Dioxigèn

Lo dioxigèn, comunamen nomenat oxigèn, es una substància gasosa dins las condicions normalas de temperatura e de pression. Incolor, inodor e insipid, participa a de reaccions d'oxidoreduccion, subretot la combustion, la corrosion e la respiracion. Sa molecula, compausada de dos atòms d'oxigèn, e notada O. Lo dioxigèn es una de las formas allotropicas de l'oxigèn.

Constituissent 20,95 % en volum de l'atmosfèra terrèstra (23,2 % en massa), lo dioxigèn es un gas indispensable a gaireben totas las formas de vida actualas, que fornís lo comburent necessari al foncionament de las cellulas (respiracion cellulara). Dins lo mitan aquatic, lo dioxigèn disolgut es tanben necessari a la vida de fòrça espècias University of Wisconsin. (2006), , . . Solas las arcnèas e una partida minoritària de las bacterias (dichas anaerobias), pòdon se passar de dioxigèn. Son la bacterias anaerobias produsent de dioxigèn qu'oxidèron l'atmosfèra primitiva d'en primièr reductrictz, puèi l'enriquissiá  en dioxigèn: aquel darrièr es present en abondança dins l'aire dempuèi la Granda Oxidacion, fa gaireben 2,5 miliards d'annadas.

 Origina e evolucion del dioxigèn de l'atmosfèra terrèstra 
Fòrça ipotèsis existisson per explicar la preséncia de dioxigèn dins l'atmosfèra:
 la mai comunament retenguda es que s'agís d'un gas produch pendent lo foncionament de las cianobacterias, e mai sovent de vegetals clorofillians, extrasent lo carbòni del dioxid de carbòni (jos forma de compausats organics) e rebutan l'oxigèn (jos forma de dioxigèn) pel mecanisme de la fotosintèsi;
 una segonda invòca la descomposicion, dins la nauta atmosfèra, de moleculas d'aiga en dioxigèn e diidrogèn, jos l'efièch dels rais solar e cosmic. Lo diidrogèn s'escapant definitivament dins l'espaci (al ritme, aara, d'unes 3 kg/s), lo dioxigèn s'accumula dins l'atmosfèra.
Los dos fenomèns existisson, la realitat pòt èsser una combinason dels dos procediments.

 Cianobacterias 
Fa 4 miliards d'anadas, la Tèrra èra gaireben tota cobèrta d'oceans e son atmosfèra compausada de metan, d'amoniac e de dioxid de carbòni. Las bacterias presentas dins l'ocean utilisavan sonque la fermentacion coma font d'energia, puèi de mutants apareguèron. Èran capables d'utilizar la lutz solara coma font d'energia, lo  coma font de carbòni e  o  coma font d'idrogèn. Èra la primièra apreisson de la fotosintèsi. Aqueles organismes autotrofs, es a dire capables de crear los lors nutriments, se generalizèron puèi mutèron, creant atal la primièras cianobacterias fa 3,2 miliard d'annadas. Aquelas utilizavan l'aiga coma font d'idrogèn e rebutavan de l'oxigèn, un poison mortal per totas las autres bacterias anaerobias.

Las bacterias son sempre en competicion per lor desvelopament mas lo fach que las cianobacterias sián capablas de tuar las autras bacterias per emanacion d'oxigèn foguèt un cambiament decisiu. Se pensa que la proliferacion de las cianobacterias dins los oceans permetèt de completament modificar l'atmosfèra. Dins lo meteis temps, de bacterias comencèron a mutar per poder utilizar l'oxigèn coma font d'energia puslèu que la fermentacion. E, l'energia quimica de la molecula d'oxigèn es fòrça mai superiora a çò que se poiriá obténer per fermentacion.

A un cert moment, aquela bacterias capablas de crear d'energia a partir de l'oxigèn foguèt literalament fagocitadas per d'autras bacterias/organismes qu'o podavan pas far. Es considerat mai que los mitocondrias presentas dins totas las cellulas, son de  bacterias que foguèron fagocitadas e que permeton a las cellulas d'utilizar l'oxigèn coma font d'energia. Encara se pòt notar que las mitocondrias an lo lor ADN, sempre eissit de l'ovul, donc de la maire.

