O oxigênio é um - Estudando Quimica

Aula: 03
Temática: Oxigênio
Nesta aula iremos aprender sobre um elemento de grande
importância. Vamos lá!
O oxigênio é um gás na temperatura ambiente, incolor, insípido, inodoro,
comburente, mas não combustível e pouco solúvel em água.
Representa aproximadamente 20% da composição da atmosfera terrestre
sendo um dos elementos mais importantes da química orgânica, participa de
do ciclo energético dos seres vivos, e possui uma importância essencial na
respiração celular dos organismos aeróbicos.
Existe também uma forma molecular formada por três átomos de oxigênio (O3)
denominada ozônio cuja presença na atmosfera protege a Terra da incidência
de radiação ultravioleta procedente do Sol.
Ocorrência
Nas condições normais de temperatura e pressão, o oxigênio se encontra no
estado gasoso e forma moléculas diatômicas com fórmula O2. É formado
durante a fotossíntese das plantas e, posteriormente, utilizado pelos animais na
respiração. O oxigênio líquido e sólido tem uma ligeira coloração azulada e, em
ambos os estados, é muito paramagnético.
É um elemento abundante na crosta terrestre (estimado em 46,7%) e nos
oceanos (em torno de 87% como componente da água). É o segundo em
abundância na atmosfera (cerca de 20%). Os óxidos de metais, silicatos (SiO44) e carbonatos (CO32-) são encontrados com freqüência em rochas e no solo.
Na atmosfera existe como oxigênio molecular, O2, dióxido de carbono (CO2) e,
em menor proporção como monóxido de carbono (CO), ozônio (O3), dióxido de
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nitrogênio (NO2), monóxido de nitrogênio (NO), dióxido de enxofre (SO2) e
outros.
Obtenção
A obtenção é feita a partir da destilação fracionada por baixa temperatura do ar
atmosférico (criogenia). No mesmo processo são obtidos o nitrogênio e o
argônio
O oxigênio líquido se obtém usualmente a partir da destilação fracionada do ar
líquido junto com o nitrogênio. Reage praticamente com a totalidade dos
metais, exceto com os metais nobres como ouro, platina e outros, o que
provoca a corrosão.
No laboratório, a obtenção do oxigênio é preparada em pequena escala pela
decomposição térmica do KClO3 (com MnO2 como catalisador), embora o
produto possa conter pequenas quantidades de Cl2 ou ClO2. Pequenas
quantidades de O2 são produzidas pelo aquecimento do NaClO3, como fonte
emergencial em aviões:
2KClO3 → 2KCl + 3O2
(150ºC)
Estrutura
O oxigênio ocorre na forma de dois compostos não-metálicos, o O2 e o O3. O
dioxigênio (O2) é uma molécula diatômica estável, o que explica sua existência
na forma de um gás. A ligação da molécula de gás oxigênio não é tão simples
como a princípio possa parecer. Se a molécula tivesse duas ligações
covalentes, então todos os elétrons estariam emparelhados e a molécula seria
diamagnética (O=O), porém a molécula é paramagnética e, portanto, deve
conter elétrons desemparelhados. A explicação desse fenômeno foi um dos
primeiros
êxitos
da
teoria
de
orbitais
moleculares.
A
diferença
de
eletronegatividade entre o oxigênio e os metais é grande. Por isso, a maioria
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das ligações dos óxidos é iônica. Podem também formar ligações covalentes, o
que dá origem a compostos como: F2O, Cl2O, H2S e SCl2.
Propriedades
Devido à sua alta eletronegatividade, o oxigênio reage com
quase todos os elementos químicos, excetuando-se alguns gases nobres.
O composto mais notável do oxigênio é a água (H2O). Outros compostos
importantes de oxigênio também são bem conhecidos como o dióxido de
carbono, os álcoois (R-OH), aldeídos, (R-CHO), e ácidos carboxílicos (RCOOH) Os radicais clorato (ClO3-), perclorato (ClO4-), cromato (CrO42-),
dicromato (Cr2O72-), permanganato (MnO4-) e nitrato (NO3-) são fortes agentes
oxidantes. Os Epóxidos são éteres nos quais o átomo de oxigênio é um
heteroátomo.
O Ozônio (O3) se forma mediante descargas elétricas a partir do oxigênio
molecular, por exemplo, durante as tormentas elétricas.
O oxigênio respirado pelos organismos aeróbicos e liberado pelas plantas no
processo de fotossíntese participa na conversão de nutrientes em energia
intracelular, porém uma redução no nível de oxigênio provoca a hipoxemia e, a
falta total ocasiona a anoxia que pode provocar a morte do organismo.
O oxigênio tem três isótopos estáveis e dez radioativos. Todos os radioisótopos
do oxigênio têm uma meia-vida de menos de três minutos.
