Oxygène
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| Oxygène | |||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
8 O | |||||||||||||||||||||||||
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| Apparence | |||||||||||||||||||||||||
gaz incolore; liquide bleu pâle. bulles d'oxygène se lèvent en cette photo de l'oxygène liquide.   Raies spectrales de l'oxygène | |||||||||||||||||||||||||
| Propriétés générales | |||||||||||||||||||||||||
| Nom, symbole, nombre | oxygène, O, 8 | ||||||||||||||||||||||||
| Prononciation | / ɒ k s ɨ dʒ ə n / OK -si-jən | ||||||||||||||||||||||||
| Élément Catégorie | non métalliques, chalcogène | ||||||||||||||||||||||||
| Groupe, période, bloc | (16) chalcogènes, 2, p | ||||||||||||||||||||||||
| Poids atomique standard | 15.999 (4) | ||||||||||||||||||||||||
| Configuration électronique | [Il] 2s 2 2p 4 2, 6  | ||||||||||||||||||||||||
| Histoire | |||||||||||||||||||||||||
| Découverte | Carl Wilhelm Scheele (1772) | ||||||||||||||||||||||||
| Nommé par | Antoine Lavoisier (1777) | ||||||||||||||||||||||||
| Propriétés physiques | |||||||||||||||||||||||||
| Phase | gaz | ||||||||||||||||||||||||
| Densité | (0 ° C, 101,325 kPa) 1,429 g / L | ||||||||||||||||||||||||
| Liquid densité à BP | 1,141 g · cm -3 | ||||||||||||||||||||||||
| Point de fusion | 54,36 K , -218,79 ° C, -361,82 ° F | ||||||||||||||||||||||||
| Point d'ébullition | 90,20 K, -182,95 ° C, -297,31 ° F | ||||||||||||||||||||||||
| Point critique | 154,59 K, 5,043 MPa | ||||||||||||||||||||||||
| La chaleur de fusion | (O 2) 0,444 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||
| Chaleur de vaporisation | (O 2) 6,82 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||
| Capacité thermique molaire | (O 2) 29,378 J · mol -1 · K -1 | ||||||||||||||||||||||||
| La pression de vapeur | |||||||||||||||||||||||||
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| Propriétés atomiques | |||||||||||||||||||||||||
| États d'oxydation | 2, 1, -1, - 2 | ||||||||||||||||||||||||
| Électronégativité | 3,44 (échelle de Pauling) | ||||||||||||||||||||||||
| énergies d'ionisation ( plus) | 1er: 1313,9 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||
| 2ème: 3388,3 kJ · mol -1 | |||||||||||||||||||||||||
| 3ème: 5300,5 kJ · mol -1 | |||||||||||||||||||||||||
| Rayon covalente | 66 ± 14 heures | ||||||||||||||||||||||||
| Rayon de Van der Waals | 152 h | ||||||||||||||||||||||||
| Miscellanées | |||||||||||||||||||||||||
| Crystal structure | cubique  | ||||||||||||||||||||||||
| Ordre magnétique | paramagnétique | ||||||||||||||||||||||||
| Conductivité thermique | 26.58x10 -3 W · m -1 · K -1 | ||||||||||||||||||||||||
| Vitesse du son | (Gaz, 27 ° C) 330 m · s -1 | ||||||||||||||||||||||||
| Numéro de registre CAS | 7782-44-7 | ||||||||||||||||||||||||
| La plupart des isotopes stables | |||||||||||||||||||||||||
| Article détaillé: Isotopes de l'oxygène | |||||||||||||||||||||||||
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L'oxygène est un élément chimique avec le symbole O et le nombre atomique 8. Son nom dérive du grec (les oxys) de racines ("acide", littéralement "forte", se référant à la goût amer des acides ) et -γόνος (-gοnos) («producteur», littéralement «géniteur»), car à l'époque de nommer, il a été pensé à tort que tous les acides nécessaires oxygène dans leur composition. À température et pression standard, deux atomes de l'élément se lient pour former dioxygène, incolore, inodore, insipide une diatomic gaz avec la formule O 2. Cette substance est une partie importante de l'atmosphère, et est nécessaire pour soutenir les plus vie terrestre.
L'oxygène est un membre de la chalcogène groupe sur le tableau périodique et est un très réactif élément non métallique qui forme facilement des composés (notamment oxydes) avec la plupart des éléments à l'exception du gaz noble à l'hélium et au néon . L'oxygène est une forte agent oxydant et que le fluor a une plus grande électronégativité. En masse, de l'oxygène est le troisième élément le plus abondant dans l'univers, après l'hydrogène et de l'hélium et de la élément le plus abondant en masse dans la croûte terrestre , qui composent près de la moitié de la masse de la croûte. L'oxygène est trop réactif chimiquement à rester un élément libre dans l'atmosphère de la Terre sans être constamment réapprovisionné par la photosynthèse action des organismes vivants, qui utilisent l'énergie du soleil pour produire de l'oxygène élémentaire de l'eau. O élémentaire gratuite 2 ne ont commencé à se accumuler dans l'atmosphère il ya environ 2,5 milliards années (voir Grand événement d'oxygénation) autour d'un milliard d'années après la première apparition de ces organismes. Gaz diatomique à l'oxygène constitue 20,8% du volume d' air .
L'oxygène constitue l'essentiel de la masse des organismes vivants, parce que l'eau est leur constituant majeur (par exemple, environ les deux tiers de la masse du corps humain). De nombreuses grandes classes de molécules organiques dans des organismes vivants, tels que des protéines , les acides nucléiques, les hydrates de carbone , et graisses, contenir de l'oxygène, ainsi que les principaux composés inorganiques qui sont des constituants de coquilles d'animaux, les dents et les os. Oxygène élémentaire est produite par cyanobactéries, des algues et des plantes, et est utilisé dans la respiration cellulaire pour toute la vie complexe. L'oxygène est toxique pour organismes anaérobies stricts, qui étaient la forme dominante de début de la vie sur Terre jusqu'à 2 O a commencé à se accumuler dans l'atmosphère. Une autre forme ( allotrope) de l'oxygène, l'ozone (O 3), absorbe fortement UVB rayonnement et par conséquent la haute altitude couche d'ozone permet de protéger la biosphère de rayons ultraviolets , mais est un polluant près de la surface où il se agit d'un sous-produit de smog . Au encore plus élevé orbite terrestre basse altitude l'oxygène atomique est une présence significative et une cause de l'érosion pour les satellites.
L'oxygène a été découvert de façon indépendante par Carl Wilhelm Scheele, dans Uppsala, en 1773 ou plus tôt, et Joseph Priestley en Wiltshire, en 1774, mais Priestley est souvent la priorité parce que son travail a été publié pour la première. Le nom de l'oxygène a été inventé en 1777 par Antoine Lavoisier , dont les expériences avec de l'oxygène a contribué à discréditer l'alors populaire théorie du phlogistique de combustion et à la corrosion . L'oxygène est produit industriellement par distillation fractionnée de l'air liquéfié, l'utilisation de zéolithes pression vélo se concentrer oxygène de l'air, électrolyse de l'eau et d'autres moyens. Les utilisations de l'oxygène élémentaire comprennent la production de l'acier, des matières plastiques et textiles, le brasage, le soudage et la découpe des aciers et autres métaux, propergol, oxygénothérapie et les systèmes de soutien de la vie dans les avions, sous-marins, Les vols habités et plongée.
