Oxigenul este un element chimic cu simbolul O și numărul atomic 8. Este membru

al grupei calcogenilor și este un element nemetalic foarte reactivși un agent oxidant care

formează foarte ușor compu ș i  (în special oxizi) cu majoritatea elementelor.[1] După masă,

oxigenul este al treilea cel mai întâlnit element în univers, după hidrogen și heliu.[2] În

condiții normale de temperatură și presiune, doi atomi de oxigen se leagă pentru a forma

dioxigenul, o moleculă diatomică incoloră, inodoră și insipidă, cu formula O2.

Multe clase majore de molecule organice în organismele vii, cum ar fiproteinele, acizii

nucleici, carbohidra ț ii , și grăsimile, conțin oxigen, la fel ca și cei mai importanți compuși

anorganici, care fac parte din cochiliile, dinții și oasele animalelor. Majoritatea masei

organismelor vii o reprezintă oxigenul deoarece face parte din apă, principala componentă

a formelor de viață (spre exemplu, aproape 2/3 din masa corpului uman). Oxigenul

elementar e produs de cianobacterii, alge și plante, fiind folosit în respirația celulară în toate

formele complexe de viață. Oxigenul e toxic pentru organismele anaerobe obligate, care

erau forma dominantă de viață timpurie pe Pământ până când O2-ul a început să se

acumuleze în atmosferă. O2-ul liber elementar a început să se adune în atmosferă acum

circa 2,5 miliarde de ani, la aproximativ un miliard de ani de la prima apariție a acestor

organisme.[3][4] Oxigenul diatomic constituie 20,8 %din volumul de aer.[5] Oxigenul este cel

mai abundent element după masă în scoarța Pământului, făcând parte din compuși de oxizi

ca dioxidul de siliciu, reprezentând aproape jumătate din masa scoarței terestre.[6]

Oxigenul reprezintă o parte importantă din atmosferă, și e necesar la susținerea majorității vieții terestre, fiind folosit în respirație. Totuși, e prea reactiv chimic pentru a rămâne un

element liber în atmosfera Pământului fără a ne fi reaprovizionat continuu de fotosinteza din

organismele vii, care folosesc energia luminii Soarelui pentru a produce oxigen elementar

din apă. Altă formă (alotrop) a oxigenului, ozonul (O3), absoarbe radiațiileUVB și,

consecvent, stratul de ozon de la mare altitudine ajută la protejarea biosferei de radiațiile

ultraviolete, dar e un poluant lângă suprafață unde este un produs secundar al smogului. La

altitudini chiar mai mari, oxigenul atomic are o prezență ridicată și e o cauză pentru

eroziunea rachetelor spațiale.[7] Oxigenul e produs industrial prin distilația fracțională a

aerului lichefiat, folosirea zeoli ț ilor  cu adsorbția la presiune variabilă pentru a concentra

oxigenul din aer, electroliza apei și alte metode. Întrebuințările oxigenului elementar includ

producția o ț elului ,plasticului și textilelor, lipirea, sudarea și tăierea o ț elurilor  și altor metale,

propulsoare de rachete, terapia cu oxigen și sisteme de susținere a vieții în aeronave, submarine, zborul spa ț ial  și scufundare.

Oxigenul a fost descoperit independent de Carl Wilhelm Scheele, înUppsala, în anul 1773

sau mai devreme, și de Joseph Priestley înWiltshire, în anul 1774, dar lui Priestley i se

acordă mereu prioritate deoarece munca sa a fost publicată prima. Numele oxigen a fost

inventat în 1777 de către Antoine Lavoisier,[8] ale cărui experimente cu oxigenul au

contribuit la discreditarea - atunci populară - teoriei flogisticului acombustiei și coroziunii.

Numele lui derivă de la rădăcinile greci ὀξύςoxys, „acid”, literal „ascuțit”, referindu-se la

gustul acru al acizilor, și -γενής -genes, „producător”, literal „născător”, deoarece la vremea

denumirii, se credea, greșit, că toți acizii aveau nevoie de oxigen în compoziția lor.

Cuprins

  [ascunde] 

1 Istorie

o 1.1 Experimente timpurii

o 1.2 Teoria flogisticului

o 1.3 Descoperirea

o 1.4 Contribuția lui Lavoisier

o 1.5 Evenimente recente

2 Caracteristici

o 2.1 Structură

o 2.2 Alotropi

o 2.3 Proprietăți fizice

o 2.4 Izotopi și originile stelare

o 2.5 Abundențăo 2.6 Analiză

3 Rolul biologic al O2-ului

o 3.1 Fotosinteză și respirațieo 3.2 Conținutul în corp

o 3.3 Construcția atmosferei

4 Aplicațiio 4.1 Medicină

o 4.2 Susținerea vieții și uz în scopuri recreative

o 4.3 Industrie

5 Compuși

o 5.1 Oxizi și alți compuși anorganici

o 5.2 Compuși organici și biomolecule

6 Producția industrială

7 Siguranță și precauțiio 7.1 Toxicitate

o 7.2 Combustia și alte hazarduri

8 Note

9 Referințe 10 Bibliografie

o 10.1 Română

o 10.2 Străină

11 Vezi și

12 Legături externe

Istorie[modificare | modificare sursă]

Experimente timpurii[modificare | modificare sursă]

Experimentul luiFilon a inspirat ulteriorii cercetători.

Unul dintre primele experimente cunoscute despre relația dintre ardere și aer a fost realizat

de către Filon din Bizan ț , un scriitor din domeniul mecanicii din Grecia Antică, secolul al II-

lea î.Hr.. În lucrarea sa, Pneumatica, Filon a observat că inversarea unui vas deasupra unei

lumânări aprinse și înconjurarea gâtului vasului cu apă a avut ca efect ridicarea apei.[9] Filon

a presupus incorect că părți din aerul din vas s-au transformat în elementul clasic foc și

astfel a putut ieși prin porii vasului. Multe secole mai târziu, Leonardo da Vinci s-a bazat pe

munca lui Filon, observând faptul că părți din aer sunt consumate în timpul combustiei și respira ț iei .[10]

La sfârșitul secolului al XVII-lea, Robert Boyle a arătat că este nevoie de aer pentru

ardere.Chimistul englez John Mayow (1641–1679) a îmbunătățit munca sa prin

demonstrarea faptului că focul are nevoie doar de o parte din aer, pe care a numit-o spiritus

nitroaereus sau simplunitroaereus.[11] Într-un experiment, el a aflat că dacă plasa ori un șoarece sau o lumânare aprinsă într-un recipient închis peste apă, se ridica apa și înlocuia

o paisprezecime din volumul aerului înainte ca aceasta să se stingă.[12] Plecând de aici, el a

presupus că nitroaereus este consumat atât în respira ț ie , cât și în ardere.

Mayow a observat că stibiul crește în greutate dacă este încălzit, și a dedus că nitroaereus

s-ar fi combinat cu metalul.[11] El de asemenea s-a gândit că plămânii separă nitroaereus din

aer și îl trece în sânge și că mișcarea și căldura animalelor este rezultatul unei reacții dintre

nitroaereus și diverse substanțe din corp.[11] Evidențe ale acestora și ale altor experimente

au fost publicate în 1688 în lucrarea sa, Tractatus duo, din broșura "De respiratione".[12]

Teoria flogisticului[modificare | modificare sursă]

Articol principal: Teoria flogisticului.

