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Accueil > Science pour tous > 2019 - Année internationale du tableau périodique des éléments > Tous les éléments présentés

Oxygène

L’oxygène est un gaz incolore et inodore, légèrement soluble dans l’eau présent sous forme dioxygène (O2) libre dans l’atmosphère. C’est l’élément le plus abondant dans l’Univers, après l’hydrogène et l’hélium. Il est également abondant sous forme combinée avec les autres éléments : l’eau (H2O), le dioxyde de carbone (CO2), les silicates et carbonates (roches et minerais).
Le dioxygène représente 21 % de l’atmosphère terrestre. Sa présence depuis 2 milliards d’années provient de la photosynthèse de certaines algues, l’énergie solaire permettant à l’eau de se transformer chimiquement en dioxygène et dihydrogène. Le dioxygène est indispensable à la majorité des êtres vivants (de la bactérie aux mammifères), et retourne à l’atmosphère sous forme de dioxyde de carbone CO2.
L’oxygène combiné (eau, sucres, molécules organiques) représente environ les 2/3 de la masse du corps humain et près de 50 % de l’écorce terrestre (calcaire, sables, granites, argiles...).
Le dioxygène (gaz) est obtenu principalement par distillation de l’air liquide et stocké sous forte pression.

Etymologie  : « Nous avons donné à la base de la portion respirable de l’air le nom d’oxygène, en le dérivant de deux mots grecs oxis, acide et geinomai, j’engendre, parce qu’en effet une des propriétés les plus générales de cette base 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. »
A.L. Lavoisier, 1777.

Antoine Laurent Lavoisier (1743–1794) et sa femme, œuvre de Jacques Louis David
Crédit : domaine public, collection Metropolitan Museum of Arts

Origine  : Au coeur des étoiles ayant transformées une partie de leur hydrogène en hélium, quand le coeur est suffisamment chaud, lors du cycle CNO (voir page sur l’azote N), l’oxygène est créé par réaction entre le carbone et l’hélium.

Historique  : En 1774, l’anglais Joseph Priestley a recueilli le gaz formé par chauffage de l’oxyde de mercure (HgO) : il a noté que ce gaz activait la combustion de la bougie de son laboratoire. Indépendamment de Priestley, le suédois Scheele obtint du dioxygène en 1771, mais ne publia ses résultats que 6 ans plus tard. De son côté, Antoine Lavoisier affirma avoir découvert ce même gaz et proposa qu’il soit appelé oxygène, c’est-à-dire « générateur d’acide », le savant français pensant alors que l’élément oxygène était à la source de tous les acides connus. La paternité de la découverte de l’oxygène se doit d’être attribuée à ces trois scientifiques.

L’oxygène dans la vie courante  : Le gaz est employé en particulier dans la découpe ou soudure métallique à très haute température en combinaison avec l’acétylène (chalumeau oxyacétylénique).
La combinaison de trois atomes d’oxygène (O3) constitue l’ozone, gaz instable d’odeur piquante et toxique. Indésirable au niveau du sol, il joue un rôle majeur dans la stratosphère. Il est produit par l’action du rayonnement ultraviolet solaire de haute énergie (UV-C) sur le dioxygène présent. La « couche d’ozone » absorbe une grande partie du rayonnement UV nocif pour les êtres vivants.

Filtration des UV par la stratosphère. Crédit photo : NASA

L’oxygène à l’Institut UTINAM  :

Pour l’astrophysicien, l’oxygène est un élément qui a été formé au coeur des étoiles. En étudiant les abondances en oxygène au sein des étoiles géantes rouges, on peut classer les étoiles. On découvre ainsi qu’une population d’étoile dans la Voie Lactée, distribuée dans un disque épais, à des abondances en oxygène bien supérieures à celle du Soleil, qui est une étoile typique de la population dite "du disque mince". Les étoiles du disque épais se sont formées avant celles du disque mince. On tente de comprendre ainsi la formation et l’évolution de la Voie Lactée.

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Animation montrant, de façon simplifiée, comment s’est formée la Voie Lactée - Crédit photo : Institut UTINAM

Pour le chimiste, l’oxygène est au mieux un parasite, mais le plus souvent totalement indésirable. En effet, nombre de molécules se dégradent en présence de l’oxygène de l’air (que l’on pense simplement aux vitamines), certains réactifs peuvent même s’enflammer spontanément (caractère dit pyrophorique). Le chimiste est donc amené à travailler dans une atmosphère sans trace d’oxygène : en général, les opérations de laboratoire ou industrielles peuvent être réalisées sous atmosphère dite inerte, composée de diazote (N2) ou d’argon.