El oxígeno es el elemento químico con el símbolo O y el número atómico 8. Es un miembro del grupo calcógeno en la tabla periódica, un no metal altamente reactivo y un agente oxidante que forma fácilmente óxidos con la mayoría de los elementos, así como con otros compuestos . En masa, el oxígeno es el tercer elemento más abundante en el universo, después del hidrógeno y el helio . A temperatura y presión estándar , dos átomos del elemento se unenpara formar dioxígeno , un incoloro e inodoro diatómico gas con la fórmula O
2 . El gas de oxígeno diatómico constituye el 20,8% de laatmósfera terrestre. Como compuestos que incluyen óxidos, el elemento constituye casi la mitad de lacorteza terrestre.
2 . El gas de oxígeno diatómico constituye el 20,8% de laatmósfera terrestre. Como compuestos que incluyen óxidos, el elemento constituye casi la mitad de lacorteza terrestre.
Dioxygen se usa en la respiración celular y muchas clases principales de moléculas orgánicas en organismos vivos contienen oxígeno, como proteínas , ácidos nucleicos , carbohidratos y grasas, al igual que los componentes inorgánicos constituyentes principales de las conchas, dientes y huesos de los animales. La mayor parte de la masa de los organismos vivos es el oxígeno como un componente del agua , el principal constituyente de las formas de vida. El oxígeno se repone continuamente en la atmósfera de la Tierra mediante la fotosíntesis., que utiliza la energía de la luz solar para producir oxígeno a partir de agua y dióxido de carbono. El oxígeno es demasiado reactivo químicamente para seguir siendo un elemento libre en el aire sin ser continuamente repuesto por la acción fotosintética de los organismos vivos. Otra forma ( alótropo ) de oxígeno, ozono ( O
3 ), absorbe fuertemente laradiaciónultravioletaUVBy lacapa de ozono degran altitudayuda a proteger labiosferadela radiación ultravioleta. Sin embargo, el ozono presente en la superficie es un subproducto delsmogy, por lo tanto, un contaminante.
3 ), absorbe fuertemente laradiaciónultravioletaUVBy lacapa de ozono degran altitudayuda a proteger labiosferadela radiación ultravioleta. Sin embargo, el ozono presente en la superficie es un subproducto delsmogy, por lo tanto, un contaminante.
El oxígeno fue aislado por Michael Sendivogius antes de 1604, pero comúnmente se cree que el elemento fue descubierto independientemente por Carl Wilhelm Scheele , en Uppsala , en 1773 o antes, y Joseph Priestley en Wiltshire , en 1774. A menudo se le da prioridad a Priestley porque El trabajo fue publicado primero. Priestley, sin embargo, llamó al oxígeno "aire deflogisticado", y no lo reconoció como un elemento químico. El nombre de oxígeno fue acuñado en 1777 por Antoine Lavoisier , quien primero reconoció al oxígeno como un elemento químico y caracterizó correctamente el papel que desempeña en la combustión.
Los usos comunes del oxígeno incluyen la producción de acero , plásticos y textiles , soldadura fuerte, soldadura y corte de aceros y otros metales , propulsores de cohetes , terapia de oxígeno y sistemas de soporte vital en aviones , submarinos , vuelos espaciales y buceo .
