Introduction
L'oxygène est un élément fondamental de la vie et de la chimie de notre planète. Présent sous forme de gaz diatomique (O₂) dans l'atmosphère, il représente environ 21% de son volume et 46% de la masse de la croûte terrestre sous forme de minéraux. Sa capacité à réagir avec presque tous les autres éléments (oxydation) en fait un acteur central dans des processus aussi variés que la respiration cellulaire, la combustion, la corrosion des métaux et la formation des roches.
Description
L'oxygène (O) appartient au groupe des chalcogènes (groupe 16) du tableau périodique. C'est un non-métal très réactif, le deuxième élément le plus électronégatif après le fluor. Dans la nature, on le trouve principalement sous trois formes : le dioxygène (O₂), un gaz incolore et inodore essentiel à la vie aérobie ; l'ozone (O₃), une molécule triatomique présente dans la haute atmosphère qui nous protège des rayons UV ; et sous forme d'atomes individuels dans les composés (oxydes, silicates, carbonates, eau H₂O). Il possède plusieurs isotopes stables, dont l'oxygène-16 (le plus abondant), l'oxygène-17 et l'oxygène-18, utilisés comme traceurs en paléoclimatologie et géologie.
Histoire
Bien que nécessaire à la vie, l'oxygène n'a été isolé et identifié comme un élément distinct qu'au XVIIIe siècle. Le chimiste suédois Carl Wilhelm Scheele et le britannique Joseph Priestley le produisirent indépendamment vers 1772-1774, par chauffage d'oxydes métalliques. Priestley appela ce gaz qui ravivait les flammes et soutenait la vie 'air déphlogistiqué'. C'est le Français Antoine Lavoisier qui, comprenant son rôle dans la combustion et l'acidité, lui donna le nom d'oxygène en 1777, à partir des racines grecques 'oxus' (acide) et 'gennan' (engendrer), croyant à tort qu'il était un constituant de tous les acides. La découverte de l'oxygène a été une pierre angulaire de la révolution chimique qui a renversé la théorie du phlogistique.
Caracteristiques
Propriétés atomiques : Numéro atomique 8, masse atomique 15,999 u. Configuration électronique : 1s² 2s² 2p⁴. Il tend à gagner deux électrons pour atteindre la configuration stable du néon, formant ainsi l'ion oxyde O²⁻. Propriétés physiques : Point de fusion : -218,79 °C ; Point d'ébullition : -182,95 °C. Le dioxygène liquide et solide est de couleur bleu pâle. Il est paramagnétique (attiré par un aimant) en raison de la présence de deux électrons non appariés dans sa molécule O₂. Propriétés chimiques : Il forme des oxydes avec presque tous les éléments. La réaction avec les substances organiques (combustion) est fortement exothermique. Il est le principal accepteur d'électrons dans la chaîne respiratoire mitochondriale.
Importance
L'importance de l'oxygène est vitale et multiforme. Biologique : Il est indispensable à la respiration cellulaire aérobie, processus qui produit l'énergie (ATP) nécessaire au métabolisme des organismes complexes. Médical : L'oxygénothérapie est un traitement essentiel pour les insuffisances respiratoires. Industriel et technologique : Il est utilisé en sidérurgie (procédé Linz-Donawitz pour l'acier), en soudage et découpage au chalumeau oxyacétylénique, dans la fabrication de produits chimiques (éthylène oxyde, méthanol), et comme comburant pour les propergols de fusées. Environnementale : La Grande Oxydation, il y a environ 2,4 milliards d'années, a transformé l'atmosphère réductrice en atmosphère oxydante, permettant le développement de la vie complexe. Aujourd'hui, la production d'oxygène par la photosynthèse des plantes et du phytoplancton est un service écosystémique crucial.
