=181101 |doi=10.1063/1.2387163|issue=18|volume=125|bibcode = 2006JChPh.125r1101M }}</ref> Estas [[ligação de hidrogénio|ligações de hidrogénio]] entre moléculas de água mantêm-nas aproximadamente 15 % mais próximas do que seria espectável num líquido simples apenas com as [[forças de Van der Waals]].<ref>{{citar web|título=Water Hydrogen Bonding|sobrenome=Chaplin|nome=Martin|url=http://www.lsbu.ac.uk/water/hbond.html|acessodata=27 de junho de 2015|data=4 de Janeiro de 2008}}</ref>{{Efn|group=lower-alpha|Também, devido à maior electronegatividade do oxigénio em relação ao hidrogénio, a diferença na carga converte-a numa [[Polaridade (química)#Polaridade das Moléculas|molécula polar]]. As interacções entre os diferentes [[Dipolo eléctrico|dipolos]] de cada molécula originam uma força de atracção global.}}
A [[água]] (H<sub>2</sub>O) é um óxido de [[hidrogénio]] e é o composto de oxigénio mais comum. Os átomos de hidrogénio estão [[ligação covalente|ligados covalentemente]] ao oxigénio na molécula da água, mas também apresentam uma atracção adicional (sobre 23,3&nbsp;kJ•mol<sup>−1</sup> por átomo de hidrogénio) com um átomo de oxigénio adjacente duma molécula diferente.<ref>{{citar periódico|nome=P.|sobrenome=Maksyutenko|nome2=T. R.|sobrenome2= Rizzo|nome3=O. V.|sobrenome3= Boyarkin|ano=2006|título=A direct measurement of the dissociation energy of water|pmid=17115729|revista=J. Chem. Phys.|páginas=181101 |doi=10.1063/1.2387163|issue=18|volume=125|bibcode = 2006JChPh.125r1101M }}</ref> Estas [[ligação de hidrogénio|ligações de hidrogénio]] entre moléculas de água mantêm-nas aproximadamente 15 % mais próximas do que seria espectável num líquido simples apenas com as [[forças de Van der Waals]].<ref>{{citar web|título=Water Hydrogen Bonding|sobrenome=Chaplin|nome=Martin|url=http://www.lsbu.ac.uk/water/hbond.html|acessodata=27 de junho de 2015|data=4 de Janeiro de 2008}}</ref>{{Efn|group=lower-alpha|Também, devido à maior electronegatividade do oxigénio em relação ao hidrogénio, a diferença na carga converte-a numa [[Polaridade (química)#Polaridade das Moléculas|molécula polar]]. As interacções entre os diferentes [[Dipolo eléctrico|dipolos]] de cada molécula originam uma força de atracção global.}}
[[Ficheiro:Rust screw.jpg|miniatura|esquerda|Os óxidos, como o [[óxido de ferro]], formam-se quando o oxigénio é combinado com outros elementos.]]
[[Imagem:Rust screw.jpg|miniatura|esquerda|Os óxidos, como o [[óxido de ferro]], formam-se quando o oxigénio é combinado com outros elementos.]]
Devido à sua [[electronegatividade]], o oxigénio forma [[ligação química|ligações químicas]] com quase todos os elementos a altas temperaturas para formar [[óxido]]s correspondentes. Contudo, alguns elementos formam óxidos directamente em [[condições normais de pressão e temperatura]], como o [[óxido]] formado do [[ferro]]. A superfície de metais como o [[alumínio]] e o [[titânio]] oxidam-se na presença do ar e são revestidos por uma fina camada de óxido que [[Passivação|passiva]] o metal e abranda a [[corrosão]]. Alguns dos óxidos [[metal de transição|metálicos de transição]] são encontrados na natureza como [[compostos não-estequiométricos]], com um pouco menos de metal do que a [[fórmula química]] sugere. Por exemplo, o [[Óxido de ferro(III)|FeO]] ([[wustite]]), que se forma naturalmente, é escrito como Fe<sub>x-1</sub>O, onde o «x» é normalmente cerca de 0,05.<ref>{{citar livro|nome=Lesley E.|sobrenome=Smart|sobrenome2=Moore|nome2=Elaine A. |título=Solid State Chemistry: An Introduction|edição=3.ª |editora=CRC Press|ano=2005|página=214|isbn=978-0-7487-7516-3}}</ref>
Devido à sua [[electronegatividade]], o oxigénio forma [[ligação química|ligações químicas]] com quase todos os elementos a altas temperaturas para formar [[óxido]]s correspondentes. Contudo, alguns elementos formam óxidos directamente em [[condições normais de pressão e temperatura]], como o óxido formado do [[ferro]]. A superfície de metais como o [[alumínio]] e o [[titânio]] oxidam-se na presença do ar e são revestidos por uma fina camada de óxido que [[Passivação|passiva]] o metal e abranda a [[corrosão]]. Alguns dos óxidos [[metal de transição|metálicos de transição]] são encontrados na natureza como [[compostos não-estequiométricos]], com um pouco menos de metal do que a [[fórmula química]] sugere. Por exemplo, o [[Óxido de ferro(III)|FeO]] ([[wustite]]), que se forma naturalmente, é escrito como Fe<sub>x-1</sub>O, onde o «x» é normalmente cerca de 0,05.<ref>{{citar livro|nome=Lesley E.|sobrenome=Smart|sobrenome2=Moore|nome2=Elaine A. |título=Solid State Chemistry: An Introduction|edição=3.ª |editora=CRC Press|ano=2005|página=214|isbn=978-0-7487-7516-3}}</ref>


