Oxígeno

ISO: isótopo
NA: abundancia en la naturaleza
TD: vida media
DM: modo de decaimiento
DE: energía de desintegración en MeV
DP: producto de descomposición

El oxígeno es un elemento químico con número atómico 8 ( símbolo O ). Es parte del grupo 16 elementos de la tabla periódica y es un agente no metálico ( oxidante ) altamente reactivo que forma fácilmente óxidos y otros compuestos con la mayoría de los elementos. ^[3] En masa , es el tercer elemento más abundante en el universo ^[1] después del hidrógeno y el helio . ^[3] Su isótopo más estable tiene el número de masa 16.

A temperatura y presión estándar, dos átomos del elemento de enlace para formar una molécula de dioxígeno ( fórmula química O _2), un incoloro e inodoro gas que compone 20,8% de la tierra 's atmósfera (oxígeno es químicamente demasiado reactivo para seguir siendo un elemento libre en el aire ^[4] ); unido a otros elementos, es el elemento químico más común en la corteza terrestre , representa aproximadamente el 47% de su masa ^[5] , y también ingresa a la molécula de agua.

El oxígeno es esencial para la vida de la mayoría de los seres vivos, ya que es necesario para respirar ; además, las principales clases de moléculas orgánicas presentes en los organismos vivos, como proteínas , ácidos nucleicos , carbohidratos y lípidos , contienen oxígeno.

En las actividades humanas se usa comúnmente para la terapia de oxígeno , el sistema de soporte vital de aviones , submarinos y naves espaciales , para actividades recreativas bajo el agua , como propulsor de cohetes . También entra en procesos de producción de acero y plástico , soldadura fuerte , soldadura y corte de algunos metales.

Fondo

El oxígeno fue descubierto por el farmacéutico sueco Carl Wilhelm Scheele en 1771, pero el descubrimiento no fue reconocido de inmediato; en cambio, el realizado en 1774 por Joseph Priestley recibió inmediatamente el reconocimiento público. En 1777 Antoine-Laurent de Lavoisier dio el nombre al elemento ^[6] , que deriva del griego ὀξύς, oxýs , "ácido" (literalmente: "puntiagudo") y la raíz γεν-, ghen- , que significa "generar ". ^[7] ^[1] Esto se debe a que en el momento del nombre se creía erróneamente que entraba en la composición de todos los ácidos . Ese mismo año, Scheele lo reconoció como un componente del aire . En 1781 Lavoisier comprobó su función para los fenómenos de respiración y combustión .

Isótopos

El oxígeno tiene tres isótopos estables con números de masa 16, 17 y 18, y diez isótopos radiactivos . Todos los radioisótopos tienen tiempos de desintegración de menos de tres minutos.

Sin embargo, la masa atómica del oxígeno es menor de 16, a pesar de que el isótopo ¹⁶ O está presente en aproximadamente el 99%, porque se eligió el carbono-12 como referencia para el cálculo de las masas y por razones relativistas hay un defecto de masa en la síntesis de los elementos más pesados. De hecho, la formación del núcleo se produce con una disminución de la masa y una liberación de energía, provocada por la fusión nuclear .

Alótropos

Oxígeno diatómico

A temperatura y presión estándar , el oxígeno está en forma de gas que consta de dos átomos (oxígeno diatómico). Se indica como: O ₂ ( número CAS : 7782-44-7 ). Esta sustancia es un componente importante del aire , se produce constantemente en la fotosíntesis de clorofila de las plantas por el agua y el dióxido de carbono , y es necesaria para la respiración de los seres vivos.

La especie O _{2 se} llama frecuentemente e incorrectamente "oxígeno" para la sinécdoque ; Para una nomenclatura inequívoca e inequívoca, además de oxígeno diatómico, también se pueden utilizar los siguientes términos: oxígeno molecular, oxígeno diatómico y oxígeno.