Stahl a contribuit la dezvoltarea și popularizarea teoriei flogisticului.

Robert Hooke, Ole Borch, Mikhail Lomonosov și Pierre Bayen au produs oxigen în urma

experimentelor în timpul secolelor XVII și XVIII, dar niciunul nu l-a recunoscut ca fiind

unelement chimic.[13] Aceasta a fost în parte din cauza răspândirii unei filozofii

a combustiei șicoroziunii denumită teoria flogisticului, teorie care era explicația favorită

pentru aceste procese.

Stabilită în 1667 de către alchimistul german J. J. Becher, și modificată de chimistul Georg

Ernst Stahl la 1731,[14] teoria flogisticului afirma faptul că toate materialele combustibile erau

alcătuite din două părți. O parte, denumită flogistic, era eliberată când substanța care îl

conținea era arsă, iar partea deflogisticată se credea că era forma sa adevărată, sau calx.[10]

Se credea despre materialele foarte combustibile care lasă puțin reziduu, cum ar

fi lemnulsau cărbunele, că sunt făcute în majoritate din flogistic, în timp ce substanțele

necombustibile care se corodează, cum ar fi fierul, conțineau foarte puțin. Aerul nu a avut

un rol în teoria flogisticului, și nici nu s-au efectuat experimente cantitative inițiale pentru a

testa idea; în schimb, teoria era bazată pe observațiile referitoare la ce se întâmplă când

ceva arde, pe faptul că majoritatea obiectelor comune par să devină mai luminoase și să

piardă ceva în timpul procesului.[10] Faptul că o substanță ca lemnul de fapt dobândește în

ansamblu greutate prin ardere a fost ascuns de flotabilitatea produșilor combustiei gazoase.

Într-adevăr, una dintre primele indicii că teoria flogisticului era incorectă s-a bazat pe faptul

că și metalele creșteau în greutate odată cu ruginirea (când de fapt se presupune că

trebuiau să piardă așa-zisul flogistic).

Descoperirea[modificare | modificare sursă]

Articol principal: Descoperirea oxigenului

Carl Wilhelm Scheele l-a întrecut pe Priestley cu descoperirea, dar a publicat mai târziu.

Oxigenul a fost descoperit pentru prima dată de către farmacistul suedez Carl Wilhelm

Scheele. El a produs oxigen gazos prin încălzirea oxidului mercuric și a

diverșilor azota ț i  prin anul 1772.[5][10] Scheele a denumit gazul „aer de foc” (engleză fire

air), deoarece era singurul lucru care putea întreține arderea, și a scris despre

descoperirea sa într-un manuscris intitulat Tratat despre Aer și Foc (engleză Treatise on

Air and Fire), pe care l-a trimis editorului său în 1775. Totuși, acel document nu a fost

publicat până în anul 1777.[15]

Joseph Priestley este considerat descoperitorul elementului.

Între timp, pe 1 august 1774, clericul britanic Joseph Priestley a focalizat un fascicul de

lumină solară pe o eprubetă cu oxid mercuric (HgO), astfel eliberând un gaz pe care el

l-a denumit „aer deflogisticat”.[5] El a observat faptul că lumânările ard mai bine când

sunt expuse acelui gaz, iar că șoarecii sunt mai activi și trăiesc mai mult în timp ce îl

respiră. După ce însăși el a respirat gazul, a notat: „Senzația cauzată de gaz în

plămânii mei nu era senzitiv diferită față de cea a aerului normal, dar am realizat că

pieptul meu era deosebit de ușor după ceva vreme.” [13][a] Priestley și-a publicat

descoperirile în 1775 într-o lucrare intitulată „An Account of Further Discoveries in Air”,

care a fost inclusă în al doilea volum al cărții sale,Experiments and Observations on

Different Kinds of Air.[10][16] Deoarece Priestley a publicat primul, el este cel considerat ca

fiind descoperitorul.

Cunoscutul chimist francez Antoine Laurent Lavoisier a spus că ar fi descoperit noua

substanță independent. Totuși, Priestley l-a vizitat pe Lavoisier în octombrie 1774 și i-a

povestit despre experimentul său și cum a produs noul gaz. De asemenea, Scheele i-a

trimis o scrisoare lui Lavoisier pe 30 septembrie 1774, în care descria propria

descoperire a substanței anterior necunoscute, însă Lavoisier nu a recunoscut niciodată

că ar fi primit-o (o copie a scrisorii a fost găsită printre lucrurile lui Scheele, după

moartea sa).[15]

Contribuția lui Lavoisier[modificare | modificare sursă]

Ceea ce Lavoisier a făcut incontestabil (deși la vremea aceea era disputat) a fost

realizarea primelor experimente cantitative adecvate cu privire la oxidare și elaborarea

unei explicații corecte referitoare la modul în care funcționează arderea.[5] El s-a folosit

de acestea și de alte experimente, toate începute în 1774, pentru a discredita teoria

flogisticului și pentru a dovedi că substanța descoperită de Priestley și Scheele era de

fapt element chimic.

Antoine Lavoisier a desființat teoria flogisticului.

Într-un experiment, Lavoisier a observat că nu era nicio creștere în greutate

când staniul metalic  și aerul au fost încălzite într-un recipient închis.[5] El a notat faptul că

aerul a intrat când a deschis recipientul, ceea ce indica faptul că o parte de aer rămas

înăuntru a fost consumat. De asemenea a realizat că staniul a crescut în greutate și că

aceea creștere măsura la fel cu masa aerului care a intrat. Acestea și alte experimente

referitoare la ardere au fost documentate în cartea sa, Sur la combustion en général,

care a fost publicată în 1777.[5] În această lucrare, el demonstrează că aerul este un

amestec de două gaze: aer vital, care este esențial pentru ardere și respirație, și azote (ἄζωτον „fără viață”), care nu le întreține deloc. Termenul azote a devenit mai

târziu azot în română (nitrogen în engleză), și a fost preluat în diferite limbi europene.[5]

Lavoisier a redenumit aerul vital în oxygène în 1777, denumire care provine din

termeniigreci ὀξύς (oxys) (acid, literal „ascuțit”, de la gustul acizilor) și -γενής (-

genēs) (producător, literal „născător”), deoarece a crezut eronat că oxigenul este

constituent al tuturor acizilor.[8] Chimiștii (în special Sir Humphry Davy în 1812) au

determinat în cele din urmă că Lavoisier greșise în această privință (de fapt hidrogenul

este cel care stă la baza formării acizilor), dar era deja prea târziu; denumirea fusese

preluată.

Evenimente recente[modificare | modificare sursă]

Robert H. Goddard și o rachetă cu oxigen lichid pe post de combustibil.