 Evolucion del taus de dioxigèn dins l'atmosfèra terrèstra 
Lo dioxigèn èra gaireben inexistent dins l'atmosfèra terrèstra abans que las arcnèas e las bacterias se desvelopèron, benlèu fa 3,5 miliars d'annadas. L'oxigèn a l'estat liure aparéis pel primièr còp en quantitat significativa pendent lo paleoproterozoïc (fa entre 2,5 e 1,6 miliars d'annadas). Pendent lo primièr miliard d'anadas, tot l'oxigèn produch per aqueles organismes se combina a de fèrre disolgut dins los oceans per formar de jaces de fèrre ribanats. Quand aqueles poses d'oxigèns son saturats, l'oxigèn libèra comença a èsser relargat dels oczans, fa 2,7 miliards d'annadas. Sa concentracion atenh 10 % de son nivèl actual fa 1,7 miliards d'annadas.

La preséncia d'una granda quantitat de dioxigèn disolgut dins los oceans e dins l'atmosfèra pòt aver menat a l'atudament los organismes anaerobias que vivon alara, pendent la crisi ecologica nomenada la Granda Oxidacion, fa 2,4 miliards d'annadas. Pasmens, la respiracion cellulara utilizant lo dioxigèn permet als organismes aerobias de produire fòrça mai d'ATP que los organismes anaeobias, los ajudant atal a dominar la biosfèra terrèstra.

Dempuèi lo començament del Cambrian fa 540 milions d'annadas, la concentracion d'oxigèn dins l'atmosfèra evoluèt, representant amb lo temps entre 15 % e 30 % de son volum. Cap a la fin del Carbonifèr fa 300 milion d'annadas, lo taus de dioxigèn atmosferic atenht un maxim: repreenta alara 35 % del volum de l'atmosfèra çò que poiriá aver contribuit a la granda talha dels insèctes e dels amfibians de l'epòca. Aquela culminacion de sa proporcion dins l'atmosfèra terrèstra a aquela epòca se deu a l'espandiment massís dels boscs de falguièras gigantas sus la Pangèa, e a l'aclapament progressiu dels produchs organics que venguèron lo jaces de carbon. Las activitats umanas, amb la combustion de 7 miliards de tonas de combustibles fossils cada annada an un fòrç fèble impacte sus la quantitat d'oxigèn liure dins l'atmosfèra. Al ritme actual de la fotosintèsi, caldriá près de 2000 ans per produire la totalitat del dioxigèn present ara dins l'atmosfèra.

 Ròtles biologics 

 Fotosintèsi 
Dins la natura, l'oxigèn a l'estat liure se realiza per fotolisi de l'aiga mercéa la fotosintèsi. Segon d'estimacions, las algas verdas e las cianobacterias presentas en mitan marin donan gaireben 70 % de l'oxigèn a l'estat liure produch sus Tèrra, lo rèste essentt produch per las plantas terrèstras(en) William Fenical, « Marine Plants: A Unique and Unexplored Resource », dans Plants: the potentials for extracting protein, medicines, and other useful chemicals (workshop proceedings), DIANE Publishing, septembre 1983 (ISBN 1-4289-2397-7, en linha), p. 147. D'autras estimacions afirman que la contribution dels oceans a l'apòrt d'oxigèn atmosferic es mai importante, d'autres encora afirmisson lo contrari, suggerissent que los oceans produson gaireben 45 % de l'oxigèn atmosferic cada annada.

Una formula globala e simplificada tradusent la fotosintèsi s'escriu : 

6 CO2 + 6 H2O + fotons → C6H12O6 + 6 O2

o simplament: dioxid de carbòni + aiga + lutz solar → glucòsa + dioxigèn.

L'evolucion fotolitica de l'oxigèn se produch dins la tilacoïda dels organismes fotosintetics e demanda l'energia de quatre fotons. Fòrça estapas sont complèxas mas lo resultat s'acaba amb la formacion d'un gradient electroquimic mejans la tilacoïda qu'es utilizat per sintetizar l'adenosina trifosfat (ATP) via lo procediment de fotofosforilacion. Lo dioxigèn demorant après l'oxidacion de la molecula d'aiga es largat dins l'atmosfèra.

