Post on 25-Dec-2015
description
transcript
Oxigenul este un element chimic cu simbolul O și numărul atomic 8. Este membru
al grupei calcogenilor și este un element nemetalic foarte reactivși un agent oxidant care
formează foarte ușor compu ș i (în special oxizi) cu majoritatea elementelor.[1] După masă,
oxigenul este al treilea cel mai întâlnit element în univers, după hidrogen și heliu.[2] În
condiții normale de temperatură și presiune, doi atomi de oxigen se leagă pentru a forma
dioxigenul, o moleculă diatomică incoloră, inodoră și insipidă, cu formula O2.
Multe clase majore de molecule organice în organismele vii, cum ar fiproteinele, acizii
nucleici, carbohidra ț ii , și grăsimile, conțin oxigen, la fel ca și cei mai importanți compuși
anorganici, care fac parte din cochiliile, dinții și oasele animalelor. Majoritatea masei
organismelor vii o reprezintă oxigenul deoarece face parte din apă, principala componentă
a formelor de viață (spre exemplu, aproape 2/3 din masa corpului uman). Oxigenul
elementar e produs de cianobacterii, alge și plante, fiind folosit în respirația celulară în toate
formele complexe de viață. Oxigenul e toxic pentru organismele anaerobe obligate, care
erau forma dominantă de viață timpurie pe Pământ până când O2-ul a început să se
acumuleze în atmosferă. O2-ul liber elementar a început să se adune în atmosferă acum
circa 2,5 miliarde de ani, la aproximativ un miliard de ani de la prima apariție a acestor
organisme.[3][4] Oxigenul diatomic constituie 20,8 %din volumul de aer.[5] Oxigenul este cel
mai abundent element după masă în scoarța Pământului, făcând parte din compuși de oxizi
ca dioxidul de siliciu, reprezentând aproape jumătate din masa scoarței terestre.[6]
Oxigenul reprezintă o parte importantă din atmosferă, și e necesar la susținerea majorității vieții terestre, fiind folosit în respirație. Totuși, e prea reactiv chimic pentru a rămâne un
element liber în atmosfera Pământului fără a ne fi reaprovizionat continuu de fotosinteza din
organismele vii, care folosesc energia luminii Soarelui pentru a produce oxigen elementar
din apă. Altă formă (alotrop) a oxigenului, ozonul (O3), absoarbe radiațiileUVB și,
consecvent, stratul de ozon de la mare altitudine ajută la protejarea biosferei de radiațiile
ultraviolete, dar e un poluant lângă suprafață unde este un produs secundar al smogului. La
altitudini chiar mai mari, oxigenul atomic are o prezență ridicată și e o cauză pentru
eroziunea rachetelor spațiale.[7] Oxigenul e produs industrial prin distilația fracțională a
aerului lichefiat, folosirea zeoli ț ilor cu adsorbția la presiune variabilă pentru a concentra
oxigenul din aer, electroliza apei și alte metode. Întrebuințările oxigenului elementar includ
producția o ț elului ,plasticului și textilelor, lipirea, sudarea și tăierea o ț elurilor și altor metale,
propulsoare de rachete, terapia cu oxigen și sisteme de susținere a vieții în aeronave, submarine, zborul spa ț ial și scufundare.
Oxigenul a fost descoperit independent de Carl Wilhelm Scheele, înUppsala, în anul 1773
sau mai devreme, și de Joseph Priestley înWiltshire, în anul 1774, dar lui Priestley i se
acordă mereu prioritate deoarece munca sa a fost publicată prima. Numele oxigen a fost
inventat în 1777 de către Antoine Lavoisier,[8] ale cărui experimente cu oxigenul au
contribuit la discreditarea - atunci populară - teoriei flogisticului acombustiei și coroziunii.
Numele lui derivă de la rădăcinile greci ὀξύςoxys, „acid”, literal „ascuțit”, referindu-se la
gustul acru al acizilor, și -γενής -genes, „producător”, literal „născător”, deoarece la vremea
denumirii, se credea, greșit, că toți acizii aveau nevoie de oxigen în compoziția lor.
Cuprins
[ascunde]
1 Istorie
o 1.1 Experimente timpurii
o 1.2 Teoria flogisticului
o 1.3 Descoperirea
o 1.4 Contribuția lui Lavoisier
o 1.5 Evenimente recente
2 Caracteristici
o 2.1 Structură
o 2.2 Alotropi
o 2.3 Proprietăți fizice
o 2.4 Izotopi și originile stelare
o 2.5 Abundențăo 2.6 Analiză
3 Rolul biologic al O2-ului
o 3.1 Fotosinteză și respirațieo 3.2 Conținutul în corp
o 3.3 Construcția atmosferei
4 Aplicațiio 4.1 Medicină
o 4.2 Susținerea vieții și uz în scopuri recreative
o 4.3 Industrie
5 Compuși
o 5.1 Oxizi și alți compuși anorganici
o 5.2 Compuși organici și biomolecule
6 Producția industrială
7 Siguranță și precauțiio 7.1 Toxicitate
o 7.2 Combustia și alte hazarduri
8 Note
9 Referințe 10 Bibliografie
o 10.1 Română
o 10.2 Străină
11 Vezi și
12 Legături externe
Istorie[modificare | modificare sursă]
Experimente timpurii[modificare | modificare sursă]
Experimentul luiFilon a inspirat ulteriorii cercetători.
Unul dintre primele experimente cunoscute despre relația dintre ardere și aer a fost realizat
de către Filon din Bizan ț , un scriitor din domeniul mecanicii din Grecia Antică, secolul al II-
lea î.Hr.. În lucrarea sa, Pneumatica, Filon a observat că inversarea unui vas deasupra unei
lumânări aprinse și înconjurarea gâtului vasului cu apă a avut ca efect ridicarea apei.[9] Filon
a presupus incorect că părți din aerul din vas s-au transformat în elementul clasic foc și
astfel a putut ieși prin porii vasului. Multe secole mai târziu, Leonardo da Vinci s-a bazat pe
munca lui Filon, observând faptul că părți din aer sunt consumate în timpul combustiei și respira ț iei .[10]
La sfârșitul secolului al XVII-lea, Robert Boyle a arătat că este nevoie de aer pentru
ardere.Chimistul englez John Mayow (1641–1679) a îmbunătățit munca sa prin
demonstrarea faptului că focul are nevoie doar de o parte din aer, pe care a numit-o spiritus
nitroaereus sau simplunitroaereus.[11] Într-un experiment, el a aflat că dacă plasa ori un șoarece sau o lumânare aprinsă într-un recipient închis peste apă, se ridica apa și înlocuia
o paisprezecime din volumul aerului înainte ca aceasta să se stingă.[12] Plecând de aici, el a
presupus că nitroaereus este consumat atât în respira ț ie , cât și în ardere.
Mayow a observat că stibiul crește în greutate dacă este încălzit, și a dedus că nitroaereus
s-ar fi combinat cu metalul.[11] El de asemenea s-a gândit că plămânii separă nitroaereus din
aer și îl trece în sânge și că mișcarea și căldura animalelor este rezultatul unei reacții dintre
nitroaereus și diverse substanțe din corp.[11] Evidențe ale acestora și ale altor experimente
au fost publicate în 1688 în lucrarea sa, Tractatus duo, din broșura "De respiratione".[12]
Teoria flogisticului[modificare | modificare sursă]
Articol principal: Teoria flogisticului.