O oxigénio como composto está presente na atmosfera em pequenas quantidades em forma de [[dióxido de carbono]] (CO<sub>2</sub>). A [[rocha]] da [[crosta terrestre]] é composta por grandes quantidades de óxidos de [[silício]] ([[dióxido de silício]] SiO<sub>2</sub>, como o encontrado no [[granito]] e [[quartzo]]), alumínio ([[óxido de alumínio]] Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, em [[bauxite]] e [[corindo]]), ferro ([[óxido férrico]] Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, na [[hematite]] e [[ferrugem]]) e [[cálcio]] ([[carbonato de cálcio]] CaCO<sub>3</sub>, no [[calcário]]). O restante da crosta terrestre é também constituído por compostos de oxigénio, em particular vários [[silicato]]s complexos. No [[manto terrestre]], com uma massa muito maior do que a crosta terrestre, abundam os silicatos de ferro e [[magnésio]].
O oxigénio como composto está presente na atmosfera em pequenas quantidades em forma de [[dióxido de carbono]] (CO<sub>2</sub>). A [[rocha]] da [[crosta terrestre]] é composta por grandes quantidades de óxidos de [[silício]] ([[dióxido de silício]] SiO<sub>2</sub>, como o encontrado no [[granito]] e [[quartzo]]), alumínio ([[óxido de alumínio]] Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, em [[bauxite]] e [[corindo]]), ferro ([[óxido férrico]] Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, na [[hematite]] e [[ferrugem]]) e [[cálcio]] ([[carbonato de cálcio]] CaCO<sub>3</sub>, no [[calcário]]). O restante da crosta terrestre é também constituído por compostos de oxigénio, em particular vários [[silicato]]s complexos. No [[manto terrestre]], com uma massa muito maior do que a crosta terrestre, abundam os silicatos de ferro e [[magnésio]].


Os silicatos [[solubilidade|solúveis]] em água com as formas Na<sub>4</sub>SiO<sub>4</sub>, Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub> e Na<sub>2</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>5</sub> são utilizados em [[detergente]]s e [[adesivo]]s.<ref name="ECE507">{{Harvnb|Cook|Lauer|1968|p=507}}</ref> O oxigénio também actua como ligação para metais de transição, formando ligações de O<sub>2</sub> metálico com átomos de [[irídio]] no [[complexo de Vaska]],<ref>{{citar livro|sobrenome=Crabtree|nome=R.|título=The Organometallic Chemistry of the Transition Metals|edição=3.ª |editora=John Wiley & Sons|ano=2001|página=152|isbn=978-0-471-18423-2}}</ref> com [[platina]] no [[Hexafluoreto de platina|PtF<sub>6</sub>]] e com o centro de ferro no grupo [[hemo]] da [[hemoglobina]].<ref name="ECE505">{{Harvnb|Cook|Lauer|1968|p=505}}</ref>
Os silicatos [[solubilidade|solúveis]] em água com as formas Na<sub>4</sub>SiO<sub>4</sub>, Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub> e Na<sub>2</sub>Si<sub>2</sub>O<sub>5</sub> são utilizados em [[detergente]]s e [[adesivo]]s.<ref name="ECE507">{{Harvnb|Cook|Lauer|1968|p=507}}</ref> O oxigénio também actua como ligação para metais de transição, formando ligações de O<sub>2</sub> metálico com átomos de [[irídio]] no [[complexo de Vaska]],<ref>{{citar livro|sobrenome=Crabtree|nome=R.|título=The Organometallic Chemistry of the Transition Metals|edição=3.ª |editora=John Wiley & Sons|ano=2001|página=152|isbn=978-0-471-18423-2}}</ref> com [[platina]] no [[Hexafluoreto de platina|PtF<sub>6</sub>]] e com o centro de ferro no grupo [[hemo]] da [[hemoglobina]].<ref name="ECE505">{{Harvnb|Cook|Lauer|1968|p=505}}</ref>

=== Compostos orgânicos e biomoléculas ===
[[Imagem:ATP structure.svg|miniatura|O oxigénio representa mais de 40 % da [[massa molecular]] da molécula da [[Adenosina trifosfato|ATP]]]]
Entre as classes mais importantes de compostos orgânicos que contêm oxigénio mencione-se (onde «R» é um grupo orgânico): [[álcool|álcoois]] (R-OH), [[éter]]es (R-O-R), [[cetona]]s (R-CO-R), [[aldeído]]s (R-CO-H), [[ácido carboxílico|ácidos carboxílicos]] (R-COOH), [[éster]]es (R-COO-R), [[Anidrido de ácido carboxílico|anidridos de ácido]] (R-CO-O-CO-R) e [[amida]]s (R-C(O)-NR<sub>2</sub>).<ref>{{Harvnb|Manahan|2013|p=568}}</ref> Existem muitos [[dissolvente]]s orgânicos importantes que contêm oxigénio, entre os quais: [[acetona]], [[metanol]], [[etanol]], [[álcool isopropílico]], [[Furano (química)|furano]], [[Tetraidrofurano]], [[éter etílico]], [[dioxano]], [[acetato de etila]], [[dimetilformamida]], [[dimetilsulfóxido]], [[ácido acético]] e [[ácido fórmico]]. A acetona (CH<sub>3</sub>(CO)CH<sub>3</sub>) e o [[fenol]] (C<sub>6</sub>H<sub>5</sub>OH) são usados como matérias na síntese de muitas substâncias diferentes.<ref>{{Harvnb|Manahan|2013|p=246}}</ref> Outros compostos orgânicos importantes que contêm oxigénio são, o [[glicerol]], [[formaldeído]], [[glutaraldeído]], [[ácido acético]] e [[acetamida]].<ref>{{Citar livro|título=General Chemistry|nome1=Darrell|sobrenome1= Ebbing|nome2=Steven D.|sobrenome2=Gammon|editora=Cengage Learning|ano=2016|isbn=9781305580343|página=834}}</ref> Os [[epóxido]]s são [[éter]]es nos quais o átomo de oxigénio constitui parte dum anel de três átomos.<ref name=UllmannEpoxides>{{citar periódico| autor1 = Guenter Sienel | autor2 = Robert Rieth | autor3 = Kenneth T. Rowbottom | título= Epoxides | doi = 10.1002/14356007.a09_531|ano= 2005 |editora= Wiley-VCH | local= Weinheim|enciclopedia= Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry}}</ref>