Caractéristiques
Structure
À température et pression normales, l'oxygène est un gaz inodore et incolore avec la formule moléculaire O 2, dans lequel les deux atomes d'oxygène sont liés chimiquement les uns aux autres avec un de spin triplet configuration d'électrons. Cette obligation a une ordre de liaison des deux, et est souvent simplifiée dans la description comme un double liaison ou comme une combinaison de une liaison à deux électrons et deux liaisons à trois électrons .
L'oxygène triplet (à ne pas confondre avec l'ozone , O 3) est le état fondamental de la molécule O 2. La configuration d'électrons de la molécule a deux électrons non appariés qui occupent deux dégénéré orbitales moléculaires. Ces orbitales sont classés comme antiliante (affaiblissement de l'ordre de liaison de trois à deux), de sorte que la liaison de l'oxygène diatomique est plus faible que la diatomique azote triple liaison dans lequel tous les orbitales moléculaires liaison sont remplis, mais certaines orbitales antiliantes le sont pas.
Sous forme de triplet normale, O 2 molécules sont paramagnétique. Autrement dit, ils forment un aimant en présence d'un champ magnétique, en raison de la tourner moments magnétiques des électrons non appariés dans la molécule, et le négatif énergie d'échange entre les deux molécules O voisin. L'oxygène liquide est attiré par un aimant , dans une mesure suffisante pour que, dans les manifestations de laboratoire, un pont d'oxygène liquide peut être supporté par rapport à son propre poids, entre les pôles d'un aimant puissant.
L'oxygène singulet est un nom donné à plusieurs espèces de plus haute énergie de 2 O moléculaire dans lequel tous les spins d'électrons sont appariés. Il est beaucoup plus réactif avec les courants des molécules organiques est de l'oxygène moléculaire en soi. Dans la nature, l'oxygène singulet est généralement formé à partir de l'eau au cours de la photosynthèse, en utilisant l'énergie de la lumière solaire. Il est également produit dans la troposphère par photolyse de l'ozone par une lumière de courte longueur d'onde, et par le système immunitaire en tant que source d'oxygène actif. Les caroténoïdes dans les organismes photosynthétiques (et peut-être aussi chez les animaux) jouent un rôle majeur dans l'absorption de l'énergie de l'oxygène singulet et de le convertir à l'état du sol excité avant qu'il peut causer des dommages aux tissus.
Allotropes
La commune allotrope d'oxygène élémentaire sur Terre est appelé dioxygène, O 2. Il a une longueur de liaison de 121 h et une énergie de liaison de 498 kJ · mol -1. Ce est la forme qui est utilisé par des formes complexes de la vie, tels que les animaux, dans la respiration cellulaire (voir rôle biologique) et est la forme qui est une partie principale de l'atmosphère de la Terre (voir Présence ). D'autres aspects de O 2 sont couverts dans le reste de cet article.
Trioxygen (O 3) est généralement connu comme l'ozone et est un allotrope d'oxygène très réactive qui est dommageable pour le tissu pulmonaire. L'ozone est produit dans la haute atmosphère où O 2 se combine avec l'oxygène atomique fabriqué par la division de O 2 par ultraviolet (UV). Comme l'ozone absorbe fortement dans la région UV du spectre, la couche d'ozone des fonctions de la haute atmosphère comme un bouclier de protection de rayonnement pour la planète. Près de la surface de la Terre, cependant, ce est un polluant qui se forme comme sous-produit de gaz d'échappement automobile. Le molécule métastable Tétraoxygène (O 4) a été découvert en 2001 et a été supposée exister dans l'un des six phases de l'oxygène solide. Il a été prouvé en 2006 que cette phase, créé par pressurisation O 2-20 GPa, est en fait un rhomboédrique O 8 cluster. Ce groupe a le potentiel pour être un beaucoup plus puissant comburant soit de O 2 ou O 3 et peut donc être utilisé dans carburant de fusée. Une phase métallique a été découvert en 1990 lorsque l'oxygène solide est soumis à une pression supérieure à 96 GPa et il a été montré en 1998 que à très basse température, cette phase devient supraconducteur .
Propriétés physiques
L'oxygène est plus soluble dans l'eau est de l'azote. De l'eau en équilibre avec l'air contient environ une molécule de O 2 dissous pour tous les deux molécules de N 2, par rapport à un rapport atmosphérique d'environ 1: 4. La solubilité de l'oxygène dans l'eau dépend de la température, et environ deux fois plus (14,6 mg · L -1) se dissout à 0 ° C qu'à 20 ° C (7,6 mg · L -1). A 25 ° C et une atmosphère standard (101,3 kPa) de l'air, l'eau douce contient environ 6,04 millilitres (ml) d'oxygène par litre, alors que l'eau de mer contient environ 4,95 ml par litre. A 5 ° C la solubilité augmente à 9,0 mL (50% de plus que à 25 ° C) par litre d'eau et de 7,2 ml (45% de plus) par litre pour l'eau de mer.
L'oxygène se condense à 90,20 K (-182,95 ° C, -297,31 ° F), et gèle à 54,36 K (-218,79 ° C, -361,82 ° F). Les deux liquide et O 2 solide sont des substances claires avec une lumière couleur bleu ciel causée par l'absorption dans le rouge (en contraste avec la couleur bleu du ciel, qui est due à Diffusion Rayleigh de la lumière bleue). Haute pureté O 2 liquide est habituellement obtenue par la distillation fractionnée de l'air liquéfié. L'oxygène liquide peut également être produite par condensation de l'air, en utilisant de l'azote liquide comme réfrigérant. Ce est une substance hautement réactifs et doivent être séparés des matières combustibles.
Isotopes et l'origine stellaire
Naturellement oxygène se produisant est composé de trois stables isotopes , 16 O, 17 O, et 18 O, O avec 16 étant le plus abondant (99,762% abondance naturelle).
La plupart des 16 O est synthétisé à la fin de la processus de fusion de l'hélium dans massives étoiles mais certains est fait dans le néon processus de combustion. 17 O est principalement constitué par la combustion de l'hydrogène en hélium au cours de la Cycle CNO, ce qui en fait un isotope commun dans les zones de combustion de l'hydrogène d'étoiles. La plupart des 18 O est produite lorsque 14 N (fait abondante du CNO combustion) Capture une 4 Il noyau, faisant 18 O commun dans les zones d'hélium riche de évolués, les étoiles massives.
Quatorze des radio-isotopes ont été caractérisés. Le plus stable sont 15 O avec une demi-vie de 122,24 secondes et 14 O avec une demi-vie de 70,606 secondes. Tout le reste isotopes radioactifs ont des demi-vies qui sont moins de 27 s et la majorité d'entre eux ont des demi-vies qui sont moins de 83 millisecondes. Le plus commun Mode des isotopes plus léger que 16 O est de décroissance β + décroissance pour obtenir l'azote, et le mode le plus courant pour les isotopes plus lourds que 18 O est désintégration bêta pour donner du fluor .
