Oxigênio, Propriedades Físicas e Químicas do Oxigênio
O oxigênio, elemento químico de símbolo O, pertence ao grupo dos calcogênios (VIa) da tabela periódica. É o elemento mais abundante na crosta terrestre, na percentagem de 46,6%. Está presente na atmosfera na proporção de 21% do volume, e na água do mar na proporção de 85,7% do peso. Sua abundância cósmica é, no entanto, nitidamente inferior à de outros elementos mais leves, como o hidrogênio, o hélio e, em menor medida, o carbono e o nitrogênio.
Durante muito tempo o ar foi considerado um elemento químico
e só ao final do século XVIII reconheceu-se que ele era na verdade uma
mistura, cujo constituinte ativo é atualmente chamado oxigênio. Coube ao
químico francês Antoine Lavoisier mostrar que a combustão, a calcinação
dos metais e a respiração são fenômenos relacionados entre si, pois são
todos processos de combinação com o oxigênio.
Propriedades físicas e químicas - Na baixa atmosfera e à temperatura
ambiente, o oxigênio está presente principalmente na forma de moléculas
diatômicas (O2), que constituem um gás incolor, inodoro e insípido,
essencial para os organismos vivos. Apresenta densidade levemente
superior à do ar e seus átomos são relativamente pequenos, pois possuem
somente oito elétrons (partículas elementares de carga negativa).
O oxigênio natural consiste numa mistura de três isótopos estáveis: o oxigênio 16 (99,759%), o oxigênio 17 (0,037%) e o oxigênio 18 (0,204%). Pouco solúvel em água, forma bolhas que se desprendem facilmente por simples agitação. À temperatura ambiente, a molécula de oxigênio é relativamente inerte, mas na presença de substâncias catalisadoras ou ao ser aquecida, reage com a maioria dos elementos para formar vários compostos.
Descoberta e métodos de obtenção - Embora o químico sueco Carl Wilhelm
Scheele tenha conseguido preparar uma amostra de oxigênio em 1772,
atribui-se tradicionalmente seu descobrimento ao britânico Joseph
Priestley, que sintetizou o gás em 1774 e publicou antes de Scheele o
resultado de suas experiências. O trabalho de Priestley, aperfeiçoado
depois por Lavoisier (que criou o nome oxigênio), se baseava no
aquecimento de óxido de mercúrio, que produzia um gás puro,
perfeitamente respirável, consumido por completo em novas combustões.Esse método, também aplicado aos óxidos de prata e de bário e a certa variedade de sais, produz oxigênio de grande pureza, ainda que em pequenas quantidades. Outra fonte comum de síntese do oxigênio em laboratório é a decomposição da água oxigenada. Na indústria, são mais utilizadas a eletrólise da água, que resulta na separação de seus dois elementos constituintes, hidrogênio e oxigênio; e a destilação fracionada do ar líquido. O primeiro processo consiste em submeter à ação de corrente elétrica uma cuba eletrolítica cheia de água, à qual se adicionou uma substância condutora, como o ácido sulfúrico ou a soda cáustica. A destilação fracionada do ar líquido, processo de maior rentabilidade econômica para aplicação em grande escala, se baseia na diferença existente entre os pontos de ebulição do nitrogênio e do oxigênio, componentes mais abundantes na mistura.
Variedades alotrópicas - O oxigênio apresenta-se habitualmente na forma
de moléculas diatômicas, mas se altera sob a ação de fortes descargas
elétricas ou na presença de substâncias ionizadas que tenham perdido
parte de sua carga eletrônica ou capturado partículas do ambiente.
Produz-se dessa maneira uma variedade alotrópica chamada ozônio, de
molécula O3. Essa substância, empregada industrialmente como
descolorante, esterilizador de líquidos e depurador de ambientes, está
presente nas altas camadas da atmosfera. Desempenha papel fundamental na
manutenção da vida sobre a Terra ao proteger o planeta da radiação
ultravioleta do Sol.
Compostos oxigenados - A combinação do oxigênio com outros elementos
forma óxidos, cuja reação com a água produz oxiácidos e bases. A
combinação de ácidos e bases produz por sua vez sais oxigenados, dos
quais existem numerosas famílias e variedades, presentes na natureza na
maioria dos fenômenos geológicos. Inúmeras substâncias orgânicas, como
álcoois, éteres, aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos e ésteres,
também possuem átomos de oxigênio em sua estrutura.
Processos de oxidação - A reação espontânea de qualquer substância com o
oxigênio é denominada oxidação (termo que também designa qualquer
processo no qual uma substância perde elétrons). Quando a reação é
imediata e produz calor e luz, chama-se combustão. São exemplos de
processos de oxidação a corrosão do ferro e a putrefação da madeira, que
formam óxidos de ferro e de carbono, respectivamente. A queima da
madeira gera os mesmos produtos de sua putrefação: dióxido de carbono e
água. Os fenômenos de combustão podem ser espontâneos e, em substâncias
como o carvão betuminoso, provocar incêndios em virtude da reação
instantânea entre oxigênio, carbono e hidrogênio.
Aplicações - São inúmeras as aplicações do oxigênio na indústria. Vários
tipos de maçaricos -- como os oxiacetilênicos, produtores de feixes de
grande conteúdo energético, que soldam ou seccionam metais; os
oxídricos, que fabricam delicados dispositivos de quartzo e platina; e
os de gás, úteis no tratamento de vidros -- permitem a realização de
tarefas específicas de soldadura nas indústrias de base e de construção.
O oxigênio líquido, misturado a outros combustíveis, é utilizado como
explosivo.
Certos trabalhos que exigem a permanência do homem em ambientes hostis demandam o transporte do oxigênio necessário à respiração. Submarinos, aviões, naves espaciais e prospecções minerais e geológicas a grandes profundidades são abastecidos com tanques e bombas de oxigênio quando não é possível empregar dispositivos de injeção de ar a partir do exterior. Nos centros médicos é comum a administração de oxigênio a pacientes asmáticos ou com problemas pulmonares. Também é aconselhável em processos de envenenamento, nos quais é preciso acelerar os mecanismos de oxigenação do sangue.
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