O oxigénio reage espontaneamente com muitos compostos [[Química orgânica|orgânicos]] a temperatura ambiente ou inferior, num processo designado [[autoxidação]].<ref name="ECE506">{{Harvnb|Cook|Lauer|1968|p=506}}</ref> A maior parte dos [[matéria orgânica|compostos orgânicos]] que contêm oxigénio não se produzem por acção directa do O<sub>2</sub>. Os compostos orgânicos importantes na indústria e comércio produzidos por oxidação directa dum precursor incluem o óxido de etileno e o [[ácido peracético]].<ref name="ECE507"/>

O elemento encontra-se em quase todas as [[biomolécula]]s importantes para (ou geradas por) a vida.<ref>{{Citar livro|título=Oxygen and the Evolution of Life|página=99|nome1=Heinz|sobrenome1=Decker|nome2=Kensal E|sobrenome2=van Holde|editora=Springer Science & Business Media|ano=2010|isbn=9783642131790}}</ref> Apenas algumas biomoléculas complexas comuns, como o [[esqualeno]] e o [[caroteno]], não possuem oxigénio. Dos compostos orgânicos com importância biológica, os [[carboidrato]]s contém a maior proporção de oxigénio na sua massa. Todas as [[gordura]]s, [[ácido graxo|ácidos gordos]], [[aminoácido]]s e [[proteína]]s contém oxigénio (devido à presença de [[carbonila|grupos carbonilos]] nesses ácidos e nos seus resíduos de éster). O oxigénio também está presente em grupos de [[fosfato]] ({{chem|PO|4|3-}}) nas moléculas biologicamente importantes que transportam energia, [[adenosina trifosfato|ATP]] e [[Adenosina difosfato|ADP]], na coluna vertebral e [[purina]]s (à excepção de [[adenina]] e [[pirimidina]]s de [[ácido ribonucleico|ARN]] e [[Ácido desoxirribonucleico|ADN]]) e nos ossos como [[fosfato de cálcio]] e [[hidroxiapatita]].


== Aplicações ==
== Aplicações ==

Revisão das 21h56min de 6 de maio de 2016

Oxigénio
Nitrogénio ← Oxigénio → Flúor
 
 
8		 O
  
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
↑
O
↓
S
Tabela completa • Tabela estendida
Aparência
incolor; líquido azul-pálido



Linhas espectrais do oxigénio.
Informações gerais
Nome, símbolo, número Oxigénio, O, 8
Série química Não metal
Grupo, período, bloco 16 (VIA), 2, p
Densidade, dureza 1,429 kg/m3,
Número CAS 7782-44-7
Número EINECS
Propriedade atómicas
Massa atómica 15,9994(3) u
Raio atómico (calculado) 60(48) pm
Raio covalente 73 pm
Raio de Van der Waals 152 pm
Configuração electrónica [He] 2s2 2p4
Elétrons (por nível de energia) 2, 6 (ver imagem)
Estado(s) de oxidação -2, -1 (neutro)
Óxido
Estrutura cristalina cúbico
Propriedades físicas
Estado da matéria gasoso
Ponto de fusão 50,35 K
Ponto de ebulição 90,18 K
Entalpia de fusão 0,22259 kJ/mol
Entalpia de vaporização 3,4099 kJ/mol
Temperatura crítica  K
Pressão crítica  Pa
Volume molar 17,36×10-6 m3/mol
Pressão de vapor
Velocidade do som 317,5 m/s a 20 °C
Classe magnética paramagnético (líquido)
Susceptibilidade magnética gasoso: 1,9x10-6

líquido: 3,9x10-3

Permeabilidade magnética
Temperatura de Curie  K
Diversos
Eletronegatividade (Pauling) 3,44
Calor específico 920 J/(kg·K)
Condutividade elétrica S/m
Condutividade térmica 0,02674 W/(m·K)
1.º Potencial de ionização 1313,9 kJ/mol
2.º Potencial de ionização 3388,3 kJ/mol
3.º Potencial de ionização 5300,5 kJ/mol
4.º Potencial de ionização 7469,2 kJ/mol
5.º Potencial de ionização {{{potencial_ionização5}}} kJ/mol
6.º Potencial de ionização {{{potencial_ionização6}}} kJ/mol
7.º Potencial de ionização {{{potencial_ionização7}}} kJ/mol
8.º Potencial de ionização {{{potencial_ionização8}}} kJ/mol
9.º Potencial de ionização {{{potencial_ionização9}}} kJ/mol
10.º Potencial de ionização {{{potencial_ionização10}}} kJ/mol
Isótopos mais estáveis
iso AN Meia-vida MD Ed PD
MeV
16O99,762%estável com 8 neutrões
17O0,038%estável com 9 neutrões
18O0,2%estável com 10 neutrões
Unidades do SI & CNTP, salvo indicação contrária.

