Osíxeno
elemento químico de número atomico 8 / From Wikipedia, the free encyclopedia
O osíxeno[2] ou oxíxeno (pronunciado /oks/[3]), é un elemento químico de número atómico 8 e símbolo O. Forma parte do grupo dos calcóxenos e é un non metal reactivo e forte axente oxidante que forma compostos facilmente coa maioría doutros elementos, principalmente en forma de óxidos. Ten a segunda electronegatividade máis alta de todos os elementos químicos, só superado polo flúor.[4] Medido pola súa masa, o osíxeno é o terceiro elemento máis abundante do universo, tras o hidróxeno e o helio,[5] e o máis abundante na codia terrestre como parte de compostos óxidos, formando practicamente a metade da súa masa.[6] En condicións normais de presión e temperatura, dous átomos do elemento enlázanse para formar o diosíxeno, un gas diatómico incoloro, inodoro (sen olor) e insípido con fórmula O
2. Esta substancia constitúe o 20,8% da atmosfera e resulta vital e necesaria para soster a vida terrestre.[7] Non obstante, varios estudos dos niveis de osíxeno atmosférico indican unha progresión global descendente da proporción deste elemento, principalmente a causa das emisións procedentes da queima de combustibles fósiles.[8]
Osíxeno | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Liñas espectrais do Osíxeno | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Información xeral | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nome, símbolo, número | Osíxeno, O, 8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Serie química | Non metais | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Grupo, período, bloque | 16, 2, p | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Densidade | 1,429 kg/m3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dureza | {{{dureza}}} | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Aparencia | Incoloro | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N° CAS | 7782-44-7 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N° EINECS | {{{EINECS}}} | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Propiedades atómicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Masa atómica | 15,99903 – 15,99977 [1] u | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Raio medio | {{{radio_medio}}} pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Raio atómico (calc) | 60 (48) pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Raio covalente | 66±2 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Raio de van der Waals | 152 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Configuración electrónica | [He] 2s2 2p4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Electróns por nivel de enerxía | {{{electróns_por_nivel}}} | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estado(s) de oxidación | 2, 1, −1, −2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Óxido | {{{óxido}}} | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estrutura cristalina | cúbica | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Propiedades físicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estado ordinario | Gas (paramagnético) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Punto de fusión | 54,36 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Punto de ebulición | 90,188 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Punto de inflamabilidade | {{{P_inflamabilidade}}} K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Entalpía de vaporización | (O2) 6,82 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Entalpía de fusión | (O2) 0,444 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Presión de vapor | {{{presión_vapor}}} | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Temperatura crítica | {{{T_crítica}}} K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Presión crítica | {{{P_crítica}}} Pa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Volume molar | 17,36×10-3 m3/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Velocidade do son | 317,5 m/s a 293.15 K (20 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Varios | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Electronegatividade (Pauling) | 3,44 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Calor específica | 920 J/(K·kg) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Condutividade eléctrica | S/m | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Condutividade térmica | 26,58×10−3 W/(K·m) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1.ª Enerxía de ionización | 1313,9 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2.ª Enerxía de ionización | 3388,3 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3.ª Enerxía de ionización | 5300,5 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4.ª Enerxía de ionización | 7469,2 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5.ª Enerxía de ionización | {{{E_ionización5}}} kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
6.ª Enerxía de ionización | {{{E_ionización6}}} kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
7.ª Enerxía de ionización | {{{E_ionización7}}} kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
8.ª enerxía de ionización | {{{E_ionización8}}} kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
9.ª Enerxía de ionización | {{{E_ionización9}}} kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
10.ª Enerxía de ionización | {{{E_ionización10}}} kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Isótopos máis estables | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Unidades segundo o SI e en condicións normais de presión e temperatura, salvo indicación contraria. |
É un gas incoloro, inodoro e insípido. Unha gran parte das clases maiores de moléculas orgánicas dos organismos vivos conteñen osíxeno, como as proteínas, ácidos nucleicos, carbohidratos e graxas, así como nos constituíntes maioritarios inorgánicos de cascas animais, dentes e ósos. A maior parte da masa dos organismos vivos ten o osíxeno, un dos compoñentes da auga, como o principal constituínte das formas de vida. Participa de forma moi importante no ciclo enerxético dos seres vivos, esencial na respiración celular dos organismos aerobios.
