Nesta aula iremos aprender sobre um elemento de grande importância. Vamos lá!

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1 Aula: 03 Temática: Oxigênio Nesta aula iremos aprender sobre um elemento de grande importância. Vamos lá! O oxigênio é um gás na temperatura ambiente, incolor, insípido, inodoro, comburente, mas não combustível e pouco solúvel em água. Representa aproximadamente 20% da composição da atmosfera terrestre sendo um dos elementos mais importantes da química orgânica, participa de do ciclo energético dos seres vivos, e possui uma importância essencial na respiração celular dos organismos aeróbicos. Existe também uma forma molecular formada por três átomos de oxigênio (O 3 ) denominada ozônio cuja presença na atmosfera protege a Terra da incidência de radiação ultravioleta procedente do Sol. Ocorrência Nas condições normais de temperatura e pressão, o oxigênio se encontra no estado gasoso e forma moléculas diatômicas com fórmula O 2. É formado durante a fotossíntese das plantas e, posteriormente, utilizado pelos animais na respiração. O oxigênio líquido e sólido tem uma ligeira coloração azulada e, em ambos os estados, é muito paramagnético. É um elemento abundante na crosta terrestre (estimado em 46,7%) e nos oceanos (em torno de 87% como componente da água). É o segundo em 4- abundância na atmosfera (cerca de 20%). Os óxidos de metais, silicatos (SiO 4 ) e carbonatos (CO 2-3 ) são encontrados com freqüência em rochas e no solo. Na atmosfera existe como oxigênio molecular, O 2, dióxido de carbono (CO 2 ) e, em menor proporção como monóxido de carbono (CO), ozônio (O 3 ), dióxido de

2 nitrogênio (NO 2 ), monóxido de nitrogênio (NO), dióxido de enxofre (SO 2 ) e outros. Obtenção A obtenção é feita a partir da destilação fracionada por baixa temperatura do ar atmosférico (criogenia). No mesmo processo são obtidos o nitrogênio e o argônio O oxigênio líquido se obtém usualmente a partir da destilação fracionada do ar líquido junto com o nitrogênio. Reage praticamente com a totalidade dos metais, exceto com os metais nobres como ouro, platina e outros, o que provoca a corrosão. No laboratório, a obtenção do oxigênio é preparada em pequena escala pela decomposição térmica do KClO 3 (com MnO 2 como catalisador), embora o produto possa conter pequenas quantidades de Cl 2 ou ClO 2. Pequenas quantidades de O 2 são produzidas pelo aquecimento do NaClO 3, como fonte emergencial em aviões: 2KClO 3 2KCl + 3O 2 (150ºC) Estrutura O oxigênio ocorre na forma de dois compostos não-metálicos, o O 2 e o O 3. O dioxigênio (O 2 ) é uma molécula diatômica estável, o que explica sua existência na forma de um gás. A ligação da molécula de gás oxigênio não é tão simples como a princípio possa parecer. Se a molécula tivesse duas ligações covalentes, então todos os elétrons estariam emparelhados e a molécula seria diamagnética (O=O), porém a molécula é paramagnética e, portanto, deve conter elétrons desemparelhados. A explicação desse fenômeno foi um dos primeiros êxitos da teoria de orbitais moleculares. A diferença de eletronegatividade entre o oxigênio e os metais é grande. Por isso, a maioria

3 das ligações dos óxidos é iônica. Podem também formar ligações covalentes, o que dá origem a compostos como: F 2 O, Cl 2 O, H 2 S e SCl 2. Propriedades Devido à sua alta eletronegatividade, o oxigênio reage com quase todos os elementos químicos, excetuando-se alguns gases nobres. O composto mais notável do oxigênio é a água (H 2 O). Outros compostos importantes de oxigênio também são bem conhecidos como o dióxido de carbono, os álcoois (R-OH), aldeídos, (R-CHO), e ácidos carboxílicos (R- COOH) Os radicais clorato (ClO - 3 ), perclorato (ClO - 4 ), cromato (CrO 2-4 ), dicromato (Cr 2 O 2-7 ), permanganato (MnO - 4 ) e nitrato (NO - 3 ) são fortes agentes oxidantes. Os Epóxidos são éteres nos quais o átomo de oxigênio é um heteroátomo. O Ozônio (O 3 ) se forma mediante descargas elétricas a partir do oxigênio molecular, por exemplo, durante as tormentas elétricas. O oxigênio respirado pelos organismos aeróbicos e liberado pelas plantas no processo de fotossíntese participa na conversão de nutrientes em energia intracelular, porém uma redução no nível de oxigênio provoca a hipoxemia e, a falta total ocasiona a anoxia que pode provocar a morte do organismo. O oxigênio tem três isótopos estáveis e dez radioativos. Todos os radioisótopos do oxigênio têm uma meia-vida de menos de três minutos. O oxigênio pode ser tóxico a elevadas pressões parciais. Alguns compostos de oxigênio, como o ozônio, o peróxido de hidrogênio e radicais hidroxila são muito tóxicos Sendo assim, o corpo humano desenvolveu mecanismos de proteção contra estas espécies tóxicas.