O oxigénio (português europeu) ou oxigênio (português brasileiro), é um elemento químico de número atómico 8 e símbolo O (8 protões e 8 eletrões) com massa atómica 16 u. Constitui parte do grupo dos calcogénios e é um não metal reactivo e forte agente oxidante que facilmente forma compostos com a maioria doutros elementos, principalmente óxidos. Tem a segunda electronegatividade mais elevada de todos os elementos químicos, superado apenas pelo flúor.[1] Medido pela sua massa, o oxigénio é o terceiro elemento mais abundante do universo, atrás do hidrogénio e hélio,[2] e é o mais abundante na crosta terrestre como parte de compostos óxidos, formando praticamente metade da sua massa.[3] Em condições normais de pressão e temperatura, dois átomos do elemento ligam-se para formar o dioxigénio, um gás diatómico incolor, inodoro e insípido com fórmula O2. Esta substância constitui 20,8% da atmosfera e é fundamental para suportar a vida terrestre,[4] Não obstante, vários estudos dos níveis de oxigénio atmosférico indicam uma progressão global descendente na proporção deste elemento, principalmente por causa das emissões procedentes da queima de combustíveis fósseis.[5]

É um gás incolor (azul em estado líquido[6] e sólido), inodoro e insípido, comburente, não combustível e pouco solúvel em água. Devido à sua reactividade química, o oxigénio não pode permanecer na atmosfera terrestre como elemento livre sem que seja constantemente reabastecido pela acção fotosintética dos organismos que utilizam a energia solar para produzir oxigénio. O oxigénio elementar O2 somente começou a acumular-se na atmosfera depois do aparecimento destes organismos, há aproximadamente 2500 milhões de anos.[7] O alótropo ozono (O3) é um forte absorvente de radiação ultravioleta, e a camada de ozono da Terra, a grande altitude, ajuda a proteger a biosfera da incidência de radiação procedente do Sol. Porém, o ozono é um agente contaminante perto da superfície terrestre, sendo um produto derivado do smog. A altitudes de órbita terrestre baixa, o oxigénio atómico presente provoca a corrosão das naves espaciais.[8]

O oxigénio foi descoberto autonomamente por Carl Wilhelm Scheele em Uppsala no ano de 1773, e por Joseph Priestley em Wiltshire no ano de 1774, no entanto é Priestley quem costuma ser designado prioritariamente uma vez que a sua obra foi a primeira a ser publicada. Em 1777, Antoine Lavoisier cunhou o seu nome,[9], cujas suas experiências com o oxigénio ajudaram a desacreditar a até então popular teoria do flogisto da combustão e corrosão. O nome deriva do grego ὀξύς (oxys) («ácido», literalmente «picante», em alusão ao sabor dos ácidos) e γόνος (-gonos) («produtor», literalmente «gerar»), porque na época em que se lhe deu esta denominação acreditava-se, equivocadamente, que todos os ácidos necessitavam de oxigénio para a sua composição. As aplicações habituais do oxigénio inclui, entre outras, o seu uso em calefações residenciais e motores de combustão interna, a produção de aço, plásticos e têxteis, aplicações de corte industrial e soldadura de aços e outros metais, como propulsor para foguetes, para terapias de oxigénio e sistemas de suporte vital em aeronaves, submarinos, naves espaciais tripuladas e mergulho.

Características principais

Estrutura molecular e propriedades

Nas Condições Normais de Temperatura e Pressão (PTN), o oxigénio é um gás incolor e inodoro com fórmula molecular O2, em que dois átomos de oxigénio se ligam com uma configuração electrónica em estado tripleto. Esta ligação apresenta uma ordem de ligação de dois e costuma simplificar nas descrições como uma ligação dupla[10] ou como uma combinação duma ligação de dois electrões e duas ligações de três electrões.[11]

Um fio de oxigénio líquido é desviado por um campo magnético, ilustrando a sua propriedade paramagnética.

O oxigénio tripleto[a] é o estado fundamental da molécula O2,[12] que apresenta dois electrões desemparelhados que ocupam dois orbitais moleculares degenerados.[b] Estes orbitais são classificados como antiligações - debilitam a ordem de ligação de três para dois-, de forma a que a ligação do dioxigénio é mais fraca do que a tripla ligação do nitrogénio diatómico, em que todos os orbitais das ligações moleculares são preenchidos, mas alguns orbitais de antiligação não.[12][14]

Na sua forma normal de tripleto, as moléculas de O2 são paramagnéticas; ou seja, que na presença dum campo magnético formam um íman, devido ao momento magnético do spin dos electrões desemparelhados na molécula e a interação de troca negativa entre moléculas de O2 contíguas.[15] O oxigénio líquido é de tal forma magnético que, em demonstrações laboratoriais, um fio de oxigénio líquido pode suster o seu próprio peso entre os pólos dum íman potente.[16][c]

O oxigénio molecular singlete é um nome dado a várias espécies de O2 de maior energia, em que todos os spins dos electrões se emparelham. É muito mais reactivo com moléculas orgânicas comuns do que o oxigénio molecular propriamente dito. Na natureza, o oxigénio singlete costuma formar-se com a água durante a fotossíntese, utilizando a energia solar.[18] É também produzido na troposfera por meio da fotólise do ozono pela luz de onda curta,[19] e pelo sistema imunitário enquanto fonte de oxigénio activo.[20] Nos organismos fotossintéticos - e possivelmente também nos animais - os carotenóides exercem um papel fundamental na absorção de energia do oxigénio singlete e na conversão deste para o seu estado não excitado antes de provocar danos nos tecidos.[21]

Alótropos

Ver artigo principal: Alótropos do oxigénio
Central atom is positively charged and end atoms are negatively charged.
O ozono é um gás pouco comum na Terra e encontra-se em grande parte na estratosfera.

O alótropo comum do oxigénio elementar é o chamado dioxigénio (O2), que possui um comprimento de ligação de 121 pm e uma energia de ligação de 498 kJ•mol−1,[22] menor que a energia das outras ligações duplas ou pares de ligações simples presentes na biosfera, e responsável pela reação exotérmica do O2 com qualquer molécula orgânica.[23][24] Devido ao seu teor de energia, o O2 é utilizado por formas de vida complexas, tal como os animais, na sua respiração celular, desempenhando um papel fundamental na composição da atmosfera terrestre.

