O oxigénio (português europeu) ou oxigênio (português brasileiro) é um elemento químico de número atómico 8 e símbolo O (8 protões e 8 eletrões) representando com massa atómica 16 u. Constitui parte do grupo dos calcogénios e é um não metal reactivo e um forte agente oxidante que facilmente forma compostos com a maioria doutros elementos, principalmente óxidos. Tem a segunda electronegatividade mais elevada de todos os elementos químicos, superado apenas pelo flúor. Medido pela sua massa, o oxigénio é o terceiro elemento mais abundante do universo, atrás do hidrogénio e hélio, e o mais abundante na crosta terrestre como parte de compostos óxidos, formando praticamente metade da sua massa. Em condições normais de pressão e temperatura, dois átomos do elemento ligam-se para formar o dioxigénio, um gás diatómico com fórmula
O2. Este gás diatómico constitui 20,8% da atmosfera e é fundamental para suportar a vida terrestre. Não obstante, vários estudos dos níveis de oxigénio atmosférico indicam uma progressão global descendente na proporção deste elemento, principalmente por causa das emissões procedentes da queima de combustíveis fósseis.
É um gás incolor (azul em estado líquido e sólido), inodoro e insípido, comburente, não combustível e pouco solúvel em água. O dioxigénio é usado na respiração celular e muitas das principais moléculas orgânicas dos organismos vivos como proteínas, ácidos nucleicos, carboidratos e lípidos contêm oxigénio, além dos principais compostos inorgânicos que formam as conchas, os dentes e os ossos dos animais. A maior parte da massa dos organismos vivos é composta por oxigénio enquanto componente da água, o principal constituinte das formas de vida. Devido à sua reactividade química, o oxigénio não pode permanecer na atmosfera terrestre como elemento livre sem que seja constantemente reabastecido pela acção fotossintética dos organismos que utilizam a energia solar para produzir oxigénio a partir da água. O oxigénio elementar O2 somente começou a acumular-se na atmosfera depois do aparecimento destes organismos, há aproximadamente 2 500 milhões de anos. O alótropo ozono (
O3) é um forte absorvente de radiação ultravioleta, e a camada de ozono da Terra, a grande altitude, ajuda a proteger a biosfera da incidência de radiação procedente do Sol. Porém, o ozono é um agente contaminante perto da superfície terrestre, sendo um produto derivado do smog. A altitudes de órbita terrestre baixa, o oxigénio atómico presente provoca a corrosão das naves espaciais.
O oxigénio foi descoberto autonomamente por Carl Wilhelm Scheele em Uppsala, no ano de 1773, e por Joseph Priestley em Wiltshire no ano de 1774, no entanto é Priestley quem costuma ser designado prioritariamente, uma vez que a sua obra foi a primeira a ser publicada. Em 1777, Antoine Lavoisier cunhou o seu nome e suas experiências com o oxigénio ajudaram a desacreditar a até então popular teoria do flogisto da combustão e corrosão. O nome deriva do grego ὀξύς (oxys) («ácido», literalmente «picante», em alusão ao sabor dos ácidos) e γόνος (-gonos) («produtor», literalmente «gerar»), porque na época em que se lhe deu esta denominação acreditava-se, equivocadamente, que todos os ácidos necessitavam de oxigénio para a sua composição. As aplicações habituais do oxigénio incluem, entre outras, o seu uso em calefações residenciais e motores de combustão interna, a produção de aço, plásticos e têxteis, aplicações de corte industrial e soldadura de aços e outros metais, como propulsor para foguetes, para terapias de oxigénio e sistemas de suporte à vida em aeronaves, submarinos, naves espaciais tripuladas e mergulho.
Estrutura molecular e propriedades
Nas Condições Normais de Temperatura e Pressão (PTN), o oxigénio é um gás incolor e inodoro com fórmula molecular O2, em que dois átomos de oxigénio se ligam com uma configuração electrónica em estado tripleto. Esta ligação apresenta uma ordem de ligação de dois e costuma-se simplificar nas descrições como uma ligação dupla ou como uma combinação duma ligação de dois electrões e duas ligações de três electrões.
