- Estructura de l'oxigen molecular
- propietats
- aparença física
- massa molar
- Punt de fusió
- Punt d'ebullició
- solubilitat
- Estats energètics
- transformacions
- usos
- Soldadures i combustió
- Agent oxidant en la química verda
- Respiració assistida i tractament d'aigües residuals
- referències
El oxigen molecular o dioxigen, també anomenat oxigen diatòmic o gasós, és la forma elemental més comuna en què es troba aquest element al planeta Terra. La seva fórmula és O 2, sent per tant una molècula diatòmica i homonuclear, totalment apolar.
L'aire que respirem es compon al voltant de 21% d'oxigen com a molècules O 2. Com més ascendim, disminueixen les concentracions d'oxigen gasós, i augmenta la presència de l'ozó, O 3. El nostre cos aprofita el O 2 per oxigenar els seus teixits i exercir la respiració cel·lular.
Sense l'oxigen enriquint la nostra atmosfera la vida seria un fenomen insostenible. Font: Pixabay.
L'O 2 és el responsable així mateix de l'existència d'el foc: sense ell seria gairebé impossible que hi hagués incendis i combustions. Això es deu al fet que la seva principal propietat és la de ser un poderós agent oxidant, guanyant electrons o reduint-se en una molècula d'aigua, o en anions d'òxid, O 2-.
L'oxigen molecular és essencial per a infinitat de processos aeròbics, tenint aplicacions en la metal·lúrgia, en la medicina i en el tractament de les aigües residuals. Aquest gas pràcticament és sinònim de calor, respiració, oxidació i, d'altra banda, de temperatures gelades quan es té en el seu estat líquid.
Estructura de l'oxigen molecular
Estructura molecular de l'oxigen gasós. Font: Benjah-bmm27 via Wikipedia.
A la imatge superior tenim l'estructura molecular de l'oxigen gasós representada amb diversos models. En els últims dos s'evidencien les característiques de l'enllaç covalent que manté units els àtoms d'oxigen: un enllaç doble O = O, en el qual cada àtom d'oxigen completa la seva octet de valència.
La molècula O 2 és lineal, homonuclear i simètrica. La seva doble enllaç té una longitud de 121 pm. Aquesta curta distància fa que es requereixi certa energia considerable (498 kJ / mol) per trencar l'enllaç O = O, i que per tant sigui una molècula relativament estable.
Si no fos així, l'oxigen de l'atmosfera s'hagués degradat completament amb el pas el temps, o l'aire es incendiaria del no-res.
propietats
aparença física
L'oxigen molecular és un gas incolor, insípid i inodor, però que a l'condensar i cristal·litzar adquireix tonalitats blavoses.
massa molar
32 g / mol (valor arrodonit)
Punt de fusió
-218 ºC
Punt d'ebullició
-183
solubilitat
L'oxigen molecular és poc soluble en aigua, però prou per sustentar la fauna marina. Si el seu solubilitat fos més gran, seria menys probable morir d'ofegament. D'altra banda, la seva solubilitat és molt més gran en olis i líquids apolars, sent capaç de oxidarlos lentament i afectar així les seves propietats originals.
Estats energètics
L'oxigen molecular és una substància que no pot ser d'el tot descrita mitjançant la teoria de l'enllaç de valència (TEV).
La configuració electrònica de l'oxigen és la següent:
2s² 2p⁴
Té un parell d'electrons desaparellats (O:). Quan dos àtoms d'oxigen es troben, s'enllacen per formar un doble enllaç O = O, completant tots dos l'octet de valència.
Per tant, la molècula O 2 hauria de ser diamagnética, amb tots els seus electrons aparellats. No obstant això, es tracta d'una molècula paramagnètica, i això s'explica mitjançant el diagrama de les seves orbitals moleculars:
Diagrama d'orbitals moleculars per a l'oxigen gasós. Font: Anthony.Sebastian / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)
És així doncs que la teoria de l'orbital molecular (TOM) descriu millor a l'O 2. Els dos electrons desaparellats s'ubiquen en els orbitals moleculars π *, de major energia, i doten a l'oxigen del seu caràcter paramagnètic.
