O que é oxigênio? Compostos de oxigênio

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Última modificação: 2023-12-17 05:39

Oxigênio (O) é um elemento químico não metálico do grupo 16 (VIa) da tabela periódica. É um gás incolor, inodoro e insípido essencial para os organismos vivos – animais que o transformam em dióxido de carbono e plantas que usam CO₂ como fonte de carbono e retornam O ₂ na atmosfera. O oxigênio forma compostos reagindo com quase qualquer outro elemento e também desloca os elementos químicos da ligação entre si. Em muitos casos, esses processos são acompanhados pela liberação de calor e luz. O composto de oxigênio mais importante é a água.

Histórico de descobertas

Em 1772, o químico sueco Carl Wilhelm Scheele demonstrou pela primeira vez o oxigênio aquecendo nitrato de potássio, óxido de mercúrio e muitas outras substâncias. Independentemente dele, em 1774, o químico inglês Joseph Priestley descobriu esse elemento químico por decomposição térmica do óxido de mercúrio e publicou suas descobertas no mesmo ano, três anos antes da publicação. Scheele. Em 1775-1780, o químico francês Antoine Lavoisier interpretou o papel do oxigênio na respiração e na combustão, rejeitando a teoria do flogisto geralmente aceita na época. Ele notou sua tendência de formar ácidos quando combinado com várias substâncias e nomeou o elemento oxygène, que em grego significa "produção de ácido".

Prevalência

O que é oxigênio? Constituindo 46% da massa da crosta terrestre, é o seu elemento mais comum. A quantidade de oxigênio na atmosfera é de 21% em volume e em peso na água do mar é de 89%.

Nas rochas, o elemento é combinado com metais e não metais na forma de óxidos, que são ácidos (por exemplo, enxofre, carbono, alumínio e fósforo) ou básicos (sais de cálcio, magnésio e ferro), e como compostos semelhantes a sais que podem ser considerados como formados a partir de óxidos ácidos e básicos, como sulfatos, carbonatos, silicatos, aluminatos e fosfatos. Embora sejam numerosos, esses sólidos não podem servir como fontes de oxigênio, pois quebrar a ligação de um elemento com átomos de metal consome muita energia.

Recursos

Se a temperatura do oxigênio estiver abaixo de -183 °C, ele se torna um líquido azul pálido e, a -218 °C - sólido. O puro O₂ é 1,1 vezes mais pesado que o ar.

Durante a respiração, os animais e algumas bactérias consomem oxigênio da atmosfera e devolvem dióxido de carbono, enquanto durante a fotossíntese, as plantas verdes na presença da luz solar absorvem dióxido de carbono e liberam oxigênio livre. Quasetodo O₂ na atmosfera é produzido pela fotossíntese.

A 20 °C, cerca de 3 partes em volume de oxigênio se dissolvem em 100 partes de água doce, um pouco menos na água do mar. Isso é necessário para a respiração dos peixes e outras formas de vida marinha.

Oxigênio natural é uma mistura de três isótopos estáveis: ¹⁶O (99,759%), ¹⁷O (0,037%) e¹⁸O (0,204%). Vários isótopos radioativos produzidos artificialmente são conhecidos. O mais longevo deles é ¹⁵O (com meia-vida de 124 s), que é usado para estudar a respiração em mamíferos.

Alótropos

Uma ideia mais clara do que é o oxigênio, permite obter suas duas formas alotrópicas, diatômica (O₂) e triatômica (O₃ , ozônio). As propriedades da forma diatômica sugerem que seis elétrons ligam os átomos e dois permanecem desemparelhados, causando o paramagnetismo do oxigênio. Os três átomos na molécula de ozônio não estão em linha reta.

Ozônio pode ser produzido de acordo com a equação: 3O₂ → 2O₃.

O processo é endotérmico (requer energia); a conversão do ozônio novamente em oxigênio diatômico é facilitada pela presença de metais de transição ou seus óxidos. O oxigênio puro é convertido em ozônio por uma descarga elétrica brilhante. A reação também ocorre por absorção de luz ultravioleta com um comprimento de onda de cerca de 250 nm. A ocorrência deste processo na alta atmosfera elimina a radiação que poderia causardanos à vida na superfície da Terra. O cheiro pungente de ozônio está presente em espaços fechados com equipamentos elétricos faíscas, como geradores. É um gás azul claro. Sua densidade é 1,658 vezes maior que a do ar e tem um ponto de ebulição de -112°C à pressão atmosférica.

O ozônio é um forte agente oxidante, capaz de converter dióxido de enxofre em trióxido, sulfeto em sulfato, iodeto em iodo (fornecendo um método analítico para avaliá-lo) e muitos compostos orgânicos em derivados oxigenados, como aldeídos e ácidos. A conversão de hidrocarbonetos do escapamento do carro nesses ácidos e aldeídos pelo ozônio é o que causa o smog. Na indústria, o ozônio é usado como agente químico, desinfetante, tratamento de águas residuais, purificação de água e branqueamento de tecidos.

Métodos de Obtenção

A forma como o oxigênio é produzido depende da quantidade de gás necessária. Os métodos laboratoriais são os seguintes:

1. Decomposição térmica de alguns sais como clorato de potássio ou nitrato de potássio:

2KClO₃ → 2KCl + 3O₂.
2KNO₃ → 2KNO₂ + O₂.

A decomposição do clorato de potássio é catalisada por óxidos de metais de transição. O dióxido de manganês (pirolusita, MnO₂) é frequentemente usado para isso. O catalisador reduz a temperatura necessária para evoluir o oxigênio de 400 para 250°C.