Stahl a contribuit la dezvoltarea și popularizarea teoriei flogisticului.
Robert Hooke, Ole Borch, Mikhail Lomonosov și Pierre Bayen au produs oxigen în urma
experimentelor în timpul secolelor XVII și XVIII, dar niciunul nu l-a recunoscut ca fiind
unelement chimic.[13] Aceasta a fost în parte din cauza răspândirii unei filozofii
a combustiei șicoroziunii denumită teoria flogisticului, teorie care era explicația favorită
pentru aceste procese.
Stabilită în 1667 de către alchimistul german J. J. Becher, și modificată de chimistul Georg
Ernst Stahl la 1731,[14] teoria flogisticului afirma faptul că toate materialele combustibile erau
alcătuite din două părți. O parte, denumită flogistic, era eliberată când substanța care îl
conținea era arsă, iar partea deflogisticată se credea că era forma sa adevărată, sau calx.[10]
Se credea despre materialele foarte combustibile care lasă puțin reziduu, cum ar
fi lemnulsau cărbunele, că sunt făcute în majoritate din flogistic, în timp ce substanțele
necombustibile care se corodează, cum ar fi fierul, conțineau foarte puțin. Aerul nu a avut
un rol în teoria flogisticului, și nici nu s-au efectuat experimente cantitative inițiale pentru a
testa idea; în schimb, teoria era bazată pe observațiile referitoare la ce se întâmplă când
ceva arde, pe faptul că majoritatea obiectelor comune par să devină mai luminoase și să
piardă ceva în timpul procesului.[10] Faptul că o substanță ca lemnul de fapt dobândește în
ansamblu greutate prin ardere a fost ascuns de flotabilitatea produșilor combustiei gazoase.
Într-adevăr, una dintre primele indicii că teoria flogisticului era incorectă s-a bazat pe faptul
că și metalele creșteau în greutate odată cu ruginirea (când de fapt se presupune că
trebuiau să piardă așa-zisul flogistic).
Descoperirea[modificare | modificare sursă]
Articol principal: Descoperirea oxigenului
Carl Wilhelm Scheele l-a întrecut pe Priestley cu descoperirea, dar a publicat mai târziu.
Oxigenul a fost descoperit pentru prima dată de către farmacistul suedez Carl Wilhelm
Scheele. El a produs oxigen gazos prin încălzirea oxidului mercuric și a
diverșilor azota ț i prin anul 1772.[5][10] Scheele a denumit gazul „aer de foc” (engleză fire
air), deoarece era singurul lucru care putea întreține arderea, și a scris despre
descoperirea sa într-un manuscris intitulat Tratat despre Aer și Foc (engleză Treatise on
Air and Fire), pe care l-a trimis editorului său în 1775. Totuși, acel document nu a fost
publicat până în anul 1777.[15]
Joseph Priestley este considerat descoperitorul elementului.
Între timp, pe 1 august 1774, clericul britanic Joseph Priestley a focalizat un fascicul de
lumină solară pe o eprubetă cu oxid mercuric (HgO), astfel eliberând un gaz pe care el
l-a denumit „aer deflogisticat”.[5] El a observat faptul că lumânările ard mai bine când
sunt expuse acelui gaz, iar că șoarecii sunt mai activi și trăiesc mai mult în timp ce îl
respiră. După ce însăși el a respirat gazul, a notat: „Senzația cauzată de gaz în
plămânii mei nu era senzitiv diferită față de cea a aerului normal, dar am realizat că
pieptul meu era deosebit de ușor după ceva vreme.” [13][a] Priestley și-a publicat
descoperirile în 1775 într-o lucrare intitulată „An Account of Further Discoveries in Air”,
care a fost inclusă în al doilea volum al cărții sale,Experiments and Observations on
Different Kinds of Air.[10][16] Deoarece Priestley a publicat primul, el este cel considerat ca
fiind descoperitorul.
Cunoscutul chimist francez Antoine Laurent Lavoisier a spus că ar fi descoperit noua
substanță independent. Totuși, Priestley l-a vizitat pe Lavoisier în octombrie 1774 și i-a
povestit despre experimentul său și cum a produs noul gaz. De asemenea, Scheele i-a
trimis o scrisoare lui Lavoisier pe 30 septembrie 1774, în care descria propria
descoperire a substanței anterior necunoscute, însă Lavoisier nu a recunoscut niciodată
că ar fi primit-o (o copie a scrisorii a fost găsită printre lucrurile lui Scheele, după
moartea sa).[15]
Contribuția lui Lavoisier[modificare | modificare sursă]
Ceea ce Lavoisier a făcut incontestabil (deși la vremea aceea era disputat) a fost
realizarea primelor experimente cantitative adecvate cu privire la oxidare și elaborarea
unei explicații corecte referitoare la modul în care funcționează arderea.[5] El s-a folosit
de acestea și de alte experimente, toate începute în 1774, pentru a discredita teoria
flogisticului și pentru a dovedi că substanța descoperită de Priestley și Scheele era de
fapt element chimic.
Antoine Lavoisier a desființat teoria flogisticului.
Într-un experiment, Lavoisier a observat că nu era nicio creștere în greutate
când staniul metalic și aerul au fost încălzite într-un recipient închis.[5] El a notat faptul că
aerul a intrat când a deschis recipientul, ceea ce indica faptul că o parte de aer rămas
înăuntru a fost consumat. De asemenea a realizat că staniul a crescut în greutate și că
aceea creștere măsura la fel cu masa aerului care a intrat. Acestea și alte experimente
referitoare la ardere au fost documentate în cartea sa, Sur la combustion en général,
care a fost publicată în 1777.[5] În această lucrare, el demonstrează că aerul este un
amestec de două gaze: aer vital, care este esențial pentru ardere și respirație, și azote (ἄζωτον „fără viață”), care nu le întreține deloc. Termenul azote a devenit mai
târziu azot în română (nitrogen în engleză), și a fost preluat în diferite limbi europene.[5]
Lavoisier a redenumit aerul vital în oxygène în 1777, denumire care provine din
termeniigreci ὀξύς (oxys) (acid, literal „ascuțit”, de la gustul acizilor) și -γενής (-
genēs) (producător, literal „născător”), deoarece a crezut eronat că oxigenul este
constituent al tuturor acizilor.[8] Chimiștii (în special Sir Humphry Davy în 1812) au
determinat în cele din urmă că Lavoisier greșise în această privință (de fapt hidrogenul
este cel care stă la baza formării acizilor), dar era deja prea târziu; denumirea fusese
preluată.
Evenimente recente[modificare | modificare sursă]
Robert H. Goddard și o rachetă cu oxigen lichid pe post de combustibil.
