Oxygen

Oxygen
n.., no plural: oxigénio

Definição: o elemento incolor, inodoro, gasoso representado pelo símbolo “O”, com um número atómico de 8

Definição de oxigénio

Em bioquímica, o oxigénio é o incolor, inodoro, elemento gasoso representado pelo símbolo “O”, com um número atômico de 8, e constitui cerca de 21% em volume da atmosfera, e biologicamente importante por seu papel em vários processos bioquímicos e fisiológicos, especialmente de organismos aeróbicos. Etimologia: Grego antigo ὀξύς (oxús, que significa “cortante”) + γενής (-genēs, que significa “produtor”). Símbolo: O.

O oxigénio é um dos elementos químicos encontrados na natureza. Um elemento químico refere-se à substância pura de um tipo de átomo. Actualmente, 94 são elementos naturais enquanto que 24 são sintéticos. O oxigênio é um dos elementos mais comuns nos seres vivos, juntamente com o carbono, hidrogênio e nitrogênio. É também o terceiro elemento mais abundante no universo, junto ao hidrogênio e hélio.

Propriedades do oxigênio

O oxigênio é um elemento gasoso natural com um número atômico de 8 e um peso atômico de 15,96. Na tabela periódica, ele pertence aos calcogéneos. É um não-metal reativo com uma configuração eletrônica de He 2s2 2p4. É capaz de se combinar com todos os elementos, com exceção do flúor, para formar óxidos, bases, anidridos oxiácidos, etc. À temperatura ambiente, o oxigénio só é moderadamente activo com a maioria das substâncias. No entanto, a temperaturas mais elevadas, torna-se muito activo que é considerado como um dos agentes químicos mais poderosos. O ponto de fusão do oxigénio é de -218,79 °C. Sua densidade em STP é 1,49 g/L a 0°C e 760 mm-pressão.

Nos séculos XVIII e XIX, os cientistas aprenderam que os componentes do ar podiam ser liquefeitos através da compressão e resfriamento do ar. Em 1883, o oxigênio foi liquefeito em um estado estável pela primeira vez.1 O oxigênio líquido é de cor azul-claro, a densidade de 1.141 g/cm3, o ponto de ebulição de -182.96 °C a 101.325 kPa (760 mmHg) e o ponto de congelamento de -218.79 °C. Atualmente, ele é utilizado em aeronaves militares e indústrias de gás.

O oxigênio sólido é outro estado físico de oxigênio que se forma à pressão atmosférica normal a uma temperatura abaixo de -218,79 °C. Também tem uma cor azul pálido. Tem uma densidade de 21 cm3/mol na fase α a 23,5 cm3/mol na fase γ.2

Isótopos de Oxigênio

Os isótopos de oxigênio que ocorrem naturalmente são Oxigênio-16, Oxigênio-17 e Oxigênio-18. Todos os três isótopos são estáveis. O Oxigênio-16 (16O) tem 8 nêutrons e 8 prótons em seu núcleo. É o isótopo de oxigênio mais abundante e responde por 99,762% da abundância natural (NA, ou seja, a abundância do isótopo na natureza). O oxigênio-17 (17O) tem 9 nêutrons e 8 prótons em seu núcleo. Seu NA é de 0,0373% em água do mar e 0,0377421% em água do mar. O Oxigênio-18 (18O) tem 10 nêutrons e 8 prótons em seu núcleo. O seu NA é 0,2%.

Alotrópodes de Oxigénio

Uma alotrópodes de um elemento pertence a qualquer uma das múltiplas substâncias formadas por apenas um tipo de elemento. Exemplos de alotrópodes de oxigénio são o oxigénio atómico, o dio-oxigénio, o ozono e o tetraoxigénio. O oxigênio atômico (O1) é uma alotrópola muito reativa de oxigênio. Ele tende a se ligar rapidamente com as moléculas próximas. O oxigénio (O2) (oxigénio livre) ocorre em duas formas principais: triplet e singlet. O oxigênio triplo 3O2 é o estado tríplice de terra do dio-oxigênio. É mais conhecido como oxigênio molecular.

