Oxigênio molecular: estrutura, propriedades, usos - Ciência - 2023

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o oxigênio molecular ou dioxigênio, também chamado de oxigênio diatômico ou gasoso, é a forma elementar mais comum em que esse elemento é encontrado no planeta Terra. Sua fórmula é O₂, sendo portanto uma molécula diatômica e homonuclear, totalmente apolar.

O ar que respiramos é composto por cerca de 21% de oxigênio como moléculas O₂. À medida que subimos, as concentrações de gás oxigênio diminuem e a presença de ozônio aumenta, O₃. Nosso corpo tira proveito do O₂ para oxigenar seus tecidos e realizar a respiração celular.

O O₂ Também é responsável pela existência de fogo: sem ele seria quase impossível haver fogo e combustão. Isso porque sua principal propriedade é 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 efluentes. Este gás é praticamente sinônimo de calor, respiração, oxidação e, por outro lado, de congelamento quando está no estado líquido.

Estrutura do oxigênio molecular

Na imagem superior temos a estrutura molecular do oxigênio gasoso representada com vários modelos. Os dois últimos mostram as características da ligação covalente que mantém os átomos de oxigênio juntos: uma ligação dupla O = O, na qual cada átomo de oxigênio completa seu octeto de valência.

A molécula O₂ é linear, homonuclear e simétrico. Sua dupla ligação tem comprimento de 121 pm. Esta curta distância significa que alguma energia considerável (498 kJ / mol) é necessária para quebrar a ligação O = O e, portanto, é uma molécula relativamente estável.

Se não fosse, o oxigênio na atmosfera teria se degradado completamente com o tempo, ou o ar pegaria fogo do nada.

Propriedades

Aparência física

O oxigênio molecular é um gás incolor, insípido e inodoro, mas quando se 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 em água, mas suficiente para sustentar a fauna marinha. Se sua solubilidade fosse maior, você teria menos probabilidade de morrer por afogamento. Por outro lado, sua solubilidade é muito maior em óleos e líquidos não polares, 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 pela teoria das ligações de valência (TEV).

A configuração eletrônica de oxigênio é a seguinte:

[He] 2s² 2p⁴

Ele tem um par de elétrons desemparelhados (O :). Quando dois átomos de oxigênio se encontram, eles se unem para formar uma ligação dupla O = O, ambas completando o octeto de valência.

Portanto, a molécula O₂ deve ser diamagnético, 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 O₂. Os dois elétrons desemparelhados estão localizados nos orbitais π moleculares^*, de maior energia, e dar ao oxigênio seu caráter paramagnético.

Na verdade, este estado de energia corresponde ao oxigênio triplo, ³OU₂, o mais predominante de todos. O outro estado de energia do oxigênio, menos abundante na Terra, é o singuleto, ¹OU₂.

Transformações

O oxigênio molecular é consideravelmente estável, desde que não entre 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 O₂ ele tem uma alta tendência a encolher, ganhar elétrons de outros átomos ou moléculas.

Quando reduzido, é capaz de estabelecer um amplo espectro de links e formas. Se formar ligações covalentes, o fará com átomos menos eletronegativos do que ele próprio, incluindo hidrogênio, para dar origem à água, H-O-H. Ele também pode unificar o carbono, para criar ligações C-O e vários tipos de moléculas orgânicas oxigenadas (éteres, cetonas, aldeídos, etc.).

O O₂ também pode ganhar elétrons para se transformar em ânions peróxido e superóxido, OU₂^2- Eu₂^–, respectivamente. Quando é convertido em peróxido dentro do corpo, peróxido de hidrogênio, H₂OU₂, H-O-O-H, um composto nocivo que é processado pela ação de enzimas específicas (peroxidases e catalases).

Por outro lado, e não menos importante, o O₂ 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 terrestre.

Formulários

Soldagem e combustão

O oxigênio é usado para realizar a reação de combustão, pela qual uma substância é exotermicamente oxidada, liberando fogo. Este fogo e sua temperatura variam dependendo da substância que está queimando. Assim, chamas muito quentes, como o acetileno (acima), podem ser obtidas com as quais metais e ligas são soldados.

Se não fosse pelo oxigênio, os combustíveis não poderiam queimar e fornecer toda sua energia calórica, usada para lançar foguetes ou ligar carros.

Agente oxidante em química verde

Graças a esse gás, uma miríade 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 da química verde para a obtenção de produtos farmacêuticos.

Respiração assistida e tratamento de águas residuais

O oxigênio é vital para cobrir a demanda respiratória em pacientes com graves problemas de saúde, em mergulhadores quando descem a profundidades rasas e em alpinistas, em cujas altitudes a concentração de oxigênio é drasticamente reduzida.

Além disso, o oxigênio "alimenta" as bactérias aeróbicas, que ajudam a decompor os resíduos poluentes do esgoto, ou ajudam os peixes a respirar, em culturas aquosas para proteção ou comércio.

Referências

Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (quarta edição). Mc Graw Hill.
Wikipedia. (2020). Alótropos de oxigênio. Recuperado de: en.wikipedia.org
Hone, CA, Kappe, C.O. (2019). O Uso de Oxigênio Molecular para Oxidações Aeróbicas de Fase Líquida em Fluxo Contínuo.Top Curr Chem (Z)377, 2. doi.org/10.1007/s41061-018-0226-z
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