O trioxigénio (O3) é habitualmente conhecido como ozono e é um alótropo bastante reactivo, prejudicial para o tecido pulmonar.[25] O ozono é produzido na atmosfera superior quando o O2 se combina com o oxigénio atómico causado pela divisão do O2 por radiação ultravioleta.[9] Uma vez que o ozono é um poderoso absorvente na região ultravioleta do espectro electromagnético, a camada de ozono da atmosfera superior funciona como um escudo protector da radiação que o planeta recebe.[9] Perto da superfície terrestre, todavia, é um contaminante formado como subproduto das emissões de automóveis.[25] A molécula metaestável do tetraoxigénio (O4) só foi descoberta em 2001,[26][27] e assumiu-se que existia numa das seis fases do oxigénio sólido. Em 2006 demonstrou-se que esta fase, criada por meio da pressurização do O2 a 20 GPa, é, de facto, um cluster [d] O8 do sistema trigonal.[29] Este cluster tem potencial para ser um oxidante muito mais potente do que o O2 e o O3 e pode, por conseguinte, ser usado como propulsor de foguetes.[26][27] Em 1990 foi descoberta uma fase metálica quando o oxigénio sólido é submetido a uma pressão superior a 96 GPa[30] e demonstrou-se em 1998 que a temperaturas muito baixas converte-se em supercondutor.[31]

Propriedades físicas

O mapamundi assinala que o oxigénio da superfície marinha reduz ao redor do equador e aumenta perto dos pólos
A baixa temperatura da água aumenta a concentração de O2 dissolvido na superfície do mar.[32]

O oxigénio é mais solúvel em água do que o nitrogénio; este contém aproximadamente uma molécula de O2 por cada duas moléculas de N2, em comparação à proporção atmosférica, de aproximadamente 1:4. A solubilidade do oxigénio na água depende da temperatura, dissolvendo-se em cerca do dobro (14,6 mg•L−1) a 0 °C do que a 20 °C (7,6 mg•L−1).[33][34] A 25 °C e 1 pressão atmosférica, a água doce contém cerca de 6,04 mililitros (ml) de oxigénio por litro, enquanto que a água do mar contém cerca de 4,95 ml por litro.[35] A 5 °C a solubilidade aumenta até 9,0 ml (cerca de 50 % mais do que a 25 °C) por litro na água e 7,2 ml (45% mais) na água do mar.[34]

O oxigénio condensa-se a 90,20 K (-182,95 °C, -297,31 °F) e congela a 54,36 K (-218,79 °C, -361,82 °F).[36] Tanto o O2 líquido como o sólido são substâncias claras com uma cor azul céu provocada pela absorção no vermelho, contrastando com a cor azul do céu, que se deve à dispersão de Rayleigh da luz azul. O O2 líquido de grande pureza é obtido através da destilação fracionada do ar liquefeito.[37] O oxigénio líquido também pode ser produzido pela condensação do ar, utilizando nitrogénio líquido como refrigerante. É uma substância altamente reactiva e deve ser separado de materiais inflamáveis.[38]

A espectroscopia do oxigénio molecular associa-se aos processos atmosféricos das auroras e outras emissões de luz na atmosfera.[39] A absorção no contínuo de Herzberg e nas bandas de Schumann–Runge no ultravioleta produz oxigénio atómico, importante na química da atmosfera média.[40] O oxigénio molecular singlete em estado excitado é responsável pela luminescência química vermelha nas soluções.[41]

Importância da sua existência

Ver também: Silicato, Metalicidade, Cosmoquímica e Astroquímica
A nebulosa Olho de gato possui zonas ricas em oxigénio ionizado, a cor verde na imagem.

O oxigénio é o elemento químico mais abundante, por massa, na biosfera, ar, mar e terra. É o terceiro mais abundante no universo, atrás do hidrogénio e hélio.[2] Cerca de 0,9 % da massa do Sol é oxigénio. Constitui também 49,2 % da massa da crosta terrestre (cerca de 46,7%), e é o principal componente dos oceanos (cerca de 87% como componente da água)[4]. O oxigénio gasoso é o segundo componente mais abundante na atmosfera, constituindo 20,8 % do seu volume e 23,1 % da sua massa (cerca de 1015 toneladas).[3][4][42][e] A Terra é uma excepção entre os planetas do Sistema Solar pela elevada concentração de oxigénio gasoso na sua atmosfera; por exemplo, Marte (com cerca de 0,1 % de O2 do total do seu volume) e Vénus têm concentrações muito inferiores. Contudo, o O2 que circula nestes planetas provém exclusivamente da reação das moléculas que contêm oxigénio, como o dióxido de carbono, por efeito da radiação ultravioleta.[43]

Os óxidos de metais, silicatos (SiO44-) e carbonatos (CO32-) encontram-se frequentemente em rochas e no solo. Na atmosfera apresenta-se como oxigénio molecular, O2, dióxido de carbono e em menor proporção como monóxido de carbono (CO), ozono (O3), dióxido de nitrogénio (NO2), monóxido de nitrogénio (NO) ou dióxido de enxofre (SO2). Nos planetas exteriores (mais distantes do Sol) e em cometas encontra-se água congelada e outros compostos de oxigénio; por exemplo, em Marte existe dióxido de carbono congelado.[44] O espectro deste elemento também é com frequência observado nas estrelas.[45]

Os cinco elementos mais comuns
na Via Láctea[46]
Z Elemento Fração de massa
em partes por milhão
1 Hidrogénio 739 000
2 Hélio 240 000
8 Oxigénio 10 400
6 Carbono 4 600
10 Néon 1 340

A concentração anormalmente elevada de oxigénio gasoso na Terra é resultado do ciclo do oxigénio. Este ciclo biogeoquímico descreve o movimento do oxigénio dentro e entre os seus três principais reservatórios no planeta: a atmosfera, a biosfera e a litosfera. O factor de condução mais importante neste ciclo é a fotossíntese, responsável pela atmosfera moderna da Terra, que libera oxigénio na atmosfera, enquanto que os processos de respiração e descomposição o eliminam.[47]