Debido á súa reactividade química, o osíxeno non pode permanecer na atmosfera terrestre como elemento libre sen ser reabastecido constantemente pola acción fotosintética dos organismos que utilizan a enerxía solar para producir osíxeno. O osíxeno elemental O2 soamente empezou a acumularse na atmosfera logo da aparición destes organismos, aproximadamente fai 2500 millóns de anos.[9] O alótropo ozono (O
3) é un forte absorbente de radiación ultravioleta, e a capa de ozono a grande altitude da Terra axuda a protexer a biosfera desta radiación. Porén, o ozono é un axente contaminante preto da superficie terrestre, dándose como produto derivado do smog. A altitudes de órbita baixa terrestre, o osíxeno atómico presente causa a corrosión das naves espaciais.[10]
O osíxeno foi descuberto de forma independente polo químico sueco Carl Wilhelm Scheele en Uppsala cara ao ano 1773, e polo científico británico Joseph Priestley en Wiltshire no ano 1774,[11] pero Priestley adoita nomearse de forma prioritaria xa que a súa obra publicouse primeiro. En 1777 Antoine Lavoisier deulle o seu nome, e grazas aos seus experimentos axudou a desacreditar a ata entón popular teoría do floxisto da combustión e corrosión. O nome provén das raíces gregas ὀξύς (oksýs) («ácido», literalmente «punzante», en referencia ao sabor dos ácidos) e γόνος (-gónos) («produtor», literalmente «enxendrador»), porque na época en que se lle deu esta denominación críase, incorrectamente, que todos os ácidos requirían osíxeno para a súa composición. As aplicacións máis habituais do osíxeno son entre outras o seu uso en calefaccións residenciais e motores de combustión interna, na produción de aceiro, plásticos e téxtiles, aplicacións de corte industrial e soldadura de aceiros e outros metais, como propulsor para foguetes, para terapias de osíxeno e sistemas de soporte vital en aeronaves, submarinos, naves espaciais tripuladas e no mergullo.
Estrutura molecular e propiedades
En condicións normais de presión e temperatura o osíxeno é un gas incoloro e inodoro con fórmula molecular O2, no que dous átomos de osíxeno se enlazan cunha configuración electrónica en estado triplete. Este enlace ten unha orde de enlace de dous e adóitase simplificar nas descricións como un enlace dobre[12] ou como unha combinación dun enlace de dous electróns e dous enlaces de tres electróns.[13]
O osíxeno triplete[lower-alpha 1] é o estado fundamental da molécula O2,[14] que conta con dous electróns desemparellados que ocupan dous orbitais moleculares dexenerados.[lower-alpha 2] Estes orbitais clasifícanse como antienlaces -debilitan a orde de enlace de tres a dous-, de maneira que o enlace do diosíxeno é máis débil que o triplo enlace do nitróxeno diatómico, no que todos os orbitais dos enlaces moleculares se reenchen, pero algúns orbitais de antienlace non o están.[14][16]
Na súa forma normal de triplete, as moléculas de O2 son paramagnéticas; é dicir, que en presenza dun campo magnético forman un imán, debido ao momento magnético do spin dos electróns desemparellados na molécula e a interacción de cambio negativa entre moléculas de O2 contiguas.[17] Un imán atrae o osíxeno líquido ata tal punto que, en demostracións de laboratorio, un fío de osíxeno líquido pode sosterse contra o seu propio peso entre os polos dun imán potente.[18][lower-alpha 3]
O osíxeno molecular singlete é un nome dado a varias especies de O2 de maior enerxía, nas que todos os spins dos electróns se emparellan. É moito máis reactivo con moléculas orgánicas habituais que o osíxeno molecular en si mesmo. Na natureza, o osíxeno singlete adóitase formar coa auga na fotosíntese, usando a enerxía solar.[20] Tamén se produce na troposfera por mor da fotólise do ozono pola luz de onda curta,[21] así como polo sistema inmunitario como unha fonte de osíxeno activo.[22] Nos organismos fotosintéticos -e posiblemente tamén nos animais- os carotenoides xogan un papel fundamental na absorción de enerxía do osíxeno singlete e a conversión deste ao seu estado non excitado antes de que poida causar dano aos tecidos.[23]
Alótropos
- Artigo principal: Alótropos do osíxeno.
