L’oxygène
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par Ron Kurtus (révisé le 4 avril 2018)
L’oxygène est un élément chimique de numéro atomique 8. C’est un gaz incolore qui est essentiel à la vie telle que nous la connaissons. Étant légèrement soluble dans l’eau, il favorise également la vie hydrique. L’oxygène se combine avec de nombreux autres éléments par le processus d’oxydation. C’est l’élément le plus abondant que l’on trouve sur Terre et représente 21% de l’atmosphère.
En tant que composé, l’oxygène est présent dans l’eau, dans les plantes et les animaux, et dans une grande partie de la matière solide qui compose la terre. Des milliers de composés contiennent de l’oxygène, ainsi que du carbone, de l’hydrogène et d’autres éléments. L’oxygène peut être préparé en chauffant certains composés oxygénés, par électrolyse ou par liquéfaction de l’air.
Les questions que vous pourriez avoir incluent:
- Quelles sont les propriétés de l’oxygène?
- Où se trouve l’oxygène dans la nature?
- Comment l’oxygène est-il préparé ou séparé?
Cette leçon répondra à ces questions.
Propriétés de l’oxygène
Le numéro atomique de l’oxygène est 8, ce qui signifie qu’il a 8 protons dans son noyau. Son poids atomique ou sa masse atomique est d’environ 16 pour l’isotope le plus courant de l’oxygène (16O) qui constitue 99,76% de l’oxygène présent dans la nature. Les autres isotopes stables de l’oxygène sont 17O et 18O.
(Voir Isotopes pour plus d’informations à ce sujet.)
L’oxygène est un gaz incolore, inodore et insipide légèrement plus lourd que l’air. Il est essentiel pour maintenir la vie de tous les êtres vivants.
L’oxygène gazeux est toujours considéré comme une molécule d’O2. L’atome d’oxygène n’est presque jamais vu par lui-même. Dans certains cas, trois atomes d’oxygène se combinent pour former de l’ozone
(O3). L’ozone est important dans la haute atmosphère pour empêcher les rayons ultraviolets agressifs de nuire aux êtres vivants. Proche de la Terre, l’ozone est considéré comme un irritant pour la respiration et une partie de la pollution de l’air.
Il n’est que légèrement soluble dans l’eau. Bien que seule une petite quantité d’oxygène se dissout dans l’eau — environ 4 parties d’oxygène pour 100 parties d’eau. Cette quantité d’oxygène dans l’eau est suffisante pour répondre aux besoins vitaux du grand nombre d’êtres vivants qui habitent nos océans, nos lacs et nos rivières.
Bien que l’oxygène soit un gaz à des températures normales, il peut être liquéfié par un froid extrême. À une température de -183 ° C, l’oxygène se transforme en un liquide bleu pâle. À -219 ° C, l’oxygène liquide devient un solide blanc bleuté.
Lorsqu’ils sont suffisamment chauffés à l’air, de nombreux matériaux se combinent avec l’oxygène de l’air et brûlent. Si elle est placée dans de l’oxygène pur, la combustion et l’oxydation peuvent être assez intenses. Des exemples de matériaux communs se combinant avec de l’oxygène incluent:
C +O2 → CO2 (dioxyde de carbone)
S + O2 → SO2 (dioxyde de soufre)
3Fe + 2O2 → Fe3O4 (oxyde de fer ou rouille)
(Voir Oxydation pour plus d’informations à ce sujet.)
Présence d’oxygène dans la nature
L’oxygène est le plus abondant de tous les éléments présents dans la nature. Il se produit à la fois sous forme de gaz et également dans le cadre d’un grand nombre de composés.
L’oxygène gazeux se trouve principalement dans l’atmosphère, qui contient environ 21% d’oxygène en volume, ainsi que 78% d’azote et de petites quantités d’autres gaz. On trouve également de l’oxygène dissous dans l’eau.
En tant que composé, l’oxygène est présent dans l’eau, dans les substances végétales et animales et dans le matériau solide qui compose la terre. Des milliers de composés, tels que l’amidon, la cellulose, le sucre, les graisses et les protéines contiennent de l’oxygène associé au carbone, à l’hydrogène et à d’autres éléments.
D’énormes quantités d’oxygène sont combinées avec des éléments qui composent le sable, le calcaire et d’autres roches et matériaux trouvés dans la terre.
Préparation de l’oxygène
La découverte de l’oxygène a été faite en 1774 par Joseph Priestley lorsqu’il a chauffé l’oxyde rouge de mercure (oxyde mercurique ou HgO) pour créer une petite quantité du gaz.
2HgO → 2Hg +O2
Remarque: O2signifie qu’il s’agit d’un gaz
Méthodes de laboratoire
Une méthode courante pour créer ou préparer de l’oxygène en laboratoire implique la décomposition du chlorate de potassium (KClO3). Lorsque le chlorate de potassium est chauffé, il fond d’abord puis bout, abandonnant son oxygène. L’équation pour cette réaction est :
2KClO3 → 2KCL + 3O2
Une autre méthode de laboratoire implique l’action de l’eau sur le peroxyde de sodium (Na2O2) donnant de l’oxygène et de l’hydroxyde de sodium (NaOH). Comme cette réaction peut être violente, on laisse couler lentement l’eau d’un entonnoir sur du peroxyde de sodium solide dans un flacon. La méthode de collecte de l’oxygène consiste à le faire passer dans un tube et à le faire bouillonner dans une bouteille de collecte remplie d’eau.
2Na2O2 + H2O → 4NaOH + O2
Méthodes commerciales
Une méthode commerciale de préparation de l’oxygène implique l’électrolyse de l’eau, qui consiste à briser le composé de l’eau au moyen d’un courant électrique. Un acide dilué, tel que l’acide sulfurique, est ajouté à l’eau pour en faire un conducteur d’électricité. Le courant continu traverse ensuite la solution et l’eau est décomposée en gaz d’oxygène et d’hydrogène.
L’oxygène s’accumule dans un tube d’eau contenant l’électrode positive (+) (anode) au niveau de l’hydrogène s’accumule dans un tube d’eau contenant l’électrode négative (-) (cathode).
2H2O → H2 + O2
Une autre méthode commerciale implique la distillation de l’air liquide. Lorsque l’air est appliqué à haute pression et à basse température, il peut être liquéfié. Comme il est permis de se réchauffer, l’azote — qui a un point d’ébullition plus bas que l’oxygène — s’échappe sous forme de gaz, laissant de l’oxygène presque pur sous forme liquide. Il peut ensuite être stocké sous forme liquide ou sous forme de gaz comprimé dans des récipients métalliques.
Résumé
L’oxygène est un gaz incolore essentiel à la vie. Il est légèrement soluble dans l’eau et soutient également la vie hydrique. L’oxygène se combine avec de nombreux autres éléments par le processus d’oxydation. C’est l’élément le plus abondant que l’on trouve sur Terre et représente 21% de l’atmosphère. En tant que composé, l’oxygène est présent dans l’eau, les êtres vivants et une grande partie de la matière solide qui compose la terre. L’oxygène peut être préparé en chauffant certains composés oxygénés, par électrolyse ou par liquéfaction de l’air.
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