L’oxigèn es un element quimic de simbòl O e de numèro atomic 8. Se situa dins la linha II e dins la colona 16 de la taula periodica. A donc un pes atomic relativament feble (15,999) mai una electronegativitat fòrça importanta (la segonda pus auta). Fa partida dei non metaus e, dins lei condicions normalas de pression e de temperatura, sa forma principala es lo dioxigèn O2. Gasós, constituís 21% dau volum totau de l'atmosfèra terrèstra.
Element frequent dins l'Univèrs, l'oxigèn pòu formar de compausats fòrça variats coma d'oxids e divèrsei substàncias organicas. Tènon un ròtle fòrça important dins lei mecanismes dau vivent, especialament lo dioxigèn, l'aiga e lo dioxid de carbòni.
Istòria
De l'Antiquitat a l'aparicion de la quimia
thumb|left|Retrach de Michael Sendivogius.
Se la descubèrta de l'oxigèn es relativament recenta, d'observacions de sa preséncia ò de sei proprietats aguèron luòc tre l'Antiquitat. La pus anciana coneguda a l'ora d'ara es aquela de Filon de Bizanci (vèrs 280-220 avC) que s'interessèt a la combustion d'una candèla plaçada dins una campana sotada dins d'aiga. Observèt una montada dau nivèu de l'aiga dins la campana mai expliquèt lo fenomèn per una transformacion d'un volum d'aire en element fuòc(en) Joseph Jastrow, Story of Human Error, Ayer Publishing, 1936, p. 171.. Durant la Renaissença, Leonardo da Vinci (1452-1519) repetiguèt aquela experiéncia per la combustion e capitèt de l'estendre a la respiracion.
A la fin dau sègle XVI ò au començament dau sègle XVII, l'alquimista polonés Michael Sendivogius (1566-1636) isolèt una mòstra de dioxigèn gasós mai mau capitèt de d'identificar sa natura. En revènge, observèt una partida de sei proprietats biologicas e li donèt lo nom de cibus vitae. Per aquela rason, Sendivogius es de còps considerat coma lo premier descubraire de l'oxigèn(fr) Didier Kahn, « Le Tractatus de sulphure de Michaël Sendivogius (1616), une alchimie entre philosophie naturelle et mystique », dins Claude Thomasset (éd.), L’Écriture du texte scientifique au Moyen Âge, Presses de l’Université de Paris-Sorbonne, 2006, pp. 193-221..
Dos sègles pus tard, Robert Boyle (1627-1691) demostrèt que l'aire es necessari a la combustion. Puei, totjorn au sègle XVII, lo quimista anglés John Mayow (1641-1679) capitèt d'isolar la partida de l'aire necessària a la combustion e a la respiracion. Estimèt son volum a 20% dau volum totau de l'aire e la diguèt spiritus nitroaereus. Mayow mesurèt tanben l'aumentacion de massa d'una mòstra d'antimòni avans e après sa combustion. Concluguèt que lo spiritus nitroaereus deviá se combinar amb lo metau. Puei, generalizèt aqueu resultat a la respiracion dins un obratge paregut en 1688. Marcant de progrès importants, sa teoria desvolopèt l'idéa d'una extraccion dau spiritus nitroaereus de l'aire per lei paumons, de son transpòrt per lo sang e de sa consumacion dins lei muscles(en) Gale Thomson, World of Chemistry contributors, article "John Mayow", 2005..
Lo periòde de la teoria dau flogistic
Durant lei sègles XVII e XVIII, plusors sabents realizèron d'experiéncias entraïnant una produccion importanta de dioxigèn. Entre lei pus famós, se pòdon citar Robert Hooke (1635-1703), Ole Borch (1626-1690), Mikhail Lomonosov (1711-1765) e Pierre Bayen (1725-1798)(en) John Emsley, "Oxygen", Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements, Oxford University Press, p. 299.. Pasmens, foguèron pas capables d'identificar sa descubèrta probablament en causa de la teoria dau flogistic que dominava la quimia d'aqueu temps. D'efiech, aquela teoria explicava la combustion per l'existéncia d'una substància, dicha flogistic, qu'èra perduda quand un materiau èra cremat. L'aire i aviá ges de rótle.
La descubèrta de l'oxigèn
La descubèrta de l'oxigèn es generalament atribuïda au farmacian Carl Wilhelm Scheele (1742-1786). Entre 1771 e 1775, isolèt de dioxigèn gasós a partir d'oxid de mercuri e de nitrats. O diguèt « aire de fuòc ». A respèct de sei predecessors, identifiquèt la natura gasosa dau dioxigèn. Dins aquò, en 1774-1775, lo Britanic Joseph Priestley (1733-1804) realizèt d'experiéncias similaras d'un biais independent e arribèt a la meteissa conclusionDiguèt lo gas novèu « aire deflogisticat ».. Es ansin de còps creditat de la descubèrta de l'oxigèn car publiquèt sei resultats tre 1775 (contra 1777 per Scheele).
