Struttura molecolare dell'ossigeno, proprietà, usi

Lui Ossigeno molecolare O Diossigeno, Chiamato anche ossigeno diatomico o gassoso, è la forma elementare più comune in cui questo elemento si trova sul pianeta Terra. La sua formula è o₂, quindi essere una molecola diatomica e omonucleare, totalmente apolare.

L'aria che respiriamo è composta da circa il 21% di ossigeno come molecole o₂. Più asceniamo, le concentrazioni di ossigeno del gas diminuiscono e aumentano la presenza di ozono, o₃. Il nostro corpo approfitta di O₂ Per ossigenare i tessuti ed eseguire la respirazione cellulare.

Senza l'ossigeno arricchire la nostra vita atmosfera sarebbe un fenomeno insostenibile. Fonte: Pixabay.

Il o₂ È anche responsabile dell'esistenza del fuoco: senza di lui sarebbe quasi impossibile avere incendi e combustioni. Questo perché la sua proprietà principale è quella di essere un potente agente ossidante, vincere elettroni o ridurre una molecola d'acqua, o negli anioni di ossido, o^2-.

L'ossigeno molecolare è essenziale per innumerevoli processi aerobici, con applicazioni in metallurgia, medicina e trattamento delle acque reflue. Questo gas è praticamente sinonimo di calore, respirazione, ossidazione e, d'altra parte, di temperature congelate quando ha nel suo stato liquido.

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Struttura di ossigeno molecolare

Struttura molecolare di ossigeno gassoso. Fonte: Benjah-BMM27 via Wikipedia.

Nell'immagine superiore abbiamo la struttura molecolare dell'ossigeno gassoso rappresentato con diversi modelli. Negli ultimi due, le caratteristiche del legame covalente che mantiene gli atomi di ossigeno sono evidenziate: un doppio legame o = o, in cui ogni atomo di ossigeno completa il suo ottetto di Valencia.

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La molecola o₂ È lineare, omonucleare e simmetrico. Il suo doppio legame ha una lunghezza di 121 pm. Questa breve distanza rende richiesta una certa energia considerevole (498 kJ/mol) per rompere il collegamento o = O, e quindi è una molecola relativamente stabile.

In tal caso, l'ossigeno dell'atmosfera si sarebbe completamente degradato nel tempo, oppure l'aria non prenderebbe fuoco su nulla.

Proprietà

Aspetto fisico

L'ossigeno molecolare è un gas incolore, insipido e inodore, ma quando la condensazione e la cristallizzazione acquisiscono toni bluastri.

Massa molare

32 g/mol (valore arrotondato)

Punto di fusione

-218 ºC

Punto di ebollizione

-183

Solubilità

L'ossigeno molecolare non è molto solubile in acqua, ma abbastanza per sostenere la fauna marina. Se la tua solubilità fosse maggiore, sarebbe meno probabile morire di annegamento. D'altra parte, la sua solubilità è molto maggiore negli oli e nei liquidi apolari, essendo in grado di ossidarli lentamente e quindi influenzare le loro proprietà originali.

Stati energetici

L'ossigeno molecolare è una sostanza che non può essere completamente descritta da Valencia Link Theory (TEV). 

La configurazione di ossigeno elettronico è la seguente:

[He] 2s² 2p⁴

Ha un paio di elettroni mancanti (o :). Quando vengono trovati due atomi di ossigeno, sono collegati a formare un doppio legame o = O, completando entrambi gli ottetti di Valencia.

Pertanto, la molecola o₂ Dovrebbe essere diamagnetico, con tutti i suoi elettroni accoppiati. Tuttavia, è una molecola paramagnetica e questo è spiegato dal diagramma dei suoi orbitali molecolari:

Diagramma orbitale molecolare per ossigeno a gas. Fonte: Anthony.Sebastian/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)

Pertanto, la teoria orbitale molecolare (Tom) descrive meglio il OR₂. I due elettroni mancanti si trovano negli orbitali molecolari π^*, di maggiore energia e dare ossigeno con il loro carattere paramagnetico.

