Oxígeno

Oxígeno Información general Nombre,símbolo,número: Oxígeno,O,8 Serie química: No metales Grupo,período,bloque: VIA,2,p Densidad: 1,429 g/L Apariencia: gas incoloro Propiedades atómicas Radio medio: 60 pm Radio atómico(calc): 48 pm Radio covalente: 73 pm Radio de van der Walls: 152 pm Configuración electrónica: [He] 2s2 2p4 Electrones por nivel de energía: 2,6 Estado(s) de oxidación: -2 Raros: -1, +1, +2 Estructura cristalina: Cúbica Propiedades físicas Estado ordinario: gas Punto de fusión: 50,35 K Punto de ebullición: 90,18 K Entalpía de vaporización: 3,4099 kJ/mol Entalpía de fusión: 0,22259 kJ/mol Velocidad del sonido: 317,5 m/s

El oxígeno es uno de los elementos más importantes de la química orgánica, es vital en el ciclo energético de los seres vivos y esencial en la respiración celular de los organismos aeróbicos. Es más Electronegativo que cualquier otro elemento, excepto el Flúor y forma compuestos con todos menos con los Gases inertes.

Historia

El oxígeno no se reconoció hasta finales del siglo XVIII. Quién primero lo preparó fue Scheele, un químico sueco, en 1772. Lo identificó como uno de los principales constituyentes del aire y lo llamó aire de fuego y aire de vitriolo. No obstante, a quien se considera generalmente como su descubridor es a Priestley, puesto que publicó sus resultados en 1774, mientras que Scheele retrasó su publicación hasta 1777. En su preparación original, Priestley calentó lo que hoy conocemos como óxido de mercurio, HgO, y observó el desprendimiento de un gas. A este gas lo denominó aire deflogistizado y observó que aumentaba la brillantez de una llama. Sin embargo, fue Lavoisier quien reconoció en el nuevo gas un elemento y lo llamó oxígeno en 1777(del griego oxy genes formador de ácidos).

Abundancia y estado natural

Es el elemento más abundante de la corteza terrestre, tanto en masa como en número de átomos: constituye el 49,5 % de la masa cortical del planeta. Los átomos de oxígeno son más numerosos que los de todos los demás elementos juntos.
Libre, se encuentra en la atmósfera formando moléculas O₂ . El aire contiene un 20 % de oxígeno en volumen; es decir, de cada 100 moléculas de gases atmosféricos, 20 son de oxígeno. En masa constituye el 21 % de la del aire; esto es, de cada 100 g de aire, 21 son de oxígeno.
Combinado, el oxígeno forma parte de numerosos minerales, del agua, el 88,8% del agua pura es oxígeno, constituye el 85,8% del peso de los océanos y de todos los seres vivos.
Los más abundantes de los minerales que contienen oxígeno son los que incluyen además silicio; el más sencillo de los cuales es la sílice, SiO₂, principal constituyente de la arena. Entre los que carecen de silicio, el que más abunda es el CaCO₃ . En la materia viva el oxígeno está combinado con los elementos carbono, azufre, nitrógeno o hidrógeno.

Obtención

Las fuentes industriales para obtener oxígeno son el aire y el agua.

• A partir del aire: Se extrae el oxígeno por licuefación y ulterior destilación fraccionada. El aire consta del 21% de oxígeno, 78% de nitrógeno y 1% de argón, neón, dióxido de carbono y vapor de agua. Primeramente se separan del aire estos dos últimos compuestos; a continuación se comprime, se enfría y se deja expandir, hasta que se produce la licuefación y se obtiene aire líquido. Después, este se deja evaporar parcialmente, con lo cual se vaporiza el nitrógeno, cuyo punto de ebullición es más bajo, dejando un residuo enriquecido en oxígeno. Mediante repetición cíclica de este proceso se llega a preparar un oxígeno del 99,5% de pureza.
  
• A partir del agua: Se obtiene oxígeno muy puro por electrólisis, como subproducto en la preparación del hidrógeno.
  
• En los laboratorios: Se suele preparar por descomposición térmica del clorato de postasio KClO₃. La reacción

2KClO₃(s)= 2KCl(s) + 3O₂(g)

se cataliza por la presencia de distintas sustancias sólidas, tales como el dióxido de manganeso MnO₂, óxido de hierro (III), arena fina o vidrio en polvo. Se cree que la misión del catalizador es proporcionar una superficie suficiente para que pueda producirse el desprendimiento del oxígeno gaseoso.

