Oxigênio (O)

O oxigênio é um elemento químico não metálico pertencente ao grupo 16 da tabela periódica (calcogênios), localizado no segundo período da tabela. O símbolo do oxigênio é O, e seu número atômico é 8. Apresenta três isótopos naturais, de números de massa 16, 17 e 18, além de se apresentar apenas como duas substâncias simples naturais: O₂ (gás oxigênio) e O₃ (gás ozônio).

O oxigênio é um dos elementos mais abundantes do universo e do nosso planeta, tanto na atmosfera quanto na crosta terrestre, estando na constituição de diversos minerais e gases. É sintetizado naturalmente por meio da fotossíntese e sua presença em nosso planeta é vital, tanto para os seres aeróbios, que o utilizam para sua respiração celular, quanto para nossa proteção, por meio da camada de ozônio que diminui a incidência dos raios ultravioletas oriundos do Sol.

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Resumo sobre oxigênio

• O oxigênio (O) é um ametal cujos átomos apresentam número atômico igual a oito.
• Está localizado no segundo período do grupo 16 (calcogênios) da tabela periódica.
• Tem três isótopos naturais (de números de massa 16, 17 e 18).
• Apresenta-se na forma de duas substâncias puras na natureza: O₂ e O₃.
• É um dos elementos mais abundantes do nosso planeta, o segundo mais presente na atmosfera e um dos elementos mais presentes na crosta terrestre.
• É também o terceiro elemento mais abundante do universo.
• O gás oxigênio, O₂, é naturalmente sintetizado por meio da fotossíntese, sendo vital para os seres aeróbios, que utilizam o gás para sua respiração celular.
• O gás ozônio, O₃, é extremamente importante para a segurança de nosso planeta, uma vez que diminui a incidência de raios ultravioletas oriundos do Sol.

Características do oxigênio

O oxigênio, símbolo O, é um elemento químico não metálico cujos átomos apresentam oito prótons no núcleo e está localizado no grupo 16 da tabela periódica, os chamados calcogênios. O oxigênio apresenta três isótopos naturais: ¹⁶O (mais estável), ¹⁷O e ¹⁸O. Na natureza, apresenta-se como uma substância simples, apenas na forma de dois alótropos, o gás oxigênio (O₂) e o gás ozônio (O₃). Ambos são gases incolores e insípidos, porém, apenas o gás oxigênio é inodoro, uma vez que o gás ozônio apresenta um cheiro característico que remete a um alvejante à base de cloro. Quimicamente, o O₃ é bem mais reativo que o O₂.

O gás oxigênio, O₂, pode se combinar com boa parte dos elementos da tabela periódica, principalmente em altas temperaturas. As exceções ficam por parte dos halogênios, gases nobres e gás nitrogênio (N₂), a não ser que sejam estabelecidas condições específicas. Por conta dessa versatilidade, 47% da crosta terrestre é feita de compostos que contêm o oxigênio.

Propriedades do oxigênio

• Símbolo: O.
• Massa atômica aproximada: 15,99903 a 15,99977 u.m.a.
• Número atômico: 8.
• Densidade: 1,429 g∙L⁻¹ (CNTP); 1,141 g∙cm⁻³ (a −183 °C).
• Temperatura de fusão: −218,79 °C.
• Temperatura de ebulição: −183 °C.
• Configuração eletrônica no estado fundamental: [He] 2s² 2p⁴.
• Principais números de oxidação: −2.
• Localização na tabela periódica: 2º período, grupo 16 (calcogênios).

Veja também: Para que serve o carbono?

Formas alotrópicas do oxigênio

O oxigênio, como já dito anteriormente, apresenta-se naturalmente na forma de dois alótropos gasosos, que é o gás oxigênio (O₂) e o gás ozônio (O₃). A síntese do gás ozônio é realizada em altas camadas da atmosfera, onde o gás oxigênio, com auxílio da radiação ultravioleta solar, combina-se mediante a seguinte reação química:

3 O₂ (g) → 2 O₃ (g)

Também é possível converter o O₂ em O₃ por meio de descargas elétricas oriundas de tempestades, assim como por meio de aquecimento em temperaturas acima dos 2750 K (3023 °C).