O alótropo máis normal do osíxeno elemental é o chamado diosíxeno (O2), que ten unha lonxitude de enlace de 121 pm e unha enerxía de enlace de 498 kJ•mol−1,[24] menor que a enerxía dos outros enlaces dobres ou pares de enlaces simples presentes na biosfera, e responsable da reacción exotérmica do O2 con calquera molécula orgánica.[25][26] Esta é a forma que usan as formas de vida complexas, como os animais, na súa respiración celular e é a forma que ten unha grande importancia na composición da atmosfera terrestre.
O triosíxeno (O3) coñécese habitualmente como ozono e é un alótropo moi reactivo, daniño para o tecido pulmonar.[27] O ozono prodúcese na atmosfera superior cando o O2 se combina co osíxeno atómico a causa da división do O2 pola radiación ultravioleta.[28] Xa que o ozono é un poderoso absorbente na rexión ultravioleta do espectro electromagnético, a capa de ozono da atmosfera superior funciona como un escudo protector da radiación que recibe o planeta.[28] Preto da superficie terrestre, non obstante, é un contaminante formado como subproduto das emisións de automóbiles (do smog).[27] En 2001 descubriuse a molécula metaestable do tetraosíxeno (O4),[29][30] e deuse por descontado que existía nunha das seis fases do osíxeno sólido. En 2006 demostrouse que esta fase, creada mediante a presurización do O2 a 20 GPa, é, de feito, un clúster[lower-alpha 4] O8 do sistema trigonal.[32] Este clúster ten potencial para ser un oxidante moito máis potente que o O2 e o O3 e podería, polo tanto, ser usado como propulsor de foguetes.[29][30] En 1990 descubriuse unha fase metálica cando o osíxeno sólido se somete a unha presión superior a 96 GPa[33] e demostrouse en 1998 que a temperaturas moi baixas se converte en supercondutor.[34]
Propiedades físicas
O osíxeno é máis soluble en auga que o nitróxeno; esta contén en disolución aproximadamente unha molécula de O2 por cada dúas moléculas de N2, comparado coa proporción na atmosfera, que vén ser de 1:4. A solubilidade do osíxeno na auga depende da temperatura, disolvéndose arredor do dobre (14,6 mg•L−1) a 0 °C que a 20 °C (7,6 mg•L−1).[36][37] A 25 °C e 1 atmosfera de presión, a auga doce conten arredor de 6,04 mililitros (ml) de osíxeno por litro, mentres que a auga mariña contén arredor de 4,95 ml por litro.[38] A 5 °C a solubilidade incrementase ata 9,0 ml (un 50 % máis que a 25 °C) por litro na auga e 7,2 ml (45 % máis) na auga do mar.[37]
O osíxeno condénsase a 90,20 K (-182,95 °C, -297,31 °F) e conxélase a 54,36 K (-218,79 °C, -361,82 °F).[39] Tanto o O2 líquido como o sólido son substancias cunha suave cor azul ceo causado pola absorción no vermello, en contraste coa cor azul do ceo, que se debe á dispersión de Rayleigh da luz azul. O O2 líquido de gran pureza adóitase obter a través da destilación fraccionada de ar licuado.[40] O osíxeno líquido tamén pode producirse por condensación do ar, usando nitróxeno líquido como refrixerante. É unha substancia altamente reactiva e debe separarse de materiais inflamables.[41]
A espectroscopia do osíxeno molecular asóciase cos procesos atmosféricos das auroras e outras emisións de luz na atmosfera.[42] A absorción no continuo Herzberg e nas bandas de Schumann–Runge no ultravioleta produce osíxeno atómico de notable importancia na química da atmosfera media.[43] O osíxeno molecular singlete en estado excitado é responsable da luminescencia química vermella nas solucións.[44]
Abundancia
- Véxase tamén: Silicato.