Ipoteza atomică originală a lui John Dalton afirma faptul că toate elementele chimice
erau monoatomice și că atomii din compuși ar fi avut în mod normal cele mai simple
rapoarte atomice. De exemplu, Dalton a crezut că formula chimică a apei era HO,
prezentând masa atomică a oxigenului ca fiind de opt ori cea a hidrogenului, în contrast
cu valoarea modernă de aproximativ 16.[17] În 1805, Joseph Louis Gay-
Lussac și Alexander von Humboldt au arătat că apa este formată din două volume de
hidrogen și unul de oxigen, iar în 1811 Amedeo Avogadro a dat interpretarea corectă a
compoziției apei, bazându-se pe ceea ce acum se numește legea lui Avogadro și pe
ipoteza moleculelor diatomice elementale.[18][b]
Pe la sfârșitul secolului al XIX-lea, oamenii de știință au realizat faptul că aerul poate fi
lichefiat, iar componentele sale izolate, prin compresie și răcire. Folosind o metodă de
cascadă, chimistul și farmacistul elvețian Raoul Pierre Pictet a evaporat dioxid de
sulf lichid pentru a lichefia dioxidul de carbon, care în parte a fost evaporat pentru a răci
oxigenul gazos suficient pentru a putea fi lichefiat. El a trimis pe 22 decembrie 1877 o
telegramă către Academia Franceză de Ș tiin ț e din Paris, anunțând
descoperirea oxigenului lichid.[19] Doar două zile mai târziu, fizicianul francez Louis Paul
Cailletet a anunțat propria sa metodă de a lichefia oxigenul molecular.[19] Doar câteva
picături au fost produse în ambele cazuri, așadar nu au putut fi derulate analize
semnificative. Oxigenul a fost lichefiat în formă stabilă, pentru prima dată, pe 29
martie 1883, de către savații polonezi de la Universitatea Jagiellonă, Zygmunt
Wróblewski și Karol Olszewski.[20]
În 1891, chimistul scoțian James Dewar a reușit să producă suficient oxigen lichid
pentru a fi studiat.[21] Primul proces pentru producerea oxigenului lichid, viabil din punct
de vedere comercial, a fost dezvoltat independent de inginerul german Carl von Linde,
în 1895, și de inginerul britanic William Hampson. Ambii au micșorat temperatura
aerului până s-a lichefiat, apoi au distilat componenții gașozi prin fierberea lor pe rând,
iar apoi i-au cules.[22] Mai târziu, în 1901, a fost prezentată pentru prima
dată sudura oxiacetilenă prin arderea unui amestec de acetilenă și oxigen comprimat.
Această metodă de sudură și tăiere a metalelor a devenit mai târziu comună, iar astăzi
aparatul folosit pentru acest proces este cunoscut sub denumirea de suflător
oxiacetilenic.[22]
În 1923, savantul american Robert H. Goddard a devenit prima persoană care a
dezvoltat un motor de rachetă care folosea combustibil lichid; motorul utiliza benzină pe
post de combustibil și oxigen lichid pe post de oxidant. Pe 16 martie 1926, Goddard a
reușit cu succes să facă o mică rachetă să zboare 56 m cu 97 km/h, în Auburn,
Massachusetts, SUA.[22][23]
Caracteristici[modificare | modificare sursă]
Structură[modificare | modificare sursă]
Moleculă de dioxigen, O2.
În condiții normale de temperatură și presiune, oxigenul este un gaz incolor, inodor și
insipid cu formula moleculară O2, în cadrul căreia doi atomi de oxigen sunt lega ț i chimic unul de altul printr-o configurație electronică cu triplet de spini. Această legătură
este de ordinul doi, și este adesea simplificată în descriere ca o legătură dublă [24] sau ca
o combinație dintre o legătură a doi electroni și două legături a trei electroni.[25]
Oxigenul triplet (a nu fi confundat cu ozonul, O3) este starea fundamentală a moleculei
de O2.[26] Configurația electronică a moleculei are doi electroni nepereche care ocupă
doi orbitali moleculari degenerați. [c] Acești orbitali sunt clasificați ca orbitali de
antilegătură (micșorând ordinul de legătură de la trei la doi), astfel că legătura
oxigenului diatomic este mai slabă decât legătura tripă a azotului diatomic, în care toți orbitalii de legătură moleculară sunt sunt complet ocupați, însă unii orbitali de
antilegătură nu sunt.[26]
Un firicel de oxigen lichid este deviat de un câmp magnetic, ceea ce ilustrează proprietatea
sa paramagnetică
În forma sa normală de triplet, O2, moleculele sunt paramagnetice. Mai pe larg, ei
formează un magnet în prezența unui câmp magnetic, din cauza momentului magnetic
al spinuluielectronilor nepereche din moleculă, și a interacțiunii de schimb negativ dintre
moleculele de O2 vecine.[21] Oxigenul lichid este atras de un magnet într-o așa măsură
încât, în demonstrațiile de laborator, un firicel de oxigen lichid poate rezista împotriva
propriei greutăți între polii unui magnet puternic.[27][d]
Oxigen singlet este numele dat unor specii variate de O2 de energie majoră, în cadrul
cărora toți spinii electronici sunt pereche. Este mult mai reactiv față de moleculele
organice decât oxigenul molecular în sine. În natură, oxigenul singlet se formează de
obicei din apă în timpul fotosintezei, utilizându-se energia solară.[28] De asemenea, este
produs și întroposferă prin fotoliza ozonului realizată de lumină de lungimi de undă
scurte,[29] și de către sistemul imunitar, ca sursă de oxigen activ.[30] În organismele
fotosintetice -și poisibil și în animale-, carotenoidele joacă un rol major în absorbția
energiei de la oxigenul singlet și în conversia sa în starea fundamentală înainte să
poată cauza posibile daune în țesuturi.[31]
Alotropi[modificare | modificare sursă]
Ozonul este un gaz mai rar pe Pământ, întâlnit în cea mai mare parte în stratosferă.
Alotropul cel mai comun al oxigenului elemental se numește dioxigen O2, și are o
lungime a legăturii de 121 pm și o energie de legătură de 498 kJ·mol −1 .[32] Aceasta este
forma care este utilizată de forme de viață complexe, cum ar fi animalele, în respira ț ia
celulară (vezi șirolul biologic) și este forma care are o mare importanță în atmosfera
Pământului (vezirăspândire).
Trioxigenul (O3) este cunoscut de obicei sub denumirea de ozon și este un alotrop al
oxigenului foarte reactiv, dăunător pentru țesutul pulmonar.[33] Ozonul este produs în
atmosfera superioară când O2 se combină cu oxigenul atomic format prin diviziunea
O2 din cauza radiațiilor ultraviolete (UV).[8] Din moment ce ozonul este un puternic
absorbant în regiunea ultravioletă a spectrului electromagnetic, stratul de ozon al
atmosferei superioare funcționează ca un scut protector pentru radiațiile care sunt
primite de planetă.[8] Totuși, în apropiere de suprafața terestră, este un poluant puternic,
format ca produs secundar al gazelor de eșapament.[33] Molecula metastabilă de tetraoxigen (O4) fost descoperită în 2001,[34][35] și se
presupunea că ar exista în una dintre cele șase faze ale oxigenului solid. S-a
demonstrat în anul 2006 că această fază, creată prin presurizarea dioxigenului la
20 GPa, este de fapt un cluster O8 aparținând sistemului de cristalizare trigonal.[36] Acest
cluster are un potențial de agent oxidant mult mai mare decât O2 sau O3, și prin urmare
ar putea fi utilizat ca și combustibil pentru rachete.[34][35] În 1990 a fost descoperită o fază
metalică a oxigenului solid, când acesta a fost supus unei presiuni mai mari de 96
GPa[37] și în 1998 s-a demonstrat că în condiții de temperatură foarte scăzută, devine
un superconductor.[38]
Proprietăți fizice[modificare | modificare sursă]
Oxigenul e mai solubil în apă decât azotul. Apa în echilibru cu aerul conține aproximativ
o moleculă de O2 dizolvat pentru fiecare 2 molecule de N2, comparat cu un raport
atmosferic de 1:4. Solubilitatea oxigenului în apă depinde de temperatură, și de 2 ori
mai mult (14.6 mg·L−1) se dizolvă la 0 °C decât la 20 °C (7.6 mg·L−1).[13][39] La 25 °C și
o atmosferă standard(101,3 kPa), apa dulce conține circa 6,04 mililitri de oxigen pe litru,
pe când apa de mare conține circa 4,95 ml pe litru.[40] La 5 °C, solubilitatea crește la 9
ml (cu 50% mai mult decât la 25 °C) pe litru și 7,2 ml (cu 45% mai mult) pe litru în apa
sărată.