Its dois átomos de oxigênio são ligados por uma ligação completa σ mais dois π half-bonds. É a allotropo mais comum e mais estável de oxigénio na Terra. Esta é a forma que é utilizada pelos organismos, por exemplo, na respiração celular. Também é liberado como subproduto da fotossíntese por fotoautotrofos.

O oxigénio singelo 1O2 é dio-oxigénio com uma fórmula de O=O. Ele é mais reativo aos compostos orgânicos do que o oxigênio triplo. Pode ser distinguido do oxigénio trigémeo com base no número de rotações dos electrões. O oxigénio trigémeo tem apenas um arranjo possível de spin de electrões enquanto que o oxigénio trigémeo tem três. Singlet oxigênio é uma das espécies reativas de oxigênio (ROS).

Em fotoautotrofos, o oxigênio tríplice é produzido por moléculas de clorofila durante a fotossíntese. As plantas contrariam o efeito oxidativo nocivo através da acção dos carotenóides. Herbívoros que ingerem partes de plantas ricas em pigmentos de clorofila que produzem oxigénio mono-t são propensos à fotossensibilidade.

Humans, por exemplo, que aderem a uma dieta vegana podem tornar-se mais sensíveis à luz e tornar-se predispostos à fotodermatite. Nos mamíferos, a ROS está associada à oxidação do colesterol LDL, que por sua vez, é responsável pelos efeitos deletérios sobre o sistema cardiovascular. Na medicina, é a espécie de oxigênio ativo em terapia fotodinâmica.

Ozono (O3) é uma molécula presente na camada de ozônio da estratosfera. É capaz de absorver a maior parte da radiação ultravioleta do Sol. O Tetraoxigénio (O4) também foi chamado oxozono.

Compostos Oxigénicos

Água (H2O) é um dos óxidos de hidrogénio e o óxido mais comum. Os átomos de hidrogénio são ligados ao oxigénio por ligações covalentes. A água é uma molécula polar devido ao seu oxigénio que tem uma ligeira carga negativa enquanto que os seus hidrogénios têm uma ligeira carga positiva. A polaridade da água faz dela um excelente solvente. O oxigénio ligeiramente negativo atrai cátions enquanto que o hidrogénio ligeiramente positivo atrai aniões. Assim, a água tem a capacidade de dissociar e ionizar as moléculas. Água, CO2, MgO, Al2O3, Na2O, CaO, BaO, e ZnO são exemplos de óxidos, que também são exemplos de compostos inorgânicos contendo oxigênio.

Os compostos orgânicos são fundamentalmente definidos como aquelas substâncias contendo átomos de carbono e ligações Carbono-Carbono (C-C) e Carbono-Hidrogênio (C-H). Exemplos de compostos orgânicos comuns contendo oxigênio e R (o grupo funcional orgânico) são álcoois (R-OH), aldeídos (R-CO-H), amidas R-C(O)-NR2, ésteres (R-COO-R), éteres (R-O-R), e cetonas (R-CO-R). Outros compostos orgânicos importantes que possuem oxigênio são ácido cítrico, formaldeído, glicerol, acetamida, formaldeído e glutaraldeído.

Descoberta do oxigênio

Nos séculos XVII e XVIII, as primeiras experiências de cientistas como Robert Hooke, Ole Borch, e Pierre Bayen levaram à produção de oxigênio. No entanto, não era reconhecido como um elemento químico na época. Pelo contrário, o pensamento predominante durante muitos séculos foi que os quatro principais elementos eram o ar, o fogo, a água e a terra. Ainda não se sabia que cada um deles era composto de constituintes mais simples, que mais tarde foram chamados de elementos químicos.
Joseph Priestley 1733 – 1804, o clérigo britânico, defendeu esta crença e alegou que o ar era composto de substâncias como o gás que ele observou ter sido liberado do óxido de mercúrio (HgO) em suas experiências. Ele se referiu a esse gás como ar despojado. Mais tarde, o gás recebeu o nome de oxygène em 1777 por Antoine Lavoisier 1743 – 1794, químico francês.3 Priestley foi o primeiro a publicar sobre oxigênio e como tal foi geralmente atribuído como o descobridor do oxigênio.

