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Oxigênio é elemento com número atômico 8 e representado pelo símbolo O. É um membro do chalcogen grupo no tabela periódica, e é um altamente reactive não metálico elemento do período 2 isso dá forma prontamente compostos (notàvelmente óxidos) com quase todos elementos restantes. Em temperatura e pressão padrão dois átomos do elemento ligamento para dar forma ao dioxygen, um incolor, inodoro, tasteless diatomic gás com a fórmula O2. O oxigênio é terceiro o mais abundante elemento no universo pela massa em seguida hidrogênio e helium[1] e o mais abundante elemento pela massa no Crosta de terra.[2] O oxigênio constitui 88.8% da massa da água e 20.9% do volume de ar.[3]
Todas as classes principais de moléculas estruturais em organismos vivos, como proteínas, hidratos de carbono, e gorduras, contenha o oxigênio, como o major compostos inorgánicos isso compreende os escudos, os dentes, e o osso animais. Oxigênio no formulário de O2 é produzido da água perto cyanobacteria, algas e plantas durante fotossíntese e é usado dentro respiração celular para toda a vida complexa. O oxigênio é tóxico a organismos anaerobic, de que era o formulário dominante vida adiantada na terra até O2 começou a acumular na atmosfera 2.5 bilhão anos há.[4] Um outro formulário (allotrope) do oxigênio, ozônio (O3), as ajudas protegem o biosphere de radiação ultravioleta com a elevado-altura camada de ozônio, mas está um pollutant perto da superfície de onde é um by-product smog.
O oxigênio foi descoberto independentemente perto Joseph Priestley em Wiltshire, em 1774, e Carl Wilhelm Scheele, dentro Upsália, um ano mais adiantado, mas Priestley é dado geralmente a prioridade porque publicou seus findings primeiramente. O nome oxigênio foi inventado em 1777 perto Antoine Lavoisier,[5] de quem experiências com oxigênio ajudaram desacreditar o então-popular teoria do phlogiston de combustão e corrosão. O oxigênio é produzido industrial perto distillation fracionário do ar liquefied, uso de zeolites para remover dióxido de carbono e nitrogênio do ar, electrolysis da água e outros meios. Os usos do oxigênio incluem a produção do aço, dos plásticos e dos textiles; propulsor do foguete; terapia do oxigênio; e sustentação da vida no avião, submarinos, spaceflight e diving.
Índices |
Em temperatura e pressão padrão, o oxigênio é um gás incolor, inodoro com molecular fórmula O2, em que os dois átomos de oxigênio estão quimicamente ligado a se com a triplet da rotação configuração do elétron. Esta ligação tem a ordem bond de dois, e é simplificado frequentemente na descrição como a ligação dobro[6] ou como uma combinação de uma ligação e de dois do dois-elétron ligações do três-elétron.[7]
Oxigênio do Triplet é estado à terra do O2 molécula.[8] A configuração do elétron da molécula tem dois elétrons unpaired ocupar dois degenerate orbitals molecular.[9] Estes orbitals são classificados como antibonding (enfraquecendo a ordem bond de três a dois), assim que a ligação diatomic do oxigênio é mais fraco do que diatomic nitrogênio a ligação tripla em que todos orbitals molecular da ligação são enchidos, mas alguns orbitals antibonding não é.[8]
No formulário normal do triplet, O2 as moléculas são paramagnético- dão forma a um ímã na presença de um magnético campo-porque do rotação momentos magnéticos dos elétrons unpaired na molécula, e do negativo energia da troca entre neighboring O2 moléculas.[10] O oxigênio líquido é atraído a a ímã a uma extensão suficiente que, em demonstrações do laboratório, uma ponte do oxigênio líquido pode ser suportada de encontro a seu próprio peso entre os pólos de um ímã poderoso.[11][12]
Oxigênio do Singlet, um nome dado a diversas espécies da elevado-energia de molecular O2 em quais todo o elétron gira são emparelhados, é muito mais reactive para a terra comum moléculas orgânicas. Na natureza, o oxigênio do singlet é dado forma geralmente da água durante a fotossíntese, usando a energia da luz solar.[13] É produzido também no troposphere pela fotodecomposição do ozônio pela luz do wavelength curto,[14] e pelo sistema imune como uma fonte do oxigênio ativo.[15] Carotenoids em organismos photosynthetic (e possivelmente também nos animais) jogue um papel principal na energia absorvente do oxigênio e de convertê-lo do singlet ao unexcited o estado à terra antes que possa causar o dano aos tecidos.[16]
A terra comum allotrope do oxigênio elemental na terra é chamado dioxygen, O2. Tem um comprimento bond de 121 pm e uma energia bond de 498 kJ·mol-1.[17] Este é o formulário que é usado por formulários complexos da vida, tais como animais, dentro respiração celular (veja Papel biológico) e é o formulário que é uma parte principal da atmosfera da terra (veja Ocorrência). Outros aspectos de O2 são cobertos no restante deste artigo.