Ebullición del oxígeno líquido
| |||||||||||||||
| Oxígeno | |||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Alótropos | O 2 , O 3 ( Ozono ) | ||||||||||||||
| Apariencia | Gas: líquido incoloro y sólido: azul pálido. | ||||||||||||||
| Peso atómico estándar A r, std (O) | [ 15.999 03 , 15.999 77 ] convencional: 15.999 | ||||||||||||||
| Oxígeno en la tabla periódica. | |||||||||||||||
| |||||||||||||||
| Número atómico ( z ) | 8 | ||||||||||||||
| Grupo | grupo 16 (calcogenos) | ||||||||||||||
| Período | periodo 2 | ||||||||||||||
| Bloquear | bloque p | ||||||||||||||
| Categoría de elemento | no metal reactivo | ||||||||||||||
| Configuración electronica | [ He ] 2s 2 2p 4 | ||||||||||||||
Electrones por concha
| 2, 6 | ||||||||||||||
| Propiedades físicas | |||||||||||||||
| Fase en STP | gas | ||||||||||||||
| Punto de fusion | 54.36 K (−218.79 ° C, −361.82 ° F) | ||||||||||||||
| Punto de ebullición | 90.188 K (−182.962 ° C, −297.332 ° F) | ||||||||||||||
| Densidad (en STP) | 1.429 g / l | ||||||||||||||
| cuando es liquido (a bp) | 1.141 g / cm 3 | ||||||||||||||
| Triple punto | 54.361 K, 0.1463 kPa | ||||||||||||||
| Punto crítico | 154.581 K, 5.043 MPa | ||||||||||||||
| Calor de fusión | (O 2 ) 0.444 kJ / mol | ||||||||||||||
| Calor de vaporización | (O 2 ) 6.82 kJ / mol | ||||||||||||||
| Capacidad de calor molar | (O 2 ) 29.378 J / (mol · K) | ||||||||||||||
Presión de vapor
| |||||||||||||||
| Propiedades atómicas | |||||||||||||||
| Estados de oxidación | −2 , −1 , +1 , +2 | ||||||||||||||
| Electronegatividad | Escala de Pauling: 3,44 | ||||||||||||||
| Energías de ionización |
| ||||||||||||||
| Radio covalente | 66 ± 2 pm | ||||||||||||||
| Radio de van der waals | 152 pm | ||||||||||||||
 | |||||||||||||||
| Otras propiedades | |||||||||||||||
| Ocurrencia natural | primordial | ||||||||||||||
| Estructura cristalina | cúbico | ||||||||||||||
| Velocidad del sonido | 330 m / s (gas, a 27 ° C) | ||||||||||||||
| Conductividad térmica | 26.58 × 10 −3 W / (m · K) | ||||||||||||||
| Orden magnética | paramagnético | ||||||||||||||
| Susceptibilidad magnética | + 3449.0 · 10 −6 cm 3 / mol (293 K) [1] | ||||||||||||||
| Número CAS | 7782-44-7 | ||||||||||||||
Historia
Primeros experimentos
Uno de los primeros experimentos conocidos sobre la relación entre la combustión y el aire fue realizado por el escritor griego del siglo II a. C. sobre mecánica, Philo of Byzantium . En su obra Pneumatica , Philo observó que invertir una vasija sobre una vela encendida y rodear el cuello de la vasija con agua daba como resultado que algo de agua subiera hacia el cuello. [2] Philo supuso incorrectamente que partes del aire en el recipiente se convirtieron en el elemento de fuego clásico y, por lo tanto, pudieron escapar a través de los poros del vidrio. Muchos siglos después, Leonardo da Vinci construyó el trabajo de Philo al observar que una parte del aire se consume durante la combustión yla respiración . [3]
A finales del siglo XVII, Robert Boyle demostró que el aire es necesario para la combustión. El químico inglés John Mayow (1641–1679) refinó este trabajo al mostrar que el fuego requiere solo una parte del aire que él llamó espiritus nitroaereus . [4] En un experimento, descubrió que colocar un ratón o una vela encendida en un recipiente cerrado sobre el agua hacía que el agua subiera y reemplazara un cuarto catorce del volumen del aire antes de extinguir los sujetos. [5] A partir de esto, supuso que el nitroaéreo se consume tanto en la respiración como en la combustión.
Mayow observó que el antimonio aumentaba de peso cuando se calentaba, e infirió que el nitroaereus debía haberse combinado con él. [4] También pensó que los pulmones separan el nitroaereus del aire y lo pasan a la sangre y que el calor y el movimiento muscular de los animales resultan de la reacción del nitroaereus con ciertas sustancias en el cuerpo. [4] Los relatos de estos y otros experimentos e ideas se publicaron en 1668 en su obra Tractatus duo en el tracto "De respiratione". [5]
Teoria del logiston
Robert Hooke , Ole Borch , Mikhail Lomonosov y Pierre Bayen produjeron oxígeno en experimentos en los siglos XVII y XVIII, pero ninguno de ellos lo reconoció como un elemento químico . [6] Esto puede haber sido en parte debido a la prevalencia de la filosofía de la combustión y la corrosión llamada la teoría del flogisto , que fue la explicación preferida de esos procesos. [7]