De fet, aquest estat energètic correspon a l'oxigen triplet, 3 O 2, el més predominant de tots. L'altre estat energètic de l'oxigen, menys abundant a la Terra, és el singlet, 1 O 2.
transformacions
L'oxigen molecular és considerablement estable sempre que no estigui en contacte amb qualsevol substància que sigui susceptible a oxidar-se, molt menys si no hi ha cap font propera d'intensa calor, com una espurna. Això es deu al fet que l'O 2 té una alta tendència a reduir-se, guanyar electrons d'altres àtoms o molècules.
Quan es redueix, és capaç d'establir un ampli espectre d'enllaços i formes. Si forma enllaços covalents, ho farà amb àtoms menys electronegatiu que ell, incloent l'hidrogen, per originar aigua, HOH. També podrà universe a l'carboni, per originar enllaços CO i diversos tipus de molècules orgàniques oxigenades (èters, cetones, aldehids, etc.).
El O 2 també pot guanyar electrons per transformar-se en els anions peròxids i superòxids, O 2 2- i O 2 -, respectivament. Quan es converteix en el peròxid dins de l'organisme, s'obté el peròxid d'hidrogen, H 2 O 2, HOOH, compost nociu que és processat per l'acció d'enzims específics (peroxidases i catalases).
D'altra banda, i no menys important, l'O 2 reacciona amb la matèria inorgànica per convertir-se en l'anió òxid, O 2-, component una llista interminable de masses mineralògiques que fan augmentar l'escorça i mantell terrestres.
usos
Soldadures i combustió
L'oxigen s'empra per combustionar l'acetilè i acomiadar una flama d'intensa calor que és valuosa en les soldadures. Font: Sheila / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)
L'oxigen s'utilitza per dur a terme la reacció de combustió, per la qual una substància s'oxida exotèrmicament desprenent foc. Aquest foc i la seva temperatura varien depenent de la substància que està cremant. Així, es pot obtenir flames molt calents, com la de l'acetilè (a dalt), amb les quals es solden metalls i aliatges.
Si no fos per l'oxigen, els combustibles tampoc podrien cremar i brindar tota la seva energia calòrica, utilitzada per enlairar coets, o per posar en marxa els automòbils.
Agent oxidant en la química verda
Gràcies a aquest gas es sintetitzen o produeixen industrialment una infinitat d'òxids orgànics i inorgànics. Aquestes reaccions es basen en el poder oxidant de l'oxigen molecular, sent també un dels reactius més viable de la química verda per a l'obtenció de productes farmacèutics.
Respiració assistida i tractament d'aigües residuals
L'oxigen és vital per cobrir la demanda respiratòria en pacients amb estats greus de salut, en bussos quan baixen a baixes profunditats, i en els escaladors de muntanyes, en les altituds la concentració d'oxigen es veu dramàticament reduïda.
Així mateix, l'oxigen "alimenta" els bacteris aeròbiques, les quals ajuden a degradar residus contaminants de les aigües residuals, o ajuda a respirar als peixos, en cultius aquosos per a la seva protecció o comerç.
referències
- Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgànica. (Quarta edició). Mc Graw Hill.
- Wikipedia. (2020). Allotropes of oxygen. Recuperat de: en.wikipedia.org
- Hone, CA, Kappe, CO (2019). The Use of Molecular Oxygen for Liquid Phase Aeròbic Oxidations in Continuous Flow. Top Curr Chem (Z) 377, 2. doi.org/10.1007/s41061-018-0226-z
- Kevin Beck. (28 de gener de 2020). 10 Uses for Oxygen. Recuperat de: sciencing.com
- CliffsNotes. (2020). Bioquímica I: The Chemistry of Molecular Oxygen. Recuperat de: cliffsnotes.com
- GZ Industrial Supplies. (2020). Industrial benefits of Oxygen gas. Recuperat de: gz-supplies.com