L’ossigeno è un elemento chimico non metallico noto sin dall’antichità come componente dell’aria e scoperto in purezza intorno al 1775-1780 da diversi studi. Il termine ossigeno deriva dal greco e significa “generatore di acidi”, infatti Lavoisier, che dimostrò la sua presenza nell’aria e nell’acqua, ipotizzava che tale elemento fosse presente in tutti gli acidi. In natura è un gas incolore, insapore e inodore e costituisce il 25% in peso dell’aria.
L’ossigeno si unisce a quasi tutti gli altri elementi, perché è il più elettronegativo di tutti (fatta eccezione per il fluoro). Costituisce quasi il 90% in peso dell’acqua e quasi il 50% della crosta terrestre. Intervenendo nella respirazione, è indispensabile per la vita degli animali e dei vegetali e viene prodotto dai vegetali con la fotosintesi clorofilliana. Costituisce il 65% del corpo di un uomo adulto. È presente in molti composti e partecipa a quasi tutte le reazioni di combustione. Fatta eccezione per gli alogeni e l’azoto, tutti i non metalli, infatti, possono bruciare nell’ossigeno, in particolare l’idrogeno, lo zolfo, il fosforo e il carbonio. Lo stesso vale per i metalli (eccetto l’oro e il platino), soprattutto per quelli alcalini e alcalinoterrosi, il magnesio, l’alluminio, lo zinco, il ferro, il rame e il piombo.
Indice
Proprietà chimiche
In condizioni di temperatura e pressione normali si presenta come gas costituito da due atomi (molecola O2).
- Simbolo: O
- Numero atomico: 8
- Serie: non metalli
- Gruppo, periodo: 16 (VIA), 2
- Densità: 1,429 kg/m³
- Peso atomico: 15,9994 u
- Configurazione elettronica: [He]2s22p4
- Struttura cristallina: cubica
- Stato della materia: gassoso (paramagnetico)
- Punto di fusione: −222,80 °C
- Punto di ebollizione: −182,97 °C
- Calore di fusione: 0,22259 kJ/mol
- Elettronegatività: 3,44 (Scala di Pauling)
- Calore specifico: 920 J/(kg·K)
- Conducibilità termica: 0,02674 W/(m·K)
Ossigeno – Composti principali
L’ossigeno forma composti con quasi tutti gli elementi grazie alla sua elevata elettronegatività. L’addizione lenta di ossigeno è detta ossidazione, mentre quella rapida è detta combustione e sviluppa notevoli quantità di calore in breve tempo.
Tra i composti di ossigeno più noti troviamo l’acqua (monossido di diidrogeno H2O) e l’acqua ossigenata (perossido di idrogeno H2O2) e tutti i minerali sono costituiti da composti di silicio e ossigeno. Per gli altri ossidi si vedano le schede dei vari elementi coinvolti.
Isotopi – Sono noti diversi isotopi dell’ossigeno, tuttavia soltanto tre di essi sono stabili: O-16, O-17 e O-18. Questi tre isotopi hanno ciascuno egual numero di protoni ed elettroni, ma differiscono per il numero di neutroni:
- l’isotopo O-16 è formato da formato da 8 protoni, 8 elettroni e 8 neutroni; è l’isotopo dell’ossigeno più abbondante in assoluto rappresentando circa il 99% dell’ossigeno presente sul nostro pianeta; è noto anche come “ossigeno leggero”;
- l’isotopo O-17 è formato da 8 protoni, 8 elettroni e 9 neutroni; è il più raro dei tre;
- l’isotopo O-18 è formato da 8 protoni, 8 elettroni e 10 neutroni; è noto anche come “ossigeno pesante.
L’ozono
L’ozono è un gas formato da tre molecole di ossigeno; la sua formula molecolare è infatti O3 (è quindi una forma allotropa dell’ossigeno; l’allotropia è la proprietà che una sostanza ha di esistere in diverse forme); fu scoperto nel 1839 da Christian Friedrich Schönbein, un chimico tedesco naturalizzato svizzero. L’ozono è una sostanza presente in grandi quantità nell’atmosfera terrestre dove viene prodotto grazie all’azione dei raggi ultravioletti sull’ossigeno.
L’ozono è un gas dal colore blu poco intenso che emana un odore piuttosto caratteristico (ricorda quello dell’aglio); liquefa alla temperatura di -111,9°C formando un liquido dal blu intenso; congela a -192,6°C formando un solido di colore violetto; la sua temperatura critica è di -5,16 °C.
L’ozono viene sfruttato in vari campi, in particolare in ambito industriale e in campo medico; in quest’ultimo settore viene utilizzato miscelandolo a O2 (si parla di ozono medicale, noto anche come O2-O3); la miscela è composta per il 97% da ossigeno e per il 3% da ozono.
L’ozonosfera è lo strato dell’atmosfera in cui si concentra la maggior parte dell’ozono; essa trattiene e assorbe parte dell’energia proveniente direttamente dal Sole, in particolare raggi ultravioletti. L’ozono si forma direttamente nella stratosfera: la radiazione UV-C “rompe” gli atomi di ossigeno che poi si aggregano in molecole di ozono.
Applicazioni
A livello industriale viene prodotto per distillazione frazionata dell’aria liquefatta e in passato veniva utilizzato per generare le fiamme ossidrica e ossiacetilenica. L’ossigeno biatomico (O2) viene impiegato, sotto forma liquida, come ossidante nella propulsione dei razzi dei veicoli spaziali; fra le applicazioni più importanti dell’O2 vanno ricordate l’ossigenoterapia e l’ossigenoterapia iperbarica in ambito ospedaliero e subacqueo. Viene impiegato anche come riserva d’aria negli aeroplani e nelle ascensioni alpinistiche ad alte quote. Altri utilizzi sono quelli per la produzione di acciaio e metanolo e per le saldature.
Le piante tramite la fotosintesi clorofilliana trasformano l’anidride carbonica in ossigeno
Biologia
L’ossigeno è un elemento indispensabile per la vita perché permette la respirazione ed è un componente della molecola dell’acqua e delle altre principali molecole organiche che costituiscono il corpo umano (proteine, DNA, carboidrati, lipidi ecc.). I carboidrati sono il macronutriente che contiene la maggiore quantità di ossigeno, fondamentale quindi per il metabolismo del corpo, perché permette la trasformazione del glucosio in energia. Questo elemento è poi fondamentale per il mantenimento dell’integrità delle cellule dei tessuti, che ne devono avere un apporto costante. Per le cellule cerebrali in particolare, dopo 4 minuti di mancanza di ossigeno inizia la necrosi (morte della cellula).
Il corpo umano ricava ossigeno dall’aria attraverso la respirazione, che si integra con il sistema circolatorio per trasportarlo nei tessuti. Alcune cellule superficiali, come quelle della cornea, possono assorbire invece direttamente l’ossigeno dall’aria.
L’ossigenoterapia è necessaria in caso di collasso cardiaco, insufficienza polmonare e qualsiasi condizione che determini carenza di ossigeno grave, e avviene tramite la somministrazione di miscele gassose ad alta concentrazione di ossigeno.
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