Oxigenul se condensează la 90,2 K (-182,95 °C, -297,31 °F), și îngheață la 54, 36 k (-
218,79 °C, -361,82 °F).[41] Și oxigenul lichid, și cel solid sunt substanțe limpezi de
culoare albastru-deschis cauzată de absorbția în roșu (în contrast cu culoarea albastră
a cerului, care e cauzată de împrăștierea Rayleigh a luminii albastre). O2 lichid foarte
pur e obținut de obicei cu ajutorul distilației fracționale a aerului lichefiat.[42] Oxigenul
lichid poate fi produs, de asemenea, prin condensarea acestuia din aer,
folosind azot lichid ca răcitor. E o substanță foarte reactivă și trebuie ținută departe de
materialele flamabile.[43]
Izotopi și originile stelare[modificare | modificare sursă]
În faza târzie a vieţii unei stele, 16O este concentrat în stratul O, 17O în stratul H, iar 18O în
stratul He.
Oxigenul care este răspândit în natură este compus din trei izotopi stabili: 16 O , 17 O , și 18 O , 16O fiind cel mai abundent (99,762% abunden ț ă naturală ).[44] Majoritatea 16O
este sintetizat la finalul procesului de fuziune a heliului în cadrul unei stele masive, dar o
altă parte se produce prin procesul de ardere al neonului.[45] 17O apare în mod
fundamental prin arderea hidrogenului în heliu în timpul ciclului CNO, astfel devenind un
izotop comun în zonele de ardere a hidrogenului din stele.[45] La rândul său,
majoritatea 18O este produs când 14 N (abundent datorită arderi CNO) capturează un
nucleu de 4 He , cauzând o abundență a izotopului 18O în zonele bogate în heliu
din stelele masive, evoluate.[45]
Au fost caracterizați paisprezece radioizotopi, dintre care cei mai stabili sunt 15O, cu
un timp de înjumătă ț ire de 122,24 secunde și 14O cu un timp de înjumătățire de
70,606 secunde.[44] Toți ceilalți izotopi radioactivi au timpi de înjumătățire mai mici de
27 de secunde, iar majoritatea acestora au timpi de înjumătățire mai mici de 83 de
milisecunde.[44] Forma cea mai comună de dezintegrare a izotopilor mai ușori decât 16O
este dezintegrarea β + [46] [47] [48] pentru a produce azot, și cea mai comună formă pentru
izotopii mai grei ca 18O este dezintegrarea beta pentru a produce fluor.[44]
Abundență[modificare | modificare sursă]
Zece cele mai comune elemente în Galaxia Calea Lactee, estimate cu ajutorul
spectroscopiei[49]
Z Element Fracțiunea masică, în părți per milion
1 Hidrogen 739,00071 × masa oxigenului
(bara roșie)
2 Heliu 240,00023 × masa oxigenului
(bara roșie)
8 Oxigen 10400
6 Carbon 4600
10 Neon 1340
26 Fier 1090
7 Azot 960
14 Siliciu 650
12 Magneziu 580
Zece cele mai comune elemente în Galaxia Calea Lactee, estimate cu ajutorul
spectroscopiei[49]
Z Element Fracțiunea masică, în părți per milion
16 Sulf 440
Oxigenul este cel mai abundent element chimic, după masă,
în biosfera, atmosfera, hidrosfera și litosferaPământului. Oxigenul este al treilea cel mai
răspândit element chimic din univers, după hidrogen și heliu.[2]Aproximativ 0,9% din
masa Soarelui este oxigen [5], element care constituie 49,2% din masa scoar ț ei terestre ,[6] și este și componentul major al oceanelor planetare (88,8% din masa lor).[5] Oxigenul
gazos este al doilea cel mai răspândit component din atmosfera Pământului, deoarece
reprezintă 20,8% din volumul său și 23,1% din masa sa (câteva 1015 tone).[5][50]
[e] Pământul este o excepție printre planetele din Sistemul Solar, având o astfel de
concentrație ridicată de oxigen gazos în atmosfera sa; de exemplu, Marte (cu 0,1%
O2 din volum) și Venus au concentrații mult mai mici. Totuși, O2 din jurul acestor planete
este produs exclusiv prin reacția suferită de moleculele care conțin oxigen -cum ar fi
dioxidul de carbon-, în urma impactului radiațiilor ultraviolete.
Concentrația neobișnuită de oxigen gazos de pe Pământ este rezultatul ciclului
oxigenului. Acest ciclu biogeochimic descrie circulația oxigenului în cadrul și între cele
trei mai rezerve ale planetei Pământ: atmosfera, biosfera și litosfera. Factorul de
mișcare cel mai important în acest ciclu este fotosinteza, care este responsabilă pentru
atmosfera modernă a Pământului. Fotosinteza eliberează oxigenului înapoi în
atmosferă, în timp ce procese ca respira ț ia sau descompunerea îl elimină. În echilibrul
actual, într-un an producția și consumul are loc într-un raport aproximat la 1/2000 din
totalitatea oxigenului atmosferic.
Apa rece conţine mai mult O2dizolvat.
Oxigenul necombinat de asemenea este răspândit în soluție în masele de apă prezente
pe Pământ. Solubilitatea mare al O2 la temperaturi scăzute (vezi Proprietă ț i fizice ) are
implicații importante pentru viața marină, din moment ce oceanele polare suportă o
densitate de viață mult mai mare datorită conținutului lor superior de oxigen.[51] Apele
poluate cu nutrienți proveniți de la plante, cum ar fi nitra ț ii saufosfa ț ii , pot stimula
creșterea algelor printr-un proces numit eutrofizare, și descompunerea acestor
organisme și a altor biomateriale poate reduce cantitățile de oxigen din apele eutrofe.
Oamenii de știință evaluează acest aspect al calității apelor prin măsurarea cererii
biochimice de oxigen, sau cantitatea de O2 care este necesară pentru a se restabili o
concentrație normală.[52]
Analiză[modificare | modificare sursă]
500 de milioane de ani de schimbări climatice, comparate cu nivelul de 18O
Paleoclimatologii măsoară relația dintre oxigenul-18 și oxigenul-16 în
cadrulscheletelor și exoscheletelor organismelor marine, pentru a determina cum era
clima acum câteva milioane de ani. Moleculele de apă de mare care conținizotopul mai
ușor, oxigen-16, se evaporă într-un ritm puțin mai rapid decât moleculele care conțin
izotopul cu 12% mai greu, oxigen-18; această discrepanță crește la temperaturi mai
scăzute.[53] În timpul perioadelor cu temperaturi globale scăzute, ninsoarea și ploaia
formate din acele ape evaporate tind să fie mai bogate în oxigen-16, iar apa marină
rămasă tinde să fie mai bogată în oxigen-18. Organismele marine, prin urmare,
incorporează mai mult oxigen-18 în scheletele și exoscheletele lor decât ar trebi să fie
într-un climat mai cald.[53] De asemenea, paleoclimatologii măsoară direct această
relație în moleculele de apă din mostrele de nuclee de gheață conservate în timpul mai
multor sute de mii de ani.