Ambos são gases incolores e sem gosto, com a diferença de que o O₂ é um gás inodoro, enquanto o gás ozônio possui um odor pungente e característico, que remete à limpeza, sendo muitas das vezes associado aos produtos à base cloro. Já nas formas líquida e sólida, o gás oxigênio apresenta uma coloração azul pálida. O O₃, na sua forma líquida, entretanto, é altamente explosivo.

O gás ozônio é bem mais reativo que o gás oxigênio e, como consequência, é uma substância de grande caráter oxidante (o potencial de redução do O₃ é de +2,07 V em pH = 0; +1,65 V em pH = 7 e +1,24 V em pH = 14). O O₂ apresenta uma geometria linear, enquanto o O₃ apresenta uma geometria angular, com ângulo de ligação igual a 117°.

A estrutura do gás ozônio é uma combinação de três híbridos de ressonância, dispostos a seguir:

Uma característica interessante do ozônio é sua forte absorção na região do ultravioleta. Por isso, a sua presença em altas camadas da atmosfera nos protege do excesso de radiação ultravioleta oriunda do Sol.

Onde o oxigênio é encontrado?

O gás oxigênio, O₂, corresponde a cerca de 21% do volume da atmosfera terrestre, enquanto o elemento químico e seus compostos correspondem a cerca de 47% da massa da crosta terrestre. Desses compostos, podemos citar, por exemplo:

• a água,
• a sílica,
• os silicatos,
• a bauxita,
• a hematita e
• o calcário.

Na atmosfera também ocorrem, ainda, gases que possuem o oxigênio na composição, como o dióxido de carbono, CO₂, além de óxidos de enxofre (SOx) e nitrogênio (NOx).

Obtenção do oxigênio

Industrialmente, o gás oxigênio é obtido pela liquefação do ar atmosférico, seguido por sua destilação fracionada. Para transporte, o gás oxigênio é transportado sob pressão, assim se mantendo na forma líquida.

Em laboratório, outras formas de produção aparecem, como a eletrólise de soluções aquosas alcalinas em eletrodos de níquel e a decomposição do peróxido de hidrogênio (água oxigenada), conforme a reação a seguir:

2 H₂O₂ → O₂ + 2 H₂O

A decomposição térmica de alguns sais, como nitrato de potássio, permanganato de potássio ou clorato de potássio, também produzem gás oxigênio, em geral, usando dióxido de manganês como catalisador:

2 KClO₃ → 3 O₂ + 2 KCl

O ozônio pode ser produzido em um aparato conhecido como “ozonizador”, onde a geração de O₃ se dá pela ação de correntes elétricas sobre o gás oxigênio.

Ciclo do oxigênio

O ciclo do oxigênio é um ciclo biogeoquímico que permite a circulação do elemento pelos organismos vivos e meio ambiente de nosso planeta. Dentre as etapas do ciclo do oxigênio podemos citar:

• fotossíntese,
• respiração celular,
• decomposição,
• combustão e
• formação da camada de ozônio.

Percebe-se que o elemento oxigênio circula por diversas substâncias, destacando-se o gás oxigênio (O₂), o gás carbônico (CO₂), a água (H₂O) e o gás ozônio (O₃). Como ponto de partida, citamos a fotossíntese, que é realizada por organismos fotossintetizantes (como plantas verdes e fitoplânctons), que utilizam da água e do gás carbônico presente no meio ambiente para a produção de gás oxigênio e carboidrato (glicose).

O O₂, agora, pode ser utilizado em diversos processos, como é o caso da respiração celular, realizada por seres aeróbios, que têm produção de energia (necessária para crescimento e desenvolvimento) gás carbônico e água.

Esse gás oxigênio também pode ser utilizado em outros processos importantes para nosso planeta, como a decomposição e a combustão, que também produzem gás carbônico e água. Por fim, destacamos a importância do gás oxigênio na síntese do gás ozônio em camadas mais elevadas da atmosfera, que cria a chamada camada de ozônio, responsável por diminuir a incidência de radiação ultravioleta oriunda do Sol na nossa superfície.

→ Videoaula sobre o ciclo do oxigênio

Para que serve o oxigênio?

Do ponto de vista humano, o oxigênio é utilizado, na forma de O₂, como comburente, assim, mantendo as reações de combustão, além de ser utilizado na fabricação do aço. Também se utiliza o gás oxigênio como suporte para respiração em condições específicas, como em casos de insuficiência respiratória, em aeronaves, regiões de grande altitude (onde o ar é rarefeito) e para mergulhos.