Occurrence
| Z | Élément | Fraction massique en parties par million | ||
|---|---|---|---|---|
| 1 | Hydrogène | 739000 | 71 × masse d'oxygène (barre rouge) | |
| 2 | Hélium | 240000 | 23 × masse d'oxygène (barre rouge) | |
| 8 | Oxygène | 10400 | ||
| 6 | Carbone | 4600 | ||
| 10 | Néon | 1340 | ||
| 26 | Fer | 1090 | ||
| 7 | Azote | 960 | ||
| 14 | Silicium | 650 | ||
| 12 | Magnésium | 580 | ||
| 16 | Soufre | 440 | ||
L'oxygène est l'élément chimique le plus abondant en masse dans la Terre de la biosphère, air, mer et terre. L'oxygène est le troisième élément chimique le plus abondant dans l'univers, après l'hydrogène et l'hélium. Environ 0,9% de la Sun masse s 'est l'oxygène. L'oxygène constitue 49,2% de la croûte terrestre en masse et est le principal composant des océans du monde (88,8% en masse). L'oxygène gazeux est la deuxième composante la plus commune de la l'atmosphère terrestre , en prenant en hausse de 20,8% de son volume et de 23,1% de sa masse (environ 10 15 tonnes). Terre est inhabituelle parmi les planètes du système solaire à avoir une telle concentration élevée de gaz d'oxygène dans son atmosphère: Mars (avec O 2 en volume de 0,1%) et Venus ont des concentrations beaucoup plus faibles. Toutefois, le joint entourant ces deux autres planètes est produite uniquement par le rayonnement ultraviolet impact des molécules contenant de l'oxygène tels que le dioxyde de carbone.
La concentration anormalement élevée de gaz d'oxygène sur la Terre est le résultat de la cycle de l'oxygène. Cette cycle biogéochimique décrit le mouvement d'oxygène à l'intérieur et entre ses trois principaux réservoirs sur Terre: l'atmosphère, l' biosphère et le lithosphère. Le principal facteur déterminant du cycle de l'oxygène est la photosynthèse , qui est responsable de l'atmosphère de la terre moderne. La photosynthèse libère de l'oxygène dans l'atmosphère, tandis que respiration et carie retirer de l'atmosphère. En l'équilibre, la production et la consommation se produisent à la même vitesse d'environ 1 / 2000ème de la totalité de l'oxygène atmosphérique par an.
L'oxygène libre se produit également en solution dans les plans d'eau du monde. La solubilité accrue de O 2 à des températures plus basses (voir propriétés physiques ) a des implications importantes pour la vie de l'océan, que les océans polaires soutiennent une densité beaucoup plus élevé de la vie en raison de leur teneur plus élevée en oxygène. L'eau polluée par des nutriments végétaux tels que nitrates ou phosphates peuvent stimuler la croissance d'algues par un procédé appelé eutrophisation et la désintégration de ces organismes et d'autres biomatériaux peuvent réduire quantités de O 2 dans les plans d'eau eutrophes. Les scientifiques évaluent cet aspect de la qualité de l'eau en mesurant l'eau de demande biochimique en oxygène, ou la quantité de O 2 nécessaires pour restaurer à une concentration normale.
Rôle biologique de O 2
Photosynthèse et la respiration
Dans la nature, de l'oxygène libre est produite par le division de l'eau lumière entraîné pendant oxygénique la photosynthèse . Selon certaines estimations, Algues vertes et cyanobactéries dans les milieux marins fournissent environ 70% de l'oxygène libre produit sur la Terre et le reste est produit par les plantes terrestres. D'autres estimations de la contribution océanique à l'oxygène atmosphérique sont plus élevés, alors que certaines estimations sont plus faibles, suggérant océans produisent environ 45% de l'oxygène atmosphérique de la Terre chaque année.
Une formule générale pour la photosynthèse est simplifié:
- 6 CO 2 + 6 H 2 O + photons → C 6 H 12 O 6 + 6 O 2
ou simplement
- dioxyde de carbone + eau + soleil → glucose + dioxygène
Photolytique le dégagement d'oxygène se produit dans le membranes thylacoïdes d'organismes photosynthétiques et nécessite l'énergie de quatre photons . Plusieurs étapes sont nécessaires, mais le résultat est la formation d'un proton à travers le gradient membrane des thylakoïdes, qui est utilisé pour la synthèse de l'ATP via photophosphorylation. La 2 O restant après l'oxydation de la molécule d'eau est libérée dans l'atmosphère.
Dioxygène moléculaire, O 2, est essentiel pour la respiration cellulaire dans tous les organismes aérobies. L'oxygène est utilisé dans les mitochondries pour aider à générer de l'adénosine triphosphate (ATP) au cours la phosphorylation oxydative. La réaction de la respiration aérobie est essentiellement l'inverse de la photosynthèse et est simplifiée comme:
- C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 → 6 CO 2 + 6 H 2 O + 2 880 kJ · mol -1
Dans les vertébrés , O 2 diffuse à travers les membranes dans les poumons et dans les globules rouges. L'hémoglobine se lie O 2, en changeant sa couleur de rouge bleuté au rouge vif (CO 2 est libéré d'une autre partie de l'hémoglobine à travers le Effet Bohr). D'autres animaux utilisent patelle ( mollusques et certains arthropodes ) ou hémérythrine ( araignées et homards ). Un litre de sang peut dissoudre 200 cm 3 de O 2.
Les espèces réactives de l'oxygène, tels que ion superoxyde (O -
2) et du peroxyde d'hydrogène (H 2 O 2), sont des sous-produits dangereux de la consommation d'oxygène dans les organismes. Parties du système immunitaire des organismes supérieurs, cependant, créent peroxyde, superoxyde, et l'oxygène singulet pour détruire les microbes envahisseurs. Les espèces réactives de l'oxygène jouent également un rôle important dans la réponse hypersensible des plantes contre l'attaque pathogène.
Un humain adulte dans le repos inhale 1,8 à 2,4 grammes d'oxygène par minute. Cela équivaut à plus de 6 milliards de tonnes d'oxygène inhalée par l'humanité par an.
Contenu dans le corps
| Unité | Alvéolaire pulmonaire des pressions de gaz | Arterial oxygène dans le sang | Gaz de sang veineux |
|---|---|---|---|
| kPa | 14,2 | 11-13 | 4,0 à 5,3 |
| mmHg | 107 | 75-100 | 30-40 |
L'oxygène libre pression partielle dans le corps d'un vertébré organisme vivant est plus élevée dans la système respiratoire, et diminue le long de toute système artériel, les tissus périphériques et système veineux, respectivement. La pression est la pression partielle de l'oxygène qui aurait se il occupait seul le volume.
