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.