 Respiracion  
Lo dioxigèn es essencial dins la respiracion cellulara per totes los organismas aerobias. Las mitocondrias l'utilizan per ajudar a la produccion d'ATP pendent lo procediment de fosforilacion oxidativa. La reaccion modelizant la respiracion aerobia es globalament lo contrari d'aquela modelizant la fotosintèsi e s'escriu de biais simplificat:

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + 2 880 kJ·mol-1.

Pels vertebrats, lo dioxigèn difusa mejans las membranas de las cellulas dins las palmons e los globuls roges. L'emoglobina se liga al dioxigèn e provòca un cambiament de color de la proteïna que passa del roge azurejat al roge viuLo dioxid de carbòni es liberat d'una autra partida de l'emoglobina via l'efièch Bohr. D'autres animal n'utilizan pas l'emoglobina pel transpòrt del dioxigèn: los molluscs e d'artropods utilizan l'emocianina alara que las aranèas e los ligombaus utilizan l'emeritrina. Un litre de sang pòt dissòlvre 200 cm3 de dioxigèn.

Los derivats reactius de l'oxigèn, coma l'ion superoxid  e lo peroxid d'idrogèn , son de sosproduchs toxiques del dioxigèn utilizats pels organismes. Pasmens, de partidas del sistèma imunitari dels organismes evoluats produson de peroxid, de superoxid e d'oxigèn singlet per eliminar los micro-organismes envasidors. Los drivats reactius de l'oxigèn jògan tanben un ròtle important dins la responsa ipersensitiva de las plantas contre las atacas patogènas.

Un adult al repaus inala entre 1,8 e 2,4 gramas d'oxigèn per minuta. Aquò equival a mai de sièis miliard de tonas d'oxigèn inaladas per l'umanitat cada annada(1,8 grama/minuta per persona) × (60 minutas/ora) × ( per jorn) × () × ( de personas) ÷ ( per tona) =  de tonas.

La respiracion aerobia consistís a absorbir lo dioxigèn necessari al catabolisme oxidatiu e a l'apòrt d'energia a las cellulas. Los organismes an una capacitat limitada d'absorptcion, nomenada consomacion maximala d'oxigèn.

La consomacion de dioxigèn es un indici d'activitat cellulara. Aquela remarca es a l'origina d'una caracterizacion de la pollucion biodegradabla d'un escadalh d'aiga, la demanda biologica en oxigèn.

 Preséncia dins lo còrs dels vertebrats 
Es dins lo sistèma respiratòri que la pression parciala del dioxigèn dins lo còrs d'un vertebrat vivent es la mai nauta. Es mai fèble dins las artèrias, puèi dins los teissuts periferics, e mai encara dins les venas. La pression parciala del dioxigèn es la pression qu'auriá lo dioxigèn s'ocupava sol lo volum considerat.
+Pression parciala del dioxigèn () dins lo còrs uman Unitat  Pression del gas dins 
las alveòlas palmonàrias  Gas del sang arterial  Gas del sang dins las venas kPa  14,2  11–13Resultat obtengut a partir de la valor en mmHg utilisant per la conversion 0,133322 kPa/mmHg  4,0–5,3 mmHg  107  75–100  30–40

 Estructura 

 Estructura geometrica 
La molecula es diatomica e la distança mejana entre ambedos atòms es 120,74 pm dins son estat fondamental.

Dins sos dos primièrs estats excitats, aquela distança aumenta a 121,55 pm dins lo primièr estat e fins a 122,77 pm dins lo segond.

 Representacion de Lewis 
La representacion correnta de Lewis del dioxigèn, per que ambedos atòms respectan la règla de l'octet, es un ligam doble, cada atòm portant mai dos doblets d'electrons non partejats. Pasmens, aquela estructura mòstra pas lo paramagnetisme d'aquela molecula. Es possible de prepausar un esquèma de Lewis que respecte aquela observacion experimentala amb un liagam simple (e non pas un liagam doble) e un electron celibatari per atòm d'oxigèn.

Représentation de Lewis du dioxygène respectant la règle de l'octet.

Représentation de Lewis du dioxygène comme diradical.