El oxígeno diatómico O ₂ , en estado líquido y sólido , tiene un color azul y es altamente paramagnético . La teoría de los orbitales moleculares explicó el fenómeno del paramagnetismo y confirmó que el enlace debe considerarse doble: los dos electrones menos unidos en O ₂ ocupan orbitales degenerados de simetría π y tienen espines paralelos. Esto conduce a un estado fundamental de triplete que da como resultado una inercia cinética extraordinaria en las reacciones de oxidación de moléculas orgánicas diamagnéticas porque estas reacciones tienen lugar sin la conservación del número cuántico total de espín.

Ozono

El mismo tema en detalle: Ozono .

Otro alótropo del oxígeno es el ozono (O ₃ ), un gas capaz de absorber significativamente la radiación ultravioleta . Gracias a esta propiedad, la capa de ozono presente a gran altura ayuda a proteger la biosfera de estas radiaciones. Sin embargo, cerca de la superficie terrestre, el ozono, que es un subproducto del smog , se considera un contaminante ya que es un gas de efecto invernadero .

Tetraoxigeno

El mismo tema en detalle: tetraoxígeno .

El tetraoxígeno es una de las formas alotrópicas en las que se puede encontrar oxígeno.

La molécula de tetraoxígeno (O4) fue teorizada en 1924 por Gilbert Lewis, quien la propuso como una explicación del hecho de que el oxígeno líquido no obedece a la Ley de Curie. Hoy se ha descubierto que Lewis estaba equivocado, aunque no se alejó mucho de la realidad: las simulaciones por computadora muestran que aunque no hay moléculas de O4 estables en el oxígeno líquido, las moléculas de O2 tienden a asociarse en pares con espín antiparalelo. O4.

En 1999, los investigadores pensaron que el oxígeno sólido existía en la fase ε como O4, y solo en 2006 descubrieron que en realidad es una forma octamolecular de oxígeno.

La estructura del tetraoxígeno aún no se comprende completamente. Un grupo de estudio de la Universidad Sapienza de Roma también realizó estudios en 2001 para investigar la estructura de O4.

Disponibilidad

El oxígeno es el elemento más abundante en la corteza terrestre ^[8] . El oxígeno forma el 87% de los océanos como componente del agua (H ₂ O) y el 20% de la atmósfera terrestre como oxígeno molecular O ₂ o como ozono O ₃ . Compuestos oxigenados, en particular los óxidos metálicos, silicatos (SiO 4- 4) y carbonatos (CO 2- 3), se encuentran comúnmente en rocas y el suelo. El agua helada es un sólido común en planetas y cometas . Los compuestos de oxígeno se encuentran en todo el universo y el espectro de oxígeno se encuentra a menudo en las estrellas. El oxígeno suele ser muy escaso en los planetas gaseosos .

O ₂ disuelto en la superficie del agua (datos de 2005). Se observa que en las regiones polares, donde el agua es más fría, el contenido de O ₂ disuelto es mayor (en términos técnicos, el sistema agua-oxígeno tiene solubilidad inversa ).

Además de la molécula de O ₂ , el oxígeno se puede encontrar en la naturaleza en forma de ozono (O ₃ ): está formado por descargas electrostáticas en presencia de oxígeno molecular. ^[9] Un dímero de la molécula de oxígeno (O ₂ ) ₂ se encuentra como un componente menor en el O ₂ líquido.

Producción

Preparación en el laboratorio

La preparación de oxígeno diatómico O ₂ en el laboratorio se realiza mediante reacciones endotérmicas que involucran compuestos oxigenados, por ejemplo: ^[10]

{\ce {2KClO3 -> 2KCl + 3O2}}

{\ displaystyle {\ ce {2KClO3 -> 2KCl + 3O2}}}

{\ displaystyle {\ ce {2KClO3 -> 2KCl + 3O2}}}

esta reacción tiene un carácter explosivo y, por tanto, se lleva a cabo a baja temperatura sobre un catalizador a base de dióxido de manganeso (MnO ₂ ). ^[10]

Además, el oxígeno diatómico se produce durante la electrólisis proceso de agua de la que gaseoso diatómico hidrógeno también se obtiene H _2.

Preparación industrial

Mismo tema en detalle: Fraccionamiento de aire .

