Química: Oxígeno🕒 Tiempo estimado: 7 minutos de lectura
El oxígeno es un elemento químico que se encuentra en el segundo período de la familia VIA (calcógenos) de la Tabla Periódica. Es, de hecho, el elemento más abundante en la superficie de la Tierra. Su importancia es vital ya que constituye el gas oxígeno presente en la atmósfera, esencial para la supervivencia de diversos seres vivos.
El oxígeno es un elemento químico fundamental que juega un papel esencial tanto en la vida en la Tierra como en una variedad de procesos químicos. Su descubrimiento y comprensión revolucionaron la química y la biología, y su presencia en la atmósfera es esencial para la respiración de los seres vivos. Además, su reactividad lo convierte en un reactante clave en la química industrial y en numerosos procesos tecnológicos. El oxígeno es un ejemplo perfecto de cómo un elemento químico puede ser tanto vital para la vida como esencial en la química y la industria moderna
Características atómicas
El oxígeno está compuesto por átomos que tienen un número atómico (Z) igual a 8 y una masa atómica igual a 16 u. Esto significa que sus átomos poseen:
- 8 protones en su núcleo.
- 8 electrones distribuidos en órbitas.
- En promedio, 8 neutrones en su núcleo atómico.
Es importante señalar que el número de neutrones puede variar dependiendo del isótopo de oxígeno considerado. En la naturaleza, se encuentran tres isótopos del oxígeno:
- 8O16: con 8 neutrones en el núcleo, resultado de restar el número másico (16) al número atómico (8).
- 8O17: con 9 neutrones en el núcleo, resultado de restar el número másico (17) al número atómico (8).
- 8O18: con 10 neutrones en el núcleo, resultado de restar el número másico (18) al número atómico (8).
Cuando se realiza la distribución electrónica de los ocho electrones presentes en un átomo de oxígeno, se observa que este elemento tiene dos niveles de energía:
- Distribución electrónica de un átomo de oxígeno.
La distribución electrónica también revela que un átomo de oxígeno tiene seis electrones en la capa de valencia, que es la segunda capa. De estos, el subnivel s tiene dos electrones y el subnivel p tiene cuatro electrones.
Historia del oxígeno
La idea de que el aire no era un elemento se remonta a observaciones realizadas por los chinos en el siglo VIII y Leonardo da Vinci en el siglo XV. Mao-Khoa, un chino, consideró que el aire estaba compuesto por dos sustancias: aire completo y aire incompleto. Da Vinci, por su parte, ya había notado una relación entre la combustión y el aire.
En 1771 y 1774, dos científicos llevaron a cabo experimentos diferentes que condujeron al mismo resultado. En 1771, Scheele produjo oxígeno gaseoso al calentar diferentes sustancias, como el nitrato de potasio y el óxido de mercurio, de forma individual. En 1774, Priestley calentó óxido de mercurio II (HgO) y obtuvo oxígeno gaseoso (O2).
En 1777, Lavoisier nombró al elemento como «oxígeno» después de confirmar que formaba parte de la composición de varios ácidos inorgánicos.
Características físicas del oxígeno
El oxígeno exhibe ciertas características físicas notables, como:
- Alta electronegatividad, lo que significa que tiene una gran capacidad para atraer electrones de otros átomos.
- Un radio atómico pequeño.
- Alta energía de ionización, lo que implica que se necesita mucha energía para extraer un electrón de su átomo.
- Naturaleza no metálica, lo que le confiere una tendencia a ganar electrones y formar aniones.
- Requiere capturar dos electrones para lograr la estabilidad de acuerdo con la teoría del octeto, ya que posee seis electrones en la capa de valencia.
Formas alotrópicas
El oxígeno tiene dos formas alotrópicas principales: oxígeno gaseoso (O2) y ozono gaseoso (O3).
- Características del gas oxígeno (O2):
- Es un gas a temperatura ambiente.
- Carece de olor.
- Punto de fusión: -218,4 °C.
- Punto de ebullición: -182,8 °C.
- Sus moléculas constan de dos átomos de oxígeno.
- Presenta una geometría lineal, con un ángulo de 180 °.
- Características del gas ozono (O3):
- Es un gas a temperatura ambiente.
- Tiene un olor fuerte característico.
- Punto de fusión: -249,4 °C.
- Punto de ebullición: -111,3 °C.
- Sus moléculas están compuestas por tres átomos de oxígeno.
- Posee una geometría angular, con un ángulo de 120 °.
Usos del oxígeno
El oxígeno desempeña un papel fundamental tanto en la vida en la Tierra como en una amplia gama de reacciones químicas. Su presencia y propiedades únicas son cruciales para mantener la respiración y para numerosos procesos químicos en la naturaleza. Acompáñame en este viaje para explorar la importancia del oxígeno en la química y en la vida cotidiana.
El oxígeno, en forma de gas oxígeno (O2), se utiliza en una variedad de aplicaciones, que incluyen:
- Eliminación de impurezas de carbono en el acero.
- Enriquecimiento de aire limpio para su uso en entornos hospitalarios.
- Soldadura de metales.
- Participación en reacciones químicas para la producción de diversas sustancias.
- Combustión.
- Fabricación de metanol.
- Propulsión de cohetes, entre muchas otras aplicaciones.
El Descubrimiento del Oxígeno
El oxígeno fue descubierto en el siglo XVIII por el químico sueco Carl Wilhelm Scheele y, de manera independiente, por el químico británico Joseph Priestley. Priestley llamó a este gas «aire desflogisticado» debido a su capacidad para avivar las llamas y respaldar la combustión. Antoine Lavoisier, un químico francés, fue quien acuñó el nombre «oxígeno», que significa «formador de ácidos», debido a su participación en muchas reacciones de oxidación.
Propiedades del Oxígeno
El oxígeno posee varias propiedades fundamentales que lo hacen único y esencial:
- Reactividad: El oxígeno es altamente reactivo y tiende a formar enlaces con otros elementos y compuestos, lo que lo convierte en un reactante fundamental en una amplia variedad de reacciones químicas.
- Soporte de la Combustión: El oxígeno es esencial para la combustión. En presencia de oxígeno, la mayoría de las sustancias combustibles pueden arder y liberar energía.
- Importancia Biológica: Los seres vivos dependen del oxígeno para la respiración celular. El oxígeno es necesario para la generación de energía en forma de ATP en nuestras células.
Ciclo del Oxígeno
El oxígeno es un componente clave del ciclo del oxígeno, un proceso biogeoquímico que involucra la liberación de oxígeno por las plantas y su consumo por los seres vivos a través de la respiración. Las plantas, mediante la fotosíntesis, convierten el dióxido de carbono y la luz solar en oxígeno y glucosa, lo que es esencial para el equilibrio de oxígeno en la atmósfera.
Usos del Oxígeno
El oxígeno tiene una amplia gama de aplicaciones en la vida cotidiana y la industria:
- Medicina: Se utiliza en terapias de oxigenación para tratar afecciones respiratorias y en hospitales para mantener la vida.
- Industria: Es esencial para la soldadura y la combustión en la industria, y se utiliza en la fabricación de acero y vidrio.
- Aeroespacial: Los astronautas dependen de sistemas de suministro de oxígeno en sus trajes espaciales y naves espaciales.
Curiosidades sobre el Oxígeno
- El oxígeno es el elemento más abundante en la corteza terrestre y constituye aproximadamente el 21% de la atmósfera de la Tierra.
- Aunque es esencial para la vida tal como la conocemos, el oxígeno también puede ser tóxico en altas concentraciones, lo que se conoce como intoxicación por oxígeno.