Ipoteza atomică originală a lui John Dalton afirma faptul că toate elementele chimice

erau monoatomice și că atomii din compuși ar fi avut în mod normal cele mai simple

rapoarte atomice. De exemplu, Dalton a crezut că formula chimică a apei era HO,

prezentând masa atomică a oxigenului ca fiind de opt ori cea a hidrogenului, în contrast

cu valoarea modernă de aproximativ 16.[17] În 1805, Joseph Louis Gay-

Lussac și Alexander von Humboldt au arătat că apa este formată din două volume de

hidrogen și unul de oxigen, iar în 1811 Amedeo Avogadro a dat interpretarea corectă a

compoziției apei, bazându-se pe ceea ce acum se numește legea lui Avogadro și pe

ipoteza moleculelor diatomice elementale.[18][b]

Pe la sfârșitul secolului al XIX-lea, oamenii de știință au realizat faptul că aerul poate fi

lichefiat, iar componentele sale izolate, prin compresie și răcire. Folosind o metodă de

cascadă, chimistul și farmacistul elvețian Raoul Pierre Pictet a evaporat dioxid de

sulf lichid pentru a lichefia dioxidul de carbon, care în parte a fost evaporat pentru a răci

oxigenul gazos suficient pentru a putea fi lichefiat. El a trimis pe 22 decembrie 1877  o

telegramă către Academia Franceză de Ș tiin ț e  din Paris, anunțând

descoperirea oxigenului lichid.[19] Doar două zile mai târziu, fizicianul francez Louis Paul

Cailletet a anunțat propria sa metodă de a lichefia oxigenul molecular.[19] Doar câteva

picături au fost produse în ambele cazuri, așadar nu au putut fi derulate analize

semnificative. Oxigenul a fost lichefiat în formă stabilă, pentru prima dată, pe 29

martie 1883, de către savații polonezi de la Universitatea Jagiellonă, Zygmunt

Wróblewski și Karol Olszewski.[20]

În 1891, chimistul scoțian James Dewar a reușit să producă suficient oxigen lichid

pentru a fi studiat.[21] Primul proces pentru producerea oxigenului lichid, viabil din punct

de vedere comercial, a fost dezvoltat independent de inginerul german Carl von Linde,

în 1895, și de inginerul britanic William Hampson. Ambii au micșorat temperatura

aerului până s-a lichefiat, apoi au distilat componenții gașozi prin fierberea lor pe rând,

iar apoi i-au cules.[22] Mai târziu, în 1901, a fost prezentată pentru prima

dată sudura oxiacetilenă prin arderea unui amestec de acetilenă și oxigen comprimat.

Această metodă de sudură și tăiere a metalelor a devenit mai târziu comună, iar astăzi

aparatul folosit pentru acest proces este cunoscut sub denumirea de suflător

oxiacetilenic.[22]

În 1923, savantul american Robert H. Goddard a devenit prima persoană care a

dezvoltat un motor de rachetă care folosea combustibil lichid; motorul utiliza benzină pe

post de combustibil și oxigen lichid pe post de oxidant. Pe 16 martie 1926, Goddard a

reușit cu succes să facă o mică rachetă să zboare 56 m cu 97 km/h, în Auburn,

Massachusetts, SUA.[22][23]

Caracteristici[modificare | modificare sursă]

Structură[modificare | modificare sursă]

Moleculă de dioxigen, O2.

În condiții normale de temperatură și presiune, oxigenul este un gaz incolor, inodor și

insipid cu formula moleculară O2, în cadrul căreia doi atomi de oxigen sunt lega ț i chimic unul de altul printr-o configurație electronică cu triplet de spini. Această legătură

este de ordinul doi, și este adesea simplificată în descriere ca o legătură dublă [24]  sau ca

o combinație dintre o legătură a doi electroni și două legături a trei electroni.[25]

Oxigenul triplet (a nu fi confundat cu ozonul, O3) este starea fundamentală a moleculei

de O2.[26] Configurația electronică a moleculei are doi electroni nepereche care ocupă

doi orbitali moleculari degenerați. [c] Acești orbitali sunt clasificați ca orbitali de

antilegătură (micșorând ordinul de legătură de la trei la doi), astfel că legătura

oxigenului diatomic este mai slabă decât legătura tripă a azotului diatomic, în care toți orbitalii de legătură moleculară sunt sunt complet ocupați, însă unii orbitali de

antilegătură nu sunt.[26]

Un firicel de oxigen lichid este deviat de un câmp magnetic, ceea ce ilustrează proprietatea

sa paramagnetică

În forma sa normală de triplet, O2, moleculele sunt paramagnetice. Mai pe larg, ei

formează un magnet în prezența unui câmp magnetic, din cauza momentului magnetic

al spinuluielectronilor nepereche din moleculă, și a interacțiunii de schimb negativ dintre

moleculele de O2 vecine.[21] Oxigenul lichid este atras de un magnet într-o așa măsură

încât, în demonstrațiile de laborator, un firicel de oxigen lichid poate rezista împotriva

propriei greutăți între polii unui magnet puternic.[27][d]

Oxigen singlet este numele dat unor specii variate de O2 de energie majoră, în cadrul

cărora toți spinii electronici sunt pereche. Este mult mai reactiv față de moleculele

organice decât oxigenul molecular în sine. În natură, oxigenul singlet se formează de

obicei din apă în timpul fotosintezei, utilizându-se energia solară.[28] De asemenea, este

produs și întroposferă prin fotoliza ozonului realizată de lumină de lungimi de undă

scurte,[29] și de către sistemul imunitar, ca sursă de oxigen activ.[30] În organismele

fotosintetice -și poisibil și în animale-, carotenoidele joacă un rol major în absorbția

energiei de la oxigenul singlet și în conversia sa în starea fundamentală înainte să

poată cauza posibile daune în țesuturi.[31]

Alotropi[modificare | modificare sursă]

Ozonul este un gaz mai rar pe Pământ, întâlnit în cea mai mare parte în stratosferă.

Alotropul cel mai comun al oxigenului elemental se numește dioxigen O2, și are o

lungime a legăturii de 121 pm și o energie de legătură de 498 kJ·mol −1 .[32] Aceasta este

forma care este utilizată de forme de viață complexe, cum ar fi animalele, în respira ț ia

celulară (vezi șirolul biologic) și este forma care are o mare importanță în atmosfera

Pământului (vezirăspândire).

Trioxigenul (O3) este cunoscut de obicei sub denumirea de ozon și este un alotrop al

oxigenului foarte reactiv, dăunător pentru țesutul pulmonar.[33] Ozonul este produs în

atmosfera superioară când O2 se combină cu oxigenul atomic format prin diviziunea

O2 din cauza radiațiilor ultraviolete (UV).[8] Din moment ce ozonul este un puternic

absorbant în regiunea ultravioletă a spectrului electromagnetic, stratul de ozon al

atmosferei superioare funcționează ca un scut protector pentru radiațiile care sunt

primite de planetă.[8] Totuși, în apropiere de suprafața terestră, este un poluant puternic,

format ca produs secundar al gazelor de eșapament.[33] Molecula metastabilă de tetraoxigen (O4) fost descoperită în 2001,[34][35] și se

presupunea că ar exista în una dintre cele șase faze ale oxigenului solid. S-a

demonstrat în anul 2006 că această fază, creată prin presurizarea dioxigenului la

20 GPa, este de fapt un cluster O8 aparținând sistemului de cristalizare trigonal.[36] Acest

cluster are un potențial de agent oxidant mult mai mare decât O2 sau O3, și prin urmare

ar putea fi utilizat ca și combustibil pentru rachete.[34][35] În 1990 a fost descoperită o fază

metalică a oxigenului solid, când acesta a fost supus unei presiuni mai mari de 96

GPa[37] și în 1998 s-a demonstrat că în condiții de temperatură foarte scăzută, devine

un superconductor.[38]

Proprietăți fizice[modificare | modificare sursă]

Oxigenul e mai solubil în apă decât azotul. Apa în echilibru cu aerul conține aproximativ

o moleculă de O2 dizolvat pentru fiecare 2 molecule de N2, comparat cu un raport

atmosferic de 1:4. Solubilitatea oxigenului în apă depinde de temperatură, și de 2 ori

mai mult (14.6 mg·L−1) se dizolvă la 0 °C decât la 20 °C (7.6 mg·L−1).[13][39] La 25 °C și

o atmosferă standard(101,3 kPa), apa dulce conține circa 6,04 mililitri de oxigen pe litru,

pe când apa de mare conține circa 4,95 ml pe litru.[40] La 5 °C, solubilitatea crește la 9

ml (cu 50% mai mult decât la 25 °C) pe litru și 7,2 ml (cu 45% mai mult) pe litru în apa

sărată.

