Oxigénio: ocorrência na natureza, obtenção no laboratório e na indústria, identificação, propriedades físicas e químicas, Aplicações

Oxigénio

Leonardo da Vinci consta como tendo sido quem pela primeira vez deu conta da existência de oxigénio no ar atmosférico. Entretanto, constam os nomes de Joseph Priestley e Carl W. Scheele como tendo sido eles que, isoladamente, descobriram o oxigénio.

Em 1772, o químico sueco Carl W. Scheele descobriu o oxigénio. Esta descoberta só foi conhecida em 1777. Ainda em 1772, de forma independente, o químico inglês Joseph Priestley também descobriu o oxigénio por aquecimento do óxido de mercúrio (II).

Durante as suas investigações, Joseph Priestley aqueceu várias substâncias através de raios solares concentrados numa lupa, tendo notado a libertação de uma grande quantidade de gás ao aquecer óxido de mercúrio (II).

No inicio, Priestley pensou que o gás em causa fosse o ar, porém, quando colocou uma vela acesa em contacto com este gás, notou que a vela ardia com uma chama extremamente brilhante.

Foi o francês Antoine Lavoisier que deu o nome de oxigénio a este gás, que em grego significa «gerador de ácido», embora nem todos os ácidos tenham oxigénio.

Ocorrência do oxigénio na Natureza

O oxigénio é o elemento químico mais abundante na Natureza, o seu peso representa cerca de 49% do peso total de todos os elementos químicos conhecidos e constitui 21% dos componentes do ar atmosférico.

É encontrado na Natureza tanto na forma livre como na forma combinada. Na forma livre, o oxigénio está presente na atmosfera sob a forma de moléculas diatómicas (O₂) e corresponde ao oxigénio que respiramos e que resulta, principalmente, do processo de fotossíntese.

Na forma combinada é encontrado na água, em muitos minerais, em organismos vegetais e animais, em compostos orgânicos, em ácidos, bases, sais e etc.

Obtenção do oxigénio no laboratório

No laboratório, o oxigénio é obtido a partir da decomposição de substancias que o contém, por exemplo, decomposição do clorato de potássio (KClO₃) por acção do aquecimento em presença de catalisadores e decomposição do peróxido de hidrogénio (H₂O₂) sob acção de catalisadores. Apresentamos a seguir a descrição de uma experiência que permite obter o oxigénio.

Com um procedimento semelhante ao da experiência anterior e sem aquecimento, pode-se obter o oxigénio no laboratório por decomposição do peróxido de hidrogénio sob a acção de um catalisador cuja equação química é:

                                                                  _MnO2

2H₂O_{2 (l)} → 2H₂O _(l) + O_{2 (g)}

Fig. 31 – Obtenção de oxigénio por decomposição de água oxigenada

Obtenção do oxigénio na indústria

O oxigénio é obtido, na indústria, tomando como matéria-prima a água ou o ar atmosférico. Para tal, são adoptados como métodos a electrólise da água e a destilação fraccionada.

Electrólise da água

A palavra «eletrólise» provém do grego élktron corrente eléctrica + lysis quebra/decomposição. Portanto, a electrólise é a decomposição de substâncias por acção da corrente eléctrica.

Sabe-se que a água é uma substância composta que é constituída por hidrogénio e oxigénio.

Quando se submete a água acção da corrente eléctrica, ocorre a sua decomposição em substâncias elementares de oxigénio e de hidrogénio.

A eletrólise da água é o processo de decomposição da água por acção da corrente eléctrica.

A equação química que traduz o processo da eletrólise da água é:

          _eletrólise

2H₂O_(l) → 2H_{2 (g)} + O_{2 (g)}

A eletrólise é um processo muito caro dado o custo elevado da energia eléctrica. Assim sendo são poucos os países que recorrem a este método para a obtenção do oxigénio.

Destilação fraccionada do ar

A destilação fraccionada é um dos métodos de separação de componentes de misturas homogéneas, baseado na diferença de temperaturas de ebulição dos componentes, sobretudo quando a diferença entre as temperaturas de ebulição é muito pequena.