Geologii planetari au măsurat diferenețele dintre abundanța izotopilor de oxigen din
mostre provenite de pe Pământ, Lună,Marte și meteori ț i , însă pentru mult timp nu au
putut obține valori de referință pentru relațiile dintre izotopii prezenți înSoare, despre
care se crede că sunt la fel cu cei din nebuloasa protosolară. Totuși, analiza mostrelor
de siliciu expusevântului solar din spațiu și reajunse pe Pământ prin intermediul sondei
Genesis au arătat că Soarele are o proporție mai mare de oxigen-16 decât Pământul.
Măsurarea implică faptul că un proces necunoscut a epuizat oxigenul-16 din discul
protoplanetar al Soarelui, anterior fuzionării granulelor de praf care au format Pământul.[54]
Oxigenul prezintă două benzi de abosrbție spectrofotometrice, cu maximele de lungime
de undă de 687 și respectiv 760nanometri. Unii oameni de știință din
domeniul teledetec ț iei au propus utilizarea măsurătorii a strălucirii venite de
la foliajulvegetației în acele benzi pentru a caracteriza starea de sănătate a unei plante
de pe o platformă de satelit.[55] Această abordare exploatează faptul că în acele benzi e
posibil să se deosebească reflexia vegetației de fluorescența sa, care e mult mai slabă.
Măsurarea e dificilă, tehnic vorbind, gândindu-ne la raportul semnal/zgomot e scăzut și
la structura fizică a vegetației; dar a fost propusă ca o metodă posibilă pentru
monitorizarea ciclului carbonului de la sateliți, la scară globală.
Rolul biologic al O2-ului[modificare | modificare sursă]
Fotosinteză și respirație[modificare | modificare sursă]
Fotosinteza desparte apa pentru a elibera O2 și transformă CO2 în zahăr prin ceea ce se
numește un ciclu Calvin.
În natură, oxigenul e produs de despărțirea apei cu ajutorul luminii în
timpulfotosintezei oxigenice. După unele estimări, algele verzi și cianobacteriile din
mediile marine produc aproximativ 70% din oxigenul de pe Pământ, restul fiind eliberat
de plantele terestre.[56] Alte estimări despre contribuția oceanelor la crearea oxigenului
atmosferic sunt mai ridicate, pe când altele sunt mai scăzute, sugerând că oceanele
produc circa 45% din oxigenul din atmosfera Pământului, anual.[57]
O formulă simplificată și cuprinzătoare pentru fotosinteză este:[58]
+ fotoni →
sau, mai simplu
dioxid de carbon + apă + lumină → glucoză + dioxigen
Evoluția fotolitică a oxigenului are loc în membranele tilacoide ale organismelor
fotosintetice, având nevoie de energia a 4 fotoni.[f] Mulți pași sunt necesari, dar
rezultatul este formarea unui gradient de protoni de-a lungul membranei
tilacoide, care e folosit la sintetizarea ATP-ului prin fotofosforilație.[59] O2-ul
rămas după oxidarea moleculei de apă este eliberat în atmosferă.[g]
Dioxigenul molecular, O2, e esențial pentru respirația celulară în
toate organismele aerobe. Oxigenul e folosit în mitocondriipentru a facilita
generarea de adenozintrifosfat (ATP) în timpul fosforilației oxidative. Reacția
respirației aerobe este inversa fotosintezei și este simplificată astfel:
→
În vertebrate, O2 se propagă prin membrane în plămâni iar apoi în celulele
roșii. Hemoglobina se atașează de O2, schimbându-și culoarea din roșu
albăstrui în roșu deschis[33] (CO2 e eliberat din altă parte a hemoglobinei
prin efectul Bohr). Alte animale folosesc hemocianină (molu ș tele și
unele artropode) sau hemeritrină (păianjenii și homarii).[50] Un litru de sânge
poate dizolva 200 cm3 de O2.[50]
Tipuri de oxigen reactiv, cum ar fi ionul superoxid (O2-) și peroxidul de
hidrogen (H2O2), sunt produse secundare nocive ale folosirii oxigenului în
organism.[50] Părți din sistemul imunitar din organisme superioare, totuși,
creează peroxid, superoxid și singleturi de oxigen pentru a distruge microbii
invadatori. Tipurile de oxigen reactiv joacă, de asemenea, un rol important în
răspunsul hipersenzitiv al plantelor împotriva atacurilor patogene.[59]
Un adult uman în repaus inhalează de la 1,8 până la 2,4 grame de oxigen pe
minut.[60] Aceasta duce la inhalarea de 6 miliarde de tone de oxigen anual,
de către omenire.[h]
Conținutul în corp[modificare | modificare sursă]
Presiunea parțială a oxigenului în corpul uman (PO2)
Unitate de
măsură
Presiunea gazului
în
alveolele
pulmonare
Oxigen
în artere
Oxigen
în vene
kPa 14.2 11[61]-13[61] 4.0[61]-5.3[61]
mmHg 107 75[62]-100[62] 30[63]-40[63]
Presiunea parțială a oxigenului liber în corpul unei vertebrate în viață este
cea mai ridicată în sistemul respirator, iar apoi scade de-a lungul oricărui
sistem de artere, ț esuturi periferice și sistem de vene, respectiv. Presiunea
parțială e presiunea pe care oxigenul ar fi avut-o dacă ar fi ocupat volumul
respectiv, singur.[64]
Construcția atmosferei[modificare | modificare sursă]
Acumularea de O2 în atmosferă: 1) O2 nu e produs; 2) O2 e produs, dar e absorbit în
oceane și în fundul acestora; 3) O2 începe să se ridice din oceean, dar e absorbit de
pământ și de stratul de ozon în formare; 4–5) O2 începe să se adune în atmosferă
Oxigenul liber a fost aproape de negăsit în atmosfera Pământului înainte
ca archaea și bacteriile fotosintetice să evolueze, probabil cu 3,5 miliarde de
ani în urmă. Oxigenul liber a apărut în cantități considerabile în timpul
paleoproterozoic-ului (acum 3 - 2,3 miliarde de ani).[65] Pentru primele
miliarde de ani, orice oxigen liber produs de aceste organisme se combina
cu fierul dizolvat în oceane, pentru a forma formațiuni de fier. Când
asemenea „puțuri” de oxigen s-au umplut, oxigenul liber a început să se
răspândească în atmosferă, acum 3 - 2,7 miliarde de ani, ajungând la 10%
din nivelul actual.[65][66]
Prezența cantităților mari de oxigen dizolvat și liber în oceane și atmosferă
ar fi putut duce majoritatea organismelor anaerobe în viață de atunci
la extinc ț ie în timpul Marelui Eveniment de Oxigenare (catastrofa
oxigenului), acum circa 2, 4 miliarde de ani. Totuși, respirația celulară
folosind O2 permite organismelor aerobesă producă mai mult ATP decât cele
anaerobe, facilitându-le să domine biosfera terestră.[67] Respirația celulară a
O2 e prezentă în toate eucariotele, incluzând toate organismele multicelulare
complexe ca plantele și animalele.