Trioxygen (O3) é sabido geralmente como ozônio e é um allotrope muito reactive do oxigênio que é prejudicial ao tecido de pulmão.[18] O ozônio é produzido no atmosfera superior quando O2 ligas com o oxigênio atômico feito rachar de O2 por ultravioleta Radiação (UV).[5] Desde que o ozônio absorve fortemente na região UV do spectrum, funciona como um protetor protetor da radiação para o planeta (veja camada de ozônio).[5] Perto da superfície da terra, entretanto, é a pollutant dado forma como um by-product da exaustão do automóvel.[19]
metastable molécula tetraoxygen (O4) foi descoberto em 2001,[20][21] e foi suposto para existir em uma das seis fases de oxigênio contínuo. Provou-se em 2006 que essa fase, criada pressurizando O2 a 20 GPa, está no fato a rhombohedral O8 conjunto.[22] Este conjunto tem o potencial ser muito um mais poderoso oxidizer do que qualquer um O2 ou O3 e pode conseqüentemente ser usado dentro combustível do foguete.[20][21] Uma fase metálica estêve descoberta em 1990 em que o oxigênio contínuo é sujeitado a uma pressão de 96 acima GPa[23] e mostrou-se em 1998 que em temperaturas muito baixas, esta fase se torna superconducting.[24]
O oxigênio é mais soluble na água do que o nitrogênio; a água contem aproximadamente 1 molécula de O2 para cada 2 moléculas de N2, comparado a uma relação atmosférica aproximadamente de 1:4. O solubility do oxigênio na água é temperatura-dependente, e aproximadamente duas vezes tanto quanto (magnésio 14.6·L−1) dissolve-se em 0 °C do que no °C 20 (magnésio 7.6·L−1).[25][26] 25 no °C e 1 atm do ar, freshwater contem aproximadamente 6.04 mililitros (mL) do oxigênio por litro, visto que seawater contem aproximadamente 4.95 mL por o litro.[27] No °C 5 o solubility aumenta a 9.0 mL (50% mais do que no °C 25) por o litro para a água e a 7.2 mL (45% mais) por o litro para a água de mar.
O oxigênio condensa-se em 90.20 K (°C −182.95, °F −297.31), e freezes °F K (°C −218.79, −361.82) em 54.36.[28] Ambos líquido e contínuo O2 são as substâncias desobstruídas com uma luz céu-azul cor causada pelo absorption no vermelho (no contraste com a cor azul do céu, a que é devido Dispersar de Rayleigh da luz azul). Líquido High-purity O2 é obtido geralmente pelo distillation fracionário do ar liquefied;[29] O oxigênio líquido pode também ser produzido pela condensação fora do ar, usando o nitrogênio líquido como um refrigerador. É uma substância elevado-reactive e deve ser segregado dos materiais combustíveis.[30]
O oxigênio natural é composto do estábulo três isotopes, 16O, 17O, e 18O, com 16O que é o mais abundante (99.762% abundância natural).[31] Escala dos isotopes do oxigênio dentro número maciço 12 a 28.[31]
A maioria 16O é synthesized no fim do fusão do helium processo dentro estrelas mas algum é feito no processo ardente de néon.[32] 17O é feito primeiramente pela queimadura do hidrogênio em helium durante Ciclo de CNO, fazendo lhe um isotope comum nas zonas ardentes do hidrogênio das estrelas.[32] A maioria 18O for produzido quando 14N (feito abundante de CNO que se queima) captura a 4Ele núcleo, fazendo 18O comum nas zonas helium-ricas das estrelas.[32]
Quatorze radioisotopes foram caracterizados, ser o mais estável 15O com a half-life de 122.24 segundos (s) e 14O com um half-life de 70.606 S.[31] Todo o restante radioativo os isotopes têm os half-lives que são menos de 27 s e a maioria destes tem os half-lives que são menos de 83 milissegundos.[31] O mais comum modalidade da deterioração do isqueiro dos isotopes do que 16O é captação de elétron para render o nitrogênio, e a modalidade a mais comum para os isotopes mais pesados do que 18O é deterioração beta para render fluorine.[31]
O oxigênio é o elemento químico o mais abundante, pela massa, em nossos biosphere, ar, mar e terra. O oxigênio é o third a maioria de elemento químico abundante no universo, após o hidrogênio e o helium.[1] Aproximadamente 0.9% do Sol'a massa de s é oxigênio.[3] O oxigênio constitui 49.2% do Crosta de terra pela massa[2] e é o componente principal dos oceanos do mundo (88.8% pela massa).[3] É o segundo - a maioria de componente comum do Atmosfera da terra, fazendo exame acima de 21.0% de seu volume e de 23.1% de sua massa (alguns 1015 toneladas).[33][3][34] A terra é incomun entre os planetas do Sistema solar em ter uma concentração tão elevada do gás do oxigênio em sua atmosfera: Marte (com 0.1% O2 pelo volume) e Venus tenha umas concentrações distante mais baixas. Entretanto, O2 cercar estes outros planetas é produzido unicamente por moléculas oxigênio-contendo impactando da radiação ultravioleta como dióxido de carbono.