O osíxeno é o elemento químico máis abundante, por masa, na biosfera, o aire, o mar e o chan terrestre. É, así mesmo, o terceiro máis abundante no universo, tralo hidróxeno e o helio.[5] Ao redor do 0,9 % da masa do Sol é osíxeno, que constitúe tamén o 49,2 % da masa da codia terrestre (arredor dun 46,7%), e é o principal compoñente dos océanos (arredor do 87% como compoñente da auga)[7] O osíxeno gaseoso é o segundo compoñente máis abundante na atmosfera xa que supon un 20,8 % do seu volume e o 23,1 % da súa masa (unhas 1015 toneladas).[6][7][45][lower-alpha 5] A Terra é unha excepción entre os planetas do Sistema Solar pola alta concentración de osíxeno gaseoso na súa atmosfera; por exemplo, Marte (cun 0,1 % de O2 do total do seu volume) e Venus teñen concentracións moito menores. Con todo, o O2 que rodea a estes planetas provén exclusivamente das reaccións que sofren moléculas que conteñen osíxeno, como o dióxido de carbono, por efecto da radiación ultravioleta.[46]
Os óxidos de metais, silicatos (SiO44-) e carbonatos (CO32-) atópanse a miúdo en rochas e chan. Na atmosfera atópase como osíxeno molecular, O2, dióxido de carbono e en menor proporción como monóxido de carbono (CO), ozono (O3), dióxido de nitróxeno (NO2), monóxido de nitróxeno (NO) ou dióxido de xofre (SO2). Nos planetas exteriores (os que están máis lonxe do Sol) e en cometas atópase auga xeada e outros compostos de osíxeno, por exemplo, en Marte hai dióxido de carbono xeado.[47] O espectro deste elemento tamén se aprecia con frecuencia nas estrelas.[48]
Z | Elemento | Fracción de masa en partes por millón |
---|---|---|
1 | Hidróxeno | 739 000 |
2 | Helio | 240 000 |
8 | Osíxeno | 10 400 |
6 | Carbono | 4 600 |
10 | Neon | 1 340 |
A infrecuentemente alta concentración de osíxeno gaseoso na Terra é o resultado do ciclo de circulación. Este ciclo bioxeoquímico describe o movemento do osíxeno no interior das súas tres principais reservas no planeta: a atmosfera, a biosfera e a litosfera. O factor de condución máis importante neste ciclo é a fotosíntese, responsable da atmosfera moderna da Terra, que libera osíxeno na atmosfera, mentres que os procesos de respiración e descomposición elimínano.[50]
O osíxeno non combinado tamén se dá en solucións nas masas de auga do planeta. A maior solubilidade do O2 a baixa temperatura ten implicacións importantes para a vida mariña, xa que os océanos polares sosteñen unha densidade de vida moito maior debido ao seu superior contido de osíxeno.[lower-alpha 6] A cantidade de O2 na auga pode verse reducida pola contaminación hídrica, debido á acción da descomposición das algas e outros biomateriais por un proceso chamado eutrofización. Os científicos avalían este aspecto da calidade da auga a través da medición da súa demanda biolóxica de osíxeno, ou cantidade de O2 necesaria para degradar a materia orgánica acumulada.[51]
Isótopos e orixe estelar
- Artigo principal: Isótopos do osíxeno.
O osíxeno que atopamos na natureza componse de tres isótopos estables: 16O, 17O e 18O, sendo o 16O o máis abundante (99,762 % de abundancia natural).[52] A maior parte do 16O sintetízase ao final do proceso de combustión do helio nunha estrela masiva, pero outra parte prodúcese no proceso de combustión do neon.[53] O 17O xorde fundamentalmente pola combustión do hidróxeno en helio durante o ciclo CNO, converténdoo nun isótopo común nas zonas de combustión de hidróxeno nas estrelas.[53] Pola súa banda, a maioría do 18O prodúcese cando o 14N —que abunda debido á combustión CNO— captura un núcleo de 4He, causando unha abundancia de 18O nas zonas ricas en helio das estrelas masivas.[53]
Caracterizáronse catorce radioisótopos, dos que os máis estables son o 15O cun período de semidesintegración de 70,606 segundos.[52] Todos os restantes isótopos radioactivos teñen períodos de semidesintegración inferiores a 27 segundos e a maior parte destes, inferiores a 83 milisegundos.[52] A forma de descomposición dos isótopos máis lixeiros que o 16O é a descomposición β+[54][55][56] para producir nitróxeno e, para os máis pesados que o 18O, a desintegración beta para formar flúor.[52]
- Véxase tamén: Categoría:Compostos de osíxeno.