Establecida en 1667 por el alquimista alemán JJ Becher , y modificada por el químico Georg Ernst Stahl en 1731, [8] la teoría del flogisto afirmaba que todos los materiales combustibles estaban hechos de dos partes. Una parte, llamada flogistón, se emitió cuando la sustancia que lo contenía se quemó, mientras que se pensó que la parte deflogística era su forma verdadera, o calx . [3]
Los materiales altamente combustibles que dejan pocos residuos , como la madera o el carbón, se pensaron que estaban hechos principalmente de flogisto; Las sustancias incombustibles que corroen, como el hierro, contienen muy poco. El aire no jugó un papel en la teoría del flogisto, ni se realizaron experimentos cuantitativos iniciales para probar la idea; en cambio, se basó en las observaciones de lo que sucede cuando algo se quema, los objetos más comunes parecen volverse más livianos y parecen perder algo en el proceso. [3]
Descubrimiento
El alquimista , filósofo y médico polaco Michael Sendivogius en su obra De Lapide Philosophorum Tractatus duodecim e naturae fonte et manuali experientia depromti (1604) describió una sustancia contenida en el aire, refiriéndose a ella como 'cibus vitae' (alimento de la vida [9] ) , y esta sustancia es idéntica al oxígeno. [10] Sendivogius, durante sus experimentos realizados entre 1598 y 1604, reconoció correctamente que la sustancia es equivalente al subproducto gaseoso liberado por la descomposición térmica del nitrato de potasio . En opinión de Bugaj, el aislamientoEl oxígeno y la asociación adecuada de la sustancia a la parte del aire que se requiere para la vida, presta suficiente peso al descubrimiento de oxígeno por parte de Sendivogius. [10] Este descubrimiento de Sendivogius fue, sin embargo, frecuentemente negado por las generaciones de científicos y químicos que lo sucedieron. [9]
También se afirma comúnmente que el oxígeno fue descubierto por primera vez por el farmacéutico sueco Carl Wilhelm Scheele . Había producido gas oxígeno al calentar óxido mercúrico y varios nitratos en 1771-2. [11] [12] [3] Scheele llamó al gas "aire de fuego" porque era el único agente conocido para apoyar la combustión. Escribió un relato de este descubrimiento en un manuscrito titulado Tratado sobre el aire y el fuego , que envió a su editor en 1775. Ese documento se publicó en 1777. [13]
Mientras tanto, el 1 de agosto de 1774, un experimento realizado por el clérigo británico Joseph Priestley centró la luz solar en el óxido mercúrico (HgO) contenido en un tubo de vidrio, que liberó un gas que denominó "aire deflogisticado". [12] Notó que las velas ardían más en el gas y que un ratón era más activo y vivía más tiempo mientras lo respiraba . Después de respirar el gas, Priestley escribió: "La sensación de la misma en mis pulmones no era sensiblemente diferente de la del aire común , pero creí que mi pecho se sentía peculiarmente ligero y fácil durante algún tiempo después". [6]Priestley publicó sus hallazgos en 1775 en un documento titulado "Una cuenta de otros descubrimientos en el aire", que se incluyó en el segundo volumen de su libro titulado Experimentos y observaciones sobre diferentes tipos de aire . [3] [14] Debido a que primero publicó sus hallazgos, a Priestley generalmente se le da prioridad en el descubrimiento.
El químico francés Antoine Laurent Lavoisier luego afirmó haber descubierto la nueva sustancia de forma independiente. Priestley visitó a Lavoisier en octubre de 1774 y le contó sobre su experimento y cómo liberó el nuevo gas. Scheele también envió una carta a Lavoisier el 30 de septiembre de 1774 que describía su descubrimiento de una sustancia previamente desconocida, pero Lavoisier nunca reconoció haberla recibido (se encontró una copia de la carta en las pertenencias de Scheele después de su muerte). [13]
Aporte de Lavoisier
Lavoisier realizó los primeros experimentos cuantitativos adecuados sobre oxidación y dio la primera explicación correcta de cómo funciona la combustión. [12] Utilizó estos y otros experimentos similares, todos comenzaron en 1774, para desacreditar la teoría del flogisto y probar que la sustancia descubierta por Priestley y Scheele era un elemento químico .
