Oxígeno | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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línea espectral | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Generalidad | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nombre, símbolo, número atómico | oxígeno, O, 8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Serie | no metales | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Grupo , período , bloque | 16 (VIA) , 2 , pág . | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Densidad | 1.429 kg/m³ a273 K [1] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Configuración electrónica | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Término espectroscópico | 3P 2 _ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Propiedades atómicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Peso atomico | 15,9994 € | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Radio atómico (calc.) | 60 p. m. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Radio covalente | 73 p. m. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Radio de Van der Waals | 152 horas | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Configuración electrónica | [ Él ] 2s 2 2p 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
y - por nivel de energía | 2, 6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estados de oxidación | 0, ± 1, ± 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estructura cristalina | cúbico | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Propiedades físicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estado de la materia | gaseoso ( paramagnético ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
punto de fusión | 50,35 K (−222,80 °C ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Punto de ebullición | 90,18 K (−182,97 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Punto crítico | −118,57 ° C5,04295 MPa [2] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Triple punto | −218.787 ° C a151,99 Pa [2] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Volumen molar | 17,36 × 10 −3 m³/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Entalpía de vaporización | 3,4099 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Calor de fusión | 0,22259 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Velocidad del sonido | 317,5 m/s en293K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Otras propiedades | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
número CAS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Electronegatividad | 3,44 ( escala de Pauling ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Calor especifico | 920 J / (kg·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Conductividad térmica | 0,02674 W/(m·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energía de primera ionización | 1 313,9 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Segunda energía de ionización | 3 388,3 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tercera energía de ionización | 5 300 , 5 kJ / mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energía de cuarta ionización | 6 222,7 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Quinta energía de ionización | 7 469,2 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Isótopos más estables | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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iso: isótopo NA: abundancia en la naturaleza TD: vida media DM: modo de decaimiento DE: energía de decaimiento en MeV DP: producto de decaimiento |
El oxígeno es un elemento químico de número atómico 8 ( símbolo O ). Es el primer elemento del grupo 16 del sistema periódico , perteneciente al bloque p . El oxígeno es un elemento no metálico altamente reactivo ( oxidante ) que forma fácilmente óxidos y otros compuestos con la mayoría de los elementos. [3] Por masa , es el tercer elemento más abundante en el universo [1] después del hidrógeno y el helio . [3] Su isótopo estable más abundante tiene el número de masa 16.
A temperatura y presión estándar, dos átomos del elemento se unen para formar una molécula de dioxígeno ( fórmula química O 2 ), un gas incoloro e inodoro que constituye el 20,8 % de la atmósfera terrestre ( el 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 alrededor del 47% de su masa [5] , y también entra en 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 las proteínas , los ácidos nucleicos , los carbohidratos y los lípidos , contienen oxígeno.
En las actividades humanas se utiliza comúnmente para la oxigenoterapia , el sistema de soporte vital de aeronaves , submarinos y naves espaciales , para actividades recreativas subacuáticas , como propulsor de cohetes . También incursiona en procesos de producción de acero y plástico , soldadura fuerte , soldadura y corte de algunos metales.
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. [1] En 1777 Antoine-Laurent de Lavoisier le dio el nombre al elemento [6] , que deriva del griego ὀξύς, oxýs , "ácido" (literalmente: "puntiagudo") y la raíz γεν-, ghen- , que significa "generar". [1] [7] Esto se debe a que en el momento del nombre se creía erróneamente que entraba en la composición de todos los ácidos . En el mismo año Scheele lo reconoció como un componente del aire . En 1781 Lavoisier comprobó su función para los fenómenos de respiración y combustión .
El oxígeno tiene tres isótopos estables ( números de masa 16, 17 y 18) y diez radiactivos con vidas medias muy cortas de menos de tres minutos.
La masa atómica del isótopo 16 O, presente en alrededor del 99%, es en realidad inferior a 16, porque el carbono-12 fue elegido como referencia para el cálculo de las masas y en la síntesis de los elementos más pesados, por razones relativistas . hay un defecto de masa causado por fusión nuclear , con liberación de energía.