Oxigenul se condensează la 90,2 K (-182,95 °C, -297,31 °F), și îngheață la 54, 36 k (-

218,79 °C, -361,82 °F).[41] Și oxigenul lichid, și cel solid sunt substanțe limpezi de

culoare albastru-deschis cauzată de absorbția în roșu (în contrast cu culoarea albastră

a cerului, care e cauzată de împrăștierea Rayleigh a luminii albastre). O2 lichid foarte

pur e obținut de obicei cu ajutorul distilației fracționale a aerului lichefiat.[42] Oxigenul

lichid poate fi produs, de asemenea, prin condensarea acestuia din aer,

folosind azot lichid ca răcitor. E o substanță foarte reactivă și trebuie ținută departe de

materialele flamabile.[43]

Izotopi și originile stelare[modificare | modificare sursă]

În faza târzie a vieţii unei stele, 16O este concentrat în stratul O, 17O în stratul H, iar 18O în

stratul He.

Oxigenul care este răspândit în natură este compus din trei izotopi stabili: 16 O , 17 O , și 18 O , 16O fiind cel mai abundent (99,762% abunden ț ă naturală ).[44] Majoritatea 16O

este sintetizat la finalul procesului de fuziune a heliului în cadrul unei stele masive, dar o

altă parte se produce prin procesul de ardere al neonului.[45] 17O apare în mod

fundamental prin arderea hidrogenului în heliu în timpul ciclului CNO, astfel devenind un

izotop comun în zonele de ardere a hidrogenului din stele.[45] La rândul său,

majoritatea 18O este produs când 14 N  (abundent datorită arderi CNO) capturează un

nucleu de 4 He , cauzând o abundență a izotopului 18O în zonele bogate în heliu

din stelele masive, evoluate.[45]

Au fost caracterizați paisprezece radioizotopi, dintre care cei mai stabili sunt 15O, cu

un timp de înjumătă ț ire  de 122,24 secunde și 14O cu un timp de înjumătățire de

70,606 secunde.[44] Toți ceilalți izotopi radioactivi au timpi de înjumătățire mai mici de

27 de secunde, iar majoritatea acestora au timpi de înjumătățire mai mici de 83 de

milisecunde.[44] Forma cea mai comună de dezintegrare a izotopilor mai ușori decât 16O

este dezintegrarea β + [46] [47] [48]  pentru a produce azot, și cea mai comună formă pentru

izotopii mai grei ca 18O este dezintegrarea beta pentru a produce fluor.[44]

Abundență[modificare | modificare sursă]

Zece cele mai comune elemente în Galaxia Calea Lactee, estimate cu ajutorul

spectroscopiei[49]

Z Element Fracțiunea masică, în părți per milion

1 Hidrogen 739,00071 × masa oxigenului

(bara roșie)

2 Heliu 240,00023 × masa oxigenului

(bara roșie)

8 Oxigen 10400  

6 Carbon 4600  

10 Neon 1340  

26 Fier 1090  

7 Azot 960  

14 Siliciu 650  

12 Magneziu 580  

Zece cele mai comune elemente în Galaxia Calea Lactee, estimate cu ajutorul

spectroscopiei[49]

Z Element Fracțiunea masică, în părți per milion

16 Sulf 440  

Oxigenul este cel mai abundent element chimic, după masă,

în biosfera, atmosfera, hidrosfera și litosferaPământului. Oxigenul este al treilea cel mai

răspândit element chimic din univers, după hidrogen și heliu.[2]Aproximativ 0,9% din

masa Soarelui este oxigen [5], element care constituie 49,2% din masa scoar ț ei terestre ,[6] și este și componentul major al oceanelor planetare (88,8% din masa lor).[5] Oxigenul

gazos este al doilea cel mai răspândit component din atmosfera Pământului, deoarece

reprezintă 20,8% din volumul său și 23,1% din masa sa (câteva 1015 tone).[5][50]

[e] Pământul este o excepție printre planetele din Sistemul Solar, având o astfel de

concentrație ridicată de oxigen gazos în atmosfera sa; de exemplu, Marte (cu 0,1%

O2 din volum) și Venus au concentrații mult mai mici. Totuși, O2 din jurul acestor planete

este produs exclusiv prin reacția suferită de moleculele care conțin oxigen -cum ar fi

dioxidul de carbon-, în urma impactului radiațiilor ultraviolete.

Concentrația neobișnuită de oxigen gazos de pe Pământ este rezultatul ciclului

oxigenului. Acest ciclu biogeochimic descrie circulația oxigenului în cadrul și între cele

trei mai rezerve ale planetei Pământ: atmosfera, biosfera și litosfera. Factorul de

mișcare cel mai important în acest ciclu este fotosinteza, care este responsabilă pentru

atmosfera modernă a Pământului. Fotosinteza eliberează oxigenului înapoi în

atmosferă, în timp ce procese ca respira ț ia  sau descompunerea îl elimină. În echilibrul

actual, într-un an producția și consumul are loc într-un raport aproximat la 1/2000 din

totalitatea oxigenului atmosferic.

Apa rece conţine mai mult O2dizolvat.

Oxigenul necombinat de asemenea este răspândit în soluție în masele de apă prezente

pe Pământ. Solubilitatea mare al O2 la temperaturi scăzute (vezi Proprietă ț i fizice ) are

implicații importante pentru viața marină, din moment ce oceanele polare suportă o

densitate de viață mult mai mare datorită conținutului lor superior de oxigen.[51] Apele

poluate cu nutrienți proveniți de la plante, cum ar fi nitra ț ii  saufosfa ț ii , pot stimula

creșterea algelor printr-un proces numit eutrofizare, și descompunerea acestor

organisme și a altor biomateriale poate reduce cantitățile de oxigen din apele eutrofe.

Oamenii de știință evaluează acest aspect al calității apelor prin măsurarea cererii

biochimice de oxigen, sau cantitatea de O2 care este necesară pentru a se restabili o

concentrație normală.[52]

Analiză[modificare | modificare sursă]

500 de milioane de ani de schimbări climatice, comparate cu nivelul de 18O

Paleoclimatologii măsoară relația dintre oxigenul-18 și oxigenul-16 în

cadrulscheletelor și exoscheletelor organismelor marine, pentru a determina cum era

clima acum câteva milioane de ani. Moleculele de apă de mare care conținizotopul mai

ușor, oxigen-16, se evaporă într-un ritm puțin mai rapid decât moleculele care conțin

izotopul cu 12% mai greu, oxigen-18; această discrepanță crește la temperaturi mai

scăzute.[53] În timpul perioadelor cu temperaturi globale scăzute, ninsoarea și ploaia

formate din acele ape evaporate tind să fie mai bogate în oxigen-16, iar apa marină

rămasă tinde să fie mai bogată în oxigen-18. Organismele marine, prin urmare,

incorporează mai mult oxigen-18 în scheletele și exoscheletele lor decât ar trebi să fie

într-un climat mai cald.[53] De asemenea, paleoclimatologii măsoară direct această

relație în moleculele de apă din mostrele de nuclee de gheață conservate în timpul mai

multor sute de mii de ani.