Build-up dans l'atmosphère
Oxygène libre était presque inexistant dans l'atmosphère terrestre avant photosynthétique archées et des bactéries ont évolué, probablement il ya environ 3,5 milliards d'années. L'oxygène libre est apparu en quantités importantes au cours de la Eon Paléoprotérozoïque (il ya entre 2,5 et 1,6 milliards d'années). Pour le premier milliard d'années, tout l'oxygène libre produite par ces organismes combinés avec dissous fer dans les océans pour former formations de fer rubanées. Lorsque ces puits d'oxygène se sont saturés, l'oxygène libre a commencé à dégazer dans les océans il ya 2,7 milliards d'années, pour atteindre 10% de son niveau actuel il ya environ 1,7 milliards d'années.
La présence de grandes quantités d'oxygène dissous et libre dans les océans et l'atmosphère peut avoir entraîné la plupart des organismes anaérobies qui vivaient alors à l'extinction au cours de la Grande Oxydation (de la catastrophe de l'oxygène), il ya environ 2,4 milliards d'années. Cependant, la respiration cellulaire utilisant O 2 permet organismes aérobies pour produire beaucoup plus que les organismes anaérobies ATP, aidant l'ancien à dominer la Terre la biosphère . La photosynthèse et la respiration cellulaire de O 2 a permis l'évolution des cellules eucaryotes et des organismes multicellulaires complexes en fin de compte comme les plantes et les animaux.
Depuis le début du Cambrien période il ya 540.000.000 années, O 2 niveaux ont fluctué entre 15% et 30% en volume. Vers la fin du Carbonifère période (il ya environ 300 millions d'années) O 2 atmosphérique atteint un maximum de 35% en volume, ce qui peut avoir contribué à la grande taille des insectes et amphibiens en ce moment. Les activités humaines, notamment la combustion de 7000000000 tonnes de combustibles fossiles chaque année ont eu très peu d'effet sur la quantité d'oxygène libre dans l'atmosphère. Au rythme actuel de la photosynthèse il faudrait environ 2000 années pour régénérer l'ensemble O 2 dans l'atmosphère actuelle.
Histoire
Les premières expériences
Une des premières expériences connues sur la relation entre la combustion et de l'air a été menée par le 2e siècle avant notre ère grecque écrivain sur la mécanique, Philon de Byzance. Dans son travail Pneumatica, Philo a observé que l'inversion d'un navire sur une bougie allumée et entourant le cou de la cuve avec de l'eau a donné lieu à une certaine montée des eaux dans le cou. Philo incorrectement supposé que des parties de l'air dans le récipient ont été convertis en le Quatre éléments le feu et donc ont pu se échapper à travers les pores dans le verre. Plusieurs siècles plus tard Leonardo da Vinci construit sur le travail de Philo en observant qu'une partie de l'air est consommé lors de la combustion et la respiration.
Dans la fin du 17e siècle, Robert Boyle se est avéré que l'air est nécessaire à la combustion. Le chimiste anglais John Mayow (1641-1679) affiné ce travail en montrant que le feu ne nécessite qu'une partie de l'air qu'il a appelé nitroaereus spiritus ou juste nitroaereus. Dans une expérience, il a constaté que la mise soit une souris ou une bougie allumée dans un récipient fermé sur l'eau a provoqué l'eau de monter et remplacer un quatorzième du volume de l'air avant l'extinction des sujets. De là, il a supposé que nitroaereus est consommé à la fois respiration et la combustion.
Mayow observé que l'antimoine a augmenté de poids lorsqu'il est chauffé, et en déduire que la nitroaereus doit avoir combinés avec lui. Il a également pensé que les poumons nitroaereus séparé de l'air et le faire passer dans le sang et ce résultat de circulation de la chaleur et des produits animaux muscle de la réaction d'nitroaereus avec certaines substances dans le corps. Comptes de ces et d'autres expériences et d'idées ont été publiés en 1668 dans son ouvrage duo Tractatus dans le tractus "De respiratione".
la théorie de Phlogiston
Robert Hooke, Ole Borch, Mikhail Lomonosov, et Pierre Bayen ( fr) tout l'oxygène produit dans des expériences dans le 17e et le 18e siècle, mais aucun d'entre eux ont reconnu comme un élément chimique . Cela peut avoir été en partie due à la prévalence de la philosophie de combustion et la corrosion appelé la théorie du phlogistique, qui était alors l'explication privilégiée de ces processus.
Fondée en 1667 par l'alchimiste allemand JJ Becher, et modifié par le chimiste Georg Ernst Stahl 1731, la théorie du phlogistique a déclaré que tous les matériaux combustibles ont été faites de deux parties. Une partie, appelée phlogistique, a été dégagée lorsque la substance contenant il a été brûlé, tandis que la partie déphlogistiqué a été pensé pour être sa vraie forme, ou chaux.
Matériaux hautement combustibles qui laissent peu résidus, tels que le bois ou le charbon, ont été pensé pour être faite principalement de phlogistique; alors que les substances non combustibles qui corrodent, tels que le fer, très peu de contenu. Air n'a pas joué un rôle dans la théorie du phlogistique, pas plus que toutes les expériences quantitatives initiales menées pour tester l'idée; à la place, il a été basée sur des observations de ce qui se passe quand quelque chose brûle, que les objets les plus courants semblent devenir plus léger et semblent perdre quelque chose dans le processus. Le fait qu'une substance comme le bois gagne effectivement poids total de combustion a été caché par le dynamisme des produits de combustion gazeux. En effet l'un des premiers indices que la théorie du phlogistique était incorrecte, ce est que les métaux, aussi, prennent du poids dans la rouille (quand ils étaient censés perdent phlogistique).
Découverte
L'oxygène a été découvert par suédoise pharmacien Carl Wilhelm Scheele. Il avait produit de l'oxygène gazeux par chauffage oxyde de mercure et divers nitrates d'environ 1772. Scheele appelé "l'air de feu" de gaz parce que ce était le seul partisan connu de la combustion, et a écrit un compte de cette découverte dans un manuscrit qu'il intitula Traité sur l'air et Feu, qu'il envoya à son éditeur en 1775. Cependant, ce document n'a pas été publié jusqu'en 1777.
Dans l'intervalle, le 1er Août 1774, une expérience menée par la Colombie ecclésiastique Joseph Priestley concentre la lumière solaire sur l'oxyde de mercure (HgO) à l'intérieur d'un tube de verre, qui a libéré un gaz qu'il nomma "l'air déphlogistiqué". Il a noté que les bougies brûlées brillant dans le gaz et que la souris est plus actif et vivaient plus longtemps tout en respirant il. Après avoir respiré le gaz lui-même, il a écrit: "Le sentiment de à mes poumons était pas sensiblement différente de celle de l'air commun, mais il me semblait que ma poitrine se sentait léger et facile singulièrement depuis un certain temps par la suite." Priestley a publié ses conclusions en 1775 dans un article intitulé "Un compte de nouvelles découvertes dans Air" qui a été inclus dans le second volume de son livre intitulé Expériences et observations sur les différents types d'air. Parce qu'il a publié ses conclusions en premier, Priestley est habituellement donné la priorité à la découverte.