4 As atmosferas ricas em oxigênio, em presença de materiais combustíveis, são suscetíveis à incêndios, que se propagam com grande rapidez, podendo provocar explosões. Do mesmo modo, pode ocorrer quando existem fontes de oxigênio, como cloratos, perclorato, dicromato e outros. Estes compostos com alto poder oxidante podem, também, provocar queimaduras químicas. O oxigênio pode participar de vários tipos de reação de combustão. A combustão lenta ocorre em baixas temperaturas, a respiração celular é um exemplo de uma combustão lenta. Em uma combustão completa, o reagente irá queimar no comburente (nesse caso o oxigênio), que produzirá um número limitado de produtos. Quando um hidrocarboneto queima no oxigênio, a reação irá gerar apenas dióxido de carbono e água. Quando elementos como carbono, nitrogênio, enxofre e ferro são queimados, o resultado será os óxidos mais comuns, como o dióxido de carbono, dióxido de nitrogênio, dióxido de enxofre é o óxido de ferro III. A combustão turbulenta caracteriza-se por fluxos turbulentos sendo a mais utilizada na indústria (ex: turbinas de gás, motores a diesel, etc.), isso porque a turbulência ajuda o combustível a se misturar com o comburente. Na combustão incompleta não ocorre o suprimento de oxigênio adequado para ocasionar a combustão completa. Neste caso, o reagente irá queimar em oxigênio, mas poderá produzir inúmeros produtos. Quando um hidrocarboneto queima em oxigênio, a reação vai gerar dióxido de carbono, monóxido de carbono, água, e vários outros compostos como os óxidos de nitrogênio. A combustão incompleta é muito mais comum que a completa e produz um grande número de subprodutos. No caso de queima de combustível em automóveis, esses subprodutos podem ser muito prejudiciais à saúde e ao meio ambiente.

5 A equação abaixo mostra a queima de um hidrocarboneto: C x H y + (x + y/4)o 2 xco 2 + (y/2)h 2 O Por exemplo, a queima de propano é: C 3 H 8 + 5O 2 3CO 2 + 4H 2 O A síntese da equação de combustão completa de um hidrocarboneto e sempre a seguinte: Combustível + Oxigênio Dióxido de carbono + Água + Calor A combustão de um combustível líquido em uma atmosfera oxidante acontece na verdade em forma gasosa. Isto quer dizer que quem queima é o vapor, e não o líquido. Portanto, um líquido inflamável, normalmente só irá pegar fogo acima de uma certa temperatura, que é seu ponto de fulgor. Abaixo dessa temperatura, o líquido não irá evaporar rápido o suficiente para sustentar o fogo caso a fonte de ignição seja removida. Na Combustão de combustíveis sólidos, o ato da combustão consiste em três fases relativamente distintas, mas que se sobrepõem: Fase de pré-aquecimento, quando o combustível não queimado é apenas esquentado até o seu ponto de fulgor e depois para seu ponto de combustão. Gases inflamáveis começam a ser envolvidos em um processo similar à destilação seca. Fase de destilação ou fase gasosa, quando a mistura dos gases inflamáveis com oxigênio sofre ignição, energia essa produzida em forma de calor e luz. Fogo normalmente é visível nesta fase. Fase de carvão ou fase sólida, quando a saída de gases inflamáveis não é suficiente para a presença persistente de chama, e o combustível carbonizado queima lentamente. Ele só fica incandescente e depois continua a arder sem chama.

6 Aplicações A principal utilização do oxigênio como oxidante devido a sua elevada eletronegatividade, é superada apenas pelo flúor. Por isso, o oxigênio líquido é usado como comburente nos motores de propulsão dos foguetes, apesar de que nos processos industriais o oxigênio para a combustão é obtido diretamente do ar. Outras aplicações industriais são na soldadura e na fabricação de aço e metanol. A medicina usa o oxigênio administrando-o como suplemento em pacientes com dificuldades respiratórias. Também é engarrafado para ser respirado em diversas práticas desportivas, por exemplo, o submarinismo ou em atividades profissionais para acessar os locais de pouca ou nenhuma ventilação ou em atmosferas contaminadas. O oxigênio provoca uma resposta de euforia quando inalado. No século XIX, era utilizado misturado com o óxido nitroso como analgésico. Atualmente, esta mistura ressurgiu para evitar a dor em tratamentos dentários. O Oxigênio-15, radioativo com emissão de pósitron é usado no exame PET (Tomografia por Emissão de Posítrons) do cérebro em medicina nuclear. Nesta aula foi visto o oxigênio (ocorrência, obtenção, estrutura, propriedades e aplicações). Na próxima aula, veremos ozônio e nitrogênio. Aguardo suas dúvidas e comentários em nosso ambiente virtual de aprendizagem.