O nome inglês oxigênio foi adotado a partir do oxígeno de Lavoisier, que por sua vez foi derivado do grego ὀξύς (oxús, que significa “sharp”) e -γενής (-genēs, que significa “produtor”). No entanto, era um nome errado, porque o elemento era pensado como sendo um constituinte na formação de todos os ácidos. O nome foi bem estabelecido que permaneceu até agora mesmo depois de ter sido descoberto que não era verdade.

Importância Biológica

Em biologia, o oxigênio desempenha um papel crucial em vários processos bioquímicos e fisiológicos. É o elemento mais abundante (65% em massa) no corpo humano, seguido por: carbono (18,5%), hidrogênio (9,5%), nitrogênio (3,2%), cálcio (1,5%), e fósforo (1%).

Respiração

Em humanos e outros vertebrados terrestres, o oxigénio (O2) entra no corpo através dos pulmões, e depois liga-se à hemoglobina dos glóbulos vermelhos para ser administrado a várias partes do corpo. O dio-oxigénio separa-se da hemoglobina e entra nos tecidos por difusão. Por sua vez, o dióxido de carbono é coletado para ser levado aos pulmões para ser liberado fora.

O oxigênio entra na célula para ser usado pelas mitocôndrias para gerar ATP através da respiração celular. Ele atua como o acetor final de elétrons na cadeia de transporte de elétrons durante a fosforilação oxidativa. A reação global da respiração celular é: C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + 2880 kJ/mol.

Desde que utiliza oxigénio, o processo é descrito como aeróbico. A presença de oxigênio torna a respiração celular cerca de dez vezes mais eficiente em produzir ATP.

Função imunológica

Em humanos, peróxido de hidrogênio (H2O2), oxigênio singlet e íons superóxido são alguns dos ROS que ocorrem naturalmente como subprodutos do uso de oxigênio. Eles são usados para destruir patógenos, e portanto têm uma função imunológica.

Fotossíntese

Fotoautotrofos, tais como cianobactérias, algas verdes, e plantas, produzem oxigênio através da fotossíntese. A fórmula geral do processo é:
6 CO2 + 6 H2O + fótons → C6H12O6 + 6 O2
Dióxido de carbono, água e fótons são necessários para produzir glicose e O2. O oxigênio é eventualmente liberado na atmosfera.

Oxigenoterapia

O oxigênio também é considerado como tendo um papel terapêutico, especialmente no tratamento ou manejo de tecidos isquêmicos. A oxigenoterapia, a utilização de oxigénio para tratamento médico, é utilizada para tratar condições com baixo consumo de oxigénio, tais como pneumonia e enfisema. O oxigênio (O2) pode ser tóxico a altas pressões parciais (<50 kilopascals). Pode levar a problemas de saúde e convulsões.

História Geológica do Oxigênio

3,85 a 2,45 bilhões de anos atrás, ainda não havia oxigênio livre na atmosfera da Terra e a maioria das partes oceânicas eram anóxicas. O oxigénio livre começou a existir na atmosfera quando os organismos fotossintéticos evoluíram. Acredita-se que isto tenha ocorrido há cerca de 3,5 bilhões de anos atrás. Através da fotossíntese, eles utilizaram dióxido de carbono, água, e fótons para produzir açúcares. O oxigênio produzido da fotossíntese também foi descartado como um produto residual.
Em 2,45 a 1,85 milhões de anos atrás, o nível de oxigênio começou a aumentar significativamente. Grande parte do oxigênio livre produzido pelos organismos foi absorvido pelos oceanos e rochas do fundo do mar. A acumulação de oxigênio induzida biologicamente tem sido referida como o Grande Evento de Oxigenação. Supõe-se que tenha ocorrido durante o período Sideriano (2,5-2,3 bilhões de anos atrás) da Era Paleoproterozóica. O acúmulo significativo de oxigênio livre causou a extinção de muitos anaeróbios obrigatórios.

