Oxygène
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2008-07-11T22:29:32Z
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{{autre4|l'élément chimique|les autres significations du mot « oxygène »}}
{{Élément/Oxygène}}
L''''oxygène''' est un [[élément chimique]] de la famille des [[chalcogène]]s, de [[liste des éléments par symbole|symbole]] O et de [[numéro atomique]] 8.
Nom masculin, formé du {{Étymologie|grec ancien|οξυ|rom=oxys|acide}} et [gennan] (engendrer).
L'oxygène représente environ<ref>[http://www.106.us/f/oxygene/index.htm Oxygene<!-- Titre généré automatiquement -->]</ref> :
* {{Unité|87|%}} de la masse des [[océan]]s, sous la forme d'[[eau]].
* 46,4 de la masse de la [[croûte terrestre]], en particulier sous forme d'[[oxyde]]s et de [[silicate]]s.
* {{Unité|23.1|%}} de la masse de l'[[air]], sous forme de [[dioxygène]] ou d'[[ozone]], soit 1,2.10<sup>15</sup> tonnes. Cela représente près de {{Unité|21|%}} du volume de total de l'atmosphère.
* {{Unité|62.5|%}} de la masse du corps humain.
* Jusqu'à {{Unité|88|%}} de la masse de certains animaux marins.
== L'oxygène dans l'atmosphère terrestre==
Dans des [[Atmosphère normalisée|conditions normales de température et de pression]], l'oxygène est un [[gaz]] diatomique : le [[dioxygène]], de formule chimique O<sub>2</sub>. C'est le cas dans l'[[Atmosphère (Terre)|atmosphère]] terrestre.
La molécule d'[[ozone]] (trioxygène) est un gaz métastable qui se trouve principalement dans les hautes couches de l'atmosphère où il contribue à la filtration des [[ultraviolet]]s qui frappent la Terre. Depuis quelques décennies, la concentration d'[[ozone]] dans l'air au niveau du sol augmente du fait des activités humaines. L'ozone est essentiellement produit par décomposition lors de journées chaudes des [[oxyde d'azote|oxydes d'azote]] issus de la combustion des [[carburant]]s fossiles sous l'effet des rayons solaires ultraviolets. L'ozone est très oxydant et [[Toxicologie|toxique]].
Si le dioxygène représente environ aujourd'hui {{Unité|21|%}} de l'air (en volume), au [[Carbonifère]], il a atteint {{Unité|30|%}}. L'augmentation de sa proportion dans l'atmosphère terrestre à cette époque est due à l'expansion massive des [[Département des Forêts|forêts]] sur la [[Pangée]], et à l'enfouissement massif des produits organiques qui sont devenus les gisements de [[Houille|charbons]]. <br>
L'apparition de la [[photosynthèse]] par les [[Cyanobacteria|cyanobactéries]] remonte aux éons les plus anciens, et introproduisit le dioxygène dans l'atmosphère de l'ordre de {{Unité|1|%}} à quelques % durant le [[précambrien]].
Il est indispensable au [[cycle de la vie]] : les végétaux dégagent du dioxygène par [[photosynthèse]] alors que la [[respiration]] des [[Animal|animaux]] et des [[Végétal|plantes]] en consomme. De plus, l'oxygène est un composant essentiel des [[molécule]]s qui se retrouvent dans tout être vivant: [[Acide aminé|acides aminés]], [[Glucide|sucres]], etc.
==Chimie de l'oxygène==
L'oxygène fut découvert par le pharmacien [[Suède|suédois]] [[Carl Wilhelm Scheele]] en [[1771]], mais cette découverte ne fut pas reconnue immédiatement. Aussi, la découverte indépendante faite par [[Joseph Priestley]] est plus connue. [[Antoine Lavoisier|Antoine Laurent Lavoisier]] l'a nommé en [[1774]].
L'oxygène est très [[électronégativité|électronégatif]]. Il forme facilement de nombreux [[sel (chimie)|composés ioniques]] avec les métaux ([[oxyde]]s, [[hydroxyde]]s). Il forme aussi des composés ionocovalents avec les non-métaux (exemples : le [[dioxyde de carbone]], le [[trioxyde de soufre]]) et entre dans la composition de nombreuses classes de molécules organiques, par exemple, les [[alcool (chimie)|alcools]] (R-OH), les [[Composé carbonylé|carbonylé]]s R-CHO ou R<sub>2</sub>CO et les [[acide carboxylique|acides carboxyliques]] (R-COOH).
==Industrie de l'oxygène==
L'oxygène est obtenu de manière industrielle principalement (à {{Unité|95|%}}) par séparation [[Cryogénie|cryogénique]] des composés de l'air, c'est à dire par une liquéfaction de l'air suivie d'une distillation fractionnée.
Les températures critiques de l'azote moléculaire N<sub>2</sub> (tc = - {{Unité|146.9|°C}}) et de l'oxygène moléculaire O<sub>2</sub> (tc = - {{Unité|118.4|°C}}) ne permettent pas la liquéfaction de l'air par simple compression. L'air doit donc être comprimé entre 5 et 7 bar, puis filtré, séché, décarbonaté par adsorption sur tamis moléculaires et enfin refroidi par échange thermique entre le gaz entrant et les gaz liquéfiés. Les pertes frigorifiques sont compensées par une détente de 5 à {{Unité|10|%}} du débit gazeux traité, dans une turbine dont le travail extérieur est récupérable.