En un experimento, Lavoisier observó que no había un aumento general de peso cuando el estaño y el aire se calentaban en un recipiente cerrado. [12] Notó que el aire se precipitó cuando abrió el contenedor, lo que indicaba que parte del aire atrapado había sido consumido. También notó que la lata había aumentado de peso y que el aumento era el mismo que el peso del aire que corría nuevamente. Este y otros experimentos sobre la combustión se documentaron en su libro Sur la combustion en général , que se publicó en 1777. [12] En ese trabajo, demostró que el aire es una mezcla de dos gases; 'aire vital', que es esencial para la combustión y la respiración, y azote (Gk. ἄζωτον"sin vida"), que tampoco apoyó. Más tarde, Azote se convirtió en nitrógeno en inglés, aunque ha mantenido el nombre anterior en francés y en varios otros idiomas europeos. [12]
Lavoisier cambió el nombre de 'aire vital' a oxygène en 1777 de las raíces griegas ὀξύς (oxys) ( ácido , literalmente "agudo", del sabor de los ácidos) y -γενής (-genēs) (productor, literalmente engendrado), porque creyó erróneamente Ese oxígeno era un constituyente de todos los ácidos. [15] Los químicos (como Sir Humphry Davy en 1812) finalmente determinaron que Lavoisier estaba equivocado a este respecto (el hidrógeno es la base de la química ácida), pero para entonces el nombre estaba demasiado bien establecido. [dieciséis]
El oxígeno entró en el idioma inglés a pesar de la oposición de los científicos ingleses y el hecho de que el inglés Priestley primero aisló el gas y escribió sobre él. Esto se debe en parte a un poema que elogia el gas titulado "Oxygen" en el popular libro The Botanic Garden (1791) de Erasmus Darwin , abuelo de Charles Darwin . [13]
Historia posterior
La hipótesis atómica original de John Dalton presumía que todos los elementos eran monoatómicos y que los átomos en los compuestos normalmente tendrían las relaciones atómicas más simples entre sí. Por ejemplo, Dalton asumió que la fórmula del agua era HO, lo que llevó a la conclusión de que la masa atómica de oxígeno era 8 veces mayor que la del hidrógeno, en lugar del valor moderno de alrededor de 16. [17] En 1805, Joseph Louis Gay-Lussac y Alexander von Humboldt demostró que el agua está formada por dos volúmenes de hidrógeno y un volumen de oxígeno; y para 1811, Amedeo Avogadro había llegado a la interpretación correcta de la composición del agua, basada en lo que ahora se llama la ley de Avogadro.y las moléculas elementales diatómicas en esos gases. [18] [a]
A fines del siglo XIX, los científicos se dieron cuenta de que el aire podía licuarse y aislar sus componentes comprimiéndolos y enfriándolos. Usando un método en cascada , el químico y físico suizo Raoul Pierre Pictet evaporó el dióxido de azufre líquido para licuar el dióxido de carbono, que a su vez se evaporó para enfriar el gas de oxígeno lo suficiente como para licuarlo. Envió un telegrama el 22 de diciembre de 1877 a la Academia de Ciencias de Francia en París, anunciando su descubrimiento de oxígeno líquido . [19] Sólo dos días después, el físico francés Louis Paul Cailletet anunció su propio método de licuar oxígeno molecular. [19]Solo se produjeron unas pocas gotas del líquido en cada caso y no se pudo realizar un análisis significativo. El oxígeno se licuó en estado estable por primera vez el 29 de marzo de 1883 por científicos polacos de la Universidad Jagellónica , Zygmunt Wróblewski y Karol Olszewski . [20]
En 1891, el químico escocés James Dewar pudo producir suficiente oxígeno líquido para estudiar. [21] El primer proceso comercialmente viable para producir oxígeno líquido fue desarrollado de manera independiente en 1895 por el ingeniero alemán Carl von Linde y el ingeniero británico William Hampson. Ambos hombres bajaron la temperatura del aire hasta que se licuaron y luego destilaron los gases componentes hirviéndolos de uno en uno y capturándolos por separado. [22] Más tarde, en 1901, se demostró por primera vez la soldadura conoxiacetileno quemando una mezcla de acetileno y O comprimido.
2 . Este método de soldadura y corte de metal más tarde se convirtió en común. [22]
2 . Este método de soldadura y corte de metal más tarde se convirtió en común. [22]
En 1923, el científico estadounidense Robert H. Goddard se convirtió en la primera persona en desarrollar un motor de cohete que quemaba combustible líquido; El motor utilizaba gasolina como combustible y oxígeno líquido como oxidante . Goddard lanzó con éxito un pequeño cohete de combustible líquido a 56 m a 97 km / h el 16 de marzo de 1926 en Auburn, Massachusetts , EE. UU. [22] [23]
Los niveles de oxígeno en la atmósfera tienen una tendencia ligeramente descendente a nivel mundial, posiblemente debido a la quema de combustibles fósiles. [24]
Caracteristicas
Propiedades y estructura molecular.