Formas alotrópicas

El oxígeno presenta tres formas alotrópicas:

• El dioxígeno, que contiene dos átomos por molécula y cuya fórmula es O₂
• El trioxígeno (ozono), que contiene tres átomos por molécula y cuya fórmula es O₃
• El tetraoxígeno, una forma no magnética azul pálida, que contiene cuatro átomos por molécula, cuya fórmula es O₄ y que se descompone fácilmente en oxígeno ordinario

Características del ozono

Es un gas azulado a temperatura ordinaria, más reactivo que el oxígeno ordinario y sus puntos de fusi

Molécula de ozono

ón y ebullición son mayores que los de la molécula de dioxígeno, lo que indica que las fuerzas intermoleculares son de mayor magnitud. Es muy poco soluble en agua y tiene un fuerte olor. Su nombre procede de la raíz griega ozein; podemos olerlo. Es termodinámicamente inestable y se descompone formando O₂.
Se puede formar a partir de oxígeno en un arco eléctrico, como el descargador a distancia de un motor eléctrico, también por la acción de la luz ultravioleta sobre el oxígeno; esto explica el aroma " fresco del aire durante las tormentas eléctricas". Es una molécula diamagnética, extremadamente tóxica (máxima exposición 0.1 ppm). Se produce en zonas con un alto voltaje fotocopiadoras, impresoras láser, etc) y es causante de dolores de cabeza en ambientes de oficina. Sin embargo su presencia en la troposfera nos protege de la radiación ultravioleta.

Propiedades químicas

El oxígeno es un no-metal moderadamente activo, cuya electronegatividad ocupa el segundo lugar entre todos los elementos. Se combina directamente con todos los elementos, excepto con los metales nobles, como plata, oro, y platino. Entre los no metales, no se combinan directamente con el oxígeno los gases nobles del grupo VIIIA y los halógenos del grupo VIIA, altamente electronegativo, reacciona con facilidad con el carbono, azufre y fósforo.

Formación de óxidos metálicos o básicos

Aunque la oxidación es lenta, si se calienta un metal, pude producirse la combustión. El sodio arde fácilmente en el aire, formando, en lugar del óxido, el peróxido.

2Na_(s) + O_2(g) = Na₂O_2(s)

El magnesio y los alcalinos-térreos del grupo II se oxidan o arden formando los óxidos normales.

2Mg_(s) + O_2(g) = 2MgO_(s)

El polvo del aluminio arde violentamente en el aire.

4Al_(s) + 3O_2(g) = 2Al₂O_3(s)

El hierro se oxida formando el familiar óxido de hierro (III).

4Fe_(s) + 3O_2(g) = 2Fe₂O_3(s)

Formación de óxidos ácidos

Los óxidos de los metales son óxidos ácidos. El carbono, el azufre y fósforo arden fácilmente, formando dióxido de carbono, dióxido de azufre y pentóxido de difósforo, respectivamente:

C_(s) + 0_2(g) = C0_2(g) S_8(s) + 160_2(g) = 8SO_2(g) P_4(S) + 50_2(g) = 2P₂0_5(s)

Combustión del hidrógeno

La combustión del hidrógeno es un reacción fuertemente exotérmica:

2H_2(g) + 0_2(g) = 2H₂0_(l)

Combustión del carbono y sus compuestos

Este elemento forma dos óxidos: el monóxido, CO y el dióxido, CO₂. El primero contiene, relativamente, más carbono y menos oxígeno que el último.

2C_(s) + 0_2(g) = 2CO_(g)

El suministro de oxígeno(aire) es abundante, el monóxido arde, a su vez, produciendo el dióxido:

2CO_(g) + 0_2(g) = 2CO_2(g)

Aplicaciones

El dioxígeno tiene un buen número de aplicaciones en el mundo moderno. Se utiliza por ejemplo en medicina en la respiración asistida de los pacientes; en todos los hospitales encontraremos grandes depósitos de oxígeno líquido. Además, es esencial en el proceso de combustión de azúcares mediante el cual la mayor parte de los seres vivos obtienen energía:

6CO₂(g) + 6H₂O + energía → C₆H₁₂O₆(s) + 6O_2(g)

La mayor parte del oxígeno (80% de la producción mundial) se destina a la industria del hierro y del acero (proceso Bessemer). Cada tonelada de acero necesita para su obtención de 3/4 tn de oxígeno. Otros usos:

• preparación de TiO₂ a partir de TiCl₄
• oxidación del NH₃ en la fabricación de HNO₃
• combustible (oxidante) en cohetes espaciales
• producción gas de síntesis (CO + H₂O)
• oxidación directa de etileno a óxido de etileno
• fabricación de explosivos.

Fuentes

• Frédéric Guérin, En busca de las partículas elementales, Diario del CNRS, 1984.
• Grignard Victor, Compendio de Química Orgánica, Ed. Masson, 1958
• Jacquier R., Del átomo a la vida, 441 pp., Ed. Amphora, 1961.
• Jacquier R., Ensayo sobre una mecánica universal, 1981, 214 pp., Imp. Corbasienne – Rhône
• Jumber, Oxígeno, curso de física, academia de Nancy-Metz.
• Karrer, Tratado de química orgánica, Edition du Griffon, 965p., 1946
  

Enlaces externos

• Filtro de oxigeno, respira mejor
• Generadores de Ozono
• Análisis de los elementos de la Tabla Periódica
• Oxígeno
• El ozono, O3
• Oxigeno
• OXIGENO
• PROPIEDADES PARTICULARES DEL OXIGENO SEGUN RENE JACQUIER