Oxygène

Ne doit pas être confondu avec Oxygen.

Cet article concerne l'élément chimique. Pour le corps simple O₂, voir Dioxygène. Pour les autres significations, voir Oxygène (homonymie).

Oxygène
Oxygène liquide dans un bécher.
Azote ← Oxygène → Fluor —     8 O                                                                                                                                                                                                                                                                                           ↑ O ↓ S Tableau complet • Tableau étendu
Position dans le tableau périodique
Symbole	O
Nom	Oxygène
Numéro atomique	8
Groupe	16
Période	2e période
Bloc	Bloc p
Famille d'éléments	Non-métal
Configuration électronique	[He] 2s2 2p4
Électrons par niveau d’énergie	2, 6
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique	15,9994 ± 0,0003 u[1] (atome O)
Rayon atomique (calc)	60 pm (48 pm)
Rayon de covalence	66 ± 2 pm[2]
Rayon de van der Waals	140 pm[3]
État(s) d’oxydation	-2, -1
Électronégativité (Pauling)	3,44
Énergies d’ionisation[4]
1re : 13,61805 eV	2e : 35,1211 eV
3e : 54,9355 eV	4e : 77,41353 eV
5e : 113,8990 eV	6e : 138,1197 eV
7e : 739,29 eV	8e : 871,4101 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD MeV 14O {syn.} 1,17677 min β+ 1,72 14N 15O {syn.} 2,0357 min β+ 1,72 15N 16O 99,762 % stable avec 8 neutrons 17O 0,038 % stable avec 9 neutrons 18O 0,2 % stable avec 10 neutrons 19O {syn.} 26,91 s β- 4,821 19F 20O {syn.} 13,51 s β- 3,814 20F
Propriétés physiques du corps simple
État ordinaire	gaz paramagnétique
Allotrope à l'état standard	Dioxygène O2
Autres allotropes	Ozone O3, oxygène singulet O2*, ozone cyclique O3, tétraoxygène O4, octaoxygène O8
Masse volumique	1,42763 kg·Nm-3 T.P.N. (molécule O2)
Système cristallin	Cubique
Couleur	incolore
Point de fusion	−218,79 °C
Point d’ébullition	−182,95 °C
Énergie de fusion	0,22259 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation	3,4099 kJ·mol-1
Température critique	−118,56 °C[1]
Pression critique	5,043 MPa[5]
Point triple	−218,79 °C[1]
Volume molaire	22,414×10-3 m3·mol-1
Vitesse du son	317 m·s-1 à 20 °C,5
Chaleur massique	920 J·kg-1·K-1
Conductivité thermique	0,02674 W·m-1·K-1
Divers
No CAS	17778-80-2
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
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L'oxygène est l'élément chimique de numéro atomique 8, de symbole O. C'est la tête de file du groupe des chalcogènes, souvent appelé groupe de l'oxygène. Découvert indépendamment en 1772 par le Suédois Carl Wilhelm Scheele à Uppsala et en 1774 par le Britannique Joseph Priestley en Wiltshire, l'oxygène a été nommé ainsi en 1777 par Antoine Lavoisier à Paris à partir du grec ancien ὀξύς / oxys (« aigu », c'est-à-dire ici « acide »), et γενής / genês (« générateur »), car Lavoisier pensait à tort que^[6] :

« Nous avons donné à la base de la portion respirable de l'air le nom d'oxygène, en le dérivant de deux mots grecs ὀξύς, acide et γείνομαι, j'engendre, parce qu'en effet une des propriétés les plus générales de cette base [Lavoisier parle de l'oxygène] est de former des acides en se combinant avec la plupart des substances. Nous appellerons donc gaz oxygène la réunion de cette base avec le calorique. »

Une molécule de formule chimique O₂, appelée communément « oxygène » et, par les chimistes, dioxygène est constituée de deux atomes d'oxygène reliés par liaison covalente : aux conditions normales de température et de pression, le dioxygène est un gaz, qui constitue 20,8 % du volume de l'atmosphère terrestre au niveau de la mer.

L'oxygène est un non-métal qui forme très facilement des composés, notamment des oxydes, avec pratiquement tous les autres éléments chimiques. Cette facilité se traduit par des énergies de formation élevées mais, cinétiquement, le dioxygène est souvent peu réactif à température ambiante. Ainsi un mélange de dioxygène et de dihydrogène, de fer ou de soufre, etc., n'évolue qu'extrêmement lentement.

C'est, en masse, le troisième élément le plus abondant de l'Univers après l'hydrogène et l'hélium, et le plus abondant des éléments de l'écorce terrestre ; l'oxygène constitue ainsi sur Terre^[7] :

• 86 % de la masse des océans, sous la forme d'eau ;
• 46,4 % de la masse de l'écorce terrestre, en particulier sous forme d'oxydes et de silicates ;
• 23,1 % de la masse de l'air, sous forme de dioxygène ou d'ozone, soit 1,2 × 10¹⁵ tonnes, soit près de 21 % du volume total de l'atmosphère ;
• 62,5 % de la masse du corps humain ;
• jusqu'à 88 % de la masse de certains animaux marins.

La Terre était à l'origine dépourvue de dioxygène. Celui-ci s'est formé grâce à la photosynthèse réalisée par les végétaux, les algues et les cyanobactéries, ces dernières étant apparues il y a peut-être 2,8 milliards d'années^[8]. Le dioxygène O₂ est toxique pour les organismes anaérobies, dont faisaient partie les premières formes de vie apparues sur Terre, mais est indispensable à la respiration des organismes aérobies, qui constituent la grande majorité des espèces vivantes actuelles. La respiration cellulaire est l'ensemble des voies métaboliques, telles que le cycle de Krebs et la chaîne respiratoire, alimentées par exemple par la glycolyse et la β-oxydation, par lesquelles une cellule produit de l'énergie sous forme d'ATP et du pouvoir réducteur sous forme de NADH + H⁺ et de FADH₂.

En s'accumulant dans l'atmosphère terrestre, le dioxygène O₂ issu de la photosynthèse a formé une couche d'ozone à la base de la stratosphère sous l'effet du rayonnement solaire. L'ozone est un allotrope de l'oxygène de formule chimique O₃ encore plus oxydant que le dioxygène — ce qui en fait un polluant indésirable lorsqu'il est présent dans la troposphère au niveau du sol — mais qui a la particularité d'absorber les rayons ultraviolets du Soleil et donc de protéger la biosphère de ce rayonnement nocif : la couche d'ozone a constitué le bouclier qui a permis aux premières plantes terrestres de quitter les océans il y a près de 475 millions d'années.