A concentração raramente elevada do oxigênio na terra é o resultado do ciclo do oxigênio. Isto ciclo biogeochemical descreve o movimento do oxigênio dentro e entre de seus três reservatórios principais na terra: a atmosfera, biosphere, e lithosphere. O fator dirigindo principal do ciclo do oxigênio é fotossíntese, que é responsável para a atmosfera da terra moderna. Por causa das quantidades vastas de gás do oxigênio disponíveis na atmosfera, mesmo se toda a fotossíntese fosse cessar completamente, faria exame todos os processos oxigênio-consumindo na taxa atual pelo menos de outros 5.000 anos para descascar o todo o O2 da atmosfera.[35][36]
O oxigênio livre ocorre também na solução nos corpos da água do mundo. O solubility aumentado de O2 em temperaturas mais baixas (veja Propriedades físicas) tem implicações importantes para a vida do oceano, porque os oceanos polares suportam uma densidade muito mais elevada da vida devido a seu índice de oxigênio mais elevado.[37] Água Polluted pode ter reduzido quantidades de O2 nele, esgotado deteriorando algas e outros biomaterials (veja eutrophication). Os cientistas avaliam este aspecto da qualidade de água medindo a água demanda biochemical do oxigênio, ou a quantidade de O2 needed para restaurá-lo a uma concentração normal.[38]
Na natureza, o oxigênio livre é produzido pelo rachar luz-dirigido da água durante oxygenic fotossíntese. Algas verdes e cyanobacteria em ambientes marinhos forneça aproximadamente 70% do oxigênio livre produzido na terra e o descanso é produzido por plantas terrestrial.[39]
Uma fórmula total simplificada para a fotossíntese é:[40]
Photolytic evolução do oxigênio ocorre no membranas do thylakoid de organismos photosynthetic e requer a energia de quatro photons.[41] Muitas etapas são involvidas, mas o resultado é a formação de a proton o gradient através da membrana do thylakoid, que é usada synthesize ATP através de photophosphorylation.[42] O2 restante após a oxidação da molécula de água é liberado na atmosfera.[43]
Dioxygen Molecular, O2, é essencial para respiração celular em tudo organismos aerobic. O oxigênio é usado dentro mitochondria para ajudar gerar triphosphate de adenosina (ATP) durante phosphorylation oxidative. A reação para a respiração aerobic é essencialmente o reverso da fotossíntese e é simplificada como:
Em vertebrados, O2 é difundido através das membranas nos pulmões e em pilhas de sangue vermelhas. Hemoglobin ligamentos O2, mudando sua cor do vermelho bluish ao vermelho brilhante.[44][18] O outro uso dos animais hemocyanin (molluscs e alguns artrópodes) ou hemerythrin (aranhas e lagostas).[33] Um litro do sangue pode dissolver 200 centímetros cúbicos de O2.[33]
Espécie Reactive do oxigênio, como superoxide íon (O2−) e peroxide de hidrogênio (H2O2), são os by-products perigosos do uso do oxigênio nos organismos.[33] Partes do sistema imune de uns organismos mais elevados, entretanto, críe o peroxide, o superoxide, e o oxigênio do singlet para destruir micróbios invadindo. As espécies Reactive do oxigênio jogam também um papel importante no resposta hypersensitive das plantas de encontro ao ataque do pathogen.[42]
Um ser humano do adulto no descanso inhales 1.8 a 2.4 gramas do oxigênio por o minuto.[45] Isto atinge mais de 6 bilhão toneladas do oxigênio inhaled pelo humanity por o ano. [46]
O gás livre do oxigênio era quase inexistente dentro Atmosfera da terra antes de photosynthetic archaea e bactérias evoluído. O oxigênio livre apareceu primeiramente em quantidades significativas durante Paleoproterozoic era (entre 2.5 e 1.6 bilhão anos há). No início, o oxigênio combinou com dissolvido ferro nos oceanos a dar forma formações unidas do ferro. O oxigênio livre começou gasear fora dos oceanos 2.7 bilhão anos há, alcançando 10% de seu nível atual ao redor 1.7 bilhão anos há.[47]
A presença de quantidades grandes de oxigênio dissolvido e livre nos oceanos e de atmosfera pode ter dirigido a maioria do organismos anaerobic então vivendo a extinção durante catastrophe do oxigênio aproximadamente 2.4 bilhão anos há. Entretanto, respiração celular usando O2 permite organismos aerobic para produzir muito mais ATP do que os organismos anaerobic, ajudando ao anterior dominar a terra biosphere.[48] Fotossíntese e respiração celular de O2 permitido a evolução de pilhas eukaryotic e organismos multicellular finalmente complexos tais como plantas e animais.
Desde o começo do Cambrian era 540 milhão anos há, O2 os níveis flutuaram entre 15% e 30% por o volume.[49] Para o fim do Carboniferous era (aproximadamente 300 milhão anos há) atmosférica O2 os níveis alcançaram um máximo de 35% pelo volume,[49] permitindo que os insetos e os anfíbios cresçam muito maiores do que a espécie de hoje. Atividades humanas, including a queimadura de 7 bilhões toneladas de combustíveis fossil têm tido todos os anos o efeito muito pequeno na quantidade de oxigênio livre na atmosfera.[10] Na taxa atual da fotossíntese faria exame de aproximadamente 2.000 anos para regenerar o inteiro O2 na atmosfera atual.[50]
Uma das primeiras experiências sabidas no relacionamento no meio combustão e o ar foi conduzido pelo segundo século BCE Grego escritor em mecânicos, Philo de Byzantium. Em seu trabalho Pneumatica, Philo observou aquele inverter um excesso da embarcação um vela ardente e cercar a garganta da embarcação com água resultou em alguma água que levanta-se na garganta.[51] Philo surmised incorretamente que as partes do ar na embarcação estiveram convertidas no elemento classical fogo e podiam assim escapar-se através dos pores no vidro. Muitos séculos mais tarde Da Vinci de Leonardo construído no trabalho de Philo observando que uma parcela do ar está consumida durante a combustão e respiração.[52]
No 17o século atrasado, Robert Boyle provado que o ar é necessário para a combustão. Químico inglês John Mayow refinou este trabalho mostrando que o fogo requer somente uma parte do ar que chamasse nitroaereus do spiritus ou apenas nitroaereus.[53] Em uma experiência encontrou aquele colocar ou um rato ou iluminou a vela em um recipiente closed sobre a água fêz com que a água levantasse-se e substituísse-se o um-décimo quarto do volume de ar antes de extinguir os assuntos.[54] Deste surmised que o nitroaereus está consumido em ambos respiração e combustão.