A nivel industrial es posible obtener oxígeno diatómico a través de:

separación criogénica del aire; ^[11]
separación de aire por adsorción ; ^[12]
Separación de aire por filtración de membrana . ^[13]

El proceso de separación criogénica del aire, desarrollado entre 1901 y 1910 por el ingeniero alemán Carl von Linde , ^[11] implica la destilación fraccionada de aire líquido que está compuesto principalmente por nitrógeno molecular N ₂ y oxígeno molecular O ₂ . Esta operación unitaria se realiza en torno a 77,35 K (-195,80 ° C ), ya que a esta temperatura el oxígeno diatómico es líquido mientras que el nitrógeno molecular es gaseoso por lo que es posible separarlos. ^[14]

Equipo para la producción de oxígeno diatómico para la separación criogénica del aire.

Compuestos

Debido a su electronegatividad , el oxígeno forma enlaces químicos con casi todos los demás elementos y este es el origen de la definición de oxidación . Los únicos elementos que escapan a la oxidación son el helio , el neón y el argón . ^[8]

Los minerales siempre están compuestos de silicio y oxígeno, a excepción de algunos minerales como la magnetita y la siderita.

Ingrese la composición de sustancias orgánicas e inorgánicas. El oxígeno puede formar un máximo de 2 enlaces covalentes .

Los óxidos, como el óxido , se forman cuando el oxígeno reacciona con otros elementos.

El oxígeno se une de diferentes formas según el elemento y las condiciones: crea óxidos , peróxidos , superóxidos o hidróxidos . El óxido más común es el monóxido de dihidrógeno, agua (H ₂ O). Otros ejemplos incluyen compuestos de carbono y oxígeno tales como: dióxido de carbono (CO ₂ ), alcoholes (R-OH), aldehídos (R-CHO) y ácidos carboxílicos (R-COOH).

Aniones oxigenados, como cloratos (ClO - 3 ), percloratos (ClO - 4 ), cromatos (CrO 2− 4 ), dicromatos (Cr ₂ O 2− 7 ), permanganatos (MnO - 4 ) y nitratos (NO - 3 ) , son agentes oxidantes fuertes. Muchos metales se unen a átomos de oxígeno generando varios compuestos, por ejemplo el hierro da lugar al óxido de hierro (3+) (Fe ₂ O ₃ ), comúnmente llamado óxido .

Aplicaciones

El oxígeno encuentra un uso considerable como oxidante y comburente ; ^[8] solo el flúor tiene una mayor electronegatividad . ^[7]
El oxígeno diatómico O ₂ se utiliza en forma líquida como oxidante en la propulsión de cohetes ; es esencial para respirar y, por tanto, se utiliza en medicina ; se utiliza como reserva aérea en aviones o para ascensos de alta montaña ; se utiliza en la soldadura y en la producción de acero y metanol . Debido a su propiedad de permanecer en estado líquido si se mantiene a una presión suave ( 4 bar ), se puede almacenar en grandes cantidades en cilindros debidamente preparados; a través de un cuerpo vaporizador (o calentador), luego se gasifica para ser introducido en las líneas de distribución en forma gaseosa.

Una de las aplicaciones más importantes del O ₂ en el área terapéutica, hospitalaria y subacuática es el ' oxígeno y la' oxigenoterapia hiperbárica , mediante la cual es posible tratar y / o acelerar el proceso de curación de una larga serie de diversas enfermedades como así como los de descompresión típica de buceadores y buceadores. Para los pacientes con dificultades respiratorias, se utilizan máscaras especiales de O ₂ , que aumentan la concentración en el aire inhalado. En la base de estas aplicaciones se encuentra el principio según el cual la transportabilidad del O ₂ en la sangre aumenta con su presión parcial.