O estado de oxidación do osíxeno é -2 en case todos os compostos coñecidos do osíxeno. Pola súa banda, o estado de oxidación -1 atópase nuns cantos compostos, como os peróxidos.[57] Os compostos noutro estado de oxidación son moi pouco comúns: -1/2 (superóxidos), -1/3 (ozónidos), 0 (elemental, hipofluoroso), +1/2 (diosixenil), +1 (difluoruro de diosíxeno) e +2 (difluoruro de osíxeno).[58]
A súa alta electronegatividade fai que reaccione con case calquera elemento químico, agás os gases nobres. O composto máis salientable que forma é a auga (H2O); outros compostos ben coñecidos son o dióxido de carbono, os alcois (R-OH), aldehidos, (R-CHO), e ácidos carboxílicos (R-COOH).[59] Os radicais clorato (ClO3-), perclorato (ClO4-), cromato (CrO42-), dicromato (Cr2O72-), permanganato (MnO4-) e nitrato (NO3-) son fortes axentes oxidantes.[60][61] O ozono (O3) fórmase por descargas eléctricas en presenza de osíxeno molecular, como por exemplo durante as tormentas eléctricas.[62] Tamén se ten atopado no osíxeno líquido, en pequenas cantidades, unha dobre molécula de osíxeno (O2)2.[63]
Óxidos e outros compostos inorgánicos
A auga (H2O) é o óxido de hidróxeno e é o composto de osíxeno máis común. Os átomos de hidróxeno están enlazados covalentemente ao osíxeno na molécula da auga, pero nunha masa de auga tamén están atraídos (cunha atracción duns 23,3 kJ•mol−1 por átomo de hidróxeno) polo átomo de osíxeno doutra molécula de auga próxima.[64] Estes enlaces de hidróxeno entre as moléculas de auga mantéñenas aproximadamente un 15 % máis preto do que sería esperable nun líquido simple só coas forzas de Van der Waals.[65][lower-alpha 7]
Debido a súa electronegatividade, o osíxeno forma enlaces químicos con case todos os demais elementos a temperaturas elevadas para dar os óxidos correspondentes. Con todo, algúns elementos forman óxidos directamente en condicións normais de presión e temperatura, como o óxido formado do ferro. A superficie de metais como o aluminio e o titanio oxidase en presenza do aire e cóbrese cunha fina capa de óxido que pasiva o metal e ralentiza a corrosión. Algúns dos óxidos metálicos de transición atópanse na natureza como compostos non estequiométricos, con lixeiramente menos metal do que a fórmula química suxire. Por exemplo, o FeO (wustita), que se forma de xeito natural, escríbese en realidade como Fex-1O, onde a «x» está normalmente en torno a 0,05.[66]
O osíxeno como composto está presente na atmosfera en pequenas cantidades en forma de dióxido de carbono (CO2). As rochas da codia terrestre compóñense en gran parte de óxidos de silicio (dióxido de silicio SiO2, que se atopa no granito e a area), de aluminio (alúmina Al2O3, na bauxita e o corindón), de ferro (óxido férrico Fe2O3, na hematita e no óxido) e de calcio (carbonato de calcio CaCO3, na calcaria). O resto da codia terrestre componse tamén de compostos de osíxeno, en particular varios silicatos complexos. No manto terrestre, que ten unha masa moito maior que a codia terrestre, abundan os silicatos de ferro e magnesio.