2. Decomposição de temperatura de óxidos metálicos:

2HgO → 2Hg +O₂.
2Ag₂O → 4Ag + O₂.

Scheele e Priestley usaram um composto (óxido) de oxigênio e mercúrio (II) para obter este elemento químico.

3. Decomposição térmica de peróxidos metálicos ou peróxido de hidrogênio:

2BaO + O₂ → 2BaO₂.
2BaO₂ → 2BaO+O₂.
BaO₂ + H₂SO₄ → H₂ O₂ + BaSO₄.
2H₂O₂ → 2H₂O +O _2.

Os primeiros métodos industriais para separar o oxigênio da atmosfera ou para produzir peróxido de hidrogênio dependiam da formação de peróxido de bário a partir do óxido.

4. Eletrólise da água com pequenas impurezas de sais ou ácidos, que proporcionam a condutividade da corrente elétrica:

2H₂O → 2H₂ + O₂

Produção industrial

Se for necessário obter grandes volumes de oxigênio, utiliza-se a destilação fracionada de ar líquido. Dos principais constituintes do ar, ele tem o ponto de ebulição mais alto e, portanto, é menos volátil que o nitrogênio e o argônio. O processo usa o resfriamento do gás à medida que ele se expande. Os principais passos da operação são os seguintes:

ar é filtrado para remover partículas;
umidade e dióxido de carbono são removidos por absorção em álcali;
ar é comprimido e o calor da compressão é removido por procedimentos normais de resfriamento;
então entra na bobina localizada emcâmera;
parte do gás comprimido (a uma pressão de cerca de 200 atm) se expande na câmara, resfriando a bobina;
gás expandido retorna ao compressor e passa por vários estágios de expansão e compressão subsequentes, resultando em um líquido a -196 °C ar se torna líquido;
líquido é aquecido para destilar os primeiros gases inertes leves, depois o nitrogênio e o oxigênio líquido permanece. O fracionamento múltiplo produz um produto suficientemente puro (99,5%) para a maioria dos fins industriais.

Uso Industrial

A metalurgia é a maior consumidora de oxigênio puro para a produção de aço de alto carbono: livre-se do dióxido de carbono e de outras impurezas não metálicas de forma mais rápida e fácil do que usar o ar.

O tratamento de efluentes com oxigênio promete tratar efluentes líquidos com mais eficiência do que outros processos químicos. A incineração de resíduos em sistemas fechados usando O₂.

. está se tornando cada vez mais importante

O chamado oxidante de foguete é o oxigênio líquido. Pure O₂ Usado em submarinos e sinos de mergulho.

Na indústria química, o oxigênio substituiu o ar normal na produção de substâncias como acetileno, óxido de etileno e metanol. As aplicações médicas incluem o uso do gás em câmaras de oxigênio, inaladores e incubadoras de bebês. Um gás anestésico enriquecido com oxigênio fornece suporte à vida durante a anestesia geral. Sem este elemento químico, uma série deindústrias que utilizam fornos de fusão. O oxigênio é isso.

Propriedades e reações químicas

A alta eletronegatividade e afinidade eletrônica do oxigênio são típicas de elementos que apresentam propriedades não metálicas. Todos os compostos de oxigênio têm um estado de oxidação negativo. Quando dois orbitais são preenchidos com elétrons, um íon O^2- é formado. Em peróxidos (O₂^2-) supõe-se que cada átomo tenha uma carga de -1. Essa propriedade de aceitar elétrons por transferência total ou parcial determina o agente oxidante. Quando tal agente reage com uma substância doadora de elétrons, seu próprio estado de oxidação é reduzido. A mudança (diminuição) no estado de oxidação do oxigênio de zero a -2 é chamada de redução.

Em condições normais, o elemento forma compostos diatômicos e triatômicos. Além disso, existem moléculas de quatro átomos altamente instáveis. Na forma diatômica, dois elétrons desemparelhados estão localizados em orbitais não ligantes. Isso é confirmado pelo comportamento paramagnético do gás.

A intensa reatividade do ozônio às vezes é explicada pela suposição de que um dos três átomos está em um estado "atômico". Entrando na reação, este átomo se dissocia de O₃, deixando o oxigênio molecular.

A molécula O₂ é fracamente reativa em temperaturas e pressões ambientes normais. O oxigênio atômico é muito mais ativo. A energia de dissociação (O₂ → 2O) é significativa eé 117,2 kcal por mol.

Conexões

Com não metais como hidrogênio, carbono e enxofre, o oxigênio forma uma ampla gama de compostos ligados covalentemente, incluindo óxidos de não metais como água (H₂O), dióxido de enxofre (SO₂) e dióxido de carbono (CO₂); compostos orgânicos tais como álcoois, aldeídos e ácidos carboxílicos; ácidos comuns como carbônico (H₂CO₃), sulfúrico (H₂SO4_{) e nitrogênio (HNO}3_{); e sais correspondentes como sulfato de sódio (Na}2_SO4_{), carbonato de sódio (Na}2 _CO 3_{) e nitrato de sódio (NaNO}3_{). O oxigênio está presente na forma do íon O}2- ^{na estrutura cristalina de óxidos metálicos sólidos, como o composto (óxido) de oxigênio e cálcio CaO. Os superóxidos metálicos (KO}2_{) contêm o íon O}2-^{, enquanto os peróxidos metálicos (BaO2}), contém o íon O₂_2-. Os compostos de oxigênio têm principalmente um estado de oxidação de -2.