O oxigénio livre ocorre também em soluções nas massas de água do planeta. A maior solubilidade do O2 a baixas temperaturas tem importantes implicações para a vida marinha, uma vez que os oceanos polares sustentam uma densidade de vida muito maior devido ao seu elevado teor de oxigénio.[f] A quantidade de O2 na água pode ser diminuída pela contaminação hídrica, devido à acção da descomposição das algas e outros biomateriais por um processo denominado eutrofização. Os cientistas avaliam este aspecto da qualidade da água através da medição da sua carência biológica de oxigénio, ou quantidade de O2 necessária para restaurá-la para níveis de concentração normais.[48]

Isótopos e origem estelar

Ver artigo principal: Isótopos do oxigénio

O oxigénio possui dezassete isótopos cujo número de massa varia entre 12 e 28. O oxigénio encontrado na natureza é composto por três isótopos estáveis: O16, O17 e O18, sendo o O16 o mais abundante (99,762 % de abundância natural).[49] A maior parte do O16 é sintetizado no final do processo de combustão do hélio no interior de estrelas massivas, mas outra parte é produzida no processo de combustão do neónio.[50] O O17 deriva fundamentalmente da fusão do hidrogénio em hélio durante o ciclo CNO, convertendo-o num isótopo comum nas zonas de combustão de hidrogénio nas estrelas.[50] A maioria do O18 é produzido quando o N14 — que abunda devido À combustão CNO — captura um núcleo de He4, tornando o O18 comum nas zonas ricas em hélio das estrelas massivas.[50]

Foram evidenciados quatorze radioisótopos, dos quais os mais estáveis são o O15 com um período de semidesintegração de 70,606 segundos.[49] Todos os restantes isótopos radioactivos têm períodos de semidesintegração inferiores a 27 segundos e a maior parte destes, inferiores a 83 milissegundos.[49] A forma de desintegração dos isótopos mais leves que o O16 é a desintegração β+[51][52][53] para produzir nitrogénio. O tipo de decaimento mais comum para os isótopos mais pesados do que o O18, é a desintegração β que dá origem ao flúor.[49]

Compostos

A água (H2O) é o composto de oxigénio mais familiar.
Ver também: Categoria:Compostos de oxigénio

O estado de oxidação do oxigénio é -2 em quase todos os compostos conhecidos do oxigénio. O estado de oxidação -1 encontra-se em alguns compostos, como os peróxidos.[54] Os compostos noutro estado de oxidação são muito raros: -1/2 (superóxidos), -1/3 (ozónidos), 0 (elementar, ácido hipofluoroso), +1/2 (diosigenil), +1 (difluoreto de dioxigénio) e +2 (difluoreto de oxigénio).[55]

A sua alta eletronegatividade faz com que reaja com muitos elementos químicos, excepto os gases nobres. O composto mais notável do oxigénio é a água (H2O); outros compostos importantes que apresentam o elemento oxigénio na sua composição são: o dióxido de carbono, os álcoois (R-OH), aldeídos, (R-CHO) e ácidos carboxílicos (R-COOH).

Os radicais clorato (ClO3-), perclorato (ClO<sub((>4-), cromato (CrO42-), dicromato (Cr2O72-), permanganato (MnO4-) e nitrato (NO3-) são fortes agentes oxidantes. Os epóxidos são éteres na qual o átomo de oxigénio é um hétero-tomo. O ozónio (O3) forma-se mediante descargas elétricas a partir do oxigénio molecular, como por exemplo, durante as tempestades elétricas. Também já foi encontrado oxigénio líquido, em pequenas quantidades, uma dupla molécula de oxigénio: (O2)2.

Óxidos e outros compostos inorgânicos

A água (H2O) é um óxido de hidrogénio e é o composto de oxigénio mais comum. Os átomos de hidrogénio estão ligados covalentemente ao oxigénio na molécula da água, mas também apresentam uma atracção adicional (sobre 23,3 kJ•mol−1 por átomo de hidrogénio) com um átomo de oxigénio adjacente duma molécula diferente.[56] Estas ligações de hidrogénio entre moléculas de água mantêm-nas aproximadamente 15 % mais próximas do que seria espectável num líquido simples apenas com as forças de Van der Waals.[57][g]

Os óxidos, como o óxido de ferro, formam-se quando o oxigénio é combinado com outros elementos.

Devido à sua electronegatividade, o oxigénio forma ligações químicas com quase todos os elementos a altas temperaturas para formar óxidos correspondentes. Contudo, alguns elementos formam óxidos directamente em condições normais de pressão e temperatura, como o óxido formado do ferro. A superfície de metais como o alumínio e o titânio oxidam-se na presença do ar e são revestidos por uma fina camada de óxido que passiva o metal e abranda a corrosão. Alguns dos óxidos metálicos de transição são encontrados na natureza como compostos não-estequiométricos, com um pouco menos de metal do que a fórmula química sugere. Por exemplo, o FeO (wustite), que se forma naturalmente, é escrito como Fex-1O, onde o «x» é normalmente cerca de 0,05.[58]

O oxigénio como composto está presente na atmosfera em pequenas quantidades em forma de dióxido de carbono (CO2). A rocha da crosta terrestre é composta por grandes quantidades de óxidos de silício (dióxido de silício SiO2, como o encontrado no granito e quartzo), alumínio (óxido de alumínio Al2O3, em bauxite e corindo), ferro (óxido férrico Fe2O3, na hematite e ferrugem) e cálcio (carbonato de cálcio CaCO3, no calcário). O restante da crosta terrestre é também constituído por compostos de oxigénio, em particular vários silicatos complexos. No manto terrestre, com uma massa muito maior do que a crosta terrestre, abundam os silicatos de ferro e magnésio.