Geologii planetari au măsurat diferenețele dintre abundanța izotopilor de oxigen din

mostre provenite de pe Pământ, Lună,Marte și meteori ț i , însă pentru mult timp nu au

putut obține valori de referință pentru relațiile dintre izotopii prezenți înSoare, despre

care se crede că sunt la fel cu cei din nebuloasa protosolară. Totuși, analiza mostrelor

de siliciu expusevântului solar din spațiu și reajunse pe Pământ prin intermediul sondei

Genesis au arătat că Soarele are o proporție mai mare de oxigen-16 decât Pământul.

Măsurarea implică faptul că un proces necunoscut a epuizat oxigenul-16 din discul

protoplanetar al Soarelui, anterior fuzionării granulelor de praf care au format Pământul.[54]

Oxigenul prezintă două benzi de abosrbție spectrofotometrice, cu maximele de lungime

de undă de 687 și respectiv 760nanometri. Unii oameni de știință din

domeniul teledetec ț iei  au propus utilizarea măsurătorii a strălucirii venite de

la foliajulvegetației în acele benzi pentru a caracteriza starea de sănătate a unei plante

de pe o platformă de satelit.[55] Această abordare exploatează faptul că în acele benzi e

posibil să se deosebească reflexia vegetației de fluorescența sa, care e mult mai slabă.

Măsurarea e dificilă, tehnic vorbind, gândindu-ne la raportul semnal/zgomot e scăzut și

la structura fizică a vegetației; dar a fost propusă ca o metodă posibilă pentru

monitorizarea ciclului carbonului de la sateliți, la scară globală.

Rolul biologic al O2-ului[modificare | modificare sursă]

Fotosinteză și respirație[modificare | modificare sursă]

Fotosinteza desparte apa pentru a elibera O2 și transformă CO2 în zahăr prin ceea ce se

numește un ciclu Calvin.

În natură, oxigenul e produs de despărțirea apei cu ajutorul luminii în

timpulfotosintezei oxigenice. După unele estimări, algele verzi și cianobacteriile din

mediile marine produc aproximativ 70% din oxigenul de pe Pământ, restul fiind eliberat

de plantele terestre.[56] Alte estimări despre contribuția oceanelor la crearea oxigenului

atmosferic sunt mai ridicate, pe când altele sunt mai scăzute, sugerând că oceanele

produc circa 45% din oxigenul din atmosfera Pământului, anual.[57]

O formulă simplificată și cuprinzătoare pentru fotosinteză este:[58]

 + fotoni → 

sau, mai simplu

dioxid de carbon + apă + lumină → glucoză + dioxigen

Evoluția fotolitică a oxigenului are loc în membranele tilacoide ale organismelor

fotosintetice, având nevoie de energia a 4 fotoni.[f] Mulți pași sunt necesari, dar

rezultatul este formarea unui gradient de protoni de-a lungul membranei

tilacoide, care e folosit la sintetizarea ATP-ului prin fotofosforilație.[59] O2-ul

rămas după oxidarea moleculei de apă este eliberat în atmosferă.[g]

Dioxigenul molecular, O2, e esențial pentru respirația celulară în

toate organismele aerobe. Oxigenul e folosit în mitocondriipentru a facilita

generarea de adenozintrifosfat (ATP) în timpul fosforilației oxidative. Reacția

respirației aerobe este inversa fotosintezei și este simplificată astfel:

 → 

În vertebrate, O2 se propagă prin membrane în plămâni iar apoi în celulele

roșii. Hemoglobina se atașează de O2, schimbându-și culoarea din roșu

albăstrui în roșu deschis[33] (CO2 e eliberat din altă parte a hemoglobinei

prin efectul Bohr). Alte animale folosesc hemocianină (molu ș tele  și

unele artropode) sau hemeritrină (păianjenii și homarii).[50] Un litru de sânge

poate dizolva 200 cm3 de O2.[50]

Tipuri de oxigen reactiv, cum ar fi ionul superoxid (O2-) și peroxidul de

hidrogen (H2O2), sunt produse secundare nocive ale folosirii oxigenului în

organism.[50] Părți din sistemul imunitar din organisme superioare, totuși,

creează peroxid, superoxid și singleturi de oxigen pentru a distruge microbii

invadatori. Tipurile de oxigen reactiv joacă, de asemenea, un rol important în

răspunsul hipersenzitiv al plantelor împotriva atacurilor patogene.[59]

Un adult uman în repaus inhalează de la 1,8 până la 2,4 grame de oxigen pe

minut.[60] Aceasta duce la inhalarea de 6 miliarde de tone de oxigen anual,

de către omenire.[h]

Conținutul în corp[modificare | modificare sursă]

Presiunea parțială a oxigenului în corpul uman (PO2)

Unitate de

măsură

Presiunea gazului

în

alveolele

pulmonare

Oxigen

în artere

Oxigen

în vene

kPa 14.2 11[61]-13[61] 4.0[61]-5.3[61]

mmHg 107 75[62]-100[62] 30[63]-40[63]

Presiunea parțială a oxigenului liber în corpul unei vertebrate în viață este

cea mai ridicată în sistemul respirator, iar apoi scade de-a lungul oricărui

sistem de artere, ț esuturi  periferice și sistem de vene, respectiv. Presiunea

parțială e presiunea pe care oxigenul ar fi avut-o dacă ar fi ocupat volumul

respectiv, singur.[64]

Construcția atmosferei[modificare | modificare sursă]

Acumularea de O2 în atmosferă: 1) O2 nu e produs; 2) O2 e produs, dar e absorbit în

oceane și în fundul acestora; 3) O2 începe să se ridice din oceean, dar e absorbit de

pământ și de stratul de ozon în formare; 4–5) O2 începe să se adune în atmosferă

Oxigenul liber a fost aproape de negăsit în atmosfera Pământului înainte

ca archaea și bacteriile fotosintetice să evolueze, probabil cu 3,5 miliarde de

ani în urmă. Oxigenul liber a apărut în cantități considerabile în timpul

paleoproterozoic-ului (acum 3 - 2,3 miliarde de ani).[65] Pentru primele

miliarde de ani, orice oxigen liber produs de aceste organisme se combina

cu fierul dizolvat în oceane, pentru a forma formațiuni de fier. Când

asemenea „puțuri” de oxigen s-au umplut, oxigenul liber a început să se

răspândească în atmosferă, acum 3 - 2,7 miliarde de ani, ajungând la 10%

din nivelul actual.[65][66]

Prezența cantităților mari de oxigen dizolvat și liber în oceane și atmosferă

ar fi putut duce majoritatea organismelor anaerobe în viață de atunci

la extinc ț ie  în timpul Marelui Eveniment de Oxigenare (catastrofa

oxigenului), acum circa 2, 4 miliarde de ani. Totuși, respirația celulară

folosind O2 permite organismelor aerobesă producă mai mult ATP decât cele

anaerobe, facilitându-le să domine biosfera terestră.[67] Respirația celulară a

O2 e prezentă în toate eucariotele, incluzând toate organismele multicelulare

complexe ca plantele și animalele.