Al tratarse de un fármaco en toda regla ( Decreto Legislativo 219/06), desde mayo de 2010 el O ₂ utilizado en hospitales después de haber sido producido por destilación fraccionada es tratado y analizado más a fondo. Una vez verificadas sus características, que deben ser como las reportadas en la Farmacopea Oficial , se "rotula" con un número de lote como es el caso de los medicamentos, se indica la fecha de caducidad (en el caso del O ₂ medicinal es 5 años) y entregado a los establecimientos de salud mediante una operación de "liberación por lotes" bajo la responsabilidad total del farmacéutico de la empresa que lo produjo. Por tanto, como medicamento en toda regla, además de poseer una AIC (Autorización de Comercialización) vinculada al tipo de envase ( cilindro , tanque , etc.), debe administrarse bajo prescripción médica que indique los métodos de administración, la dosis y la duración de la terapia.

Otros usos del O _{2 se} encuentran en mezclas llamadas "estimulantes respiratorios"; estas mezclas están compuestas principalmente por O ₂ en fase gaseosa (95%) y dióxido de carbono (5%), y se utilizan en hospitales. Estas mezclas tienen la peculiaridad de permitir una expulsión más rápida de moléculas dañinas del organismo, por ejemplo en el caso de intoxicación por monóxido de carbono (CO).

Soldadura con llama de oxiacetileno .
Cámaras hiperbáricas para oxigenoterapia .
Tanques externos del transbordador espacial que contienen H ₂ y O ₂ , utilizados para la propulsión del vehículo.
Un convertidor Bessemer ; en él, el producto del alto horno se hace reaccionar con O ₂ para producir acero .

Precauciones

Símbolos de peligro químico
peligro
frases H	270 - 280
Frases R	R 8
consejo P	244 - 220 - 370 + 376 - 403 ^[15]
Frases S	S 2-17
Los químicos debe manejarse con precaución
Advertencias

Peligro de explosión o combustión.

Una fuerte presión parcial de O ₂ puede provocar una combustión espontánea, puede acelerar la combustión ya en curso y producir explosiones si hay buenos combustibles presentes. Esto también es válido para compuestos muy ricos en oxígeno como cloratos, percloratos, dicromatos, etc.

Compatibilidad con oxígeno

Etiquetado en un cilindro de oxígeno.

Al manipular O ₂ comprimido puro, para evitar el riesgo de combustión o explosiones, es necesario utilizar los denominados equipos compatibles con oxígeno o limpios con oxígeno ^[16] , es decir, cuidadosamente limpios de todo rastro de grasas y aceites y en que el O ₂ comprimido nunca entra en contacto con materiales combustibles, como juntas o metales incompatibles.

Toxicidad

El mismo tema en detalle: Toxicidad por oxígeno .

El oxígeno es un elemento muy inestable y por ello también reacciona violentamente con los demás elementos para aumentar su estabilidad. La compatibilidad con la vida en su presencia está ligada a la posibilidad de utilizarlo como un reactivo precioso y poderoso (es literalmente un pozo de electrones ) sin ser dañado por él.

Los seres vivos aeróbicos tienen estructuras metabólicas que neutralizan sus efectos nocivos. Los efectos nocivos son claramente evidentes, por otro lado, en los seres vivos anaeróbicos que no tienen estructuras de protección fisiológica y que son destruidos por el O ₂ y que solo pueden sobrevivir si están equipados con barreras físicas que impidan su contacto.

La exposición prolongada al O ₂ a presiones parciales elevadas es tóxica, ya que supera los niveles de neutralización y puede tener graves consecuencias pulmonares y neurológicas según la presión y el tiempo de exposición. Los efectos pulmonares incluyen pérdida de capacidad y daño tisular . Los efectos neurológicos pueden incluir convulsiones, ceguera y coma.

Toxicidad de compuestos

Los compuestos de oxígeno como los peróxidos , superóxidos y su ozono alótropo son altamente reactivos y, por lo tanto, letales para los organismos.

Nota

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↑ Ullmann's , cap. 4.2 .
↑ Ullmann's , cap. 4.3 .
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Bibliografía

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Otros proyectos

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enlaces externos

Ossigeno , en Treccani.it - Enciclopedias en línea ,Instituto de la Enciclopedia Italiana .
( EN ) Ossigeno , en Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
Preparación de oxígeno , en itchiavari.org .

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