Os silicatos solúveis em água com as formas Na4SiO4, Na2SiO3 e Na2Si2O5 são utilizados em detergentes e adesivos.[59] O oxigénio também actua como ligação para metais de transição, formando ligações de O2 metálico com átomos de irídio no complexo de Vaska,[60] com platina no PtF6 e com o centro de ferro no grupo hemo da hemoglobina.[61]

Compostos orgânicos e biomoléculas

O oxigénio representa mais de 40 % da massa molecular da molécula da ATP

Entre as classes mais importantes de compostos orgânicos que contêm oxigénio mencione-se (onde «R» é um grupo orgânico): álcoois (R-OH), éteres (R-O-R), cetonas (R-CO-R), aldeídos (R-CO-H), ácidos carboxílicos (R-COOH), ésteres (R-COO-R), anidridos de ácido (R-CO-O-CO-R) e amidas (R-C(O)-NR2).[62] Existem muitos dissolventes orgânicos importantes que contêm oxigénio, entre os quais: acetona, metanol, etanol, álcool isopropílico, furano, Tetraidrofurano, éter etílico, dioxano, acetato de etila, dimetilformamida, dimetilsulfóxido, ácido acético e ácido fórmico. A acetona (CH3(CO)CH3) e o fenol (C6H5OH) são usados como matérias na síntese de muitas substâncias diferentes.[63] Outros compostos orgânicos importantes que contêm oxigénio são, o glicerol, formaldeído, glutaraldeído, ácido acético e acetamida.[64] Os epóxidos são éteres nos quais o átomo de oxigénio constitui parte dum anel de três átomos.[65]

O oxigénio reage espontaneamente com muitos compostos orgânicos a temperatura ambiente ou inferior, num processo designado autoxidação.[66] A maior parte dos compostos orgânicos que contêm oxigénio não se produzem por acção directa do O2. Os compostos orgânicos importantes na indústria e comércio produzidos por oxidação directa dum precursor incluem o óxido de etileno e o ácido peracético.[59]

O elemento encontra-se em quase todas as biomoléculas importantes para (ou geradas por) a vida.[67] Apenas algumas biomoléculas complexas comuns, como o esqualeno e o caroteno, não possuem oxigénio. Dos compostos orgânicos com importância biológica, os carboidratos contém a maior proporção de oxigénio na sua massa. Todas as gorduras, ácidos gordos, aminoácidos e proteínas contém oxigénio (devido à presença de grupos carbonilos nesses ácidos e nos seus resíduos de éster). O oxigénio também está presente em grupos de fosfato (PO3−
4) nas moléculas biologicamente importantes que transportam energia, ATP e ADP, na coluna vertebral e purinas (à excepção de adenina e pirimidinas de ARN e ADN) e nos ossos como fosfato de cálcio e hidroxiapatita.

Aplicações

A principal utilização do oxigênio é como oxidante, devido à sua elevada eletronegatividade, superada somente pela do flúor. Por isso, o oxigênio líquido é usado como comburente nos motores de propulsão dos carros, embora, nos processos industriais, o oxigênio para a combustão seja obtido diretamente do ar.

Outras aplicações industriais oxigênio são a soldadura e a fabricação de aço e metanol. A medicina usa o oxigênio administrando-o como suplemento em pacientes com dificuldades respiratórias.

Também é engarrafado para ser respirado em diversas atividades desportivas ou profissionais, como o mergulho, em locais sem ventilação ou de atmosfera contaminada.

O oxigênio provoca uma resposta de euforia quando inalado. No século XIX, era utilizado misturado com o óxido nitroso como analgésico. Atualmente, essa mistura ressurgiu para evitar a dor em tratamentos dentários. Seu isótopo Oxigênio 15, radioativo com emissão de pósitron, é usado em medicina nuclear, na tomografia por emissão de pósitrons .

Na piscicultura o Oxigênio é utilizado no transporte de carga viva e para oxigenação dos tanques de crescimento para maior produção intensiva em menor espaço.

História

Desenho de uma vela acesa dentro de um bulbo de vidro.

Uma das primeiras experiências conhecidas sobre a relação entre combustão e o ar foi realizada por Filão de Bizâncio, escritor grego do século II a.C., que tinha como um de seus interesses a mecânica. Na sua obra Pneumatica, Filão observou que invertendo um recipiente sobre uma vela acesa e colocando água em torno do gargalo do vaso, uma parte do líquido subia pelo gargalo.[68] Filão supôs erradamente que partes do ar no recipiente eram convertidas no elemento clássico do fogo e, portanto, eram capazes de escapar através dos poros do vidro. Vários séculos depois, Leonardo da Vinci, com base no trabalho de Filão, observou que uma parte do ar é consumida durante a combustão e respiração.[69]

No final do século XVII, Robert Boyle provou que o ar é necessário para a combustão. O químico inglês John Mayow refinou este trabalho, mostrando que o fogo requer apenas uma parte do ar, que denominou de nitroaereus spiritus ou simplesmente nitroaereus.[70] Num experimento, descobriu que, colocando tanto um rato como uma vela acesa num recipiente fechado sobre água, levava a água a subir e substituir um décimo quarto do volume do ar antes de sufocar os objetos da experiência.[71] A partir disso, supôs-se que o nitroaereus era consumido tanto na respiração como na combustão.

Mayow observou que o antimónio aumentava o seu peso quando aquecido, e inferiu que o nitroaereus deve ter combinado com ele.[72] Também pensava que os pulmões separavam o nitroaereus do ar passando-o para o sangue, e que o calor animal e o movimento dos músculos resultava da reação do nitroaereus com determinadas substâncias no organismo.[70] Relatos dessas e doutras experiências e ideias foram publicados em 1668 na sua obra Tractatus duo no tratado "De respiratione".[71]

Teoria do flogisto

Ver artigo principal: Teoria do flogisto
Georg Stahl ajudou a desenvolver e popularizar a teoria do flogisto.

