Oxigênio molecular: estrutura, propriedades, usos

O oxigênio molecular é uma molécula formada por dois átomos de oxigênio ligados entre si, representada pela fórmula O2. É um dos elementos mais abundantes na Terra e desempenha um papel crucial na respiração celular de organismos aeróbicos. Suas propriedades incluem ser incolor, inodoro e insípido, além de ser altamente reativo. O oxigênio molecular é utilizado em uma variedade de aplicações, como na medicina, na indústria química, na metalurgia e na produção de energia. Neste artigo, exploraremos a estrutura, propriedades e usos do oxigênio molecular.

Propriedades do oxigênio: características e funções do elemento essencial para vida.

O oxigênio molecular é um elemento fundamental para a vida na Terra, sendo responsável por diversas funções vitais em organismos vivos. Suas propriedades físicas e químicas são essenciais para entender sua importância e seus usos.

O oxigênio molecular (O2) é um gás incolor, inodoro e insípido. Sua molécula é formada por dois átomos de oxigênio ligados covalentemente. Ele é altamente reativo e participa de diversas reações químicas, sendo fundamental para a respiração celular.

Uma das principais características do oxigênio é sua capacidade de sustentar a vida aeróbica, fornecendo energia para as células por meio da respiração. Além disso, ele é essencial para a oxidação de nutrientes e a produção de ATP, a principal fonte de energia das células.

Oxigênio também desempenha um papel importante na purificação da água e do ar, atuando como agente oxidante na decomposição de materiais orgânicos. Ele é utilizado em diversos processos industriais, como na produção de aço, na fabricação de vidro e na purificação de metais.

Suas propriedades únicas o tornam indispensável para a sobrevivência dos seres vivos e para o funcionamento de vários setores da indústria.

Qual a importância do oxigênio na respiração e em processos biológicos?

O oxigênio é fundamental para a vida na Terra, desempenhando um papel essencial na respiração e em diversos processos biológicos. Ele é um elemento químico presente na atmosfera em forma de moléculas diatômicas, conhecidas como O2. Essas moléculas são essenciais para a respiração aeróbica, que é o processo através do qual os seres vivos obtêm energia a partir da quebra de moléculas de glicose. Durante a respiração, o oxigênio é utilizado para oxidar compostos orgânicos, liberando energia que é armazenada na forma de ATP.

Além da respiração, o oxigênio também está envolvido em outros processos biológicos, como a fotossíntese, que é realizada por plantas, algas e algumas bactérias. Nesse processo, as plantas utilizam a energia da luz solar para converter dióxido de carbono (CO2) e água em glicose e oxigênio, liberando o oxigênio na atmosfera e fornecendo energia para seu crescimento e desenvolvimento.

Outra importante função do oxigênio é atuar como agente oxidante em reações químicas no organismo, ajudando na eliminação de substâncias tóxicas e na defesa contra microorganismos patogênicos. Além disso, o oxigênio é fundamental para a produção de energia nas células e para a manutenção de processos metabólicos essenciais para a vida.

Portanto, sua presença na atmosfera e sua utilização pelos organismos vivos são fundamentais para a manutenção da vida no planeta Terra.

Principais usos do oxigênio na indústria, medicina e meio ambiente.

O oxigênio molecular, representado pela fórmula O2, é um gás essencial para a vida na Terra. Além de sua importância para a respiração dos seres vivos, o oxigênio possui diversos usos na indústria, medicina e meio ambiente.

Na indústria, o oxigênio é amplamente utilizado em processos de combustão, como na siderurgia para a produção de aço e na fabricação de vidro. Ele também é empregado em processos de oxidação e combustão em refinarias de petróleo e na produção de produtos químicos.

Já na medicina, o oxigênio é utilizado em terapias respiratórias para pacientes com insuficiência respiratória, em cirurgias e em procedimentos de diagnóstico, como ressonâncias magnéticas. Ele também é essencial em câmaras hiperbáricas para tratamento de doenças descompressivas e em casos de envenenamento por monóxido de carbono.

No meio ambiente, o oxigênio desempenha um papel fundamental na manutenção da vida, sendo essencial para a respiração de animais e para processos de decomposição de matéria orgânica. Além disso, o oxigênio é utilizado em estações de tratamento de água e efluentes para promover a oxidação de compostos orgânicos e remover impurezas.

Como o oxigênio é utilizado em diversas aplicações do dia a dia?

O oxigênio é um elemento essencial para a vida na Terra, sendo amplamente utilizado em diversas aplicações do dia a dia. Sua molécula é formada por dois átomos de oxigênio ligados covalentemente, representada pela fórmula O₂.

Uma das principais aplicações do oxigênio é na área da medicina, onde é utilizado em terapias respiratórias para auxiliar pacientes com problemas respiratórios, como a oxigenoterapia. Além disso, é utilizado em procedimentos cirúrgicos e em ambulâncias para garantir a respiração adequada dos pacientes.

No campo da indústria, o oxigênio é essencial em processos de oxidação e combustão, sendo utilizado, por exemplo, na produção de aço em altos-fornos. Ele também é empregado na fabricação de vidro, na purificação de água e no tratamento de efluentes.