A temperatura y presión estándar , el oxígeno es un gas incoloro, inodoro e insípido con la fórmula molecular O
2 , referido como dioxygen. [26]
2 , referido como dioxygen. [26]
Como dioxígeno , dos átomos de oxígeno están unidos químicamente entre sí. El enlace se puede describir de diversas maneras según el nivel de la teoría, pero se describe de manera razonable y simple como un doble enlace covalente que resulta del llenado de orbitales moleculares formados a partir de los orbitales atómicos de los átomos de oxígeno individuales, cuyo relleno produce un enlace orden de dos Más específicamente, el doble enlace es el resultado del llenado secuencial de energía de baja a alta, o Aufbau , de orbitales, y la consiguiente cancelación de las contribuciones de los electrones 2s, después del llenado secuencial del valor bajo de σ y σ *orbitales; σ superposición de los dos orbitales atómicos 2p que se encuentran a lo largo del eje molecular OO y π superposición de dos pares de orbitales atómicos 2p perpendiculares al eje molecular OO, y luego cancelación de contribuciones de los dos restantes de los seis electrones 2p después de su llenado parcial de los orbitales π y π *más bajos . [25]
Esta combinación de cancelaciones y superposiciones de σ y π da como resultado el carácter y la reactividad del doble enlace del dioxígeno y un estado de tierra electrónico de triplete . Una configuración electrónica con dos electrones no pareados, como se encuentra en los orbitales de dioxígeno (ver los orbitales π * rellenos en el diagrama) que tienen la misma energía, es decir, degenerada , es una configuración denominada estado triplete de espín . Por lo tanto, el estado fundamental de la O
2 molécula se conoce comotriplete de oxígeno. [27] [b] Los orbitales parcialmente llenos de mayor energía sonantienlazantes, por lo que su llenado debilita el orden de enlace de tres a dos. Debido a sus electrones no apareados, el triplete del oxígeno reacciona solo lentamente con la mayoría de las moléculas orgánicas, que tienen pares de giros de electrones; Esto evita la combustión espontánea. [28]
2 molécula se conoce comotriplete de oxígeno. [27] [b] Los orbitales parcialmente llenos de mayor energía sonantienlazantes, por lo que su llenado debilita el orden de enlace de tres a dos. Debido a sus electrones no apareados, el triplete del oxígeno reacciona solo lentamente con la mayoría de las moléculas orgánicas, que tienen pares de giros de electrones; Esto evita la combustión espontánea. [28]
En la forma triplete, O
2 moléculas sonparamagnéticas. Es decir, imparten carácter magnético al oxígeno cuando está en presencia de un campo magnético, debido a losmomentos magnéticos deespín de los electrones no apareados en la molécula, y alintercambio de energíanegativaentre laOvecina.
2moleculas. [21] El oxígeno líquido es tanmagnéticoque, en demostraciones de laboratorio, un puente de oxígeno líquido puede apoyarse contra su propio peso entre los polos de un poderoso imán. [29] [c]
2 moléculas sonparamagnéticas. Es decir, imparten carácter magnético al oxígeno cuando está en presencia de un campo magnético, debido a losmomentos magnéticos deespín de los electrones no apareados en la molécula, y alintercambio de energíanegativaentre laOvecina.
2moleculas. [21] El oxígeno líquido es tanmagnéticoque, en demostraciones de laboratorio, un puente de oxígeno líquido puede apoyarse contra su propio peso entre los polos de un poderoso imán. [29] [c]
El oxígeno singlete es un nombre que se le da a varias especies de O molecular de alta energía.
2 en el que se emparejan todos los giros de electrones. Es mucho más reactivo conlas moléculas orgánicascomunesque el oxígeno molecular per se. En la naturaleza, el oxígeno singlete se forma comúnmente a partir del agua durante la fotosíntesis, utilizando la energía de la luz solar. [30] También se produce en latroposferapor la fotólisis del ozono por luz de longitud de onda corta, [31] y por elsistema inmunológicocomo fuente de oxígeno activo. [32]Los carotenoidesen los organismos fotosintéticos (y posiblemente en los animales) desempeñan un papel importante en la absorción de energía deloxígeno singletey su conversión al estado fundamental no excitado antes de que pueda causar daño a los tejidos. [33]
2 en el que se emparejan todos los giros de electrones. Es mucho más reactivo conlas moléculas orgánicascomunesque el oxígeno molecular per se. En la naturaleza, el oxígeno singlete se forma comúnmente a partir del agua durante la fotosíntesis, utilizando la energía de la luz solar. [30] También se produce en latroposferapor la fotólisis del ozono por luz de longitud de onda corta, [31] y por elsistema inmunológicocomo fuente de oxígeno activo. [32]Los carotenoidesen los organismos fotosintéticos (y posiblemente en los animales) desempeñan un papel importante en la absorción de energía deloxígeno singletey su conversión al estado fundamental no excitado antes de que pueda causar daño a los tejidos. [33]
Alótropos
El alótropo común del oxígeno elemental en la Tierra se llama dioxígeno , O
2 , la mayor parte del oxígeno atmosférico de la Tierra (verOcurrencia). El O2tiene una longitud de enlace de 121 pmy una energía de enlace de 498 kJ / mol, [34] que es más pequeña que la energía de otros enlaces dobles o pares de enlaces simples en labiosferay responsable de lareacciónexotérmicade O2con Cualquier molécula orgánica. [28] [35] Debido a su contenido de energía, el O2se usa en formas de vida complejas, como los animales, enla respiración celular. Otros aspectos deO
2 están cubiertos en el resto de este artículo.