Mayow observou aquele antimónio aumentado no peso quando aquecido, e inferred que o nitroaereus deve ter combinado com ele.[53] Pensou também de que os pulmões separam o nitroaereus do ar e o passam no sangue e de que o movimento animal do calor e do músculo resulta da reação do nitroaereus com determinadas substâncias no corpo.[53] Os clientes destes e outras experiências e idéias foram publicados em 1668 em seu trabalho Duo de Tractatus no intervalo “De respiratione”.[54]
Robert Hooke, Borch Ole, Mikhail Lomonosov, e Pierre Bayen todo produziu o oxigênio nas experiências no 17o século mas nenhumas delas reconheceram-no como um elemento.[25] Isto pode ter estado na parte devido ao prevalence da filosofia de combustão e corrosão chamou a teoria do phlogiston, que era então a explanação favorecida daqueles processos.
Estabelecido em 1667 pelo alquimista alemão J. J. Becher, e modificado pelo químico Georg Ernst Stahl por 1731,[55] a teoria do phlogiston indicou que todos os materiais combustíveis estiveram feitos de duas porções. Uma porção, chamada phlogiston, foi desprendida quando a substância que contem o foi queimada, quando dephlogisticated a parte foi pensada para ser seu formulário verdadeiro, ou resíduos de minerais.[52]
Os materiais altamente combustíveis que saem de pouco residuum, tal como a madeira ou o carvão, foram pensados para ser feitos na maior parte do phlogiston; visto que non-combustible as substâncias que se corroem, como o ferro, contiveram muito pouco. O ar não jogou um papel na teoria do phlogiston, nem eram todas as experiências quantitative iniciais conduzidas para testar a idéia; instead, baseou-se em observações de o que acontece quando algo se queima, que a maioria de objetos comuns parecem se transformar isqueiro e parecer perder algo no processo.[52] O fato esse uma substância gosta da madeira realmente ganhos o peso total na queimadura foi escondido pelo buoyancy dos produtos gasosos da combustão. Certamente um dos primeiros indícios que a teoria do phlogiston estava incorreta era que os metais, demasiado, ganham o peso em oxidar (quando perdiam suposta o phlogiston).
O oxigênio foi descoberto primeiramente perto Sueco pharmacist Carl Wilhelm Scheele. Tinha produzido o gás do oxigênio aquecendo o óxido mercuric e o vário nitrates por aproximadamente 1772.[52][3] Scheele chamou o gás do “ar fogo” porque era o único supporter sabido da combustão. Escreveu um cliente desta descoberta em um manuscrito que intitulou Treatise no ar e no fogo, que emitiu a seu publisher em 1775. Entretanto, esse original não foi publicado até 1777.[56]
No ínterim, uma experiência foi conduzida pelo Britânico clérigo Joseph Priestley em Agosto 1, 1774 luz solar focalizada sobre óxido mercuric (HgO) dentro de um tubo de vidro, que liberated um gás nomeou “dephlogisticated o ar”.[3] Anotou que as velas se queimaram mais brilhante no gás e que um rato era um mais longo mais ativo e mais vivido ao o respirar. Após ter respirado o gás ele mesmo, escreveu: “O sentimento dele a meus pulmões não era sensibly diferente daquele do ar comum, mas eu gostei de que meu peito sentido peculiar claro e fácil por alguma hora mais tarde.”[25] Priestley publicou seus findings em 1775 em um papel intitulado “um cliente de umas descobertas mais adicionais no ar” que foi incluído no segundo volume de seu livro intitulado Experiências e observações em tipos diferentes do ar.[57][52] Porque tinha publicado seus findings primeiramente, Priestley é dado geralmente a prioridade na descoberta.
O químico francês notável Antoine Laurent Lavoisier reivindicou mais tarde ter descoberto independentemente a substância nova. Entretanto, Lavoisier visitado Priestley em outubro 1774 e dito lhe sobre sua experiência e como liberated o gás novo. Scheele afixou também uma letra a Lavoisier sobre Setembro 30, 1774 que descrito sua própria descoberta da substância precedente-desconhecida, mas Lavoisier nunca reconheceu a recepção dele (uma cópia da letra foi encontrado em pertences de Scheele após sua morte).[56]
Que Lavoisier fêz indisputably (embora este foi disputado naquele tempo) era conduzir sobre as primeiras experiências quantitative adequadas oxidação e dê a primeira explanação correta de como a combustão trabalha.[3] Usou os estes e as experiências similares, começados toda em 1774, desacreditar a teoria do phlogiston e provar que a substância descoberta por Priestley e por Scheele era a elemento químico.
Em uma experiência, Lavoisier observou que não havia nenhum aumento total no peso quando lata e o ar foi aquecido em um recipiente closed.[3] Anotou que o ar se apressou em quando abriu o recipiente, que indicou que a parte do ar prendido tinha sido consumida. Anotou também que a lata tinha aumentado no peso e que o aumento era o mesmo que o peso do ar que se apressou para trás dentro. Isto e outras experiências na combustão foram documentadas em seu livro En da combustão do la de Sur général, que foi publicado em 1777.[3] Nesse trabalho, provou que o ar é uma mistura de dois gáses; “ar vital”, que é essencial à combustão e à respiração, e azote (Gk. ἄζωτον “lifeless”), que não suportou tampouco.