De la începutul perioadei cambriene acum 540 de milioane de ani, nivelele

de O2 au fluctuat în volum între 15% și 30%.[68]Către sfârșitul perioadei

carbonifere (în urmă cu aproximativ 300 de milioane de ani) nivelele

atmosferice de O2, după volum, au ajuns la un maxim de 35%,[68] care ar fi

putut contribui la marea cantitate de insecte și amfibieni la acel timp.[69]Activitățile umane, incluzând arderea a 7 miliarde de tone de combustibil

fosil anual au avut un efect foarte mic asupra cantității de oxigen liber în

atmosferă.[21] În ritmul curent al fotosintezei, ar fi nevoie de 2000 de ani

pentru a regenera tot O2-ul prezent în atmosferă.[70]

Aplicații[modificare | modificare sursă]

Medicină[modificare | modificare sursă]

Un concentrator de oxigen în casa unui pacient cu unemfizem

Asimilarea de O2 din aer este scopul fundamental al respirației, ceea ce

înseamnă că suplimentarea de oxigen e folosită în medicină. Tratamentul nu

doar crește nivelul de oxigen în sângele pacienților, dar are și efectul

secundar de a reduce rezistența față de cursul de sânge în multe tipuri de

boli ale plămânilor, ușurând munca inimii. Terapia cu oxigen este folosită la

tratarea emfizemelor, pneumoniei, unor boli cardiace (insuficien ț ă

cardiacăcongestivă), unor tulburări care cauzează o presiune

arterială pulmonară ridicată, și orice boală care scade eficiența corpului în

asimilarea și folosirea oxigenului.[71]

Tratamentele sunt destul de practice încât să fie folosite în spitale, la

domiciliile pacienților, sau, dintr-un număr din ce în ce mai mare, prin

aparate mobile. Corturile de oxigen erau des folosite în terapia cu oxigen,

dar acum au fost înlocuite de măștile de oxigen și de canulele nazale.[72]

Oxigenoterapia hiperbară folosește camere de oxigen speciale pentru a

crește presiunea parțială a oxigenului a pacientului, sau, în caz de nevoie, a

personalului medical.[73]Intoxicarea cu monoxid de carbon, gangrena

gazoasă și răul de decompresie sunt, uneori, tratate folosind aceste

dispozitive.[74] O concentrație ridicată de O2 în plămâni ajută la despărțirea

monoxidului de carbon de grupul hemic al hemoglobinei.[75][76] Oxigenul este

otrăvitor pentru bacteriile anaerobe care cauzează gangrenele gazoase, deci

creșterea presiunii sale parțiale ajută la eliminarea acestora.[77][78] Răul de

decompresie are loc în scafandrii care se decompresează prea repede după

o scufundare, rezultând în bule de gaz inert, cel mai des constituind

în azot și heliu, formându-se în sângele lor. Mărirea presiunii oxigenului cât

de repede se poate face parte din tratament.[71][79][80]

Oxigenul e, de asemenea, folosit în scop medical pentru pacienții care

necesită ventilație mecanică, de obicei la concentrații mai mare decât cea

de 21% din aerul ambiental.

Susținerea vieții și uz în scopuri recreative[modificare | modificare sursă]

O2 pur, la presiuni scăzute, e folosit în costumele spațiale.

O aplicație notabilă a O2, sub forma unui gaz de respirat la

o presiune scăzută, e folosirea lui în costumele spațiale moderne, care

înconjoară corpul ocupantului lor cu aer presurizat. Aceste dispozitive

folosesc oxigen aproape pur la o presiune de circa 3 ori mai mică decât cea

normală, astfel presiunea parțială a oxigenului în sânge rămânând normală.[81][82] Acest compromis în schimbarea unei concentrații mai mari de oxigen

pentru o presiune mai scăzută e necesar pentru ca costumele spațiale să fie

flexibile.

Scafandrii și submarinele se bazează, de asemenea, pe O2 furnizat artificial,

dar în majoritatea timpului folosesc o presiune normală, și/sau amestecuri

de oxigen și aer. Folosirea O2-ului pur sau aproape pur în scufundările

deasupra nivelului mării e de obicei limitat la recirculatoare, decompresie

sau la tratamentul de urgență la adâncimi relativ mici (circa 6 metri

adâncime, sau mai puțin).[83][84] Scufundarea la adâncimi mai mari necesită o

diluare semnificativă a O2-ului cu alte gaze, cum ar fi azotul sau heliul,

pentru a preveni hiperoxia.[83]

Alpini ș tii  sau oamenii care zboară în avioane cu aripă fixă nepresurizate au

uneori rezerve de O2 suplimentar.[i] Pasagerii ce călătoresc în avioane

comerciale (presurizate) au o rezervă de urgență de O2 automat furnizată în

caz de depresurizare. Pierderi de presiune subite activează generatoare

chimice de oxigen de deasupra fiecărui scaun, cauzând măștile de oxigen

să coboare. Punerea măștilor „pentru a începe fluxul de oxigen” precum

instrucțiunile de siguranță spun, forțează fierul să intre

în cloratul de sodiu dinăuntrul recipientului.[52] Un curs stabil de oxigen e

produs ulterior de reacția exotermică.

Oxigenul, ca un euforic ușor, are o istorie legată de uzul recreațional în

baruri de oxigen și sporturi. Barurile de oxigen sunt clădiri, găsite

în Japonia, California, Las Vegas, Nevada încă de la sfârșitul anilor 1990

care oferă o expunere la O2 mai ridicată decât normal, pentru un tarif.[85] Atleții profesioniști, în special în fotbalul american, ies de pe teren uneori

între reprize și poartă măști de oxigen pentru a primi un „impuls” în

performanță. Efectul farmacologic e îndoielnic; un efectplacebo e o

explicație mai probabilă.[85] Studiile disponibile susțin un impuls în

performanță de la amestecuri îmbogățite de O2 doar dacă ele sunt respirate

în timpul exercițiilor aerobe.[86]

Alte uzuri recreaționale car nu implică respirarea gazului includ

aplicațiile pirotehnice, cum ar fi metoda lui George Goble de aprindere în 5

secunde a grătarelor.[87]

Industrie[modificare | modificare sursă]

Majoritatea O2-ului produs industrial e folosit la crearea o ț elului  din fier.

Topirea minereului de fier în o ț el  consumă 55% din oxigenul produs

industrial.[52] În acest proces, O2-ul e injectat printr-o „lance” cu presiune

ridicată în fierul topit, care îndepărtează impuritățile de sulf și carbonul în

exces, precum și respectivii oxizi SO2și CO2. Reacțiile sunt exotermice, deci

temperatura ajunge la 1.700 °C.[52]

Alt 25% din oxigenul produs comercial e folosit în industria chimică.[52] Etenareacționează cu O2 pentru a crea oxid de etenă, care e convertită în

glicol de etenă; un material indispensabil în producerea multor produse, cu

ar fi antigelul și polimerii de poliester (precursorii multor plastice și ț esături ).[52]

Cea mai mare parte din restul de 20% din oxigenul produs comercial e

folosit în scopuri medicale, sudare și tăiere, ca oxidant în combustibilul de

rachete, și în tratamentul cu apă.[52] Oxigenul e folosit în sudare

oxiacetilenică, arderea acetilenei cu O2 pentru a produce o flacără foarte

fierbinte. În acest proces, metalul cu o grosime de până la 60 de cm e

încălzit, prima dată, cu o flacără oxiacetilenică mică și apoi tăiat rapid cu un

jet mare de O2.[88]

Compuși[modificare | modificare sursă]

Apa (H2O) este cel mai întâlnit compus al oxigenului.