2 , la mayor parte del oxígeno atmosférico de la Tierra (verOcurrencia). El O2tiene una longitud de enlace de 121 pmy una energía de enlace de 498 kJ / mol, [34] que es más pequeña que la energía de otros enlaces dobles o pares de enlaces simples en labiosferay responsable de lareacciónexotérmicade O2con Cualquier molécula orgánica. [28] [35] Debido a su contenido de energía, el O2se usa en formas de vida complejas, como los animales, enla respiración celular. Otros aspectos deO
2 están cubiertos en el resto de este artículo.
Trioxygen ( O
3 ) se conoce generalmente comoozonoy es un alótropo muy reactivo del oxígeno que daña el tejido pulmonar. [36] El ozono se produce en laatmósfera superiorcuandoO
2 combina con oxígeno atómico hecho por la división deO
2 porradiación ultravioleta(UV). [15] Dado que el ozono se absorbe fuertemente en la región UV delespectro, lacapadeozonode la atmósfera superior funciona como un escudo protector de radiación para el planeta. [15] Cerca de la superficie de la Tierra, es uncontaminanteformado como un subproducto delos gasesdeescapede losautomóviles. [36] Enaltitudes deórbita terrestre baja, hay suficiente oxígeno atómico presente para causar lacorrosión de la nave espacial. [37]
3 ) se conoce generalmente comoozonoy es un alótropo muy reactivo del oxígeno que daña el tejido pulmonar. [36] El ozono se produce en laatmósfera superiorcuandoO
2 combina con oxígeno atómico hecho por la división deO
2 porradiación ultravioleta(UV). [15] Dado que el ozono se absorbe fuertemente en la región UV delespectro, lacapadeozonode la atmósfera superior funciona como un escudo protector de radiación para el planeta. [15] Cerca de la superficie de la Tierra, es uncontaminanteformado como un subproducto delos gasesdeescapede losautomóviles. [36] Enaltitudes deórbita terrestre baja, hay suficiente oxígeno atómico presente para causar lacorrosión de la nave espacial. [37]
La molécula metaestable tetraoxigeno ( O
4 ) fue descubierto en 2001, [38] [39] y se asumió que existía en una de las seis fases deloxígeno sólido. Se comprobó en 2006 que esta fase, creada mediante la presurización deO
2 a 20 GPa, es de hecho unromboédrico O
8 agrupamiento. [40] Este grupo tiene el potencial de ser unoxidantemucho más poderosoqueO
2 oO
3 y por lo tanto puede ser utilizado encombustible de cohete. [38] [39] Se descubrió una fase metálica en 1990 cuando el oxígeno sólido se somete a una presión superior a 96 GPa [41] y en 1998 se demostró que a temperaturas muy bajas, esta fase se vuelvesuperconductora. [42]
4 ) fue descubierto en 2001, [38] [39] y se asumió que existía en una de las seis fases deloxígeno sólido. Se comprobó en 2006 que esta fase, creada mediante la presurización deO
2 a 20 GPa, es de hecho unromboédrico O
8 agrupamiento. [40] Este grupo tiene el potencial de ser unoxidantemucho más poderosoqueO
2 oO
3 y por lo tanto puede ser utilizado encombustible de cohete. [38] [39] Se descubrió una fase metálica en 1990 cuando el oxígeno sólido se somete a una presión superior a 96 GPa [41] y en 1998 se demostró que a temperaturas muy bajas, esta fase se vuelvesuperconductora. [42]
Propiedades físicas
El oxígeno se disuelve más fácilmente en agua que en nitrógeno, y en agua dulce más fácilmente que en agua de mar. El agua en equilibrio con el aire contiene aproximadamente 1 molécula de O disuelto.