De la începutul perioadei cambriene acum 540 de milioane de ani, nivelele
de O2 au fluctuat în volum între 15% și 30%.[68]Către sfârșitul perioadei
carbonifere (în urmă cu aproximativ 300 de milioane de ani) nivelele
atmosferice de O2, după volum, au ajuns la un maxim de 35%,[68] care ar fi
putut contribui la marea cantitate de insecte și amfibieni la acel timp.[69]Activitățile umane, incluzând arderea a 7 miliarde de tone de combustibil
fosil anual au avut un efect foarte mic asupra cantității de oxigen liber în
atmosferă.[21] În ritmul curent al fotosintezei, ar fi nevoie de 2000 de ani
pentru a regenera tot O2-ul prezent în atmosferă.[70]
Aplicații[modificare | modificare sursă]
Medicină[modificare | modificare sursă]
Un concentrator de oxigen în casa unui pacient cu unemfizem
Asimilarea de O2 din aer este scopul fundamental al respirației, ceea ce
înseamnă că suplimentarea de oxigen e folosită în medicină. Tratamentul nu
doar crește nivelul de oxigen în sângele pacienților, dar are și efectul
secundar de a reduce rezistența față de cursul de sânge în multe tipuri de
boli ale plămânilor, ușurând munca inimii. Terapia cu oxigen este folosită la
tratarea emfizemelor, pneumoniei, unor boli cardiace (insuficien ț ă
cardiacăcongestivă), unor tulburări care cauzează o presiune
arterială pulmonară ridicată, și orice boală care scade eficiența corpului în
asimilarea și folosirea oxigenului.[71]
Tratamentele sunt destul de practice încât să fie folosite în spitale, la
domiciliile pacienților, sau, dintr-un număr din ce în ce mai mare, prin
aparate mobile. Corturile de oxigen erau des folosite în terapia cu oxigen,
dar acum au fost înlocuite de măștile de oxigen și de canulele nazale.[72]
Oxigenoterapia hiperbară folosește camere de oxigen speciale pentru a
crește presiunea parțială a oxigenului a pacientului, sau, în caz de nevoie, a
personalului medical.[73]Intoxicarea cu monoxid de carbon, gangrena
gazoasă și răul de decompresie sunt, uneori, tratate folosind aceste
dispozitive.[74] O concentrație ridicată de O2 în plămâni ajută la despărțirea
monoxidului de carbon de grupul hemic al hemoglobinei.[75][76] Oxigenul este
otrăvitor pentru bacteriile anaerobe care cauzează gangrenele gazoase, deci
creșterea presiunii sale parțiale ajută la eliminarea acestora.[77][78] Răul de
decompresie are loc în scafandrii care se decompresează prea repede după
o scufundare, rezultând în bule de gaz inert, cel mai des constituind
în azot și heliu, formându-se în sângele lor. Mărirea presiunii oxigenului cât
de repede se poate face parte din tratament.[71][79][80]
Oxigenul e, de asemenea, folosit în scop medical pentru pacienții care
necesită ventilație mecanică, de obicei la concentrații mai mare decât cea
de 21% din aerul ambiental.
Susținerea vieții și uz în scopuri recreative[modificare | modificare sursă]
O2 pur, la presiuni scăzute, e folosit în costumele spațiale.
O aplicație notabilă a O2, sub forma unui gaz de respirat la
o presiune scăzută, e folosirea lui în costumele spațiale moderne, care
înconjoară corpul ocupantului lor cu aer presurizat. Aceste dispozitive
folosesc oxigen aproape pur la o presiune de circa 3 ori mai mică decât cea
normală, astfel presiunea parțială a oxigenului în sânge rămânând normală.[81][82] Acest compromis în schimbarea unei concentrații mai mari de oxigen
pentru o presiune mai scăzută e necesar pentru ca costumele spațiale să fie
flexibile.
Scafandrii și submarinele se bazează, de asemenea, pe O2 furnizat artificial,
dar în majoritatea timpului folosesc o presiune normală, și/sau amestecuri
de oxigen și aer. Folosirea O2-ului pur sau aproape pur în scufundările
deasupra nivelului mării e de obicei limitat la recirculatoare, decompresie
sau la tratamentul de urgență la adâncimi relativ mici (circa 6 metri
adâncime, sau mai puțin).[83][84] Scufundarea la adâncimi mai mari necesită o
diluare semnificativă a O2-ului cu alte gaze, cum ar fi azotul sau heliul,
pentru a preveni hiperoxia.[83]
Alpini ș tii sau oamenii care zboară în avioane cu aripă fixă nepresurizate au
uneori rezerve de O2 suplimentar.[i] Pasagerii ce călătoresc în avioane
comerciale (presurizate) au o rezervă de urgență de O2 automat furnizată în
caz de depresurizare. Pierderi de presiune subite activează generatoare
chimice de oxigen de deasupra fiecărui scaun, cauzând măștile de oxigen
să coboare. Punerea măștilor „pentru a începe fluxul de oxigen” precum
instrucțiunile de siguranță spun, forțează fierul să intre
în cloratul de sodiu dinăuntrul recipientului.[52] Un curs stabil de oxigen e
produs ulterior de reacția exotermică.
Oxigenul, ca un euforic ușor, are o istorie legată de uzul recreațional în
baruri de oxigen și sporturi. Barurile de oxigen sunt clădiri, găsite
în Japonia, California, Las Vegas, Nevada încă de la sfârșitul anilor 1990
care oferă o expunere la O2 mai ridicată decât normal, pentru un tarif.[85] Atleții profesioniști, în special în fotbalul american, ies de pe teren uneori
între reprize și poartă măști de oxigen pentru a primi un „impuls” în
performanță. Efectul farmacologic e îndoielnic; un efectplacebo e o
explicație mai probabilă.[85] Studiile disponibile susțin un impuls în
performanță de la amestecuri îmbogățite de O2 doar dacă ele sunt respirate
în timpul exercițiilor aerobe.[86]
Alte uzuri recreaționale car nu implică respirarea gazului includ
aplicațiile pirotehnice, cum ar fi metoda lui George Goble de aprindere în 5
secunde a grătarelor.[87]
Industrie[modificare | modificare sursă]
Majoritatea O2-ului produs industrial e folosit la crearea o ț elului din fier.
Topirea minereului de fier în o ț el consumă 55% din oxigenul produs
industrial.[52] În acest proces, O2-ul e injectat printr-o „lance” cu presiune
ridicată în fierul topit, care îndepărtează impuritățile de sulf și carbonul în
exces, precum și respectivii oxizi SO2și CO2. Reacțiile sunt exotermice, deci
temperatura ajunge la 1.700 °C.[52]
Alt 25% din oxigenul produs comercial e folosit în industria chimică.[52] Etenareacționează cu O2 pentru a crea oxid de etenă, care e convertită în
glicol de etenă; un material indispensabil în producerea multor produse, cu
ar fi antigelul și polimerii de poliester (precursorii multor plastice și ț esături ).[52]
Cea mai mare parte din restul de 20% din oxigenul produs comercial e
folosit în scopuri medicale, sudare și tăiere, ca oxidant în combustibilul de
rachete, și în tratamentul cu apă.[52] Oxigenul e folosit în sudare
oxiacetilenică, arderea acetilenei cu O2 pentru a produce o flacără foarte
fierbinte. În acest proces, metalul cu o grosime de până la 60 de cm e
încălzit, prima dată, cu o flacără oxiacetilenică mică și apoi tăiat rapid cu un
jet mare de O2.[88]
Compuși[modificare | modificare sursă]
Apa (H2O) este cel mai întâlnit compus al oxigenului.