Numărul de oxidare al oxigenului este −2 în aproape toți compușii cunoscuți ai acestuia. Numărul de oxidare −1 este găsit în puțini compuși, cum ar

fi peroxizii.[89] Compușii ce conțin oxigen având alte numere de oxidare sunt

foarte rari: −1/2 (superoxizi), −1/3 (ozonuri), 0 (alotropi ai oxigenului, acid

hipofluoros), +1/2 (dioxigenil), +1 ([difluorid de dioxigen), și +2 (difluorid de

oxigen).

Oxizi și alți compuși anorganici[modificare | modificare sursă]

Apa (H2O) este oxidul de hidrogen și cel mai familiar compus al oxigenului.

Atomii de hidrogen sunt lega ț i covalent  de oxigen în cadrul unei molecule de

apă, dar au de asemenea și o atracție adițională (aproximativ

23,3 kJ/mol1 per atom de hidrogen) față de un atom de oxigen adiacent din

altă moleculă.[90] Aceste legături de hidrogen dintre moleculele de apă le ține

cu aproximativ 15% mai aproape decât ar fi fost de așteptat în cazul unui

lichid simplu, în cadrul căruia se exercită doar forțe van der Waals.[91][j]

Oxizii, cum ar fi oxidul de fier saurugina, se formează când oxigenul se combină cu

alte elemente.

Datorită electronegativită ț ii  sale, oxigenul formeazălegături chimice cu

aproape toate celelalte elemente la temperaturi ridicate,

dândoxizii corespunzători. Totuși, unele elemente formează ușor oxizi în

condiții normale de temperatură și presiune; un exemplu concludent

este ruginirea fierului. Suprafețele metalelor ca aluminiu și titan sunt oxidate

în prezența aerului și devin în timp acoperite cu o peliculă fină de oxid, care

protejează metalul și încetineștecoroziunea. Unii dintre oxizii metalelor

tranziționale sunt răspândiți în natură sub forma unor compuși

nestoichiometrici, cu o cantitate de metal puțin mai mică decâtformula

chimică ar exprima. De exemplu, oxidul de fier (FeO) natural, cunoscut și

cawüstit, are formula Fe1 − xO, unde x este de obicei în jur de 0,05.[92]

Oxigenul ca și compus este prezent în atmosferă în cantități importante sub

formă de dioxid de carbon (CO2). Scoar ț a terestră  este compusă în mare

parte din oxizi desiliciu (cuar ț ul  SiO2, găsit în granit și nisip), aluminiu (oxid

de aluminiu Al2O3, în bauxită și corindon), fier (oxid de fier (III)) Fe2O3,

în hematit și rugină), și carbonat de calciu (în calcar). Restul scoarței este

de asemenea alcătuită din compuși ai oxigenului, în

particular silica ț i  complecși (minerale silicate). Mantaua Pământului, de

masă mult mai mare decât scoarța, este în mare parte compusă din silicați de magneziu și fier.

Silicații solubili în apă, de forma Na4SiO4, Na2SiO3, și Na2Si2O5, sunt folosiți ca detergen ț i  și adezivi.[93]

Compuși organici și biomolecule[modificare | modificare sursă]

Acetona este un material indispensabil în industria chimică.

     Oxigen

     Carbon

     Hidrogen

Oxigenul reprezintă mai mult de 40% din masa moleculară a moleculei de ATP.

Printre cele mai importante clase de compu ș i organici  care conțin oxigen se

numără („R” reprezintă radicalul organic): Alcooli (R-OH);eteri (R-O-

R); cetone (R-CO-R); aldehide(R-CO-H); acizi carboxilici (R-

COOH); esteri(R-COO-R); anhidride acide (R-CO-O-CO-R); și amide (R-

C(O)-NR2). Sunt mulți solvenți organici importanți care conțin oxigen, printre

care: acetona, metanolul,etanolul, izopropanolul, furanul, THF-ul,eterul

dietilic, dioxanul, acetatul de etil, DMF-ul, DMSO-ul, acidul acetic și acidul

formic. Acetona ((CH3)2CO) și fenolul (C6H5OH) sunt utilizați ca materiale

aditive la sinteza diferitelor substanțe. Alți compuși organici importanți care

conțin oxigen sunt: glicerol, formaldehidă, glutaraldehidă, acid

citric, anhidridă acetică, șiacetamidă. Epoxizii sunt eteri în care atomul de

oxigen face parte dintr-un nucleu de trei atomi.

Oxigenul reacționează spontan cu mulți compu ș i organici  la sau dedesubtul

temperaturii ambientale, într-un proces cunoscut sub denumirea

de autoxidare.[94] Majoritatea compu ș ilor organici  care conțin oxigen nu sunt

obținuți prin acțiunea directă a O2. Printre compușii organici importanți în

industrie și comerț care sunt fabricați prin oxidarea directă a unui precursor

se numără oxidul de etilenă și acidul paracetic.[93]

Acest element este întâlnit în aproape toate biomoleculele care sunt

importante pentru (sau sunt produse de) organisme vii. Doar câteva

biomolecule complexe comune, cum ar fi scualena și carotenii, nu conțin

oxigen. Dintre toți compușii organici importanți din punct de vedere

biologic, glucidele conțin cea mai mare proporție de oxigen după masă.

Toate grăsimile,acizii gra ș i , aminoacizii și proteinele conțin oxigen (datorită

prezenței grupei carbonil din acești acizi și resturilor de ester). Oxigenul de

asemenea se găsește în grupele fosfat (PO43-) care fac parte dintr-o

moleculele foarte importante din punct de vedere energetic,

numite adenozintrifosfat (sau ATP) și adenozindifosfat (sau ADP), din bazele

azotate purinice (excepție face adenina) și pirimidinice ale ARN-ului și ADN-

ului, și în oase sun formă de fosfat de calciu și hidroxilapatit.

Producția industrială[modificare | modificare sursă]

Două metode primare sunt folosite pentru a produce 100 de milioane de

tone de O2 extras din aer, pentru întrebuințări industriale, anual.[15] Cea mai

folosită metodă este distilarea fracțională a aerului lichefiat în componenții săi variați, cu N2distilându-se în vapori, iar O2 rămânând lichid.[15]

Un voltametru Hoffman, folosit la electroliza apei.

Cealaltă metodă principală de producere a O2-ului constă în trecerea unui

curent de aer curat și uscat printr-un pat de site moleculare zeolitice perechi,

identice, care absorb azotul și dau drumul unui curent de gaz care e între 90 și 93% O2.[15]Simultan, azotul e eliberat din celălalt pat cu zeoliți saturați în

azot, prin reducerea presiunii din cameră și direcționând o parte din oxigen

prin el, în direcția inversă curgerii. După un timp presetat pentru ciclu,

operațiile celor 2 paturi sunt schimbate între ele, astfel permițând ca o

cantitate continuă de oxigen să fie pompat printr-o conductă. Acest proces e

cunoscut sub numele de adsorbție la presiune variabilă. Oxigenul, într-o

cantitate din ce în ce mai mare, este obținut de aceste tehnologii non-

criogenice.[95]

Oxigenul poate fi, de asemenea, produs prin electroliza apei în oxigen și hidrogenmolecular. Curentul continuu trebuie folosit: dacă curentul

alternativ e pus în practică, gazele în fiecare parte constau în hidrogen și

oxigen, în explozivul raport de 2:1. Contrar credinței populare, raportul de

2:1 observat în electroliza apei acidificate folosind curentul continuu nu

verifică că formula empirică a apei e H2O, dacă anumite presupuneri despre

formulele moleculare ale hidrogenului și oxigenului nu sunt făcute. O metodă

similară este evoluția electrocatalitică a O2-ului din oxizi și oxoacizi.