La distillation, dans le procédé le plus utilisé, est effectuée dans une double colonne qui permet d'obtenir, en continu, des gaz purs. La première colonne (moyenne pression, 5 bar) réalise une première séparation de l'air en diazote gazeux pur (à {{Unité|99.999|%}}) au sommet et un liquide riche en dioxygène (environ {{Unité|40|%}}), à la base. Ce liquide est alors envoyé à mi-hauteur de la deuxième colonne de distillation (basse pression, 1,3 bar). Le dioxygène O<sub>2</sub> entre {{Unité|99.5|%}} et {{Unité|99.7|%}} est récupéré à la base de cette deuxième colonne. Il contient moins de 1 ppm de diazote, la principale impureté est l'[[argon]].
Les colonnes de distillation ont entre 1 et {{Unité|6|m}} de diamètre, et mesurent de 15 à {{Unité|25|m}} de hauteur. Elles sont en acier inoxydable ou en aluminium et comportent une centaine de plateaux. L'isolation thermique est réalisée avec de la perlite (sable de silice expansé). Le maintien en température des colonnes ne consomme que 6 à {{Unité|7|%}} de l'énergie totale dépensée.
La consommation en énergie est de {{Unité|0.4|kWh/m³}} de dioxygène O<sub>2</sub> gazeux, soit de 50 à {{Unité|60|%}} du prix de revient.
Environ {{Unité|5|%}} de l'oxygène industriel est produit par un autre procédé, non cryogénique, appelé VPSA (Vacuum Pressure Swing Adsorption) ou adsorption par alternance de pression et vide :
L'air est pris dans l'air ambiant à la pression atmosphérique. Après séchage et épuration par filtration, cet air passe dans une colonne de [[zéolite]]s qui adsorbent plus rapidement le diazote N<sub>2</sub> que le dioxygène O<sub>2</sub>. Les zéolites peuvent fixer 10 litres de diazote par kilogramme. Lorsqu'elles sont saturées, l'air est envoyé sur une seconde colonne, pendant que le diazote de la première colonne désorbe sous vide. La pureté de dioxygène obtenu ainsi par élimination du diazote de l'air peut atteindre 90 à {{Unité|95|%}}. Ce dioxygène contient encore {{Unité|4.5|%}} d'argon qui comme le dioxygène n'est pas adsorbé. La consommation d'énergie est de 0,4 à {{Unité|0.5|kWh/m³}} de dioxygène. Cette méthode est de plus en plus employé dans les procédés industriels dont les besoins sont inférieurs à 100 tonnes/jour, ainsi que dans les respirateurs utilisés à domicile.
L'oxygène produit est transporté :
* sous forme liquide ou gazeuse par des canalisations appelées [[oxyduc]]s ou [[Oxyduc|oxygénoducs]]
* sous forme gazeuse comprimée dans des bouteilles ou réservoirs en acier à 200 bar
* sous forme liquide, en camions citernes.
En 1995, huit compagnies dans le monde fabriquaient la quasi totalité de l'oxygène industriel :
* Air Liquide (France) : {{Unité|17|%}}
* BOC (Royaume-Uni) : {{Unité|14|%}}
* Praxair (Etats-Unis) : {{Unité|14|%}}
* Air Products (Etats-Unis) : {{Unité|8|%}}
* Nippon Sanso (Japon) : {{Unité|7|%}}
* AGA (Suède) : {{Unité|7|%}}
* Messer (Allemagne) : {{Unité|6|%}}
* Linde (Allemagne) : {{Unité|6|%}}
Les principaux pays producteurs en 1996, était :
* Etats-Unis : 27 millions de tonnes
* Japon : 12,7 millions de tonnes
* France : 3,23 millions de tonnes
Dans le monde, la production totale était de l'ordre de 100 millions de tonnes en 1996, soit 1/10 millionnième du dioxygène de l'atmosphère.
== Utilisation de l'oxygène 18 ==
L'isotope <sup>18</sup>O est utilisé pour connaitre la température dans une région à un moment donné.
Il faut savoir que la composition isotopique de l'[[eau]] (H<sub>2</sub>O) varie en fonction de la température de l'atmosphère. En effet, l'atome <sup>18</sup>O étant plus lourd que l'atome <sup>16</sup>O, H<sub>2</sub><sup>18</sup>O va se condenser plus rapidement en eau ou en glace que le H<sub>2</sub><sup>16</sup>O (dans le nuage).
Plus le rapport H<sub>2</sub><sup>18</sup>O / H<sub>2</sub><sup>16</sup>O est grand, plus la température est basse.
Les scientifiques peuvent connaitre le rapport H<sub>2</sub><sup>18</sup>O / H<sub>2</sub><sup>16</sup>O en étudiant les glaces (principalement en [[Arctique]] et en [[Antarctique]]) à l'aide de carottes de glace et en déduire ainsi la température qu'il régnait lors de la formation de cette couche de glace.
Ce procédé est très utile pour confirmer ou infirmer une théorie sur les changements climatiques naturels terrestres comme les [[paramètres de Milanković]].
== Références ==
<references/>
== Voir aussi ==
{{Wiktionnaire|oxygène|oxygène}}
{{Commons|oxygene|oxygène}}
*[[Dioxygène]]
*[[Médecine hyperbare]]
*[[Oxygénothérapie normobare]]
*[[Combustion]]
*[[Réaction d'oxydo-réduction|Oxydation]]
*[[Tableau périodique des éléments]]
*[[Oxyduc]]
{{ElementsChimiques}}
{{portail chimie}}
{{Lien BA|de}}
{{Lien BA|en}}
[[Catégorie:Élément chimique]]
[[Catégorie:Non-métal]]
[[Catégorie:Chalcogène]]
{{Lien AdQ|en}}
[[af:Suurstof]]
[[als:Sauerstoff]]
[[ar:أكسجين]]
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