“Ar vital rebatizado Lavoisier” a oxygène em 1777 do Grego raizes ὀξύς (oxys) (ácido, literalmente “sharp,” do gosto dos ácidos) e - γενής (- genēs) (produtor, literalmente begetter), porque confundiu o oxigênio para ser um constituent de todos os ácidos.[5] Azote tornou-se mais tarde nitrogênio em inglês, embora mantivesse o nome em línguas francesas e diversas outras européias.[3]
Oxigênio incorporou a língua inglesa apesar da oposição por cientistas ingleses e pelo fato que Priestley teve a prioridade. Isto é em parte devido a um poema que elogia o gás intitulado “oxigênio” no livro popular O jardim Botanic (1791) perto Erasmus Darwin, avô de Charles Darwin.[56]
John Dalton'original de s hipótese atômica suposto que todos os elementos eram monoatomic e que os átomos nos compostos teriam normalmente as relações atômicas as mais simples com respeito a um outras. Por exemplo, Dalton supos que a fórmula da água era HO, dar massa atômica do oxigênio como 8 vezes aquele do hidrogênio, em vez do valor moderno de aproximadamente 16.[58] Em 1805, Joseph Louis Gay-Lussac e Alexander von Humboldt mostrado que a água está dada forma de dois volumes do hidrogênio e de um volume do oxigênio; e por 1811 Amedeo Avogadro tinha chegado na interpretação correta da composição da água, baseada em o que é chamado agora Lei de Avogadro e a suposição de moléculas elemental diatomic.[59][60]
Pelo atrasado - 19 cientistas do século do th realizaram que o ar poderia liquefied, e seus componentes isolados, comprimindo e refrigerando o. Usando a cascata método, químico suíço e físico Raoul Pierre Pictet evaporado líquido dióxido de enxôfre a fim liquefy dióxido de carbono, que foi evaporado por sua vez para refrigerar o gás do oxigênio bastante para liquefy o. Emitiu um telegrama sobre Dezembro 22, 1877 ao Academy francês das ciências em Paris que anuncia sua descoberta de oxigênio líquido.[61] Apenas dois dias mais tarde, físico francês Louis Paul Cailletet anunciou seu próprio método de liquefying o oxigênio molecular.[61] Somente algumas gotas do líquido foram produzidas em um ou outro caso assim que nenhuma análise significativa não poderia ser conduzida.
No químico de 1891 Scottish Dewar de James podia produzir bastante oxigênio líquido para estudar.[10] O primeiro processo comercial-viable para produzir o oxigênio líquido foi desenvolvido independentemente em 1895 pelo coordenador alemão Carl von Linde e coordenador britânico William Hampson. Ambos os homens abaixaram a temperatura do ar até que liquefied e então destilado os gáses do componente fervendo os fora de um de cada vez e capturando os.[62] Mais tarde, em 1901, oxyacetylene welding foi demonstrado a primeira vez perto queimando uma mistura de acetileno e comprimido O2. Este método do metal do welding e do corte tornou-se mais tarde comum.[62]
Em 1923 o cientista americano Robert H. Goddard tornou-se a primeira pessoa para desenvolver a motor de foguete; o motor usado gasolina para o combustível e o oxigênio líquido como oxidizer. Goddard voou com sucesso um foguete líquido-abastecido pequeno 56 m em 97 km/h sobre Março 16, 1926 em Auburn, Massachusetts, EUA.[62][63]
Dois métodos principais são empregados para produzir as 100 milhão toneladas de O2 extraído do ar para usos industriais anualmente.[56] O método o mais comum está a fracionário-destile ar liquefied em seus vários componentes, com nitrogênio N2 destilar como um vapor quando oxigênio O2 é saido como um líquido.[56]
O outro método principal de produzir O2 o gás envolve passar um córrego do ar limpo, seco através de uma cama de um par de idêntico zeolite sieves molecular, que absorve o nitrogênio e entrega um córrego do gás que seja 90% a 93% O2.[56] Simultaneamente, o gás do nitrogênio é liberado da outra cama nitrogênio-saturated do zeolite, reduzindo a pressão operando-se da câmara e desviando a parte do gás do oxigênio da cama do produtor através dele, no sentido reverso do fluxo. Depois que uma estadia de ciclo do jogo a operação das duas camas é intercambiada, desse modo permitindo uma fonte contínua do oxigênio gasoso para ser bombeado através de um encanamento. Isto é sabido como adsorption do balanço da pressão. O gás do oxigênio é obtido cada vez mais por estes non-criogênico tecnologias (veja também o relacionado adsorption do balanço do vácuo).[64]
O gás do oxigênio pode também ser produzido completamente electrolysis da água no oxigênio e no hidrogênio molecular. Um método similar é o electrocatalytic O2 evolução de óxidos e oxoacids. Os catalizadores químicos podem ser usados também, como dentro geradores do oxigênio químico ou as velas do oxigênio que é usado como parte do vida-suportam o equipamento em submarinos, e são peça imóvel do equipamento padrão em airliners comerciais em caso das emergências do depressurization. Uma outra tecnologia da separação do ar envolve forçar o ar para dissolver-se completamente cerâmico membranas baseadas sobre dióxido do zirconium pela alta pressão ou por uma corrente elétrica, para produzir quase puro O2 gás.[38]
Em quantidades grandes, o preço do oxigênio líquido em 2001 era aproximadamente $0.21/kg.[65] Desde que o custo de produção preliminar é o custo de energia de liquefying o ar, os custos de gastos de fabricação mudarão como o custo de energia varia.