O oxigênio livre começou a sair dos oceanos há 1,85 a 0,85 bilhões de anos. As superfícies terrestres absorveram grande parte dele. A partir daí até hoje, o oxigênio livre acabou se acumulando na atmosfera, especialmente quando os reservatórios de oxigênio foram preenchidos. A evolução dos organismos que poderiam metabolizar o oxigénio travou o incremento do oxigénio livre disponível.

No período Carbonífero (358,9-298,9 milhões de anos atrás) da era Paleozóica, o nível de oxigénio na atmosfera subiu para 35% em volume. Pensava-se que isto tinha sido um factor na evolução dos insectos e anfíbios de grande porte. Também se supunha que a disponibilidade de oxigênio levou à diversidade dos organismos aeróbicos.4

Ciclo do Oxigênio

O oxigênio é o terceiro elemento mais abundante no universo, depois do hidrogênio e do hélio. Ele, portanto, ocorre amplamente e é ciclado na Terra. O ciclo do oxigênio é um dos ciclos biogeoquímicos na Terra, sendo convertido de uma forma para outra.

Os quatro principais reservatórios de oxigênio são a atmosfera, hidrosfera, litosfera e biosfera. A litosfera é o maior reservatório, particularmente dentro dos minerais silicato e óxido na crosta e manto da Terra. Na atmosfera, o oxigênio ocorre predominantemente como dioxigênio. Também tem outras moléculas oxigenadas, tais como ozono (O3), CO2, H2O (como vapor de água), e outros óxidos. A alta concentração de ozônio é responsável pela formação do escudo UV, chamado camada de ozônio, na estratosfera. Na hidrosfera, o oxigênio ocorre em moléculas de água, em ácidos carbônicos, e como oxigênio livre. Uma importante fonte de oxigênio é da biosfera como subproduto do processo biológico, a fotossíntese. A fotólise também forma oxigênio. Ela decompõe a água e o óxido nitroso para liberar oxigênio livre na atmosfera, enquanto hidrogênio e nitrogênio, no espaço. Animais marinhos com conchas de carbonato de cálcio também servem como uma fonte biológica. Quando morrem, o carbonato de cálcio na sua casca torna-se incorporado nas rochas sedimentares calcárias.

O oxigénio livre da atmosfera é metabolizado por animais aeróbicos para a respiração. E ao fazê-lo, eles liberam dióxido de carbono.

A litosfera absorve o oxigênio livre da atmosfera na meteorologia química, como na formação de ferrugem.

Leia:

• Transporte de Oxigênio na fotossíntese do Sangue
• Respiração de Células – Tutorial Online de Biologia

1. Papanelopoulou, F. (2013). “Louis Paul Cailletet”: A liquefacção do oxigénio e o surgimento da pesquisa a baixa temperatura”. Notas e Registros da Royal Society of London. 67 (4): 355-73. doi:10.1098/rsnr.2013.0047
2. Roder, H. M. (1978). “The molar volume (densidade) de oxigênio sólido em equilíbrio com vapor”. Journal of Physical and Chemical Reference Data (Diário de Dados de Referência Física e Química). 7 (3): 949. doi:10.1063/1.555582
3. Joseph Priestley, Discoverer of Oxygen National Historic Chemical Landmark – American Chemical Society. (2015, 1 de janeiro). Obtido em www.acs.org/content/acs/en/education/whatischemistry/landmarks/josephpriestleyoxygen.html
4. Hickey, H. (2015, 1 de janeiro). O oxigênio forneceu um sopro de vida que permitiu que os animais evoluíssem. Obtido de www.washington.edu/news/2015/12/18/oxygen-provided-breath-of-life-that-allowed-animals-to-evolve/