Já o gás ozônio, O₃, é um poderoso agente oxidante e, combinado com sua grande reatividade, é comum que ele seja utilizado em processos de purificação, como da água, e em processos reacionais, como é o caso da ozonólise de alcenos. Também é lembrado pelo método complementar de tratamento conhecido como ozonioterapia (embora se utilize uma mistura de gás O₂ e O₃ no processo).

A ideia da técnica é aplicar essa mistura de O₂ e O₃ (conhecida como ozônio medicinal) em alguma parte do corpo para tratamentos de doenças específicas, problemas dentários ou feridas. O objetivo seria melhorar a oxigenação dos tecidos e fortalecer o sistema imunológico, através de mecanismos celulares, em resposta a um estresse oxidativo.

A Agência Nacional de Vigilância Sanitária (Anvisa), por enquanto, autorizou apenas a utilização de equipamentos de ozonioterapia para tratamento de cárie, periodontia, endodontia, cirurgia odontológica, além de aplicação estética para auxiliar a limpeza e assepsia da pele.

Mesmo assim, uma resolução de 2018 do Conselho Federal de Medicina (CFM) proíbe a terapia médica com ozônio e diz que o gás só pode ser utilizado para fins de estudos científicos. Mesmo com a promulgação da Lei n° 14.648/2023, que autoriza a realização de ozonioterapia como procedimento de caráter complementar (mediante observação de condições), o CFM não liberou a sua aplicação por carência de dados científicos. O Ministério da Saúde reforçou a lei, dizendo, entre outras coisas, que os equipamentos médicos devem ser submetidos à avaliação e aprovação da Anvisa.^|1|

Qual a importância do oxigênio?

A presença de oxigênio no nosso planeta, na forma de gás oxigênio, é um dos fatores essenciais para a perpetuação da vida dos seres aeróbios. Tais seres utilizam o gás oxigênio como um agente oxidante em sua respiração e nos processos metabólicos oxidativos, uma vez que o O₂ oxida moléculas obtidas por meio dos alimentos (carboidratos, gorduras e proteínas), com consequente produção de energia, água, gás carbônico e ureia.

Nos mamíferos (onde estão incluídos os seres humanos), o gás oxigênio é transportado pela corrente sanguínea através da hemoglobina e armazenado em nossos tecidos por ação da mioglobina. Vale ainda lembrar que o oxigênio é um constituinte importante de diversas moléculas orgânicas, essenciais à vida, como carboidratos e proteínas. O gás oxigênio também participa do processo de decomposição, importante para a transformação da matéria orgânica existente em nosso planeta.

Precauções com o oxigênio

Como participante de reações de combustão, na função de comburente, o gás oxigênio exige alguns cuidados para aqueles que utilizam cilindros para respiração assistida. Cilindros de oxigênio devem ficar distantes de fumantes, chamas, substâncias inflamáveis, fontes de calor e alguns aparelhos elétricos (os que produzem faísca), para evitar qualquer tipo de possibilidade de combustão e incêndio.

Já o gás ozônio é considerado tóxico e sua inalação pode prejudicar células do trato respiratório, além de causar irritação e queimaduras. Vale lembrar que é um poderoso agente oxidante e muito corrosivo. A exposição ao O₃ via inalação pode levar a episódios de tosse, sensação de peito apertado, diminuição da capacidade respiratória e alteração do ritmo respiratório.

Não só isso, o gás ozônio pode levar ao desenvolvimento de asma e piorar os seus sintomas (para aqueles que já sofrem com essa condição). Em níveis elevados de exposição, o O₃ danifica os pulmões de maneira permanente e, em alguns casos, pode-se chegar ao óbito.

História do oxigênio

A humanidade começa a entender o oxigênio quando percebe que o ar atmosférico não é uma única substância. O chinês Mao-Khoa, no século VIII d.C., afirmou que a atmosfera seria composta por duas substâncias: o yan (ar completo, referindo-se ao nitrogênio) e o yn (ar incompleto, referindo-se ao oxigênio). O pintor e cientista italiano, Leonardo da Vinci, no século XV, chegou a concluir que “onde uma chama não vive nenhum animal que respira pode viver”, numa clara alusão ao papel comburente do gás oxigênio.