Robert Hooke, Ole Borch, Mikhail Lomonossov e Pierre Bayen produziram oxigénio durante experimentações entre os séculos XVII e XVIII, mas nenhum deles o reconheceu como um elemento.[33] Isto deveu-se em parte à prevalência da filosofia da combustão e corrosão, denominada teoria do flogisto, que era até então a melhor explicação para esses processos.[73]

Esta teoria, estabelecida em 1667 pelo químico alemão Johann Joachim Becher e modificada pelo também químico Georg Stahl em 1731,[74] postulava que todos os materiais combustíveis eram constituídos por duas partes; uma, chamada flogisto, que era emitida ao queimar a substância em questão, e outra, denominada desflogisticado, que era tida como a sua verdadeira forma, o calx (cinza; greda em latim).[69]

Acreditava-se que os materiais altamente inflamáveis que deixam poucos resíduos, como a madeira ou o carbono, eram constituídos essencialmente por flogisto, enquanto que as substâncias não combustíveis que se corroem, como o ferro, continham muito pouco. O ar não desempenhava nenhum papel na teoria do flogisto nem foram realizadas experiências quantitativas para testar a ideia; em vez disso, a teoria baseava-se em observações sobre o que acontece quando um objeto é queimado: os objectos mais comuns pareciam tornar-se mais leves e perdiam algo no processo de combustão.[69] Para justificar o facto de que uma substância como a madeira realmente ganhava peso no seu conjunto durante a combustão, Stahl afirma que o flogisto possui massa negativa. Uma das primeiras evidências sobre a falsidade da teoria do flogisto era que os metais também ganhavam peso na oxidação (quando supostamente perdiam flogisto).[73]

Ação biológica

O oxigênio respirado pelos organismos aeróbicos, liberado pelas plantas no processo de fotossíntese, participa na conversão de nutrientes em energia intracelular.

A redução do nível de oxigênio provoca a hipoxemia e, a falta total ocasiona a anoxia, podendo provocar a morte do ser vivo.

A hemoglobina é o pigmento que dá a cor aos glóbulos vermelhos (eritrócitos) e tem a função vital de distribuir o oxigênio pelo organismo.

Isótopos

O oxigênio tem três isótopos estáveis e dez radioativos. Todos os radioisótopos do oxigênio tem uma meia-vida de menos de três minutos.

símbolo
nuclídeo 		Z(p) N(n)  
massa isotópica (u)
  		meia-vida
atômica 		modo de decaimento(s)[75] isótopo filha(o)
Produto de decaimento(s)[n 1] 		spin
nuclear 		representante da
composição isotópica
(fração molar) 		gama de variação
natural
(fração molar)
12O 8 4 12.034405(20) 580(30)×10−24 s
[0.40(25) MeV] 		2p (60.0%) 10C 0+
p (40.0%) 11N
13O 8 5 13.024812(10) 8.58(5) ms β+ (89.1%) 13N (3/2-)
β+, p (10.9%) 12C
14O 8 6 14.00859625(12) 70.598(18) s β+ 14N 0+
15O 8 7 15.0030656(5) 122.24(16) s β+ 15N 1/2-
16O[76] 8 8 15.99491461956(16) Estável 0+ 0.99757(16) 0.99738-0.99776
17O[77] 8 9 16.99913170(12) Estável 5/2+ 3.8(1)×10−4 3.7×10−4-4.0×10−4
18O[78] 8 10 17.9991610(7) Estável 0+ 2.05(14)×10−3 1.88×10−3-2.22×10−3
19O 8 11 19.003580(3) 26.464(9) s β− 19F 5/2+
20O 8 12 20.0040767(12) 13.51(5) s β− 20F 0+
21O 8 13 21.008656(13) 3.42(10) s β− 21F (1/2,3/2,5/2)+
22O 8 14 22.00997(6) 2.25(15) s β− (78.0%) 22F 0+
β−, n (22.0%) 21F
23O 8 15 23.01569(13) 82(37) ms β−, n (57.99%) 22F 1/2+#
β− (42.0%) 23F
24O 8 16 24.02047(25) 65(5) ms β−, n (57.99%) 23F 0+
β− (42.01%) 24F
26O 8 18 (40) ns[79][80] β− 26F
n 25O

Precauções

O oxigênio pode ser tóxico a elevadas pressões parciais.

Alguns compostos de oxigênio como o ozônio, o peróxido de hidrogênio e radicais hidroxila são muito tóxicos. O corpo humano possui mecanismos de proteção contra estas espécies tóxicas. Por exemplo, a glutação atua como antioxidante, como a bilirrubina que é um produto derivado do metabolismo da hemoglobina

Notas

  1. ↑ Não confundir com ozono, O3
  2. ↑ Um orbital é um conceito de mecânica quântica que modela um electrão como uma dualidade onda-partícula que apresenta uma distribuição espacial ao redor dum átomo ou molécula.[13]
  3. ↑ O paramagnetismo do oxigénio pode ser usado analiticamente em analizadores de oxigénio gasoso paramagnético que determinam a pureza do gás.[17]
  4. ↑ Em química inorgânica, o termo cluster é utilizado para indicar um composto caracterizado pela presença de uma ou mais ligações metálicas.[28]
  5. ↑ As cifras apresentadas estão para valores de até 80 km acima da superfície.
  6. ↑ De The Chemistry and Fertility of Sea Waters, de H.W. Harvey, 1955, citando a C.J.J. Fox, On the coefficients of absorption of atmospheric gases in sea water, Publ. Circ. Cons. Explor. Mer, no. 41, 1907. Contudo, Harvey sustenta que, de acordo com artigos posteriores em Nature, os valores parecem estar sobrestimados em 3 %.
  7. ↑ Também, devido à maior electronegatividade do oxigénio em relação ao hidrogénio, a diferença na carga converte-a numa molécula polar. As interacções entre os diferentes dipolos de cada molécula originam uma força de atracção global.

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Ligações externas

  • Cook, Gerhard A.; Lauer, Carol M. (1968). «Oxygen». In: Clifford A. Hampel. The Encyclopedia of the Chemical Elements. New York: Reinhold Book Corporation. pp. 499–512. LCCN 68-29938 
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