La representacion pauc classica, amb un simple ligam, presenta lo desavantge l'inconvénient de mostrar pas la corta distança de liagam (d = 120,74 pm), fòrça mai corta qu'un ligam simple O-O coma dins lo peroxid d'idrogèn H-O-O-H per que la longor de ligam es 145,7 pm. Aquò explica subretot perque, dins la practica, aquela estructura es utilizada sonque per la pedagogia, per insistir sul caractèr diradicalar de la molecula. Une descripcion mai performanta se dona obtenue amb lass orbitalas molecularas.

 Diagrama d'orbitalas molecularas 
vinheta|360x360px|Diagrama de las orbitalas molecularas dels primièrs nivèls excitats d'O2.
vinheta|360x360px|Diagrama de las orbitalas molecularas d'O2.
Dins l'encastre teoric de las orbitalas molecularas (metòde CLOA), l'interaccion entre dos atòmes d'oxigèn per formar una molecula se traduch pel diagrama çai costat.

Las doas orbitalas 2s dels dos atòms d'oxigèn, d'en primièr de meteissa energia, subisson una degenerescéncia, formant una orbitala σ liganta e una orbitala σ*</sup>2s</sub>; antiliganta, ambedoas complètament ocupadas, ne resultant en pas cap de ligam entre los dos aòms. Las sièis orbitalas 2p delsdos atòms subisson elas tanben una degenerescéncia, formant tres orbitalas σ2px, σ2s e σ*2s ligantas e tres orbitalas σ2px, σ*2py;  e σ*2pz antiligantas. Los uèit (2×4) electrons 2p se destrian atal:
 sièis electrons ocupant las tres orbitalas ligantas de bassa energia;
 los dos electrons demorant ocupan cadun una orbitala antiliganta.
Aquela combinason d'orbitalas 2p resulta donc en tres orbitalas molecularas ligantas e una antiliganta, siá un indici de liagam de 2. La reparticion dels dos electrons sus las doas orbitalas antiliganta explica tanben lo caractèr diradicalari del dioxigèn. Aquela proprietat d'èsser radicalara alara que lo nombre d'electrons de la moleculas es par es unic d'entre las moleculas diatomicas. Aquela reparticion explica tanben lo caractèr paramagnetic del dioxigèn, çò que permet pas de marcar sa representacion de Lewis « classica ».

Aqul estatut d'estat triplet dona a la molecula de proprietats magneticas e pòt èsser la causa de son inercia quimica a temperatura ambianta. En efièch, la reaction de O amb una autra molecula (H2, moleculas organicas) qu'es gaireben sempre dins un estat singlet per formar una molecula en estat singlet se debana sens la conservacion del pivòt total; es la causa d'una granda lentor de las reaccions quimicas implicant lo dioxigèn a temperatura e pression ordinària.

 Espectroscopia 
Los dos primièrs nivèls excitats del dioxigèn son dos estats singlets a 15 800 cm-1O2 () e 21 100 cm-1 (157,85 kJ⋅mol-1). Aquela transicions son enebidat de far pivòt, çò que mèna a çò que lo dioxigèn siá incolor. Es lo cas en fasa gasosa, la color blava de l'atmosfèra essent deguda a la difusion Rayleigh..

La color blava a l'estat liquid resulta de l'absorpcion de dos fotons a 7 918 cm-1⋅mol-1 sus una associacion de doas moleculas de dioxigèn (dimèr O).

 Magnetisme 
Lo dioxigèn es paramagnetic. Aquela proprietatfoguèt observada per Faraday en 1848.

Lo diagrama d'orbitala moleculara del dioxigèn traçat pel metòde CLOA o mòstra. La configuracion electronica conten en efièch dos electrons celibataris sus las doas orbitalas Π* (estat triplet).

En resonància magnetica nucleara (RMN), per de mesuras primas, es important de desgasar l'escandalh per eliminar l'oxigèn molecular qu'es paramagnetic e empacharà la deteccion venent un alargament dels pics. Aquel desgasatge es, mai sovent, complit fasent en faisant bofigar un gas inèrte (azòt o argon) dins la solucion per remplaçar los gases dissolguts per aquel gas inèrte e non pas paramagnetic.

 Reactivitat 
Lo dioxigèn es termodinamicament f réactif, et la plupart de ses réactions sont fortement exothermiques. Cette grande réactivité n'a généralement pas lieu à température ambiante. Les raisons cinétiques ont été détaillées ci-dessus.