Numărul de oxidare al oxigenului este −2 în aproape toți compușii cunoscuți ai acestuia. Numărul de oxidare −1 este găsit în puțini compuși, cum ar
fi peroxizii.[89] Compușii ce conțin oxigen având alte numere de oxidare sunt
foarte rari: −1/2 (superoxizi), −1/3 (ozonuri), 0 (alotropi ai oxigenului, acid
hipofluoros), +1/2 (dioxigenil), +1 ([difluorid de dioxigen), și +2 (difluorid de
oxigen).
Oxizi și alți compuși anorganici[modificare | modificare sursă]
Apa (H2O) este oxidul de hidrogen și cel mai familiar compus al oxigenului.
Atomii de hidrogen sunt lega ț i covalent de oxigen în cadrul unei molecule de
apă, dar au de asemenea și o atracție adițională (aproximativ
23,3 kJ/mol1 per atom de hidrogen) față de un atom de oxigen adiacent din
altă moleculă.[90] Aceste legături de hidrogen dintre moleculele de apă le ține
cu aproximativ 15% mai aproape decât ar fi fost de așteptat în cazul unui
lichid simplu, în cadrul căruia se exercită doar forțe van der Waals.[91][j]
Oxizii, cum ar fi oxidul de fier saurugina, se formează când oxigenul se combină cu
alte elemente.
Datorită electronegativită ț ii sale, oxigenul formeazălegături chimice cu
aproape toate celelalte elemente la temperaturi ridicate,
dândoxizii corespunzători. Totuși, unele elemente formează ușor oxizi în
condiții normale de temperatură și presiune; un exemplu concludent
este ruginirea fierului. Suprafețele metalelor ca aluminiu și titan sunt oxidate
în prezența aerului și devin în timp acoperite cu o peliculă fină de oxid, care
protejează metalul și încetineștecoroziunea. Unii dintre oxizii metalelor
tranziționale sunt răspândiți în natură sub forma unor compuși
nestoichiometrici, cu o cantitate de metal puțin mai mică decâtformula
chimică ar exprima. De exemplu, oxidul de fier (FeO) natural, cunoscut și
cawüstit, are formula Fe1 − xO, unde x este de obicei în jur de 0,05.[92]
Oxigenul ca și compus este prezent în atmosferă în cantități importante sub
formă de dioxid de carbon (CO2). Scoar ț a terestră este compusă în mare
parte din oxizi desiliciu (cuar ț ul SiO2, găsit în granit și nisip), aluminiu (oxid
de aluminiu Al2O3, în bauxită și corindon), fier (oxid de fier (III)) Fe2O3,
în hematit și rugină), și carbonat de calciu (în calcar). Restul scoarței este
de asemenea alcătuită din compuși ai oxigenului, în
particular silica ț i complecși (minerale silicate). Mantaua Pământului, de
masă mult mai mare decât scoarța, este în mare parte compusă din silicați de magneziu și fier.
Silicații solubili în apă, de forma Na4SiO4, Na2SiO3, și Na2Si2O5, sunt folosiți ca detergen ț i și adezivi.[93]
Compuși organici și biomolecule[modificare | modificare sursă]
Acetona este un material indispensabil în industria chimică.
Oxigen
Carbon
Hidrogen
Oxigenul reprezintă mai mult de 40% din masa moleculară a moleculei de ATP.
Printre cele mai importante clase de compu ș i organici care conțin oxigen se
numără („R” reprezintă radicalul organic): Alcooli (R-OH);eteri (R-O-
R); cetone (R-CO-R); aldehide(R-CO-H); acizi carboxilici (R-
COOH); esteri(R-COO-R); anhidride acide (R-CO-O-CO-R); și amide (R-
C(O)-NR2). Sunt mulți solvenți organici importanți care conțin oxigen, printre
care: acetona, metanolul,etanolul, izopropanolul, furanul, THF-ul,eterul
dietilic, dioxanul, acetatul de etil, DMF-ul, DMSO-ul, acidul acetic și acidul
formic. Acetona ((CH3)2CO) și fenolul (C6H5OH) sunt utilizați ca materiale
aditive la sinteza diferitelor substanțe. Alți compuși organici importanți care
conțin oxigen sunt: glicerol, formaldehidă, glutaraldehidă, acid
citric, anhidridă acetică, șiacetamidă. Epoxizii sunt eteri în care atomul de
oxigen face parte dintr-un nucleu de trei atomi.
Oxigenul reacționează spontan cu mulți compu ș i organici la sau dedesubtul
temperaturii ambientale, într-un proces cunoscut sub denumirea
de autoxidare.[94] Majoritatea compu ș ilor organici care conțin oxigen nu sunt
obținuți prin acțiunea directă a O2. Printre compușii organici importanți în
industrie și comerț care sunt fabricați prin oxidarea directă a unui precursor
se numără oxidul de etilenă și acidul paracetic.[93]
Acest element este întâlnit în aproape toate biomoleculele care sunt
importante pentru (sau sunt produse de) organisme vii. Doar câteva
biomolecule complexe comune, cum ar fi scualena și carotenii, nu conțin
oxigen. Dintre toți compușii organici importanți din punct de vedere
biologic, glucidele conțin cea mai mare proporție de oxigen după masă.
Toate grăsimile,acizii gra ș i , aminoacizii și proteinele conțin oxigen (datorită
prezenței grupei carbonil din acești acizi și resturilor de ester). Oxigenul de
asemenea se găsește în grupele fosfat (PO43-) care fac parte dintr-o
moleculele foarte importante din punct de vedere energetic,
numite adenozintrifosfat (sau ATP) și adenozindifosfat (sau ADP), din bazele
azotate purinice (excepție face adenina) și pirimidinice ale ARN-ului și ADN-
ului, și în oase sun formă de fosfat de calciu și hidroxilapatit.
Producția industrială[modificare | modificare sursă]
Două metode primare sunt folosite pentru a produce 100 de milioane de
tone de O2 extras din aer, pentru întrebuințări industriale, anual.[15] Cea mai
folosită metodă este distilarea fracțională a aerului lichefiat în componenții săi variați, cu N2distilându-se în vapori, iar O2 rămânând lichid.[15]
Un voltametru Hoffman, folosit la electroliza apei.
Cealaltă metodă principală de producere a O2-ului constă în trecerea unui
curent de aer curat și uscat printr-un pat de site moleculare zeolitice perechi,
identice, care absorb azotul și dau drumul unui curent de gaz care e între 90 și 93% O2.[15]Simultan, azotul e eliberat din celălalt pat cu zeoliți saturați în
azot, prin reducerea presiunii din cameră și direcționând o parte din oxigen
prin el, în direcția inversă curgerii. După un timp presetat pentru ciclu,
operațiile celor 2 paturi sunt schimbate între ele, astfel permițând ca o
cantitate continuă de oxigen să fie pompat printr-o conductă. Acest proces e
cunoscut sub numele de adsorbție la presiune variabilă. Oxigenul, într-o
cantitate din ce în ce mai mare, este obținut de aceste tehnologii non-
criogenice.[95]
Oxigenul poate fi, de asemenea, produs prin electroliza apei în oxigen și hidrogenmolecular. Curentul continuu trebuie folosit: dacă curentul
alternativ e pus în practică, gazele în fiecare parte constau în hidrogen și
oxigen, în explozivul raport de 2:1. Contrar credinței populare, raportul de
2:1 observat în electroliza apei acidificate folosind curentul continuu nu
verifică că formula empirică a apei e H2O, dacă anumite presupuneri despre
formulele moleculare ale hidrogenului și oxigenului nu sunt făcute. O metodă
similară este evoluția electrocatalitică a O2-ului din oxizi și oxoacizi.
