- Estrutura do oxigênio molecular
- Propriedades
- Aparência física
- Massa molar
- Ponto de fusão
- Ponto de ebulição
- Solubilidade
- Estados de energia
- Transformações
- Formulários
- Soldagem e combustão
- Agente oxidante em química verde
- Respiração assistida e tratamento de águas residuais
- Referências
O oxigênio molecular ou dioxigênio, também chamado de oxigênio ou gás diatômico, é a forma elementar mais comum desse elemento na Terra. Sua fórmula é o O 2, sendo portanto uma molécula diatômica e homonuclear, totalmente apolar.
O ar que respiramos é composto por cerca de 21% de oxigênio na forma de moléculas de O 2. À medida que subimos, as concentrações de gás oxigênio diminuem e a presença de ozônio, O 3, aumenta. Nosso corpo aproveita o O 2 para oxigenar seus tecidos e realizar a respiração celular.
Sem o oxigênio enriquecendo nossa atmosfera, a vida seria um fenômeno insustentável. Fonte: Pixabay.
O O 2 também é responsável pela existência do fogo: sem ele seria quase impossível haver fogo e combustão. Isso porque sua principal propriedade é ser um poderoso agente oxidante, ganhando elétrons ou reduzindo-se em uma molécula de água, ou em ânions óxidos, O 2-.
O oxigênio molecular é essencial para inúmeros processos aeróbicos, tendo aplicações em metalurgia, medicina e tratamento de efluentes. Este gás é praticamente sinônimo de calor, respiração, oxidação e, por outro lado, de congelamento quando está no estado líquido.
Estrutura do oxigênio molecular
Estrutura molecular do oxigênio gasoso. Fonte: Benjah-bmm27 via Wikipedia.
Na imagem superior, temos a estrutura molecular do oxigênio gasoso representada com vários modelos. Os dois últimos mostram as características da ligação covalente que mantém os átomos de oxigênio juntos: uma ligação dupla O = O, na qual cada átomo de oxigênio completa seu octeto de valência.
A molécula de O 2 é linear, homonuclear e simétrica. Sua dupla ligação tem comprimento de 121 pm. Esta curta distância significa que alguma energia considerável (498 kJ / mol) é necessária para quebrar a ligação O = O e, portanto, é uma molécula relativamente estável.
Do contrário, o oxigênio na atmosfera teria se degradado completamente com o tempo ou o ar pegaria fogo do nada.
Propriedades
Aparência física
O oxigênio molecular é um gás incolor, insípido e inodoro, mas quando se condensa e cristaliza adquire tons azulados.
Massa molar
32 g / mol (valor arredondado)
Ponto de fusão
-218 ºC
Ponto de ebulição
-183
Solubilidade
O oxigênio molecular é pouco solúvel em água, mas suficiente para sustentar a fauna marinha. Se sua solubilidade fosse maior, você teria menos probabilidade de morrer por afogamento. Por outro lado, sua solubilidade é muito maior em óleos e líquidos não polares, podendo oxidá-los lentamente e, assim, afetar suas propriedades originais.
Estados de energia
O oxigênio molecular é uma substância que não pode ser totalmente descrita pela teoria das ligações de valência (TEV).
A configuração eletrônica do oxigênio é a seguinte:
2s² 2p⁴
Ele tem um par de elétrons desemparelhados (O:). Quando dois átomos de oxigênio se encontram, eles se unem para formar uma ligação dupla O = O, ambas completando o octeto de valência.
Portanto, a molécula de O 2 deve ser diamagnética, com todos os seus elétrons emparelhados. No entanto, é uma molécula paramagnética, e isso é explicado pelo diagrama de seus orbitais moleculares:
Diagrama orbital molecular para gás oxigênio. Fonte: Anthony.Sebastian / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)
Assim, a teoria orbital molecular (TOM) descreve melhor o O 2. Os dois elétrons desemparelhados estão localizados nos orbitais moleculares de alta energia π * e dão ao oxigênio seu caráter paramagnético.
Na verdade, esse estado energético corresponde ao oxigênio tripleto, 3 O 2, o mais predominante de todos. O outro estado de energia do oxigênio, menos abundante na Terra, é o singleto, 1 O 2.
Transformações
O oxigênio molecular é consideravelmente estável, desde que não entre em contato com nenhuma substância suscetível à oxidação, muito menos se não houver uma fonte próxima de calor intenso, como uma faísca. Isso ocorre porque o O 2 tem uma alta tendência de se reduzir, ganhar elétrons de outros átomos ou moléculas.
Quando reduzido, é capaz de estabelecer um amplo espectro de links e formas. Se formar ligações covalentes, fará isso com átomos menos eletronegativos do que ele próprio, incluindo hidrogênio, para dar origem à água, HOH. Também pode unificar o carbono, para originar ligações de CO e vários tipos de moléculas orgânicas oxigenadas (éteres, cetonas, aldeídos, etc.).
O 2 também pode ganhar elétrons para se transformar em ânions peróxidos e superóxidos, O 2 2- e O 2 -, respectivamente. Ao ser convertido em peróxido no corpo, obtém-se o peróxido de hidrogênio, H 2 O 2, HOOH, composto nocivo que é processado pela ação de enzimas específicas (peroxidases e catalases).
Por outro lado, e não menos importante, o O 2 reage com a matéria inorgânica para se tornar o ânion óxido, O 2-, constituindo uma lista interminável de massas mineralógicas que engrossam a crosta e o manto terrestre.
Formulários
Soldagem e combustão
O oxigênio é usado para queimar acetileno e liberar uma chama extremamente quente que é valiosa na soldagem. Fonte: Sheila / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)
O oxigênio é utilizado para realizar a reação de combustão, pela qual uma substância é oxidada exotermicamente, liberando fogo. Este fogo e sua temperatura variam dependendo da substância que está queimando. Assim, chamas muito quentes, como o acetileno (acima), podem ser obtidas com as quais metais e ligas são soldados.
Se não fosse pelo oxigênio, os combustíveis não poderiam queimar e fornecer toda a sua energia calórica, usada para lançar foguetes ou ligar carros.
Agente oxidante em química verde
Graças a esse gás, uma miríade de óxidos orgânicos e inorgânicos são sintetizados ou produzidos industrialmente. Essas reações são baseadas no poder oxidante do oxigênio molecular, sendo também um dos reagentes mais viáveis da química verde para a obtenção de produtos farmacêuticos.
Respiração assistida e tratamento de águas residuais
O oxigênio é vital para atender à demanda respiratória em pacientes com graves problemas de saúde, em mergulhadores ao descer a profundidades rasas e em alpinistas, em cujas altitudes a concentração de oxigênio é drasticamente reduzida.
Além disso, o oxigênio "alimenta" as bactérias aeróbias, que ajudam a decompor os resíduos poluentes do esgoto, ou ajudam os peixes a respirar, em culturas aquosas para proteção ou comércio.
Referências
- Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (quarta edição). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2020). Alótropos de oxigênio. Recuperado de: en.wikipedia.org
- Hone, CA, Kappe, CO (2019). O Uso de Oxigênio Molecular para Oxidações Aeróbicas de Fase Líquida em Fluxo Contínuo. Top Curr Chem (Z) 377, 2. doi.org/10.1007/s41061-018-0226-z
- Kevin Beck. (28 de janeiro de 2020). 10 usos para o oxigênio. Recuperado de: sciencing.com
- Cliffsnotes. (2020). Bioquímica I: A Química do Oxigênio Molecular. Recuperado de: cliffsnotes.com
- GZ Industrial Supplies. (2020). Benefícios industriais do gás oxigênio. Recuperado de: gz-supplies.com