Le chimiste français a noté Antoine Laurent Lavoisier tard affirmé avoir découvert la nouvelle substance indépendamment. Cependant, Priestley Lavoisier visité en Octobre 1774 et lui a parlé de son expérience et comment il a libéré le nouveau gaz. Scheele a également affiché une lettre à Lavoisier le 30 Septembre, 1774 décrit sa propre découverte de la substance inconnue, mais Lavoisier n'a jamais reconnu le recevoir (une copie de la lettre a été trouvé dans les affaires de Scheele après sa mort).
La contribution de Lavoisier
Que Lavoisier n'a incontestablement faire (bien que cela a été contesté à l'époque) était de mener les premières expériences quantitatives suffisantes sur oxydation et donner la première explication correcte de la façon dont fonctionne la combustion. Il a utilisé ces expériences et d'autres semblables, tout a commencé en 1774, à discréditer la théorie du phlogistique et de prouver que la substance découverte par Priestley et Scheele était un élément chimique .
Dans une expérience, Lavoisier a observé qu'il n'y avait pas d'augmentation globale du poids lorsque l'étain et de l'air ont été chauffés dans un récipient fermé. Il a noté que l'air se précipita quand il a ouvert le conteneur, qui a indiqué qu'une partie de l'air piégé avait été consommé. Il a également noté que l'étain a augmenté de poids et que cette augmentation était le même que le poids de l'air qui se est précipité avant. Ceci et d'autres expériences sur la combustion ont été documentés dans son livre Sur la combustion en général, qui a été publié en 1777. Dans ce travail, il a prouvé que l'air est un mélange de deux gaz; 'Air vital », ce qui est essentiel à la combustion et la respiration, et l'azote (gr. Ἄζωτον" sans vie "), qui ne supporte pas non plus. Azote est devenu plus tard l'azote en anglais, mais il a gardé le nom en français et en plusieurs autres langues européennes .
Lavoisier rebaptisée «air vital» pour Oxygène en 1777 par les grecs (les oxys) de racines ( l'acide , littéralement "forte", du goût des acides) et -γενής (-genēs) (producteur, littéralement géniteur), parce qu'il croyait à tort que l'oxygène est un constituant de l'ensemble des acides. Chimistes (notamment Sir Humphry Davy en 1812) par la suite déterminé que Lavoisier a eu tort à cet égard (ce est en fait l'hydrogène qui forme la base pour la chimie acide), mais à ce moment il était trop tard; le nom avait pris.
L'oxygène est entré dans la langue anglaise, malgré l'opposition par des scientifiques anglais et le fait que l'Anglais Priestley avait d'abord isolé le gaz et écrit à ce sujet. Ce est en partie due à un poème louant le gaz intitulé "Oxygène" dans le livre populaire Le Jardin botanique (1791) par Erasmus Darwin, grand-père de Charles Darwin .
Plus tard l'histoire
John Dalton origine de l ' hypothèse atomique supposé que tous les éléments étaient monoatomique et que les atomes dans les composés devrait normalement les plus simples des rapports atomiques par rapport à l'autre. Par exemple, Dalton suppose que la formule de l'eau était HO, donnant la masse atomique de l'oxygène en tant que huit fois celle de l'hydrogène, au lieu de la valeur moderne d'environ 16. En 1805, Louis Joseph Gay-Lussac et Alexander von Humboldt a montré que l'eau est formée de deux volumes d'hydrogène et un volume d'oxygène; et par 1811 Amedeo Avogadro était arrivé à l'interprétation correcte de la composition de l'eau, sur la base de ce qu'on appelle maintenant la loi d'Avogadro et l'hypothèse de molécules élémentaires diatomiques.
À la fin du 19ème siècle les scientifiques ont réalisé que l'air pourrait être liquéfié, et ses composants isolé, par compression et refroidir. Utilisation d'un méthode en cascade, chimiste et physicien suisse Raoul Pierre Pictet liquide évaporé le dioxyde de soufre afin de liquéfier le dioxyde de carbone, qui à son tour a été évaporé pour refroidir le gaz à liquéfier suffisamment d'oxygène. Il a envoyé un télégramme le 22 Décembre 1877 à la Académie française des sciences de Paris annonçant sa découverte de l'oxygène liquide. Deux jours plus tard, le physicien français Louis Paul Cailletet annoncé sa propre méthode de liquéfaction de l'oxygène moléculaire. Seuls quelques gouttes du liquide ont été produites dans chaque cas si une analyse significative ne peut être effectuée. L'oxygène a été liquéfié en état stable pour la première fois le 29 Mars, 1883 par des scientifiques polonais de Université Jagellonne, Sigismond Wroblewski et Karol Olszewski.
En 1891 chimiste écossais James Dewar était en mesure de produire suffisamment d'oxygène liquide à étudier. Le premier procédé commercialement viable pour produire de l'oxygène liquide a été développé indépendamment en 1895 par l'ingénieur allemand Carl von Linde et ingénieur britannique William Hampson. Les deux hommes abaissé la température de l'air jusqu'à ce qu'il se liquéfie puis distille les composants gazeux en les faisant bouillir de un à la fois et de les capter. Plus tard, en 1901, oxyacétylénique soudage a été démontrée pour la première fois en brûlant un mélange d' acétylène et O 2 comprimé. Cette méthode de soudage et le coupage du métal est devenu plus tard commun.
En 1923, le scientifique américain Robert H. Goddard est devenue la première personne à développer une moteur-fusée; le moteur utilisé essence comme combustible et de l'oxygène liquide en tant que comburant. Goddard a volé avec succès une petite fusée à carburant liquide 56 m à 97 kilomètres par heure, le 16 Mars 1926 à Auburn, Massachusetts, USA.
La production industrielle
Deux principales méthodes sont utilisées pour produire 100 millions de tonnes de O 2 extraite de l'air pour l'industrie utilise annuellement. La méthode la plus courante consiste à distiller par fractionnement de l'air liquéfié dans ses différentes composantes, avec N 2 distillation sous forme de vapeur tout en O 2 est laissé à l'état liquide.
L'autre méthode importante de la production de gaz O 2 consiste à faire passer un courant d'air propre, sec à travers un lit d'une paire de identiques Zeolite Molecular Sieves, qui absorbe l'azote et délivre un courant de gaz qui est de 90% à 93% d'O 2. Simultanément, l'azote gazeux est libéré à partir de l'autre lit de zéolite de l'azote saturé, en réduisant la pression de fonctionnement de la chambre et de détourner une partie du gaz d'oxygène du lit de producteur à travers elle, dans le sens inverse de l'écoulement. Après un temps de cycle ensemble le fonctionnement des deux lits est interchangeable, ce qui permet un apport continu d'oxygène gazeux pour être pompé à travers un pipeline. Ceci est connu comme adsorption modulée en pression. L'oxygène gazeux est de plus en plus obtenu par ces non technologies cryogéniques (voir aussi l'connexes vide Swing Adsorption).