Pus tard, Antoine Lavoisier (1743-1794) proclamèt aver comprés la natura gasosa dau dioxigèn avans lei dos òmes mai aquò es pauc probable. En revènge, gràcias d'experiéncias de combustion pus precisas, capitèt d'identificar l'oxigèn coma element quimic en 1777. Revolucion majora dins l'istòria de la quimia, aquò li permetèt tanben de donar son nom definitiu a l'oxigèn a partir dei mots grècs ὀξύς (« acid » en occitan) e -γενής (« productor »). D'efiech, Lavoisier pensava que l'oxigèn èra lo constituent deis acids en causa de son ròtle dins la corrosion(fr) Antoine Lavoisier, Traité élémentaire de chimie, edicion de 1864, p. 48.. Aquela error foguèt compresa en 1812 mai èra tròp tard per cambiar de nom.
Lo desvolopament deis aplicacions industrialas de l'oxigèn
Après sa descubèrta, l'oxigèn demorèt un objècte d'estudi important tant per lo desvolopament de la quimia que de l'industria. En particular, mai d'un procès foguèt concebut per produrre de dioxigèn liquid. Lo premier foguèt inventat per lo Soís Raoul Pictet (1846-1929) que mesclèt reaccions quimicas e operacions fisicas per obtenir una pichona quantitat de dioxigèn liquid en 1877(en) Daintith, John, Biographical Encyclopedia of Scientists, CRC Press, 1994, p. 707.. Pasmens, foguèt necessari d'esperar lo trabalh de James Dewar (1842-1923) per de dispausar d'un volum sufisent per realizar de mesuras.
Lo premier procès comerciau foguèt l'òbra de Carl von Linde (1842-1934) e de William Hampson (1854-1926). Basat sus la destillacion d'aire liquefiat a temperatura bassa, permetèt la generalizacion d'aplicacions industrialas coma lo calamèu oxacetilenic.
La descubèrta dei ròtles biologics de l'oxigèn
Coma o mòstra leis experiéncias de Leonardo da Vinci ò Michael Sendivogius, d'indicis dau ròtle de l'oxigèn foguèron observats tre lo periòde de la Renaissença. De mai, a la fin dau sègle XVIII quand l'element oxigèn foguèt descubèrt, la teoria de John Mayow permetiá d'explicar una partida dau foncionament de la respiracion animala.
Aquela dei vegetaus comencèt d'èsser compresa per Joseph Priestley que placèt alternativament una rata e una planta dins una mòstra de dioxigèn. Observèt que la respiracion de la rata « bleçava » lo gas de la mòstra qu'èra « restaurat » per la planta. Tre 1778, Jan Ingenhousz (1730-1799) demostrèt que la lutz solara èra necessària au bòn debanament d'aqueu fenomèn. Enfin, Jean Senebier (1742-1809) concluguèt en 1796 que la respiracion vegetala èra basada sus un procès invèrs a aquela deis animaus. Aquò menèt a la descubèrta de la reaccion de fotosintèsi, tèrme formulat au sègle XIX, qu'es pas encara totalament compresa a l'ora d'ara.
Proprietats quimicas
Proprietats atomicas
L'atòm d'oxigèn a uech electrons que son estat fondamentau es 1s2 2s2 2p6. A donc sièis electrons de valéncia e doas proprietats de remarca : una electronegativitat fòrça importanta (3,44 segon l'escala de Pauling) en causa de la preséncia d'interaccions fòrtas entre lo nuclèu e lei sosjaç 2s e 2p. la cèrca d'una configuracion electronica establa similara an aquela de neon.
L'oxigèn a donc una reactivitat que presenta de similituds amb leis autreis elements de la colona 16 de la taula periodica mai pòu pas practicar, au contrari d'aqueleis elements, l'ipervaléncia (es a dire plaçar 18 electrons dins sa valéncia per s'estabilizar). En causa d'aqueu limit, sei proprietats quimicas an donc una certana similitud amb aquelei de l'azòt qu'es son vesin dirècte, especialament sa capacitat de crear de liames quimics amb un atòm d'idrogèn. De mai, pòu, coma l'azòt, formar de liames idrogèn.
Ocurréncia e isotòpia
Ocurréncia
Segon lei mesuras espectrograficas realizadas dempuei la Tèrra, l'oxigèn es lo tresen element pus present dins la Via Lactèa. En massa, sembla ansin formar 0,9% dau Soleu, 23,1% de l'atmosfèra de la TèrraL'abondància de l'oxigèn dins l'atmosfèra de la Tèrra es una particularitat liada a la preséncia d'una biosfèra activa. Per exemple, l'atmosfèra de Mart ne'n contèn que 0,1%., 49,2% de sa crosta e 88,8% de seis oceans(en) Gerhard A. Cook, Carol M. Lauer, The Encyclopedia of the Chemical Elements, article "Oxygen", Reinhold Book Corporation, 1968, p. 500..