2 por cada 2 moléculas deN
2 (1: 2), en comparación con una proporción atmosférica de aproximadamente 1: 4. La solubilidad del oxígeno en el agua depende de la temperatura, y aproximadamente el doble (14.6 mg · L-1) se disuelve a 0 ° C que a 20 ° C (7.6 mg · L-1). [6] [43] A 25 ° C y 1atmósfera estándar(101.3 kPa) de aire, el agua dulce contiene aproximadamente 6.04 mililitros (mL) de oxígeno porlitro, y elagua de marcontiene aproximadamente 4.95 mL por litro. [44] A 5 ° C, la solubilidad aumenta a 9.0 mL (50% más que a 25 ° C) por litro para agua y 7.2 mL (45% más) por litro para agua marina.
2 por cada 2 moléculas deN
2 (1: 2), en comparación con una proporción atmosférica de aproximadamente 1: 4. La solubilidad del oxígeno en el agua depende de la temperatura, y aproximadamente el doble (14.6 mg · L-1) se disuelve a 0 ° C que a 20 ° C (7.6 mg · L-1). [6] [43] A 25 ° C y 1atmósfera estándar(101.3 kPa) de aire, el agua dulce contiene aproximadamente 6.04 mililitros (mL) de oxígeno porlitro, y elagua de marcontiene aproximadamente 4.95 mL por litro. [44] A 5 ° C, la solubilidad aumenta a 9.0 mL (50% más que a 25 ° C) por litro para agua y 7.2 mL (45% más) por litro para agua marina.
| 5 ° C | 25 ° C | |
|---|---|---|
| Agua dulce | 9.0 mL | 6,04 ml |
| Agua de mar | 7,2 ml | 4,95 ml |
El oxígeno se condensa a 90,20 K (−182.95 ° C, −297.31 ° F) y se congela a 54.36 K (−218.79 ° C, −361.82 ° F). [45] Tanto líquido y sólido O
2 son sustancias claras con uncolorcelesteclaro causado por la absorción en el rojo (en contraste con el color azul del cielo, que se debe ala dispersiónde la luz azulporRayleigh). Líquido de alta purezaO
2 se obtiene generalmente por ladestilación fraccionadade aire licuado. [46] El oxígeno líquido también puede condensarse del aire utilizando nitrógeno líquido como refrigerante. [47]
2 son sustancias claras con uncolorcelesteclaro causado por la absorción en el rojo (en contraste con el color azul del cielo, que se debe ala dispersiónde la luz azulporRayleigh). Líquido de alta purezaO
2 se obtiene generalmente por ladestilación fraccionadade aire licuado. [46] El oxígeno líquido también puede condensarse del aire utilizando nitrógeno líquido como refrigerante. [47]
El oxígeno es una sustancia altamente reactiva y debe separarse de los materiales combustibles. [47]
La espectroscopia de oxígeno molecular está asociada con los procesos atmosféricos de aurora y brillo aéreo . [48] La absorción en el continuo de Herzberg y las bandas de Schumann-Runge en el ultravioleta produce oxígeno atómico que es importante en la química de la atmósfera media. [49] El oxígeno molecular singlete en estado excitado es responsable de la quimioluminiscencia roja en solución. [50]
Isótopos y origen estelar.