Catalizatori chimici pot fi, de asemena, folosiți, cum ar fi în generatorii
chimici de oxigen sau în lumânările cu oxigen, care sunt folosite ca părți din
echipamentul de susținere a vieții în submarine, și încă fac parte din
echipamentul standard în avioanele comerciale în caz de depresurizare. Altă
tehnologie de separare a aerului implică forțarea aerului să se dizolve prin
membrane ceramice bazate pe dioxid de zirconiu, ori prin presiuni foarte
ridicate ori un curent electric, pentru a produce oxigen aproape pur.[52]
În cantități mari, prețul oxigenului lichid în 2001 a fost aproximativ 0,21 $/kg.[96] Deoarece principalul cost al producției este prețul energiei pentru
lichefierea aerului, costul producției se va schimba după variațiile prețului
energiei.
Din motive economice, oxigenul este transportat cel mai des ca lichid în
cisterne special izolate, deoarece un litru de oxigen lichefiat este
echivalentul a 840 de litri de oxigen gazos, la presiunea atmosferei și 20 °C
(68 °F).[15] Astfel de cisterne sunt folosite pentru a reaproviziona
majoritatea containerelor de depozitare, care se află în afara spitalelor și
altor instituții care au nevoie de cantități mari de oxigen pur. Oxigenul e, de
asemenea, depozitat și transportat în cilindri mai mici conținând gaz
comprimat; o formă care e folositoare în anumite dispozitive medicale
portabile și sudarea sau tăierea oxiacetilenică.[15]
Siguranță și precauții[modificare | modificare sursă]
Standard-urile NFPA 704 declară oxigenul comprimat ca fiind deloc
primejdios pentru sănătate, inflamabil și nonreactiv, dar ca fiind un oxidant.
Oxigenului lichid refrigerat i se acordă un grad de pericol pentru sănătate de
3 (pentru riscul crescut dehiperoxie de la vapori condensați, și pentru
pericole comune lichidelor criogenice precum degerăturile), celelalte evaluări
fiind identice cu cele de la forma de gaz comprimat.
Toxicitate[modificare | modificare sursă]
Principalele simptome ale hiperoxiei[97]
Hiperoxia are loc când plămânii au o presiune parțială a O2-ului de 2½ mai mare
decât normal, lucru ce se poate întâmpla la scufundări foarte adânci.
Oxigenul poate fi toxic la presiuni parțiale ridicate, cauzând convulsii și alte
probleme de sănătate.[83][k][98]Hiperoxia apare de obicei la presiuni parțiale
mai mari de 50kPa, fiind aceeași cu o compoziție de 50% a oxigenului la o
presiune standard sau de 2,5 ori presiunea parțială a oxigenului la nivelul
mării de circa 21 kPa. Aceasta nu e problemă decât pentru pacienții ce
folosesc ventilatoare mecanice, precum aerul primit prin măștile de oxigen e,
de obicei, compus din doar 30% - 50% O2 în volum (la aproximativ 30 kPa,
presiunea standard)[13] - deși acest lucru poate varia, depinzând pe tipul de
mască folosit.
Odată, copiii născu ț i prematur erau puși în incubatoare ce conțineau aer
bogat în O2, dar această practică a fost oprită după ce unii bebeluși erau
orbiți de cantitatea prea ridicată de oxigen.[13]
Respirarea oxigenului pur pentru aplicații spațiale, cum ar fi în costumele
spațiale moderne, sau în rachetele spațiale timpurii ca Apollo, nu cauzează
probleme din cauza presiunii scăzute folosite.[81][99] În cazul costumelor
spațiale, presiunea parțială a O2-ului e, de obicei, circa 30 kPa (de 1,4 ori
mai mare decât în mod normal), iar presiunea parțială rezultată a O2-ului
în sângele arterial al astronautului e doar cu puțin mai mare decât presiunea
parțială a oxigenului la nivelul mării.
Hiperoxia plămânilor și a sistemului nervos central poate apărea și în
scufundările foarte adânci și în scufundarea cu alimentare de la suprafa ț ă .[13]
[83] Respirația prelungită a unui amestec de aer cu o presiune parțială a O2-
ului mai mare de 60 kPa poate duce la fibroză pulmonară permanentă.[100] Expunerea la presiuni parțiale ale oxigenului mai mari de 160 kPa (circa
1,6 atmosfere) poate duce la convulsii (de obicei letale pentru scafandrii).
Hiperoxia acută (cauzând crize epileptice, cele mai de temut pentru
scafandrii) poate apărea prin respirarea unui amestec de aer cu 21% oxigen
la o adâncime de 66 de metri sau mai mare; același lucru se poate întâmpla
prin respirarea a 100% O2 la 6 metri adâncime.[100][101][102][103]
Combustia și alte hazarduri[modificare | modificare sursă]
Interiorul Modulului de Comandă alApollo 1. O2 pur la o presiune mai ridicată
decât normal și o scânteie au dus la un incendiu și la pierderea echipajului
misiunii.
Surse cu o concentrație ridicată de oxigen încurajează combustia rapidă.
Focul și exploziile se întâmplă când oxidanți concentrați și combustibili sunt
aduși în proximitate; totuși, igniția, cum ar fi căldura sau o scânteie, e
necesară pentru a declanșa arderea.[104] Oxigenul însuși nu e combustibilul,
ci oxidantul. Pericolele legate de combustie se aplică de
asemenea compu ș ilor oxigenului cu un potențial de oxidație foarte mare,
cum ar fi peroxizii, clorații, nitra ț ii , perclorații și dicromații deoarece ei pot
dona oxigen unui foc.
O2 concentrat va permite combustiei să performe rapid și energetic.[104] Conductele de o ț el și vasele de stocare folosite la depozitarea și
transmiterea oxigenului lichid și gazos vor funcționa ca combustibil; ceea ce
înseamnă că design-ul și fabricarea sistemelor de O2 necesită pregătire
specială pentru a asigura că sursele de igniție sunt minimizate.[104] Focul
care a ucis echipajul Apollo 1 într-un test de lansare s-a împrăștiat așa de
repede pentru că capsula era presurizată cu O2 pur, dar la o presiune puțin
mai ridicată decât cea atmosferică, în loc de o treime din presiunea normală
care ar fi folosită într-o misiune.[l][106]
Scurgeri de oxigen lichid, dacă se îmbibează în materii organice, cum ar
fi lemnul, petrochemicele sau asfaltul, pot face ca aceste materiale să se
detoneze impredictibil în cazul unui impact mecanic ulterior.[104] Ca și cu alte
lichide criogenice, contactul cu corpul uman poate duce la degerături ale
pielii și ochilor.