Oxigênio molecular: estrutura, propriedades, usos

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.

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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.

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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.

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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

  1. Shiver & Atkins. (2008). Química inorgânica . (quarta edição). Mc Graw Hill.
  2. Wikipedia. (2020). Alótropos de oxigênio. Recuperado de: en.wikipedia.org
  3. Hone, CA, Kappe, CO (2019). O Uso de Oxigênio Molecular para Oxidações Aeróbicas em Fase Líquida em Fluxo Contínuo. Top Curr Chem (Z) 377, 2. doi.org/10.1007/s41061-018-0226-z
  4. Kevin Beck. (28 de janeiro de 2020). 10 usos para oxigênio. Recuperado de: sciencing.com
  5. Cliffsnotes. (2020). Bioquímica I: A Química do Oxigênio Molecular. Recuperado de: cliffsnotes.com
  6. GZ Suprimentos industriais. (2020). Benefícios industriais do gás oxigênio. Recuperado de: gz-supplies.com

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