OXIGENUL MOLECULAR: STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Oxigen molecular sau dioxigenați , de asemenea , numit oxigen diatomic sau gaz, este cel mai comun mod elementar este acest element de pe Pământ. Formula sa este O ₂ , fiind deci o moleculă diatomică și homonucleară, total apolară.

Aerul pe care il respiram este formată din aproximativ 21% oxigen ca O ₂ molecule . Pe măsură ce urcăm, concentrațiile de oxigen gaz scad și crește prezența ozonului, O ₃ . Corpul nostru are avantajul de O ₂ pentru a oxigena țesuturile sale și să efectueze respirația celulară.

Fără ca oxigenul să ne îmbogățească atmosfera, viața ar fi un fenomen nesustenabil. Sursa: Pixabay.

O ₂ este, de asemenea, responsabil pentru existența unui incendiu: fără el ar fi aproape imposibil să existe incendii și combustie. Acest lucru se datorează faptului că proprietatea sa principală este aceea de a fi un agent oxidant puternic, de a câștiga electroni sau de a se reduce într-o moleculă de apă, sau în anioni de oxid, O ^2- .

Oxigenul molecular este esențial pentru nenumărate procese aerobice, având aplicații în metalurgie, medicină și tratarea apelor uzate. Acest gaz este practic sinonim cu căldură, respirație, oxidare și, pe de altă parte, cu temperaturi de îngheț atunci când este în stare lichidă.

Structura oxigenului molecular

Structura moleculară a oxigenului gazos. Sursa: Benjah-bmm27 prin Wikipedia.

În imaginea superioară avem structura moleculară a oxigenului gazos reprezentat cu diverse modele. Ultimele două arată caracteristicile legăturii covalente care ține împreună atomii de oxigen: o legătură dublă O = O, în care fiecare atom de oxigen își completează octetul de valență.

The O ₂ molecula este liniară, homonucleare și simetrică. Legătura sa dublă are o lungime de 121 pm. Această distanță scurtă înseamnă că este necesară o energie considerabilă (498 kJ / mol) pentru a rupe legătura O = O și, prin urmare, este o moleculă relativ stabilă.

Dacă nu, oxigenul din atmosferă s-ar fi degradat complet în timp sau aerul ar lua foc de nicăieri.

Proprietăți

Aspectul fizic

Oxigenul molecular este un gaz incolor, fără gust și fără miros, dar atunci când se condensează și se cristalizează, dobândește tonuri albăstrui.

Masă molară

32 g / mol (valoare rotunjită)

Punct de topire

-218 ºC

Punct de fierbere

-183

Solubilitate

Oxigenul molecular este slab solubil în apă, dar este suficient pentru a susține fauna marină. Dacă solubilitatea ta ar fi mai mare, ai fi mai puțin probabil să mori din înec. Pe de altă parte, solubilitatea sa este mult mai mare în uleiurile și lichidele nonpolare, fiind capabilă să le oxideze lent și să afecteze astfel proprietățile lor originale.

Stări energetice

Oxigenul molecular este o substanță care nu poate fi descrisă complet prin teoria legăturilor de valență (VTE).

Configurația electronică a oxigenului este următoarea:

2s² 2p⁴

Are o pereche de electroni neperecheți (O :). Când se întâlnesc doi atomi de oxigen, se leagă pentru a forma o legătură dublă O = O, ambele completând octetul de valență.

Prin urmare, O ₂ molecula ar trebui să fie diamagnetic, cu toți electronii pereche. Cu toate acestea, este o moleculă paramagnetică, iar acest lucru este explicat prin diagrama orbitalelor sale moleculare:

Diagrama orbitală moleculară pentru gazul de oxigen. Sursa: Anthony.Sebastian / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

Astfel, teoria orbital molecular (TOM) descrie cel mai bine O ₂ . Cei doi electroni neperecheți sunt localizați în orbitalele moleculare π ^* cu energie mai mare și conferă oxigenului caracterul său paramagnetic.