Para razões da economia o oxigênio é transportado frequentemente no volume como um líquido em tankers especial-isolados, desde um litro do oxigênio liquefied é equivalente a 840 litros do oxigênio gasoso na pressão atmosférica e no ° 20C.[56] Tais tankers são usados reencher os recipientes de armazenamento maiorias do oxigênio líquido, que estão hospitais exteriores e outras instituições com uma necessidade para volumes grandes do gás do oxigênio puro. O oxigênio líquido é passado completamente cambistas de calor, que convertem o líquido criogênico no gás antes que entrarem no edifício. O oxigênio também é armazenado e enviado em menor cilindros contendo o gás comprimido; um formulário que seja útil em determinadas aplicações médicas portáteis e welding e corte do oxy-combustível.[56]
Uptake de O2 do ar é a finalidade essencial de respiração, assim que o suplemento do oxigênio é usado dentro medicina. Terapia do oxigênio é usado tratar emphysema, pneumonia, alguns disorders do coração, e alguns doença isso danifica a abilidade do corpo de fazer exame acima e usar do oxigênio gasoso.[66] Os tratamentos são flexíveis bastante ser usados para casa, ou cada vez mais nos hospitais, paciente por dispositivos portáteis. Barracas do oxigênio uma vez foram usados geralmente no suplemento do oxigênio, mas têm sido substituídos desde na maior parte pelo uso de máscaras de oxigênio ou cânulas nasal.
Hyperbaric a medicina (de alta pressão) usa especial câmaras do oxigênio para aumentar pressão parcial de O2 em torno do paciente e, quando necessitado, da equipe de funcionários médica. Envenenamento de monóxido de carbono, gangrene do gás, e doença de decompression (“se dobra”) são tratados às vezes usando estes dispositivos. Aumentado O2 concentração nas ajudas dos pulmões a deslocar-se monóxido de carbono do grupo do heme de hemoglobin. O gás do oxigênio é venenoso ao bactérias anaerobic que o gangrene do gás da causa, assim que o aumento de suas ajudas parciais da pressão as matam. A doença de Decompression ocorre nos mergulhadores que decompress demasiado rapidamente depois que um mergulho, tendo por resultado bolhas do gás inerte, na maior parte do nitrogênio e do argônio, dando forma em seu sangue. Aumentando a pressão de O2 é o mais cedo possível a parte do tratamento.[66]
O oxigênio é usado também medicamente para os pacientes que requerem ventilação mecânica, frequentemente em concentrações acima do 21% encontrou no ar ambiental.
Uma aplicação notável de O2 como um low-pressure gás respirando está em moderno ternos do espaço, que cercam o corpo do seu occupant com ar pressurizado. Estes dispositivos usam o oxigênio quase puro aproximadamente uma terceira pressão normal, tendo por resultado um sangue normal pressão parcial de O2.[a verificação necessitou] Este trade-off de uma concentração de oxigênio mais elevada para uma pressão mais baixa é needed manter spacesuits flexíveis.
Mergulhadores do Scuba e submariners confie também no artificial-entregado O2, mas use o mais frequentemente a pressão normal, e/ou as misturas do oxigênio e do ar. Puro ou quase puro O2 o uso em mergulhar em pressões do elevado-do que-mar-nível é limitado geralmente ao rebreather, ao decompression, ou ao uso do tratamento da emergência em profundidades relativamente rasas (o ~ 6 meters a profundidade, ou o menos). Um diving mais profundo requer a diluição significativa de O2 com outros gáses, tais como o nitrogênio ou o helium, para ajudar impedir toxicity do oxigênio.
Povoe quem montanhas ou mosca da escalada em non-pressurized avião da fixo-asa tenha às vezes suplementar O2 fontes.[67] Os passageiros que viajam (pressurizado) em aviões comerciais têm uma fonte de emergência de O2 fornecido automaticamente a eles em caso do depressurization da cabine. A perda repentina da pressão de cabine ativa geradores do oxigênio químico acima de cada assento, causando máscaras de oxigênio para deixar cair e forçando arquivamentos do ferro no clorato do sodium dentro da vasilha.[38] Um córrego constante do gás do oxigênio é produzido pelo exothermic reação. Entretanto, mesmo isto pode pose um perigo se provocado impròpria: a Avião de ValuJet deixado de funcionar após us-data-expirado O2 vasilhas, que eram enviadas no fogo da preensão da carga, ativado e causado. As vasilhas mis-foram etiquetadas como vazio, e carregado de encontro bens perigosos regulamentos.[68]
Oxigênio, como um suave suposto euphoric, tem uma história do uso recreacional dentro barras do oxigênio e dentro esportes. As barras do oxigênio são estabelecimentos, encontraram dentro Japão, Califórnia, e Las Vegas, Nevada desde os 1990s atrasados que oferecem mais altamente do que o normal O2 exposição para uma taxa.[69] Atletas profissionais, especialmente dentro Football americano, também vá às vezes fora do campo entre jogos desgastar máscaras de oxigênio a fim começar um “impulso suposto” no desempenho. Entretanto, a realidade de um efeito pharmacological é duvidosa; a placebo ou impulso psicológico que é a explanação a mais plausible.[69] Os estudos disponíveis suportam um impulso do desempenho do enriquecido O2 misturas somente se são respirados durante exercício aerobic real.[70] Outros usos recreacionais incluem pyrotechnic aplicações, como George Goble'ignição de s cinco-segundo de barbecue grades.[71]
Smelting de minério de ferro em aço consome 55% de oxigênio commercially-produced.[38] Neste processo, O2 é injetado através de um lance de alta pressão no ferro derretido, que remove enxôfre impurezas e excesso carbono como os óxidos respectivos, ASSIM2 e CO2. As reações são exothermic, assim que a temperatura aumenta ao ° 1700C.[38]
Um outro 25% de oxigênio commercially-produced é usado pela indústria química.[38] Etileno é reagido com O2 para criar óxido do etileno, em que, é convertido por sua vez glicol de etileno; o material preliminar do alimentador usou-se manufaturar um anfitrião dos produtos, incluindo anticongelante e poliéster polímeros (os precursors de muitos plásticos e telas).[38]
A maioria do 20% restante de oxigênio commercially-produced é usado em aplicações médicas, corte e welding do metal, como um oxidizer dentro combustível do foguete, e dentro tratamento de água.[38] O oxigênio é usado dentro welding oxyacetylene queimadura acetileno com O2 para produzir uma flama muito quente. Neste processo, metal até 60 cm é aquecido densamente primeiramente com uma flama oxy-acetylene pequena e então cortado rapidamente por um córrego grande de O2.[72] Propulsão do foguete requer um combustível e um oxidizer. Maior foguetes use o oxigênio líquido como seu oxidizer, que é misturado e inflamado com o combustível para a propulsão.