 Amb los còrs simples 
Pauc de còrs simples capitan pas se combinar dirèctament amb lo dioxigèn: lo tungstèn W, lo platin Pt, l'aur Au e los gases nòbles. cal notar que de compausats oxigenats de gases nòbles existisson pasmens (), mas jamai se realizèron per action dirècta amb O2.

Lo fach que los oxids existisson per gaireben totes los elements quimics ajudèt plan Mendeleiev a classificar los elements (1869). E lo fach que d'elements possedisson mai d'un oxids destriats (per exemple l'azòt) foguèt a l'origina de l'emergéncia de la nocion d'atòm per Dalton (1800).

 Los ions d'O2 
Se coneis fòrça ions d'O2:
 L'ion dioxigenil, O2+, dins de fòrça pauc compausats;
 L'ion superoxid, O2-, anion frequent dins los sistèmas biologics per que l'oxidoreduccion es sovent monoelectronic; es una entitat pauc establa;
 L'ion peroxid O22-, anion sovent present dins los peroxids metallics coma lo peroxid de bari ; l'oxigèn i a lo meteis gra d'oxidacion que dins lo peroxid d'idrogèn .

 Reaccion del dioxigèn singlet O2 
Lo dioxigèn singlet serealiza per radiacion luminosa de dioxigèn triplet (son estat fondamental) O2 amb un fotosensibilisator. Cal per aquò que l'estat excitat d'aquel darrièr siá superior a 94,7 kJ·mol-1 (vejatz la partida espectroscopia).

3O2 + 1Sensibilisateur — hν → 1O2 + 3Sensibilisateur.

Lo dioxigèn singlet se pòt tanben realizar quimicament, per exemple en solucion alcolica, amb una mescla d'aiga oxinada e d'aiga de Javel :

H2O2 + ClO-  → Cl- + H2O + 1O2.

L'oxigèn singlet es fòrça reactiu, que siá quimicament que biologicament.

 Utilizacions 
Lo dioxigèn, dins l'aire, es utilizt per las combustions (caufatge, transpòrt)Vigne J.-L., Données industrielles..

Separat del diazòt, son usatge màger es la siderurgia. Lo fèrre, en sortida dels nauts fornèls, es jos forma de carbur , inutilisable car contenent mai de 4 % en massa de carbòni. Aquel carbòni es brutlat per injeccion de dioxigèn directament dins lo fèrre fondut. Es lo principi dels convertissors. Cal 60 m3 CNTP d'O2 per tona de fèrre. La consomacion d'un site siderurgic va fins a de milièrs de tonas d'O2 per jorn.

La petroquimia es tanben una importanta consomatritz quand se cal produire de l'oxid d'etilèn, de l'oxid de propièn, del clorur de vinil per oxicloracion, dins lo rafinatge dels produchs petrolièrs, per regenerar de catalisors, etc.

D'autres procediments demandan tanben fòrça tonatges de dioxigèn:
 la sintèsi del dioxid de titan pel procedimement al diclor;
 lo blanquiment de la pasta de papièr, çò que limita la consomacion en diclor Cl que demora l'agent de blanquiment màger;
 lo tractament de rebuts quimics per exemple, los rebuts sofrats eissits de la produccion de metacrilat de metil, çò que dona a recuperar lo .
Los autres usatges pontuals son per exemple:
 la produccion de flamas de nauta temperatura, coma aquela del calamèl oxidric;
 coma gas medical:
 oxigenoterapia normobara (a la pression atmosferica): per l'ajuda respiratòria de las personas amb de dificultats respiratòrias (malautiás coma l'asma o l'insufiséncia respiratòria cronica, o pendent una anestesia), per la ventilacion artificiala (arrèst de la respiracion);
 oxigenoterapia iperbara (de nauta pression): pel tractament d'unas intoxicacions amb gases (subretot al monoxid de carbòni), d'accidents de decompression en sotada o de quemaras, unas patologias arteriticas.

 Nòtas e referéncias 

 Nòtas 

 Referéncias 

 Vejatz tanben 

 Articles connèxes 

 Bibliografia 
 Davis J.C. (1975), Waterborne dissolved oxygen requirements and criteria with particular emphasis on the Canadian environment, in : Associate Committee on Scientific Criteria for Quality, National
Categoria:Gas inorganic