L'oxygène gazeux peut également être produit par électrolyse de l'eau en hydrogène et oxygène moléculaire. Courant continu doit être utilisée: si AC est utilisée, les gaz dans chaque branche sont constitués d'hydrogène et de l'oxygène dans un rapport explosif 2: 1. Contrairement à la croyance populaire, le ratio de 2: 1 observé dans l'électrolyse de l'eau acidifiée DC ne prouve pas que la formule empirique de l'eau est H 2 O à moins que certaines hypothèses sont faites sur les formules moléculaires de l'hydrogène et se oxygène. Un procédé similaire est la électrocatalytique 2 O évolution parmi les oxydes et oxoacides. catalyseurs chimiques peuvent aussi bien être utilisés, par exemple dans générateurs d'oxygène chimiques ou des bougies d'oxygène qui sont utilisés dans le cadre de l'équipement de soutien de vie des sous-marins, et font toujours partie de l'équipement standard sur des avions commerciaux en cas d'urgence de dépressurisation. Une autre technologie de séparation d'air consiste à dissoudre l'air en forçant sur la base de membranes céramiques dioxyde de zirconium par une haute pression ou un courant électrique, pour produire presque purO2gaz.
En grandes quantités, le prix de l'oxygène liquide en 2001 était environ 0,21 $ / kg. Comme le coût de production primaire est le coût énergétique de la liquéfaction de l'air, le coût de production va changer que le coût de l'énergie varie.
Pour des raisons d'économie, l'oxygène est souvent transporté sous forme d'un liquide en vrac dans des citernes isolées spécialement, depuis une litre d'oxygène liquide est équivalent à 840 litres d'oxygène gazeux à la pression atmosphérique et 20 ° C (68 ° F) . Ces citernes sont utilisés pour remplir des conteneurs de stockage en vrac d'oxygène liquide, qui se tiennent en dehors des hôpitaux et d'autres institutions avec un besoin de grands volumes de gaz d'oxygène pur. L'oxygène liquide est passé à travers les échangeurs de chaleur, qui convertissent le liquide cryogénique dans le gaz avant son entrée dans le bâtiment. L'oxygène est également stocké et expédié dans les petites bouteilles contenant du gaz comprimé; une forme qui est utile dans certaines applications médicales portables et soudage oxy-combustible et coupe.
Applications
Médical
L'absorption de O 2 de l'air est le but essentiel de la respiration, de sorte que la supplémentation en oxygène est utilisé dans la médecine . Traitement non seulement augmente les niveaux d'oxygène dans le sang du patient, mais a pour effet secondaire de diminution de la résistance à l'écoulement de sang dans de nombreux types de poumons malades, soulageant la charge de travail sur le cœur. L'oxygénothérapie est utilisé pour traiter l'emphysème, la pneumonie , des troubles cardiaques ( l'insuffisance cardiaque congestive), certains troubles qui provoquent une plus la pression artérielle pulmonaire, et toute maladie qui affecte la capacité du corps à absorber et utiliser de l'oxygène gazeux.
Les traitements sont suffisamment souples pour être utilisé dans les hôpitaux, le domicile du patient, ou de plus en plus par des dispositifs portables.tentes à oxygène étaient autrefois couramment utilisé dans la supplémentation en oxygène, mais ont depuis été remplacé principalement par l'utilisation desmasques à oxygène oucanules nasales.
Hyperbare (haute pression) la médecine utilise spéciaux chambres à oxygène pour augmenter la pression partielle de O 2 autour du patient et, si nécessaire, le personnel médical. intoxication au monoxyde de carbone, la gangrène gazeuse, et la maladie de décompression (les «coudes») sont parfois traités à l'aide ces dispositifs. Augmentation O 2 concentration dans les poumons permet de déplacer le monoxyde de carbone dans le groupe de l'hème de l'hémoglobine. l'oxygène gazeux est toxique pour les bactéries anaérobies qui provoquent la gangrène gazeuse, augmentant ainsi sa pression partielle permet de les tuer. Un accident de décompression se produit dans plongeurs qui décompressent trop rapidement après une plongée, résultant dans des bulles de gaz inerte, principalement l'azote et de l'hélium, formant dans leur sang. L'augmentation de la pression de O 2 dès que possible fait partie du traitement.
L'oxygène est également utilisé médicalement pour les patients qui ont besoin deventilation mécanique, souvent à des concentrations supérieures à 21% trouvés dans l'air ambiant.
support de vie et l'utilisation récréative
Une application notable de O 2 comme une basse pression de gaz de respiration est dans modernes combinaisons spatiales , qui entourent le corps de leur occupant avec de l'air sous pression. Ces dispositifs utilisent de l'oxygène presque pur à environ un tiers de la pression normale, ce qui entraîne une pression partielle artérielle normale d' O 2 . Ce compromis de la concentration d'oxygène plus élevé pour basse pression est nécessaire pour maintenir scaphandres souples.
Les plongeurs et les sous-mariniers comptons également sur livrées artificiellement O 2 , mais la plupart utilisent souvent la pression normale, et / ou des mélanges d'oxygène et d'air. Pur ou presque O 2 à la plongée à des pressions plus élevées que le niveau de la mer est généralement limitée à recycleur, la décompression, ou l'utilisation d'un traitement d'urgence à des profondeurs relativement faibles (~ 6 mètres de profondeur, ou moins). Deeper plongée nécessite une dilution importante de O 2 avec d'autres gaz tels que l'azote ou de l'hélium, pour aider à prévenir la toxicité de l'oxygène.
Les gens qui escaladent des montagnes ou volent dans non-pressurisé aéronefs à voilure fixe ont parfois supplémentaires O 2 fournitures. Les passagers voyageant dans (sous pression) avions commerciaux ont un approvisionnement d'urgence de O 2 fourni automatiquement à eux en cas de dépressurisation de la cabine. La perte soudaine de pression de la cabine active générateurs chimiques d'oxygène au-dessus de chaque siège, provoquant des masques à oxygène à abandonner. Tirer sur les masques "pour démarrer le flux d'oxygène" que des instructions de sécurité en cabine dictent, dépôts forces de fer dans le chlorate de sodium à l'intérieur de la cartouche. Un flot continu de l'oxygène gazeux est alors produite par le réaction exothermique.
L'oxygène, comme un doux supposée euphorique, a une histoire de l'usage récréatif de bars à oxygène et les sports . Les bars à oxygène sont des établissements, trouvés dans le Japon , la Californie et Las Vegas, le Nevada depuis la fin des années 1990, qui offrent plus élevé que la normale O 2 exposition pour une taxe. Les athlètes professionnels, en particulier dans le football américain , aussi parfois aller hors champ entre les jeux de porter des masques à oxygène afin d'obtenir un "boost" dans la performance. L'effet pharmacologique est douteux; une effet placebo est une explication plus probable. Les études disponibles soutiennent une amélioration des performances du enrichis O 2 mélanges que si elles sont inhalées pendant l'exercice aérobie.
Autres usages récréatifs qui ne comportent pas respirer le gaz comprennentdes applications pyrotechniques, tels quecinq secondes l'allumage de George Goble desbarbecues.