Paleoclimatologists meça a relação de oxygen-18 e oxygen-16 no escudos e esqueletos dos organismos marinhos para determinar o que o clima era como milhões dos anos há (veja ciclo da relação do isotope do oxigênio). Seawater moléculas que contêm o isqueiro isotope, oxygen-16, evaporam em uma taxa ligeiramente mais rápida do que as moléculas de água que contêm o oxygen-18 12% mais pesado; este disparity aumenta em umas temperaturas mais baixas.[73] Durante períodos de umas temperaturas globais mais baixas, de uma neve e de uma chuva daquela a água evaporada tende a ser mais elevada em oxygen-16, e o seawater à esquerda atrás do tende a ser mais elevado em oxygen-18. Os organismos marinhos incorporam então mais oxygen-18 em seus esqueletos e escudos do que em um clima mais morno.[73] Paleoclimatologists também mede diretamente esta relação nas moléculas de água de núcleo do gelo amostras que são até diversas centenas dos milhares dos anos velhos.
Geólogos planetários mediram abundances diferentes de isotopes do oxigênio nas amostras do Terra, Lua, Marte, e meteorites, mas eram por muito tempo incapaz de obter valores de referência para as relações do isotope no Sol, acreditado para ser o mesmos que aqueles do nebulosa solar primordial. Entretanto, análise de a silicone wafer exposto ao vento solar no espaço e retornado pelo deixado de funcionar Nave espacial do Genesis mostrou que o sol tem uma proporção mais elevada de oxygen-16 do que a terra. A medida implica que um processo desconhecido esgotou oxygen-16 do Sun disco do material protoplanetary antes do coalescence das grões da poeira que deram forma à terra.[74]
O oxigênio apresenta dois spectrophotometric faixas de absorption peaking nos wavelengths 687 e 760 nanômetro. Alguns detetar remoto os cientistas propuseram usar a medida do radiance que vem dos dosseis da vegetação naquelas faixas caracterizar o status de saúde da planta de a satélite plataforma.[75] Esta aproximação explora o fato que naquelas faixas é possível discriminar a vegetação reflectância do seu fluorescence, que é muito mais fraco. A medida é tècnica difícil devido ao ponto baixo relação signal-to-noise e a estrutura física da vegetação; mas propôs-se como um método possível da monitoração ciclo de carbono dos satélites em uma escala global.
estado da oxidação do oxigênio é −2 em quase todos os compostos sabidos do oxigênio. O estado −1 da oxidação é encontrado em alguns compostos como peroxides.[76] Os compostos que contêm o oxigênio em outros estados da oxidação são muito uncommon: −1/2 (superoxides), −1/3 (ozonides), 0 (elemental, ácido hypofluorous), +1/2 (dioxygenyl), +1 (difluoride do dioxygen), e +2 (difluoride do oxigênio).
Água (H2O) é óxido de hidrogênio e o composto o mais familiar do oxigênio. Os átomos do hidrogênio são covalently ligado ao oxigênio em uma molécula de água mas tenha também uma atração adicional (aproximadamente 23.3 kJ·mol−1 por o átomo do hidrogênio) a um átomo de oxigênio adjacente em uma molécula separada.[77] Estes ligações do hidrogênio entre moléculas de água mantenha-as aproximadamente 15% mais próximas do que o que se esperaria em um líquido simples com apenas Forças de Camionete der Waals.[78][79]
Devido ao seu electronegativity, formulários do oxigênio ligações químicas com quase todos elementos restantes nas temperaturas elevated para dar corresponder óxidos. Entretanto, alguns elementos dão forma prontamente a óxidos em condições padrão para a temperatura e a pressão; oxidar de ferro é um exemplo. A superfície dos metais gosta alumínio e titânio são oxidados na presença do ar e tornam-se revestido de uma película fina do óxido isso passivates o metal e retarda mais mais corrosão. Alguns dos óxidos de metal da transição são encontrados na natureza como compostos non-stoichiometric, com ligeiramente menos metal do que fórmula química mostraria. Por exemplo, ocorrer natural FeO (wüstite) é escrito realmente como Fe1−xO, onde x são geralmente ao redor 0.05.[80]
O oxigênio como um composto está atual na atmosfera em quantidades de traço no formulário de dióxido de carbono (CO2). terra crustal rocha é composto na parte grande dos óxidos de silicone (silicone SiO2, encontrou dentro granito e areia), alumínio (óxido de alumínio Al2O3, dentro bauxite e corindo), ferro (óxido do ferro (III) Fe2O3, dentro hematite e oxidação) e outro metais.
O descanso da crosta de terra é feito também de compostos do oxigênio, no detalhe carbonato de cálcio (em pedra calcária) e silicatos (em Feldspatos). Águasoluble silicatos no formulário de Na4SiO4, Na2SiO3, e Na2Silicone2O5 são usados como detergentes e adesivos.[81]
O oxigênio age também como um ligand para metais da transição, dando forma ao metal-o2 ligações com iridium átomo dentro Complexo de Vaska,[82] com platina em PtF6,[83] e com o centro do ferro do heme grupo de hemoglobin.