El oxígeno atómico, denominado O ( 3P) u O (3P) [8] , es muy reactivo, ya que los átomos de oxígeno individuales tienden a unirse rápidamente a las moléculas vecinas. En la superficie terrestre no puede existir por mucho tiempo, pero en la órbita terrestre baja , la presencia de radiación ultravioleta da como resultado una atmósfera en la que el 96% del oxígeno está en forma atómica. [8] [9]
El oxígeno atómico fue detectado en Marte por las sondas Mariner y Viking , y por el observatorio SOFIA . [10]
A temperatura y presión estándar , el oxígeno se encuentra en forma de gas que consta de dos átomos (oxígeno diatómico). Se indica como: O 2 ( número CAS : ). Esta sustancia es un componente importante del aire , siendo producida constantemente en la fotosíntesis 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 denomina frecuente e impropiamente "oxígeno" por sinécdoque ; para una nomenclatura inequívoca e inequívoca, además de oxígeno diatómico, también se pueden utilizar los siguientes términos: oxígeno molecular, oxígeno diatómico y dioxígeno
El oxígeno diatómico O 2 , en estado líquido y sólido , tiene un color azul y es altamente paramagnético . [1] 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 las moléculas orgánicas diamagnéticas porque estas reacciones tienen lugar sin la conservación del número cuántico total de espín.
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 en las grandes alturas 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 .
El tetraoxígeno es una de las formas alotrópicas en las que se puede encontrar el oxígeno.
La molécula de tetraoxígeno (O 4 ) fue teorizada en 1924 por Gilbert Lewis, quien la propuso como explicación del hecho de que el oxígeno líquido no obedece a la Ley de Curie . Hoy se descubrió que Lewis estaba equivocado, aunque no se alejó mucho de la realidad: las simulaciones por computadora muestran que aunque no hay moléculas de O 4 estables en el oxígeno líquido, las moléculas de O 2 tienden a asociarse en pares de espín antiparalelo, formando moléculas temporalmente estables de O 4 .
En 1999, los investigadores pensaron que el oxígeno sólido existía en la fase ε como O 4 y solo descubrieron en 2006 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 O 4 .
El oxígeno es el elemento más abundante en la corteza terrestre [11] . 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 de oxígeno, en particular óxidos metálicos, silicatos (SiO4−4) y carbonatos (CO2−3), se encuentran comúnmente en las rocas y el suelo. El agua helada es un sólido común en los 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 .
Además de la molécula de O 2 , el oxígeno se puede encontrar en la naturaleza en forma de ozono (O 3 ): se forma por descargas electrostáticas en presencia de oxígeno molecular. [12] Un dímero de la molécula de oxígeno (O 2 ) 2 se encuentra como componente menor en el O 2 líquido .
El oxígeno no se encuentra solo en la Tierra: de hecho, es el tercer elemento más abundante en el Sol , [1] y también está presente en Marte (donde su abundancia en la atmósfera marciana es del 0,15% [1] ).
La preparación de oxígeno diatómico O 2 en el laboratorio se realiza mediante reacciones endotérmicas que involucran compuestos oxigenados, por ejemplo: [1] [13]
esta reacción tiene carácter explosivo y por lo tanto se lleva a cabo a baja temperatura sobre un catalizador a base de dióxido de manganeso (MnO 2 ). [1] [13]
Además, durante el proceso de electrólisis del agua se produce oxígeno diatómico , a partir del cual también se obtiene hidrógeno diatómico H 2 gaseoso .
A nivel industrial es posible obtener oxígeno diatómico a través de:
El proceso de separación criogénica del aire, desarrollado entre 1901 y 1910 por el ingeniero alemán Carl von Linde , [14] consiste en la destilación fraccionada del aire líquido que se compone principalmente de nitrógeno molecular N 2 y oxígeno molecular O 2 . Esta operación unitaria se realiza alrededor de los 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. [17]
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 . [11]
Los minerales siempre están compuestos por silicio y oxígeno, a excepción de algunos minerales como la magnetita y la siderita.
Introduzca la composición de sustancias orgánicas e inorgánicas. El oxígeno puede formar un máximo de 2 enlaces covalentes .