Os silicatos solubles en auga coas formas Na4SiO4, Na2SiO3 e Na2Si2O5 utilizanse como deterxentes e adherentes.[67] O osíxeno tamén actúa como ligazón para metais de transición, formando enlaces de O2 metálico co átomo de iridio no complexo de Vaska,[68] co platino no PtF6 e co centro de ferro no grupo hemo da hemoglobina.[69]
Compostos orgánicos e biomoléculas
Entre as clases máis importantes de compostos orgánicos que conteñen osíxeno están os seguintes (onde «R» é un grupo orgánico): alcohois (R-OH), éteres (R-O-R), cetonas (R-CO-R), aldehidos (R-CO-H), ácidos carboxílicos (R-COOH), ésteres (R-COO-R), anhídridos de ácido (R-CO-O-CO-R) e amidas (R-C(O)-NR2).[70] Hai moitos disolventes orgánicos importantes que conteñen osíxeno, entre eles: acetona, metanol, etanol, alcohol isopropílico, furano, tetrahidrofurano, éter etílico, dioxano, etanoato de etilo, dimetilformamida, dimetilsulfóxido, ácido acético e ácido fórmico. A acetona (CH3(CO)CH3) e o fenol (C6H5OH) úsanse como materiais na síntese de moitas substancias diferentes.[71] Outros compostos orgánicos importantes que conteñen osíxeno son: glicerol, formaldehido, glutaraldehido, ácido acético e acetamida.[72] Os epóxidos son éteres nos cales o átomo de osíxeno forma parte dun anel de tres átomos.[73]
O osíxeno reacciona espontáneamente con moitos compostos orgánicos a temperatura ambiente ou inferior, nun proceso chamado autoxidación.[74] A maior parte dos compostos orgánicos que conteñen osíxeno non se producen pola acción directa do O2. Os compostos orgánicos importantes na industria e o comercio producidos por oxidación directa dun precursor inclúen ao óxido de etileno e o ácido peracético.[67]
O elemento atópase en case todas as biomoléculas importantes para (ou xeradas por) a vida.[75] Só unhas cantas biomoléculas complexas comúns, como o escualeno e o caroteno, non conteñen osíxeno. Dos compostos orgánicos con relevancia biolóxica, os carbohidratos conteñen a maior proporción de osíxeno na súa masa. Todas as graxas, ácidos graxos, aminoácidos e proteínas conteñen osíxeno (debido á presenza de grupos carbonilos neses ácidos e os seus residuos de éster). O osíxeno tamén está presente en grupos de fosfato (PO3−
4) nas moléculas bioloxicamente importantes que transportan enerxía, ATP e ADP, na estrutura pentosa-fosfato e nas purinas (excepto a adenina e as pirimidinas do ARN e ADN) e nos ósos como fosfato de calcio e hidroxiapatita.
Fotosíntese e respiración
O osíxeno respirado polos organismos aerobios, liberado polas plantas mediante a fotosíntese, participa en posteriores procesos na conversión de nutrientes en enerxía (ATP). O osíxeno molecular é o aceptor último de electróns da cadea de transporte de electróns na respiración aeróbica celular. A súa diminución provoca hipoxemia, e a falla total del, anoxia que pode provocar a morte do organismo.[76] Segundo algunhas estimacións, as algas verdes e as cianobacterias de ambientes mariños proporcionan ao redor do 70 % do producido na Terra, e as plantas terrestres, o resto.[77] Outros investigadores estiman que a contribución oceánica ao osíxeno atmosférico é aínda maior, mentres que outros a sitúan por baixo, en torno a un 45 % do osíxeno atmosférico total do planeta cada ano.[78]
Unha fórmula global simplificada da fotosíntese é:[79]
A formación fotolítica do osíxeno a partir de moléculas de auga ten lugar nas membranas dos tilacoides dos organismos fotosintéticos e require a enerxía de catro fotóns.[lower-alpha 8] Están implicados moitos procesos, pero o resultado é a formación dun gradiente de protóns a través da membrana tilacoidal, que se usa para sintetizar adenosín trifosfato (ATP) por medio da fotofosforilación, e a redución do NADP+. O O2 resultante da oxidación e rotura da molécula de auga libérase á atmosfera.[80][lower-alpha 9]
O diosíxeno molecular é esencial para a respiración celular en todos os organismos aerobios, xa que as mitocondrias o usan na súa cadea de transporte electrónico, o que indirectamente axuda a que máis tarde se xere adenosín trifosfato durante a fosforilación oxidativa. A ecuación da reacción global da respiración aerobica é basicamente a contraria á da fotosíntese (aínda que o proceso non é o inverso, senón moi diferente) e simplifícase da seguinte forma:
Nos vertebrados, o O2 difunde a través de membranas pulmonares ou polas branquias cara aos glóbulos vermellos. A hemoglobina únese ao O2 cambiando a súa cor dun vermello azulado a un vermello brillante[27] (o CO2 libérase desde outra parte da hemoglobina mediante o efecto Bohr). Outros animais usan a hemocianina (moluscos e algúns artrópodos) ou a hemeritrina (arañas e lagostas).[45] Un litro de sangue pode disolver 200 cm³ de O2.[45]
As especies reactivas do osíxeno, como o ión superóxido (O2-) e o peróxido de hidróxeno, son perigosos subprodutos orixinados no uso do osíxeno que fan os organismos.[45] Algunhas partes do sistema inmunitario de organismos máis avanzados, con todo, crean peróxido, superóxido e osíxeno singlete para destruír microbios invasores. As especies reactivas do osíxeno tamén teñen un rol importante na resposta hipersensible das plantas contra ataques de patóxenos.[80]
Un adulto humano en repouso respira unha media de 13,5 veces por minuto, tomando de 1,8 a 2,4 gramos de osíxeno por minuto.[lower-alpha 10] A suma da cantidade inhalada por todas as persoas do planeta é duns 6000 millóns de toneladas de osíxeno por ano.[lower-alpha 11]
Contido no corpo
Unidade | Presión alveolar dos gases pulmonares | Osíxeno do sangue arterial | Gas sanguíneo venoso |
---|---|---|---|
kPa [lower-alpha 12] | 14.2 | >11 | 4.0-5.3 |
mmHg[82] | 107 | >79 | 30-40 |
O contido de osíxeno libre expresado como presión parcial no corpo dun organismo vertebrado vivo é normalmente maior no sistema respiratorio e diminúe ao longo de calquera sistema arterial, os tecidos periféricos e o sistema venoso, respectivamente. A presión parcial é a presión que tería o osíxeno se ocupase por si só o volume.[83]
Acumulación na atmosfera
- Véxase tamén: Historia xeolóxica do oxíxeno.
O osíxeno gaseoso non combinado era case inexistente na atmosfera terrestre antes da evolución das bacterias e arqueas fotosintéticas. Apareceu por primeira vez en cantidades significativas durante o eón Paleoproterozoico (fai ao redor de 3000 e 2300 millóns de anos).[84] Nun principio, o osíxeno combinouse con ferro disolto nos océanos para crear formacións de ferro bandeado. Os océanos comezaron a exhalar osíxeno non combinado fai ao redor de 3000 e 2700 millóns de anos, alcanzando o 10 % do seu nivel actual hai uns 1700 millóns de anos.[84][85]
A presenza de grandes cantidades de osíxeno non combinado disolto nos océanos e na atmosfera puido conducir á extinción da maioría dos organismos anaerobios que vivían entón, durante a Grande Oxidación (catástrofe do osíxeno) hai uns 2400 millóns de anos. Con todo, o uso de O2 na respiración celular permite producir aos organismos aerobios moito máis ATP que os anaerobios, axudando aos primeiros a dominar a biosfera da Terra.[86] A fotosíntese e a respiración celular do O2 permitiron a evolución das células eucariotas e, finalmente, a aparición de organismos multicelulares complexos como plantas e animais.
Desde o comezo do período Cámbrico fai 540 millóns de anos, os niveis de O2 flutuaron entre o 15 % e o 30 % por volume.[87] Cara a finais do Carbonífero (hai uns 300 millóns de anos) o nivel de O2 na atmosfera alcanzou un volume máximo do 35 %,[87] que puido contribuír ao gran tamaño dos insectos e anfibios daquela época.[88] As variacións nos niveis de osíxeno ó longo da historia foron modificando os distintos climas. A redución de niveis de osíxeno causou unha baixada na densidade atmosferica, que á súa vez incrementou a evaporación de auga na superficie, dando lugar a un incremento de precipitacións e unhas temperaturas máis temperás.[89] A actividade humana, incluíndo a combustión de 7000 millóns de toneladas de combustible fósil cada ano, tivo un impacto moi pequeno na cantidade de osíxeno combinado na atmosfera.[17] Cos niveis actuais da fotosíntese, levaría uns 2000 anos rexenerar a cantidade total de O2 na atmosfera actual.[90]