Entre as classes as mais importantes dos compostos orgânicos que contêm o oxigênio seja (onde “R” é um grupo orgânico): álcoois (R-OH); ethers (R-O-R); cetonas (R-CO-R); aldeídos (R-CO-H); ácidos carboxylic (R-COOH); esters (R-COO-R); anhydrides ácidos (R-CO-O-CO-R); e amidos (R-C (O) - NR2). Há muito orgânico importante solventes isso contem o oxigênio, incluindo: acetona, metanol, ethanol, isopropanol, furan, THF, ether diethyl, dioxane, acetato ethyl, DMF, DMSO, ácido acetic, e ácido formic. Acetona ((CH3)2CO) e phenol (C6H5O OH) é usado como materiais do alimentador na síntese de muitas substâncias diferentes. Outros compostos orgânicos importantes que contêm o oxigênio são: glycerol, formaldehyde, glutaraldehyde, ácido citric, anhydride acetic, e acetamida. Epoxides seja ethers em qual o átomo de oxigênio é parte de um anel de três átomos.
O oxigênio reage espontâneamente com o muitos orgânico os compostos ou abaixo da temperatura de quarto em um processo chamaram-se autoxidation.[84] A maioria do compostos orgânicos isso contem o oxigênio não é feito pela ação direta de O2. Os compostos orgânicos importantes na indústria e no comércio que são feitos pela oxidação direta de um precursor incluem óxido do etileno e ácido peracetic.[81]
O elemento é encontrado em quase tudo biomolecules isso (ou são gerados perto) vida importante. Somente alguns biomolecules complexos comuns, como squalene e carotenos, não contenha nenhum oxigênio. Dos compostos orgânicos com relevância biológica, hidratos de carbono contenha a proporção a maior pela massa do oxigênio. Tudo gorduras, ácidos fatty, aminos-ácido, e proteínas contenha o oxigênio (devido à presença de carbonyl grupos nestes ácidos e seu ester resíduos). O oxigênio ocorre também dentro phosphate (PO43−) grupos nas moléculas energia-carregando biològica importantes ATP e ADP, na espinha dorsal e purines (exceto adenina) e pyrimidines de RNA e DNA, e nos ossos como phosphate de cálcio e hydroxylapatite.
Gás do oxigênio (O2) pode ser tóxico no elevated pressões parciais, conduzindo a convulsions e outros problemas de saúde.[85][86] O toxicity do oxigênio começa geralmente a ocorrer em pressões parciais mais de 50 kiloPascal (kPa), ou 2.5 vezes o sea-level normal O2 pressão parcial do kPa aproximadamente 21. Conseqüentemente, ar fornecido completamente máscaras de oxigênio em aplicações médicas é composto tipicamente de 30% O2 pelo volume (kPa aproximadamente 30 na pressão padrão).[25] Em uma vez, bebês prematuros foram colocados em conter dos incubators O2- o ar rico, mas esta prática foi interrompido depois que alguns bebês foram cegados por ela.[25]
Respirar puro O2 em aplicações do espaço, como em algum moderno ternos do espaço, ou na nave espacial adiantada como Apollo, causas que nenhum dano devido às pressões totais baixas não usou.[87] Na caixa dos spacesuits, O2 a pressão parcial no gás respirando é, no general, no kPa aproximadamente 30 (um normal de 1.4 vezes), e em resultar O2 a pressão parcial no sangue arterial do astronauta é somente marginal mais do que sea-level o normal O2 pressão parcial (veja gás de sangue arterial).
Toxicity do oxigênio aos pulmões e sistema nervoso central a lata ocorre também dentro profundamente diving do scuba e diving fornecido superfície.[25] Respirar prolongado de uma mistura do ar com O2 o kPa de 60 parcial da pressão mais pode eventualmente conduzir ao permanent fibrosis pulmonary.[88] Exposição a a O2 o kPa de 160 parcial das pressões mais extremamente pode conduzir aos convulsions (normalmente fatais para mergulhadores). O toxicity agudo do oxigênio pode ocorrer respirando uma mistura do ar com 21% O2 em 66 m ou em mais da profundidade quando a mesma coisa puder ocorrer respirando 100% O2 em somente 6 M.[88][89]
as fontes Elevado-concentradas do oxigênio promovem rápido combustão. Fogo e explosão os perigos existirem quando oxidants concentrados e combustíveis são trazidos na proximidade próxima; entretanto, um evento da ignição, tal como o calor ou uma faísca, é needed provocar a combustão.[90] O oxigênio próprio é o não o combustível, mas o oxidant. Os perigos da combustão aplicam-se também aos compostos do oxigênio com um potencial oxidative elevado, como peroxides, cloratos, nitrates, perchlorates, e dichromates porque podem doar o oxigênio a um fogo.
Concentrado O2 permitirá que a combustão prosiga ràpidamente e energètica.[90] Aço as tubulações e as embarcações do armazenamento usaram-se armazenar e transmitir gasoso e oxigênio líquido agirá como um combustível; e conseqüentemente o projeto e a manufatura de O2 os sistemas requerem o treinamento especial assegurar-se de que as fontes de ignição estejam minimizadas.[90] O fogo que matou Apollo 1 o grupo em uma almofada do lançamento do teste espalhou assim ràpidamente porque a cápsula foi pressurizada com puro O2 mas na pressão ligeiramente mais do que atmosférica, em vez da pressão normal do ⅓ que seria usada em uma missão.[91][92]
O oxigênio líquido derrama, se reservado para embeber na matéria orgânica, como madeira, petrochemicals, e asfalto pode causar estes materiais a detonate impredizìvel no impacto mecânico subseqüente.[90] No contato com o corpo humano, pode também causar criogênico queimaduras à pele e aos olhos.
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