El oxígeno natural se compone de tres isótopos estables , 16 O , 17 O y 18 O , siendo el 16 O el más abundante (99.762% de abundancia natural). [51]
La mayor parte del 16 O se sintetiza al final del proceso de fusión de helioen estrellas masivas, pero parte del proceso de combustión de neón . [52] El 17 O se produce principalmente mediante la quema de hidrógeno en helio durante el ciclo CNO , lo que lo convierte en un isótopo común en las zonas de combustión de hidrógeno de las estrellas. [52] La mayoría del 18 O se produce cuando el 14 N (hecho abundante de la quema de CNO) captura un núcleo de 4 He , lo que hace que el 18 O sea común en las zonas ricas en helio de estrellas masivas evolucionadas.[52]
Catorce radioisótopos han sido caracterizados. Los más estables son 15O con una vida media de 122.24 segundos y 14 O con una vida media de 70.606 segundos. [51] Todos los isótopos radiactivos restantes tienen vidas medias que son menos de 27 s y la mayoría de ellos tienen vidas medias que son menos de 83 milisegundos. [51] El modo de decaimiento más común de los isótopos más ligeros que 16 O es β + decaimiento [53] [54] [55] para producir nitrógeno, y el modo más común para los isótopos más pesados que 18 O esDesintegración beta para producir flúor . [51]
Ocurrencia
| Z | Elemento | Fracción en masa en partes por millón | ||
|---|---|---|---|---|
| 1 | Hidrógeno | 739,000 | 71 × Masa de oxígeno (barra roja) | |
| 2 | Helio | 240,000 | 23 × Masa de oxígeno (barra roja) | |
| 8 | Oxígeno | 10,400 | ||
| 6 | Carbón | 4.600 | ||
| 10 | Neón | 1,340 | ||
| 26 | Planchar | 1,090 | ||
| 7 | Nitrógeno | 960 | ||
| 14 | Silicio | 650 | ||
| 12 | Magnesio | 580 | ||
| dieciséis | Azufre | 440 | ||
El oxígeno es el elemento químico más abundante por masa en la biosfera , aire, mar y tierra de la Tierra. El oxígeno es el tercer elemento químico más abundante en el universo, después del hidrógeno y el helio. [57] Alrededor del 0.9% de la masa del Sol es oxígeno. [12] Eloxígeno constituye el 49,2% de la corteza terrestre en masa [58] como parte de compuestos de óxido como el dióxido de silicio y es el elemento más abundante en masa en la corteza terrestre . También es el componente principal de los océanos del mundo (88,8% en masa). [12] El gas oxígeno es el segundo componente más común de la atmósfera terrestre, ocupando el 20,8% de su volumen y el 23,1% de su masa (unas 10 15 toneladas). [12] [59] [d] La Tierra es inusual entre los planetas del Sistema Solar en tener una concentración tan alta de gas oxígeno en su atmósfera: Marte (con 0.1% O
2 por volumen) yVenustienen mucho menos. Lao
2 que rodea a esos planetas se produce únicamente por la acción de la radiación ultravioleta sobre las moléculas que contienen oxígeno, como el dióxido de carbono.
2 por volumen) yVenustienen mucho menos. Lao
2 que rodea a esos planetas se produce únicamente por la acción de la radiación ultravioleta sobre las moléculas que contienen oxígeno, como el dióxido de carbono.
La concentración inusualmente alta de gas oxígeno en la Tierra es el resultado del ciclo de oxígeno . Este ciclo biogeoquímico describe el movimiento de oxígeno dentro y entre sus tres principales reservorios en la Tierra: la atmósfera, la biosfera y la litosfera . El principal factor determinante del ciclo del oxígeno es la fotosíntesis , responsable de la atmósfera moderna de la Tierra. La fotosíntesis libera oxígeno a la atmósfera, mientras que la respiración , el deterioro y la combustión lo eliminan de la atmósfera. En el presente equilibrio, la producción y el consumo se producen al mismo ritmo. [60]
El oxígeno libre también se produce en solución en los cuerpos de agua del mundo. La mayor solubilidad de O
2 a temperaturas más bajas (verPropiedades físicas) tiene implicaciones importantes para la vida del océano, ya que los océanos polares soportan una densidad de vida mucho más alta debido a su mayor contenido de oxígeno. [61] El agua contaminadacon nutrientes de plantas comonitratosofosfatospuede estimular el crecimiento de algas mediante un proceso llamadoeutrofizacióny la descomposición de estos organismos y otros biomateriales puede reducir laO
2 contenidos en cuerpos de agua eutróficos. Los científicos evalúan este aspecto de la calidad del agua midiendo lademanda bioquímica de oxígenodel agua, o la cantidad deO
2necesarios para restaurarlo a una concentración normal.
2 a temperaturas más bajas (verPropiedades físicas) tiene implicaciones importantes para la vida del océano, ya que los océanos polares soportan una densidad de vida mucho más alta debido a su mayor contenido de oxígeno. [61] El agua contaminadacon nutrientes de plantas comonitratosofosfatospuede estimular el crecimiento de algas mediante un proceso llamadoeutrofizacióny la descomposición de estos organismos y otros biomateriales puede reducir laO
2 contenidos en cuerpos de agua eutróficos. Los científicos evalúan este aspecto de la calidad del agua midiendo lademanda bioquímica de oxígenodel agua, o la cantidad deO
2necesarios para restaurarlo a una concentración normal.
No hay comentarios:
Publicar un comentario