Catalizatori chimici pot fi, de asemena, folosiți, cum ar fi în generatorii

chimici de oxigen sau în lumânările cu oxigen, care sunt folosite ca părți din

echipamentul de susținere a vieții în submarine, și încă fac parte din

echipamentul standard în avioanele comerciale în caz de depresurizare. Altă

tehnologie de separare a aerului implică forțarea aerului să se dizolve prin

membrane ceramice bazate pe dioxid de zirconiu, ori prin presiuni foarte

ridicate ori un curent electric, pentru a produce oxigen aproape pur.[52]

În cantități mari, prețul oxigenului lichid în 2001 a fost aproximativ 0,21 $/kg.[96] Deoarece principalul cost al producției este prețul energiei pentru

lichefierea aerului, costul producției se va schimba după variațiile prețului

energiei.

Din motive economice, oxigenul este transportat cel mai des ca lichid în

cisterne special izolate, deoarece un litru de oxigen lichefiat este

echivalentul a 840 de litri de oxigen gazos, la presiunea atmosferei și 20 °C

(68 °F).[15] Astfel de cisterne sunt folosite pentru a reaproviziona

majoritatea containerelor de depozitare, care se află în afara spitalelor și

altor instituții care au nevoie de cantități mari de oxigen pur. Oxigenul e, de

asemenea, depozitat și transportat în cilindri mai mici conținând gaz

comprimat; o formă care e folositoare în anumite dispozitive medicale

portabile și sudarea sau tăierea oxiacetilenică.[15]

Siguranță și precauții[modificare | modificare sursă]

Standard-urile NFPA 704 declară oxigenul comprimat ca fiind deloc

primejdios pentru sănătate, inflamabil și nonreactiv, dar ca fiind un oxidant.

Oxigenului lichid refrigerat i se acordă un grad de pericol pentru sănătate de

3 (pentru riscul crescut dehiperoxie de la vapori condensați, și pentru

pericole comune lichidelor criogenice precum degerăturile), celelalte evaluări

fiind identice cu cele de la forma de gaz comprimat.

Toxicitate[modificare | modificare sursă]

Principalele simptome ale hiperoxiei[97]

Hiperoxia are loc când plămânii au o presiune parțială a O2-ului de 2½ mai mare

decât normal, lucru ce se poate întâmpla la scufundări foarte adânci.

Oxigenul poate fi toxic la presiuni parțiale ridicate, cauzând convulsii și alte

probleme de sănătate.[83][k][98]Hiperoxia apare de obicei la presiuni parțiale

mai mari de 50kPa, fiind aceeași cu o compoziție de 50% a oxigenului la o

presiune standard sau de 2,5 ori presiunea parțială a oxigenului la nivelul

mării de circa 21 kPa. Aceasta nu e problemă decât pentru pacienții ce

folosesc ventilatoare mecanice, precum aerul primit prin măștile de oxigen e,

de obicei, compus din doar 30% - 50% O2 în volum (la aproximativ 30 kPa,

presiunea standard)[13] - deși acest lucru poate varia, depinzând pe tipul de

mască folosit.

Odată, copiii născu ț i prematur  erau puși în incubatoare ce conțineau aer

bogat în O2, dar această practică a fost oprită după ce unii bebeluși erau

orbiți de cantitatea prea ridicată de oxigen.[13]

Respirarea oxigenului pur pentru aplicații spațiale, cum ar fi în costumele

spațiale moderne, sau în rachetele spațiale timpurii ca Apollo, nu cauzează

probleme din cauza presiunii scăzute folosite.[81][99] În cazul costumelor

spațiale, presiunea parțială a O2-ului e, de obicei, circa 30 kPa (de 1,4 ori

mai mare decât în mod normal), iar presiunea parțială rezultată a O2-ului

în sângele arterial al astronautului e doar cu puțin mai mare decât presiunea

parțială a oxigenului la nivelul mării.

Hiperoxia plămânilor și a sistemului nervos central poate apărea și în

scufundările foarte adânci și în scufundarea cu alimentare de la suprafa ț ă .[13]

[83] Respirația prelungită a unui amestec de aer cu o presiune parțială a O2-

ului mai mare de 60 kPa poate duce la fibroză pulmonară permanentă.[100] Expunerea la presiuni parțiale ale oxigenului mai mari de 160 kPa (circa

1,6 atmosfere) poate duce la convulsii (de obicei letale pentru scafandrii).

Hiperoxia acută (cauzând crize epileptice, cele mai de temut pentru

scafandrii) poate apărea prin respirarea unui amestec de aer cu 21% oxigen

la o adâncime de 66 de metri sau mai mare; același lucru se poate întâmpla

prin respirarea a 100% O2 la 6 metri adâncime.[100][101][102][103]

Combustia și alte hazarduri[modificare | modificare sursă]

Interiorul Modulului de Comandă alApollo 1. O2 pur la o presiune mai ridicată

decât normal și o scânteie au dus la un incendiu și la pierderea echipajului

misiunii.

Surse cu o concentrație ridicată de oxigen încurajează combustia rapidă.

Focul și exploziile se întâmplă când oxidanți concentrați și combustibili sunt

aduși în proximitate; totuși, igniția, cum ar fi căldura sau o scânteie, e

necesară pentru a declanșa arderea.[104] Oxigenul însuși nu e combustibilul,

ci oxidantul. Pericolele legate de combustie se aplică de

asemenea compu ș ilor  oxigenului cu un potențial de oxidație foarte mare,

cum ar fi peroxizii, clorații, nitra ț ii , perclorații și dicromații deoarece ei pot

dona oxigen unui foc.

O2 concentrat va permite combustiei să performe rapid și energetic.[104] Conductele de o ț el  și vasele de stocare folosite la depozitarea și

transmiterea oxigenului lichid și gazos vor funcționa ca combustibil; ceea ce

înseamnă că design-ul și fabricarea sistemelor de O2 necesită pregătire

specială pentru a asigura că sursele de igniție sunt minimizate.[104] Focul

care a ucis echipajul Apollo 1 într-un test de lansare s-a împrăștiat așa de

repede pentru că capsula era presurizată cu O2 pur, dar la o presiune puțin

mai ridicată decât cea atmosferică, în loc de o treime din presiunea normală

care ar fi folosită într-o misiune.[l][106]

Scurgeri de oxigen lichid, dacă se îmbibează în materii organice, cum ar

fi lemnul, petrochemicele sau asfaltul, pot face ca aceste materiale să se

detoneze impredictibil în cazul unui impact mecanic ulterior.[104] Ca și cu alte

lichide criogenice, contactul cu corpul uman poate duce la degerături ale

pielii și ochilor.