Industriel
Fonte de minerai de fer en acier consomme 55% de l'oxygène produit commercialement. Dans ce procédé, O 2 est injecté par une lance à haute pression dans le fer en fusion, ce qui élimine le soufre impuretés et l'excès de carbone comme les oxydes respectifs, SO 2 et CO 2 . Les réactions sont exothermique, de sorte que les augmentations de la température à 1700 ° C .
Un autre 25% d'oxygène produit dans le commerce est utilisé par l'industrie chimique. L'éthylène est mis à réagir avec O 2 pour créer l'oxyde d'éthylène, ce qui, à son tour, est converti en l'éthylène glycol; le matériau d'alimentation primaire utilisé pour fabriquer une multitude de produits, y compris les antigels et polyester polymères (les précurseurs de nombreuses matières plastiques et de tissus ).
La plupart des 20% restants de l'oxygène produit commercialement est utilisé dans des applications médicales, découpe et le soudage métal, comme comburant dans le carburant de fusée, et dans le traitement de l'eau. L'oxygène est utilisé dans la soudure oxyacétylénique combustion de l'acétylène avec O 2 pour produire une flamme très chaude. Dans ce processus, le métal jusqu'à 60 cm d'épaisseur est d'abord chauffé avec une petite flamme d'oxy-acétylène, puis rapidement coupé par un grand courant d' O 2 . Agrandir fusées utilisent de l'oxygène liquide comme oxydant, qui est mélangé et enflammé avec le combustible pour la propulsion.
Scientifique
Paléoclimatologues mesurent le rapport de l'oxygène-18 et l'oxygène-16 dans les coquilles et squelettes d'organismes marins pour déterminer ce que le climat était comme des millions d'années (voir cycle de rapport isotopique de l'oxygène). eau de mer des molécules qui contiennent le briquet isotopes , l'oxygène-16, évaporent à un rythme légèrement plus rapide que les molécules d'eau contenant de l'oxygène-18 12% plus lourd; cette disparité augmente à des températures inférieures. Pendant les périodes de faible globale des températures, la neige et la pluie de ce que l'eau évaporée tend à être plus élevé dans l'oxygène-16, et l'eau de mer laissé derrière tend à être plus élevé dans l'oxygène-18. Les organismes marins intègrent alors plus d'oxygène-18 dans leurs squelettes et des coquilles qu'ils ne le feraient dans un climat plus chaud. Paléoclimatologues également de mesurer directement ce ratio dans les molécules d'eau de carottes de glace des échantillons qui sont jusqu'à plusieurs centaines de milliers d'années.
Géologues planétaires ont mesuré différents abondances des isotopes de l'oxygène dans des échantillons provenant de la Terre , la Lune , Mars et les météorites, mais étaient longtemps incapables d'obtenir des valeurs de référence pour les rapports isotopiques dans le Sun , qu'on croit être les mêmes que ceux de l' énergie solaire primordiale nébuleuse. Cependant, l'analyse d'un silicium tranche exposée au vent solaire dans l'espace et retourné par la écrasé engin spatial Genesis a montré que le Soleil a une proportion plus élevée de l'oxygène-16 que ne le fait la Terre. La mesure implique qu'un processus inconnu épuisé l'oxygène-16 à partir du Soleil le disque protoplanétaire du matériel avant la coalescence des grains de poussière qui se sont formées la Terre.
Oxygen présente deux spectrophotométriques bandes d'absorption pic aux longueurs d'onde 687 et 760 nm. Certains spécialistes de la télédétection ont proposé d'utiliser la mesure du rayonnement provenant de couverts végétaux dans ces bandes pour caractériser l'état de santé de la plante à partir d'une plate-forme satellite. Cette approche exploite le fait que, dans ces bandes, il est possible de discriminer la végétation de la réflectance à partir de sa fluorescence, ce qui est beaucoup plus faible. La mesure est techniquement difficile en raison du faible rapport signal à bruit et la structure physique de la végétation; mais il a été proposé comme un procédé possible de contrôler le cycle de carbone à partir de satellites à l'échelle mondiale.
Composés
Le degré d'oxydation -2 est de l'oxygène dans la quasi-totalité des composés connus de l'oxygène. L'état d'oxydation -1 se trouve dans quelques composés tels que peroxydes. les composés contenant de l'oxygène dans d'autres états d'oxydation sont très rares: -1/2 ( superoxydes), -1/3 ( ozonides), 0 ( élémentaire, acide hypofluoreux), une / 2 ( dioxygényle), 1 ( difluorure de dioxygène), et deux ( difluorure d'oxygène).
Oxydes et d'autres composés inorganiques
Eau ( H 2 O ) est l'oxyde d' hydrogène et d'oxygène composé le plus familier. Les atomes d'hydrogène sont liés de manière covalente à l'oxygène dans une molécule d'eau, mais ont également une attraction supplémentaire (environ 23,3 kJ · mol -1 par atome d'hydrogène) à un atome d'oxygène adjacent à une molécule distincte. Ces Les liaisons hydrogène entre les molécules d'eau occupent les 15% environ à moins que on peut s'y attendre dans un liquide simple avec juste forces de van der Waals .
En raison de sa électronégativité, formulaires d'oxygène des liaisons chimiques avec presque tous les autres éléments à des températures élevées pour donner correspondant oxydes. Toutefois, certains éléments forment facilement des oxydes à conditions normales de température et de pression; la la rouille du fer est un exemple. La surface de métaux tels que l'aluminium et le titane sont oxydés en présence d'air et de devenir revêtu d'un film mince d'oxyde qui passive le métal et ralentit en outre la corrosion . Certains transition oxydes métalliques sont présents dans la nature en tant que composés non stoechiométriques, avec un peu moins métal que la formule chimique serait montrer. Par exemple, le naturel se produisant FeO ( wüstite) est en fait écrit sous la forme Fe 1 -x O , où x est généralement de l'ordre de 0,05.
L'oxygène comme un composé est présent dans l'atmosphère dans l'état de traces sous la forme de dioxyde de carbone ( CO 2 ). La croûte de la Terre rock est composé en grande partie d'oxydes de silicium ( silice SiO 2 , trouvé dans le granit et sable ), l'aluminium ( oxyde d'aluminium Al 2 O 3 , dans la bauxite et du corindon ), le fer ( fer (III) l'oxyde de Fe 2 O 3 , à hématite et la rouille) et le carbonate de calcium (en calcaire). Le reste de la croûte de la Terre est aussi faite de composés oxygénés, en particulier les divers complexes silicates (en silicates). Le manteau de la Terre, d'autant plus grande masse de la croûte terrestre, est en grande partie composé de silicates de magnésium et de fer.
Alimentation en eausolublessilicates sous la forme deNa4SiO4,Na2SiO3, etNa2Si2O5sont utilisés comme détergents et les adhésifs.
L'oxygène agit également comme unligand pour des métaux de transition, en formant métal-O2liaisons avec l'iridiumatome decomplexe de vaska, avec laplatineen PtF6, et avec le centre de fer de l'hème de l'hémoglobine.