De fapt, această stare energetică corespunde tripletului de oxigen, ³ O ₂ , cel mai predominant dintre toate. Cealaltă stare energetică a oxigenului, mai puțin abundentă pe Pământ, este singulara, ¹ O ₂ .

transformări

Oxigenul molecular este considerabil stabil, atât timp cât nu este în contact cu nicio substanță susceptibilă la oxidare, cu atât mai puțin dacă nu există o sursă apropiată de căldură intensă, cum ar fi o scânteie. Acest lucru se datorează faptului că O ₂ are o tendință ridicată la sine, electroni câștig reduce de la alți atomi sau molecule.

Când este redus, este capabil să stabilească un spectru larg de legături și forme. Dacă formează legături covalente, va face acest lucru cu atomi mai puțin electronegativi decât el însuși, inclusiv hidrogen, pentru a da naștere apei, HOH. De asemenea, poate universul carbonului, pentru a genera legături de CO și diferite tipuri de molecule organice oxigenate (eteri, cetone, aldehide etc.).

O ₂ poate obține , de asemenea , electronii să se transforme în peroxid și anioni superoxid, O ₂ ² și O ₂ ^- , respectiv. Când este convertit în peroxid în interiorul corpului, peroxid de hidrogen, H ₂ O ₂ , HOOH, se obține un compus dăunător care este procesat prin acțiunea enzimelor specifice (peroxidaze și calazelor).

Pe de altă parte, și nu mai puțin important, O ₂ reacționează cu materia anorganică pentru a deveni anionul de oxid, O ^2- , alcătuind o listă nesfârșită de mase mineralogice care îngroșează crusta și mantia pământului.

Aplicații

Sudarea și arderea

Oxigenul este folosit pentru a arde acetilena și pentru a emite o flacără extrem de fierbinte care este valoroasă în sudură. Sursa: Sheila / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)

Oxigenul este utilizat pentru a efectua reacția de ardere, prin care o substanță este oxidată exotermic, dând foc. Acest foc și temperatura acestuia variază în funcție de substanța care arde. Astfel, se pot obține flăcări foarte calde, cum ar fi acetilena (mai sus), cu care sunt sudate metale și aliaje.

Dacă nu este vorba de oxigen, combustibilii nu ar putea arde și să ofere toată energia lor calorică, folosită pentru lansarea rachetelor sau pentru pornirea mașinilor.

Agent oxidant în chimia verde

Datorită acestui gaz, o mulțime de oxizi organici și anorganici sunt sintetizați sau produși industrial. Aceste reacții se bazează pe puterea de oxidare a oxigenului molecular, fiind, de asemenea, unul dintre cei mai viabili reactivi din chimia verde pentru obținerea de produse farmaceutice.

Respirație asistată și tratarea apelor uzate

Oxigenul este vital pentru a satisface cererea respiratorie la pacienții cu afecțiuni grave de sănătate, la scafandri la coborârea la adâncimi mici și la alpinisti, la altitudinile cărora concentrația de oxigen este redusă dramatic.

De asemenea, oxigenul „hrănește” bacteriile aerobe, care ajută la descompunerea reziduurilor poluante din canalizare sau ajută peștii să respire, în culturi apoase pentru protecție sau comerț.

Referințe

1. Shiver & Atkins. (2008). Chimie anorganică . (a patra editie). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2020). Alotrope de oxigen. Recuperat de la: en.wikipedia.org
3. Hone, CA, Kappe, CO (2019). Utilizarea oxigenului molecular pentru oxizi aerobi în fază lichidă în flux continuu. Top Curr Chem (Z) 377, 2. doi.org/10.1007/s41061-018-0226-z
4. Kevin Beck. (28 ianuarie 2020). 10 utilizări pentru oxigen. Recuperat de la: știința.com
5. Cliffsnotes. (2020). Biochimia I: Chimia oxigenului molecular. Recuperat de la: cliffsnotes.com
6. GZ Materiale industriale. (2020). Beneficiile industriale ale gazelor de oxigen. Recuperat de la: gz-supplies.com