Aquela abondància relativa s'explica per lei mecanismes de fusion nucleara que se debanan au còr deis estelas. D'efiech, quand an agotat sei resèrvas d'idrogèn, leis estelas de tipe solar son capablas d'entraïnar de reaccions de fusion de seis atòms d'èli que menan a la formacion d'oxigèn.
Isotòpia
En 2019, 17 isotòps de l'oxigèn èran estats identificats. Tres son estables. Sus Tèrra, lo pus frequent es l'oxigèn-16 (99,76%) qu'es format per la fusion de l'èli contengut dins lei nuclèus estellars. Pasmens, existís tanben l'oxigèn-17 (0,04%) e l'oxigèn-18 (0,20%). Lo premier es eissit de cicles de fusion dichs cicle CNO que pòdon aver luòc la fusion de l'èli. Lo segond se fòrma a partir de nuclèus d'azòt-14 creats per lei cicles CNO(en) B. S. Meyer, Nucleosynthesis and Galactic Chemical Evolution of the Isotopes of Oxygen, dins Workgroup on Oxygen in the Earliest Solar System, Proceedings of the NASA Cosmochemistry Program and the Lunar and Planetary Institute, Gatlinburg, 2005..
Leis isotòps instables an de periòdes radioactius fòrça febles (122,24 s per la pus lònga). An pauc d'aplicacions franc de l'oxigèn-15 qu'es utilizat en medecina per realizar de tomografias per emission de positrons.
+ Isotòps de l'oxigèn Simbòlde l'isotòp Z (p) N (n) Massa isotopica (u) Periòde Mòde(s) dedesintegracion Isotòp(s)-fiuIsotòps estables en gras. Espin nuclear12O 8 412,034405(20)580(30)×10−24 s[0,40(25) MeV] 2p (60,0 %) 10C0+ p (40,0 %) 11N13O 8 513,024812(10)8,58(5) ms β+ (89,1 %) 13N(3/2-) β+, p (10,9 %) 12C 14O 8 6 14,00859625(12) 70,598(18) s β+ 14N 0+ 15O 8 7 15,0030656(5) 122,24(16) s β+ 15N 1/2- 16O 8 8 15,99491461956(16)Estable 0+ 17O 8 9 16,99913170(12)Estable 5/2+ 18O 8 10 17,9991610(7)Estable 0+ 19O 8 11 19,003580(3) 26,464(9) s β− 19F 5/2+ 20O 8 12 20,0040767(12) 13,51(5) s β− 20F 0+ 21O 8 13 21,008656(13) 3,42(10) s β− 21F (1/2,3/2,5/2)+22O 8 1422,00997(6)2,25(15) s β− (78,0 %) 22F0+ β−, n (22,0 %) 21F23O 8 1523,01569(13)82(37) ms β−, n (57,99 %) 22F1/2+# β− (42,0 %) 21F24O 8 1624,02047(25)65(5) ms β−, n (57,99 %) 23F0+ β− (42,01 %) 24F 25O 8 17 25,02946(28)# 5,2×10−8s n 24O(3/2+)#26O 8 18 26,03834(28)# 4,0×10−8 s β− 26F0+ n 25O 27O 8 19 27,04826(54)# < 260 ns n 26O(3/2+)# 28O 8 20 28,05781(64)# < 260 ns n 27O 0+
Quimia e proprietats dei compausats oxigenats
En causa de sa reactivitat, l'oxigèn es susceptible de formar de compausats amb mai d'un autre element. Son estat d'oxidacion i es sovent egau a -2 car son electronegativitat auta li permet d'atraire fòrtament leis electrons deis autreis atòms. Pasmens, se tròba tanben l'estat -1 dins lei peroxids e d'estats fòrça rars son estats identificats en certanei moleculas (-1/2, -1/3, +1/2, +1 e +2).
Dioxigèn
Dins lei condicions normalas de temperatura e de pression, lo dioxigèn O2 es la forma pus frequenta de l'oxigèn.
Generalitats
thumb|right|Fotografia d'una mòstra de dioxigèn liquid.
La molecula de dioxigèn es formada de dos atòms d'oxigèn liats per un liame quimic doble que son energia es relativament febla (498 kJ/mol) per un liame d'aqueu tipe. Conjugada amb una talha pichona (121 pm de longor), aquò li conferís una reactivitat relativament importanta, especialament amb lei materiaus combustibles, que mena generalament a la formacion d'oxids. De mai, explica lo caractèr exotermic de mai d'una reaccion implicant lo dioxigèn.