Des composés organiques et des biomolécules
Parmi les classes les plus importantes de composés organiques contenant de l'oxygène sont (où "R" est un groupe organique): les alcools (R-OH); des éthers (ROR), les cétones (R-CO-R); aldéhydes (R-CO- H); des acides carboxyliques (R-COOH); les esters (R-COO-R), les anhydrides d'acide (R-CO-O-CO-R); et des amides ( RC (O) -NR 2 ). Il existe de nombreuses organiques importantes de solvants qui contiennent de l'oxygène, dont: l'acétone , le methanol , l'éthanol , l'isopropanol, le furanne, le THF, le l'éther diéthylique, dioxane, l'acétate d'éthyle, le DMF, le DMSO, l'acide acétique et l'acide formique . Acétone ( (CH 3 ) 2 CO ) et de phénol ( C 6 H 5 OH ) sont utilisés en tant que matériaux d'alimentation dans la synthèse de nombreuses substances différentes. D'autres composés organiques qui contiennent de l'oxygène importants sont les suivants: glycérol, formaldéhyde, le glutaraldéhyde, acide citrique, l'anhydride acétique, et l'acétamide. Les époxydes sont des éthers dans lesquels l'atome d'oxygène fait partie d'un cycle de trois atomes.
L'oxygène réagit spontanément avec de nombreux organiques composés égales ou inférieures à la température ambiante dans un processus appelé auto-oxydation. La plupart des composés organiques qui contiennent de l'oxygène ne sont pas faites par l'action directe de O 2 . Composés organiques importants dans l'industrie et le commerce qui sont faites par oxydation directe d'un précurseur comprennent l'oxyde d'éthylène et de l'acide peracétique.
L'élément se trouve dans presque tous les biomolécules qui sont importantes pour (ou généré par) la vie. Seuls quelques biomolécules complexes courantes, telles que le squalène et les carotènes, ne contiennent pas d'oxygène. Parmi les composés organiques présentant de l'intérêt biologique, des hydrates de carbone contiennent la plus grande proportion en masse d'oxygène. Tous graisses, des acides gras , des acides aminés et des protéines contiennent de l'oxygène (en raison de la présence de groupes carbonyle dans ces acides et de leurs résidus d'ester). L'oxygène se produit également dans le phosphate ( PO 3-
4 ) groupes dans les molécules de transport d'énergie biologiquement importants ATP et ADP, dans le squelette et les purines (à l'exception de l'adénine) et pyrimidines de l'ARN et l' ADN , et en os que le phosphate de calcium et l'hydroxyapatite.
Sécurité et précautions
Le NFPA 704 comprimés taux standard de l'oxygène gazeux comme non dangereux pour la santé, non inflammable et non réactif, mais un oxydant. L'oxygène liquide réfrigéré (LOX) est donné une cote de danger pour la santé de 3 (de risque accru de hyperoxie de vapeurs condensées, et pour les risques communs aux liquides cryogéniques tels que des engelures), et toutes les autres notes sont les mêmes que la forme de gaz comprimé.
Toxicité
Le gaz oxygène ( O 2 ) peut être toxique à hautes pressions partielles, conduisant à des convulsions et d'autres problèmes de santé. Toxicité de l'oxygène commence généralement à se produire à des pressions partielles plus de 50 kilo pascals (kPa), soit 2,5 fois le niveau normal de la mer O 2 pression partielle d'environ 21 kPa (égale à la composition en oxygène d'environ 50% à la pression normale). Ce ne sont pas un problème, sauf pour les patients sur les ventilateurs mécaniques, puisque le gaz fourni à travers les masques à oxygène dans les applications médicales est généralement composé de seulement 30% -50% O 2 en volume (environ 30 kPa à la pression normale). (Bien que ce chiffre est également soumis à de grandes variations, selon le type de masque).
À un moment donné, les bébés prématurés ont été placés dans des incubateurs contenantO2riche en air, mais cette pratique a été abandonnée après quelques bébés ont été aveuglés par la teneur en oxygène étant trop élevé.
Respirer pur O 2 dans les applications spatiales, telles que dans certains combinaisons spatiales modernes, ou dans les vaisseaux spatiaux début comme Apollo, ne provoque pas de dommages dus aux basses pressions totales utilisées. Dans le cas des combinaisons spatiales, l' O 2 pression partielle dans le gaz de respiration est, en général, environ 30 kPa (1,4 fois la normale), et la résultante O 2 pression partielle dans le sang artériel de l'astronaute est à peine plus que le niveau de la mer normale O 2 partielle pression (pour plus d'informations sur ce sujet, voir costume de l'espace et de gaz du sang artériel).
Toxicité de l'oxygène dans les poumons et le système nerveux central peut également se produire dans une profonde plongée sous-marine et la plongée de surface fournie. L'inhalation prolongée d'un mélange d'air avec un O 2 pression partielle supérieure à 60 kPa peut éventuellement conduire à permanente fibrose pulmonaire. L'exposition à un O 2 pressions partielles supérieures à 160 kPa (environ 1,6 atm) peut provoquer des convulsions (normalement mortelles pour les plongeurs). La toxicité aiguë de l'oxygène (provoquant des convulsions, son effet le plus redouté pour les plongeurs) peut se produire par la respiration d'un mélange d'air avec 21% O 2 à 66 m ou plus de profondeur; la même chose peut se produire par l'inhalation de 100% O 2 à seulement 6 m.
Combustion et autres dangers
Sources très concentrées d'oxygène favorisent une combustion rapide. incendie et les risques d'explosion existent lorsque oxydants concentrés et les combustibles sont amenés à proximité immédiate; Cependant, un événement d'allumage, comme la chaleur ou une étincelle, est nécessaire pour déclencher la combustion. L'oxygène est lui-même non combustible, mais l'oxydant. les risques de combustion appliquent également des composés de l'oxygène avec un potentiel oxydatif élevé, tels que les peroxydes, les chlorates, les nitrates , perchlorates, et dichromates parce qu'ils peuvent donner de l'oxygène à un feu.
Concentré O 2 va permettre la combustion de procéder rapidement et énergiquement. acier tuyaux et des cuves de stockage utilisés pour stocker et transmettre à la fois gazeux et de l'oxygène liquide va agir comme un carburant; et donc la conception et la fabrication de joints 2 systèmes nécessite une formation spéciale pour assurer que les sources d'incendie sont réduits au minimum. Le feu qui a tué l' équipage d'Apollo 1 dans un test de rampe de lancement se propager si rapidement parce que la capsule a été pressurisé avec pur O 2 mais à un peu plus de la pression atmosphérique, à la place de la 1 / 3 pression normale qui serait utilisé dans une mission.
Les déversements de liquides d'oxygène, si on les laisse tremper dans la matière organique, commele bois,les produits pétrochimiques, et del'asphalte peut causer ces matériaux pourexploser de manière imprévisible à l'impact mécanique ultérieure. Comme avec les autres liquides cryogéniques, le contact avec le corps humain, il peut provoquer desgelures de la peau et de la yeux.