O oxigénio ocorre na forma livre na atmosfera, misturado com outros gases que compõem o ar, como o nitrogénio (azoto), o vapor de água, o dióxido de carbono, etc. Obedecendo aos procedimentos abaixo descritos, a indústria consegue separar o oxigénio dos demais gases:

• Captação do ar atmosférico com o auxilio de maquinaria especializada, introduzindo-o em recipientes adequados.

• Eliminação do dióxido de carbono e vapor de égua

• Compressão e resfriamento do ar (à temperatura de cerca de -200 °C) até se transformar em liquido.

• Destilação fraccionada

Os componentes de baixo ponto de ebulição como o nitrogénio e outros separam-se e fica um resíduo rico em oxigénio.

Mediante sucessivas passagens do ar por estes processos, obtém-se o oxigénio com cerca de 99,5% de pureza, que é depois armazenado sob pressão em garrafas ou botijas metálicas e depois é distribuído pelos sectores de consumo.

Identificação do oxigénio

Sabe-se que existem na Natureza muitos gases, pelo que se devia encontrar um procedimento claro para se certificar da presença do oxigénio.

Na descrição da experiência de obtenção do oxigénio no laboratório a partir da decomposição do clorato de potássio, destacamos o facto de a dada altura do aquecimento passar a borbulhar um gás na tina hidropneumática.

Introduzindo um fósforo em brasa no tubo de ensaio com o referido gás, desenvolve-se bruscamente uma chama viva no fósforo. Esse facto ocorre somente quando o gás presente for o oxigénio.

Assim, o oxigénio identifica-se pela característica que tem de avivar a chama de ardor de substâncias, isto é, por ser um gás comburente – alimenta as combustões.

Propriedades físicas do oxigénio

O oxigénio é um gás incolor, ou seja, não tem cor; inodoro, não tem cheiro ou odor; insipido, sem sabor. É ligeiramente mais denso («pesado») do que o ar e é por isso que se mantém no tubo de ensaio mesmo estando aberto pois tende a depositar-se no fundo do tubo. É pouco solúvel em água. O ponto de fusão do oxigénio, p.f. = -218,8 °C e o ponto de ebulição p.e = -183 °C.

Não é combustível, isto é, não arde, mas alimenta as combustões, é comburente.

Propriedades químicas do oxigénio

O oxigénio é um elemento químico muito reactivo, reage com quase todos os elementos químicos. O oxigénio que participa das reacções é o oxigénio molecular (O₂).

• Reage com o hidrogénio

Nesta reacção, que requer condições especificas para a sua ocorrência, forma-se água.

O_{2 (g)} + 2H_{2 (g)} → 2H₂O_(g)

• Reage com os metais

Na reacção do oxigénio com os metais formam-se compostos chamados óxidos. Na escrita da fórmula química do produto, escreve-se sempre primeiro o símbolo do metal e depois o símbolo do oxigénio. Lembra-te que se procede troca de valências para se ter a fórmula correctamente escrita e depois acerta-se os coeficientes - Lei de Lavoisier.

O_{2 (g)} + 2Ca_(s) → 2CaO_(s)

O_{2 (g)} + 4K_(s) → 2K₂O_(s)

3O_{2 (g)} + 4Al_(s) → 2Al₂O_{3 (s)}

• Reage com os ametais

À semelhança da anterior, também tem como produtos os óxidos.

O_{2 (g)} + C_(s) → 2CO_{2 (s)}

3O_{2 (g)} + 4P_(s) → 2P₂O_{3 (s)}

Aplicações do oxigénio

O oxigénio é usado:

• Nos hospitais para a respiração dos doentes.
• Nos processos oxiacetilénicos para a soldadura de metais.
• No fabrico de explosivos.
• Na produção de ácido acético e ácido nítrico.
• Nos submarinos. 

Bibliografia

AFONSO, Amadeu; DOMINGOS, Ernesto. Q8 – Química 8ª Classe. 2ª Edição. Texto Editores, Maputo, 2020.