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
2H2O2 (l) → 2H2O (l) + O2 (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) → 2H2 (g)
+ O2 (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.
O2 (g) + 2H2 (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.
O2 (g) + 2Ca(s) → 2CaO(s)
O2 (g) + 4K(s) → 2K2O(s)
3O2 (g) +
4Al(s) → 2Al2O3 (s)
• Reage com os ametais
À
semelhança da anterior, também tem como produtos os óxidos.
O2 (g) + C(s) → 2CO2
(s)
3O2 (g) + 4P(s) → 2P2O3 (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.
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