Além disso, o oxigênio é utilizado em mergulho autônomo, permitindo que os mergulhadores respirem debaixo d’água. Ele também é empregado em aviação, em aeronaves que voam em altitudes elevadas, onde a pressão atmosférica é baixa.

Oxigênio molecular: estrutura, propriedades, usos

O oxigênio molecular ou dióxido de oxigênio , também chamado de oxigênio ou gás diatômico, é a maneira elementar mais comum desse elemento na Terra. Sua fórmula é O ₂ , sendo, portanto, uma molécula diatômica e homonuclear totalmente apolar.

O ar que respirar é constituído por cerca de 21% de oxigénio como S ₂ moléculas . Quanto mais subimos, as concentrações de oxigênio gasoso diminuem e a presença de ozônio, O _{3, aumenta} . Nosso corpo usa O ₂ para oxigenar seus tecidos e realizar a respiração celular.

O ₂ também é responsável pela existência de fogo: sem ele, seria quase impossível para que haja incêndios e combustões. Isso ocorre porque sua principal propriedade é a de 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 águas residuais. Este gás é praticamente sinônimo de calor, respiração, oxidação e, por outro lado, temperaturas congelantes quando está no estado líquido.

Estrutura do oxigênio molecular

Na imagem superior, temos a estrutura molecular do oxigênio gasoso representada por vários modelos. Nos dois últimos, as características da ligação covalente que mantém os átomos de oxigênio juntos são evidentes: uma ligação dupla O = O, na qual cada átomo de oxigênio completa seu byte de valência.

A molécula de O ₂ é linear, homonuclear e simétrica. O vínculo duplo é de 121 horas. Essa curta distância significa que é necessária uma energia considerável (498 kJ / mol) para quebrar a ligação O = O e, portanto, é uma molécula relativamente estável.

Caso contrário, o oxigênio na atmosfera teria se degradado completamente ao longo do tempo ou o ar pegaria fogo do nada.

Propriedades

Aparência física

O oxigênio molecular é um gás incolor, insípido e inodoro, mas quando 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 na água, mas suficiente para apoiar a fauna marinha. Se sua solubilidade fosse maior, seria menos provável que morresse de afogamento. Por outro lado, sua solubilidade é muito maior em óleos e líquidos apolares, 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 usando a teoria da ligação de valência (TEV). 

A configuração eletrônica do oxigênio é a seguinte:

[Ele] 2s² 2p⁴

Tem um par de elétrons não emparelhados (O :). Quando dois átomos de oxigênio se encontram, eles se ligam para formar uma ligação dupla O = O, ambos completando o byte 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:

Assim, a teoria orbital molecular (TOM) descreve melhor o O ₂ . Os dois elétrons não emparelhados estão localizados nos orbitais moleculares π ^{* de} energia mais alta e conferem ao oxigênio seu caráter paramagnético.

De fato, esse estado de energia corresponde ao oxigênio tripleto, ³ O ₂ , o mais predominante de todos. O outro estado energético do oxigênio, menos abundante na Terra, é o singleto, ¹ O ₂ .

Transformações

O oxigênio molecular é consideravelmente estável desde que não esteja 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 a diminuir, ganhar elétrons de outros átomos ou moléculas.

Quando reduzido, é capaz de estabelecer um amplo espectro de links e formas. Se formar ligações covalentes, o fará com menos átomos eletronegativos que ele próprio, incluindo o hidrogênio, para originar a água, HOH. Também será capaz de criar um universo de carbono, originar ligações CO e vários tipos de moléculas oxigenadas orgânicas (éteres, cetonas, aldeídos, etc.).

O ₂ também pode ganhar electrões para se transformar em peróxido e aniões superóxido, O ₂ ^2- e O ₂ ^– , respectivamente. Quando ele é convertido em peróxido de dentro do corpo, o peróxido de hidrogénio, H ₂ O ₂ , hooh é obtido, um composto nocivo, que é processado pela aco 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 , compondo uma lista interminável de massas mineralógicas que engrossam a crosta e o manto da Terra.

Formulários

Soldagem e combustão

O oxigênio é usado para realizar a reação de combustão, pela qual uma substância é oxidada exotermicamente emitindo fogo. Este fogo e sua temperatura variam dependendo da substância que está queimando. Assim, chamas muito quentes, como acetileno (acima), podem ser obtidas com as quais metais e ligas são soldados.

Se não fosse por oxigênio, os combustíveis não poderiam queimar e fornecer toda a sua energia calórica, usada para lançar foguetes ou iniciar carros.

Oxidante em química verde

Graças a esse gás, uma série 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 ​​na 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 condições graves de saúde, em mergulhadores quando descem a profundidades baixas e em alpinistas, em cujas altitudes a concentração de oxigênio é drasticamente reduzida.

Da mesma forma, o oxigênio “alimenta” bactérias aeróbicas, que ajudam a degradar resíduos contaminantes do esgoto, ou ajudam a respirar peixes, em culturas aquosas para sua proteção ou comércio.

Referências

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