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 Sendo assim, o corpo humano desenvolveu mecanismos de
proteção contra estas espécies tóxicas.
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As atmosferas ricas em oxigênio, em presença de materiais combustíveis, são
suscetíveis à incêndios, que se propagam com grande rapidez, podendo
provocar explosões. Do mesmo modo, pode ocorrer quando existem fontes de
oxigênio, como cloratos, perclorato, dicromato e outros.
Estes compostos com alto poder oxidante podem, também, provocar
queimaduras químicas. O oxigênio pode participar de vários tipos de reação de
combustão.
A combustão lenta ocorre em baixas temperaturas, a respiração celular é um
exemplo de uma combustão lenta.
Em uma combustão completa, o reagente irá queimar no comburente (nesse
caso o oxigênio), que produzirá um número limitado de produtos. Quando um
hidrocarboneto queima no oxigênio, a reação irá gerar apenas dióxido de
carbono e água. Quando elementos como carbono, nitrogênio, enxofre e ferro
são queimados, o resultado será os óxidos mais comuns, como o dióxido de
carbono, dióxido de nitrogênio, dióxido de enxofre é o óxido de ferro III.
A combustão turbulenta caracteriza-se por fluxos turbulentos sendo a mais
utilizada na indústria (ex: turbinas de gás, motores a diesel, etc.), isso porque a
turbulência ajuda o combustível a se misturar com o comburente.
Na combustão incompleta não ocorre o suprimento de oxigênio adequado para
ocasionar a combustão completa. Neste caso, o reagente irá queimar em
oxigênio, mas poderá produzir inúmeros produtos. Quando um hidrocarboneto
queima em oxigênio, a reação vai gerar dióxido de carbono, monóxido de
carbono, água, e vários outros compostos como os óxidos de nitrogênio. A
combustão incompleta é muito mais comum que a completa e produz um
grande número de subprodutos. No caso de queima de combustível em
automóveis, esses subprodutos podem ser muito prejudiciais à saúde e ao
meio ambiente.
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A equação abaixo mostra a queima de um hidrocarboneto:
CxHy + (x + y/4)O2 → xCO2 + (y/2)H2O
Por exemplo, a queima de propano é:
C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O
A síntese da equação de combustão completa de um hidrocarboneto e sempre
a seguinte:
Combustível + Oxigênio → Dióxido de carbono + Água + Calor
A combustão de um combustível líquido em uma atmosfera oxidante acontece
na verdade em forma gasosa. Isto quer dizer que quem queima é o vapor, e
não o líquido. Portanto, um líquido inflamável, normalmente só irá pegar fogo
acima de uma certa temperatura, que é seu ponto de fulgor. Abaixo dessa
temperatura, o líquido não irá evaporar rápido o suficiente para sustentar o fogo
caso a fonte de ignição seja removida.
Na Combustão de combustíveis sólidos, o ato da combustão consiste
em três fases relativamente distintas, mas que se sobrepõem:
•
Fase de pré-aquecimento, quando o combustível não queimado é
apenas esquentado até o seu ponto de fulgor e depois para seu ponto
de combustão. Gases inflamáveis começam a ser envolvidos em um
processo similar à destilação seca.
•
Fase de destilação ou fase gasosa, quando a mistura dos gases
inflamáveis com oxigênio sofre ignição, energia essa produzida em
forma de calor e luz. Fogo normalmente é visível nesta fase.
•
Fase de carvão ou fase sólida, quando a saída de gases inflamáveis não
é suficiente para a presença persistente de chama, e o combustível
carbonizado queima lentamente. Ele só fica incandescente e depois
continua a arder sem chama.
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Aplicações
A principal utilização do oxigênio como oxidante devido a sua elevada
eletronegatividade, é superada apenas pelo flúor. Por isso, o oxigênio líquido é
usado como comburente nos motores de propulsão dos foguetes, apesar de
que nos processos industriais o oxigênio para a combustão é obtido
diretamente do ar. Outras aplicações industriais são na soldadura e na
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 práticas desportivas, por exemplo, o submarinismo ou em atividades
profissionais para acessar os locais de pouca ou nenhuma ventilação ou em
atmosferas contaminadas. O oxigênio provoca uma resposta de euforia quando
inalado. No século XIX, era utilizado misturado com o óxido nitroso como
analgésico. Atualmente, esta mistura ressurgiu para evitar a dor em
tratamentos dentários. O Oxigênio-15, radioativo com emissão de pósitron é
usado no exame PET (Tomografia por Emissão de Posítrons) do cérebro em
medicina nuclear.
Nesta aula foi visto o oxigênio (ocorrência, obtenção, estrutura,
propriedades e aplicações). Na próxima aula, veremos ozônio e nitrogênio.
Aguardo suas dúvidas e comentários em nosso ambiente virtual de
aprendizagem.
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