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In effetti, questo stato energetico corrisponde all'ossigeno a tripletta, ³O₂, Il più predominante di tutti. L'altro stato energetico dell'ossigeno, meno abbondante sulla Terra, è il singolo, ¹O₂.

Trasformazioni

L'ossigeno molecolare è considerevolmente stabile purché non sia in contatto con alcuna sostanza suscettibile all'ossidazione, molto meno se non vi è alcuna stretta fonte di calore intenso, come una scintilla. Questo è perché o₂ Ha un'alta tendenza a ridurre, ottenere elettroni da altri atomi o molecole.

Se ridotto, è in grado di stabilire un ampio spettro di collegamenti e forme. Se forma legami covalenti, lo farà con meno atomi elettronegativi di lui, incluso l'idrogeno, per originare l'acqua, H-O-H. Può anche essere un universo di carbonio, per causare legami C-O e diversi tipi di molecole organiche ossigenate (éteres, chetoni, aldeidi, ecc.).

Il o₂ Puoi anche guadagnare elettroni per trasformarsi in perossidi e superossidi, o₂^2- IO₂^-, rispettivamente. Quando diventa perossido all'interno dell'organismo, si ottiene il perossido di idrogeno, h₂O₂, H-O-O-H, un composto dannoso che viene elaborato dall'azione di enzimi specifici (perossidasi e catala).

D'altra parte, e non da meno da ultimo, la o₂ reagisce con la materia inorganica per diventare anione di ossido, o^2-, Composizione di un elenco infinito di masse mineralogiche che gonfiano la corteccia e il mantello del terreno.

Applicazioni

Saldature e combustione

L'ossigeno viene usato per combustione acetilene e sparare una fiamma di calore intenso che è prezioso nelle saldature. Fonte: Sheila/CC di (https: // creativeCommons.Org/licenze/by/2.0)

L'ossigeno viene utilizzato per eseguire la reazione a combustione, con la quale una sostanza è esotermicamente emessa. Questo incendio e la sua temperatura variano a seconda della sostanza che sta bruciando. Pertanto, si possono ottenere fiamme molto calde, come l'acetilene (sopra), con cui i metalli e le leghe sono saldati.

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Se non per l'ossigeno, i carburanti non potevano bruciare e fornire tutta la loro energia calorica, abituati a togliere i razzi o per iniziare le auto.

Agente ossidante in chimica verde

Grazie a questo gas, vengono sintetizzati o prodotti a base di prodotti organici e inorganici infiniti. Queste reazioni si basano sul potere ossidante dell'ossigeno molecolare, essendo anche uno dei reagenti più vitali della chimica verde per ottenere prodotti farmaceutici.

Trattamento di respirazione e acque reflue assistita

L'ossigeno è fondamentale per soddisfare la domanda respiratoria in pazienti con gravi stati di salute, nei subacquei quando scendono a basse profondità e negli scalatori, nelle cui altitudini la concentrazione di ossigeno sembra drammaticamente ridotta.

Allo stesso modo, l'ossigeno "nutre" batteri aerobici, che aiutano a degradare i rifiuti di contaminazione dalle acque reflue o aiuta a respirare pesci, in colture acquose per protezione o commercio.

Riferimenti

1. SHIVER & ATKINS. (2008). Chimica inorganica. (quarta edizione). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2020). Altropi di ossigeno. Recuperato da: in.Wikipedia.org
3. Hone, c.A., Kappe, c.O. (2019). L'uso di ossigeno molecolare per ossidazioni aerobiche in fase liquida nel flusso continuo. Top Curr Chem (Z)377, 2. doi.org/10.1007/S41061-018-0226-Z
4. Kevin Beck. (28 gennaio 2020). 10 usi per l'ossigeno. Recuperato da: scientifici.com
5. Cliffsnotes. (2020). Biochimica I: la chimica dell'ossigeno molecolare. Recuperato da: scogliere.com
6. Forniture industriali GZ. (2020). Vantaggi industriali del gas di ossigeno. Estratto da: GZ-Suplices.com