Mesmo assim, a descoberta do elemento químico oxigênio é creditada a dois cientistas: ao sueco Carl Wilhelm Scheele e ao inglês Joseph Priestley, que chegaram de forma independente à descoberta do gás oxigênio.

Scheele, entre os anos de 1771 e 1773, chegou a preparar o gás oxigênio (que era chamado por ele de ar vítrolo) de diversas formas, como através do aquecimento do KNO₃, do Mg(NO₃)₂, ou HgO. Já Priestley conseguiu chegar ao gás oxigênio por meio do aquecimento do HgO sobre o mercúrio líquido, confinados no interior de um cilindro de vidro invertido. No experimento, o inglês utilizou uma lente para convergir raios solares sobre o HgO, em uma segunda-feira, dia 1º de agosto de 1774.

Entretanto, foi o francês Antoine Lavoisier (que tinha contato com Priestley) quem percebeu que o gás se tratava de uma substância simples de um elemento, essencial para explicar o fenômeno da combustão, pondo fim à chamada teoria do Flogisto e, assim, iniciando a chamada Química Moderna. Foi Lavoisier quem batizou o elemento como “oxigênio”, palavra de raiz grega, cuja tradução seria “formador de ácidos”, uma vez que o francês acreditava que toda substância ácida era dotada de oxigênio.

Já a história do oxigênio em nosso planeta se inicia há cerca de 2,5 bilhões de anos, quando os níveis desse elemento começam a subir na atmosfera terrestre, sendo um produto obtido da oxidação fotossintética da água por plantas verdes primitivas (algas verde-azuladas, as chamadas cianobactérias). A vida, até então, desenvolvia-se sem oxigênio, por meio do sulfeto de hidrogênio e outras fontes de hidrogênio presentes.

Saiba mais: Nitrogênio — constituinte da maior parcela da atmosfera terrestre

Curiosidades sobre o oxigênio

• O oxigênio só possui três isótopos naturais, com números de massa 16, 17 e 18.
• A atmosfera primitiva da Terra quase não possuía oxigênio. A entrada desse elemento só começa a ocorrer há cerca de 2,5 bilhões de anos atrás.
• O oxigênio é o terceiro elemento mais abundante do universo, atrás apenas de hidrogênio e hélio.
• O nome oxigênio foi dado pelo cientista francês Antoine Lavoisier e significa “formador de ácido”, uma vez que Lavoisier pensava que ácidos deveriam conter esse elemento.
• A atmosfera de Marte contém cerca de 0,15% em volume de oxigênio.
• Cerca de dois terços do corpo humano e nove décimos da água correspondem a oxigênio.

Nota

^|1| MINISTÉRIO DA SAÚDE. Ozonioterapia: em meio à polêmica, lei autoriza o uso como tratamento complementar no país. Biblioteca Virtual em Saúde. Ministério da Saúde. Disponível em: https://bvsms.saude.gov.br/ozonioterapia-em-meio-a-polemica-lei-autoriza-o-uso-como-tratamento-complementar-no-pais/

Créditos da imagem

^[1] ARTURO CRISANTO/ Shutterstock

Fontes

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CALIFORNIA AIR RESOURCES BOARD. Hazardous Ozone-Generating Air Purifiers. California Air Resources Board. Disponível em: https://ww2.arb.ca.gov/our-work/programs/air-cleaners-ozone-products/hazardous-ozone-generating-air-purifiers

HAYNES, W. M. (ed.) CRC Handbook of Chemistry and Physics. 95^a ed. CRC Press: 2014.

HOUSECROFT, C. E.; SHARPE, A. G. Inorganic Chemistry. 2. ed. Pearson Education Limited: Londres, 2005.

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MINISTÉRIO DA SAÚDE. Ozonioterapia: em meio à polêmica, lei autoriza o uso como tratamento complementar no país. Biblioteca Virtual em Saúde. Ministério da Saúde. Disponível em: https://bvsms.saude.gov.br/ozonioterapia-em-meio-a-polemica-lei-autoriza-o-uso-como-tratamento-complementar-no-pais/

PEIXOTO, E. M. A. Oxigênio. Química Nova na Escola. n. 7, mai. 1998.

THIEMENS, M. K. Oxygen origins. Nature Chemistry. v. 4, n. 66, jan. 2012.