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 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 (CrO2−4), dicromatos (Cr 2 O2−7), los permanganatos (MnO-4) y nitratos (NO-3), son agentes oxidantes fuertes. Muchos metales se unen a los átomos de oxígeno generando varios compuestos, por ejemplo, el hierro da lugar al óxido de hierro (3+) (Fe 2 O 3 ), comúnmente llamado herrumbre .
El oxígeno encuentra un uso considerable como oxidante y comburente ; [11] solo el flúor tiene una electronegatividad más alta . [7]
El oxígeno diatómico O 2 se utiliza en forma líquida como oxidante en la propulsión de cohetes ; es esencial para la respiración y por lo tanto se usa en medicina ; se utiliza como reserva de aire en aviones o para ascensiones de alta montaña ; se utiliza en soldadura y en la producción de acero y metanol . El oxígeno o el aire se utilizan para la producción de ácido acrílico [18] , acrilonitrilo [19] , ácido benzoico [20] y peróxido de hidrógeno [21] . El oxígeno es el oxidante utilizado en las pilas de combustible . También se utiliza para eliminar selectivamente el CO del H2 preparado mediante reformado con vapor [22] [23] . Los procesos de oxidación también tienen una importancia crucial en la eliminación de contaminantes [24] [25] .
Por 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 campo terapéutico, hospitalario y subacuático es la oxigenoterapia y la oxigenoterapia hiperbárica , mediante las cuales es posible tratar y/o acelerar los procesos de curación de una larga serie de enfermedades de diversa índole además a los provenientes de la descompresión típica de buzos y buzos. Para pacientes con dificultades respiratorias se utilizan mascarillas 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.
Siendo un fármaco en todos los aspectos ( 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. Una vez verificadas sus características, que deben ser como las reportadas en la Farmacopea Oficial , se “etiqueta” con un número de lote como en el caso de los medicamentos, se indica la fecha de caducidad (en el caso del O 2 medicinal es de 5 años) y entregado a los establecimientos de salud a través de una operación de "liberación de lotes" bajo la total responsabilidad del farmacéutico de la empresa que lo produjo. Por lo tanto, como medicamento completo, además de poseer una AIC (Autorización de Comercialización) vinculada al tipo de envase ( cilindro , tanque , etc.), debe administrarse bajo prescripción médica que indique las formas de administración, la dosis y la duración de la terapia.
Otros usos del O 2 son en mezclas denominadas "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 particularidad de permitir una expulsión más rápida de moléculas nocivas del organismo, por ejemplo en el caso de intoxicaciones por monóxido de carbono (CO).
Hasta 1961, el oxígeno se utilizó como elemento de referencia estándar para cuantificar la masa de los demás elementos químicos, solo para ser reemplazado por carbono 12 . [1]
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 se hace reaccionar el producto del alto horno con O 2 para producir acero .
Símbolos de peligro químico | |
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peligro | |
frases H | 270 - 280 |
Frases R | R 8 |
consejo pag | 244 - 220 - 370 + 376 - 403 [26] |
Frases S | S 2-17 |
Los productos químicos deben manipularse con precaución. | |
Advertencias |
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 cierto para compuestos muy ricos en oxígeno como cloratos, percloratos, dicromatos, etc.
Compatibilidad de oxígenoCuando se manipule O 2 puro comprimido , para evitar el riesgo de combustión o explosiones, es necesario utilizar los llamados equipos compatibles con oxígeno o limpios de oxígeno [27] , es decir, cuidadosamente limpios de todo rastro de grasas y aceites y en que el O 2
El oxígeno es un elemento muy inestable y por lo tanto 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 valioso y poderoso reactivo (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 otra parte en los seres vivos anaerobios que no tienen estructuras protectoras fisiológicas y que son destruidos por el O 2 y que sólo pueden sobrevivir si están equipados con barreras físicas que impidan su contacto.
La exposición prolongada al O 2 a altas presiones parciales 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 compuestaLos compuestos de oxígeno como los peróxidos , los superóxidos y su ozono alótropo son altamente reactivos y, por lo tanto, letales para los organismos.