O oxigénio tripleto é o estado fundamental da molécula O2, que apresenta dois electrões desemparelhados que ocupam dois orbitais moleculares degenerados. Estes orbitais são classificados como antiligações — debilitam a ordem de ligação de três para dois-, de forma a que a ligação do dioxigénio é mais fraca do que a tripla ligação do nitrogénio diatómico, em que todos os orbitais das ligações moleculares são preenchidos, mas alguns orbitais de antiligação não.
Na sua forma normal de tripleto, as moléculas de O2 são paramagnéticas; ou seja, na presença dum campo magnético formam um íman, devido ao momento magnético do spin dos electrões desemparelhados na molécula e à interação de troca negativa entre moléculas de O2 contíguas. O oxigénio líquido é de tal forma magnético que, em demonstrações laboratoriais, um fio de oxigénio líquido pode suster o seu próprio peso entre os polos dum íman potente.
O oxigénio molecular singlete é um nome dado a várias espécies de O2 de maior energia, em que todos os spins dos electrões se emparelham. É muito mais reactivo com moléculas orgânicas comuns do que o oxigénio molecular propriamente dito. Na natureza, o oxigénio singlete costuma formar-se com a água durante a fotossíntese, utilizando a energia solar. É também produzido na troposfera por meio da fotólise do ozono pela luz de onda curta e pelo sistema imunitário enquanto fonte de oxigénio activo. Nos organismos fotossintéticos — e possivelmente também nos animais — os carotenoides exercem um papel fundamental na absorção de energia do oxigénio singlete e na conversão deste para o seu estado não excitado antes de provocar danos nos tecidos.
O alótropo comum do oxigénio elementar é o chamado dioxigénio (O2), que possui um comprimento de ligação de 121 pm e uma energia de ligação de 498 kJ•mol−1, menor que a energia das outras ligações duplas ou pares de ligações simples presentes na biosfera, e responsável pela reação exotérmica do O2 com qualquer molécula orgânica. Devido ao seu teor de energia, o O2 é utilizado por formas de vida complexas, tal como os animais, na sua respiração celular, desempenhando um papel fundamental na composição da atmosfera terrestre.
O trioxigénio (O3) é habitualmente conhecido como ozono e é um alótropo bastante reactivo, prejudicial para o tecido pulmonar. O ozono é produzido na atmosfera superior quando o O2 se combina com o oxigénio atómico causado pela divisão do O2 por radiação ultravioleta. Uma vez que o ozono é um poderoso absorvente na região ultravioleta do espectro electromagnético, a camada de ozono da atmosfera superior funciona como um escudo protector da radiação que o planeta recebe. Perto da superfície terrestre, todavia, é um contaminante formado como subproduto das emissões de automóveis. A molécula metaestável do tetraoxigénio (O4) só foi descoberta em 2001, e assumiu-se que existia numa das seis fases do oxigénio sólido. Em 2006 demonstrou-se que esta fase, criada por meio da pressurização do O2 a 20 GPa, é, de facto, um cluster O8 do sistema trigonal. Este cluster tem potencial para ser um oxidante muito mais potente do que o O2 e o O3 e pode, por conseguinte, ser usado como propulsor de foguetes. Em 1990 foi descoberta uma fase metálica quando o oxigénio sólido é submetido a uma pressão superior a 96 GPa e demonstrou-se em 1998 que a temperaturas muito baixas converte-se em supercondutor.
O oxigénio é mais solúvel em água do que o nitrogénio; água em equilíbrio com ar contém aproximadamente uma molécula de O2 por cada duas moléculas de N2, em comparação à proporção atmosférica, de aproximadamente 1:4. A solubilidade do oxigénio na água depende da temperatura, dissolvendo-se em cerca do dobro (14,6 mg•L−1) a 0 °C do que a 20 °C (7,6 mg•L−1). A 25 °C e 1 atmosfera padrão (101,3 kPa), a água doce contém cerca de 6,04 mililitros (ml) de oxigénio por litro, enquanto que a água do mar contém cerca de 4,95 ml por litro. A 5 °C a solubilidade aumenta até 9,0 ml (cerca de 50 % mais do que a 25 °C) por litro na água e 7,2 ml (45% mais) na água do mar.