Oxígeno. Ciclo del Oxígeno

Elemento químico gaseoso, símbolo O, número atómico 8 y peso atómico 15.9994. Es de gran interés por ser el elemento esencial en los procesos de respiración de la mayor parte de las células vivas y en los procesos de combustión. Es el elemento más abundante en la corteza terrestre. Cerca de una quinta parte (en volumen) del aire es oxígeno.

Descubierto en: 1772

Por: K. Scheele y J. Priestley

Fuentes: aire (destilación fraccionada, 99%), agua (electrólisis, 1%).

Usos: El oxígeno es necesario para las combustiones, respiración, fotosíntesis. Podría decirse que es el nexo entre todos los elementos. El fuego necesita oxígeno para producirse, el aire sin oxígeno sería fatal para las persona, los animales y las plantas, el agua es (en peso) un 89% oxígeno, y las plantas crecen en la Tierra en gran parte debido a la fotosíntesis : las plantas "comen" dióxido de carbono y producen oxígeno puro. Ver aquí Fotosíntesis. También se usa ampliamente en la industria (convertidores de acero, síntesis de ácido nítrico, etc.), medicina y como combustible (soldadura autógena

En condiciones normales el oxígeno es un gas incoloro, inodoro e insípido; se condensa en un líquido azul claro. El oxígeno es parte de un pequeño grupo de gases ligeramente paramagnéticos (Los métodos para la medición de contenidos de oxígeno son físicos o químicos. Los métodos físicos utilizan la propiedad paramagnética del oxígeno o la conductividad térmica como base para las determinaciones cuantitativas.
La mayoría de los gases son levemente diamagnéticos y son repelidos del campo magnético. El oxígeno es diferente, es un gas paramagnético, lo que significa que es atraído por un campo magnético. Hay un número de analizadores que utilizan las propiedades paramagnéticas del oxígeno.)

Casi todos los elementos químicos, menos los gases inertes, forman compuestos con el oxígeno. Entre los compuestos binarios más abundantes de oxígeno están el agua, H2O, y la sílica, SiO2; componente principal de la arena. De los compuestos que contienen más de dos elementos, los más abundantes son los silicatos, que constituyen la mayor parte de las rocas y suelos. Otros compuestos que abundan en la naturaleza son el carbonato de calcio (caliza y mármol), sulfato de calcio (yeso), óxido de aluminio (bauxita) y varios óxidos de hierro, que se utilizan como fuente del metal.

Continuando con la abundancia, es el tercer elemento del universo tras el hidrógeno y el helio. Es el tercer elemento más abundante en el Sol y juega un papel importante en el ciclo del carbono-nitrógeno, proceso que antiguamente se pensaba que daba la energía al Sol y a las estrellas. En condiciones de excitación, el oxígeno da los colores rojo brillante y verde-amarillento de la aurora.

El O2 es la forma alotrópica más abundante del oxígeno. Es un gas, como ya dijimos, paramagnético (posee electrones desapareados), incoloro, inodoro e insípido. En estado líquido y sólido es azul pálido. En estado sólido presenta tres modificaciones: a-O2 (ortorrómbica, entre 0-23,88 K, r = 1,40 g/cm3), b-O2 (romboédrica, entre 23,88-43,80 K, r = 1,39 g/cm3) y g-O2 (cúbica, entre 43,80-54,36 K (Punto de fusión), r = 1,32 g/cm3). La solubilidad en agua disminuye con el aumento de la temperatura (como en el resto de los gases), pero que aquí tienen importancia para la vida de los seres acuáticos; a 20ºC se disuelve como máximo 3,03 volumen/% de oxígeno en agua.

El oxígeno es muy reactivo y es el componente de cientos de miles de compuestos orgánicos e inorgánicos: se combina con todos los elementos. El proceso de combustión es más vivo en oxígeno puro que en aire. Con oxígeno líquido el proceso de combustión puede ser explosivo, sobre todo si la sustancia presenta gran superficie. En el caso de los metales, el proceso de oxidación (corrosión) produce importantes daños económicos. El oxígeno consumido en los procesos de oxidación es repuesto por los vegetales.

La mayor parte del consumo de oxígeno se produce en los hornos de obtención de acero por soplado de oxígeno. Otros consumidores importantes son las industrias consumidoras de gas de síntesis (CO + H2): amoniaco (nítrico) y metanol, síntesis de óxido de etileno y soldadura oxiacetilénica.

El ozono (O3) (la otra forma alotrópica del oxígeno) fue descubierto en 1839 por Schönbein. Es una sustancia muy activa que se forma por acción de descargas eléctricas o de luz ultravioleta sobre el oxígeno. Es un gas diamagnético azulado, de olor característico (el que se percibe después de las tormentas con importante aparato eléctrico). Su presencia en la atmósfera (en una cantidad equivalente a una capa de 3 mm de espesor en condiciones ordinarias de presión y temperatura) ayuda a impedir que los peligrosos rayos ultravioleta del Sol alcancen la superficie de la Tierra: se transforma por efecto de los rayos UV en oxígeno. Los contaminantes atmosféricos (derivados halogenados de hidrocarburos, fundamentalmente) tienen efectos negativos sobre esta capa.

Es débilmente soluble en agua. En estado líquido es azul oscuro y en estado sólido es violeta oscuro. Se emplea como desinfectante del agua y blanqueante, ya que al descomponerse para formar O2, se forma como intermedio oxígeno atómico.

El ozono es una sustancia gaseosa tóxica, ya que es un potente oxidante: produce irritación de la mucosas.

Las plantas y animales dependen del oxígeno para la respiración. En los hospitales se usa oxígeno en pacientes con problemas respiratorios: el gas debe contener un 7% de O2 como mínimo. La inhalación de oxígeno puro es perjudicial y sobre todo si es a presión, por lo que se mezcla con gases nobles para estos fines.

En resúmen:

El oxígeno conjuntamente con el hidrógeno forma el agua, H2O.
Se puede obtener industrialmente mediante dos procesos:
- la destilación por pasos del aire líquido
- electrólisis de las disoluciones alcalinas del agua


Tiene muchas aplicaciones, las más relevantes:
- combustible: para sopletes, en la producción de acero.
- en la industria química: para obtener sustancias como, por ejemplo, el acetileno, el cloro, el ácido sulfúrico… y para obtener explosivos en estado líquido.
- como combustible de cohetes espaciales.
- en la medicina.





CICLO DEL OXÍGENO





El oxígeno molecular (O2) representa el 20% de la atmósfera terrestre. Este oxígeno abastece las necesidades de todos los organismos terrestres que lo respiran para su metabolismo, además cuando se disuelve en agua, cubre las necesidades de los organismos acuáticos. En el proceso de la respiración, el oxígeno actúa como aceptor final para los electrones retirados de los átomos de carbono de los alimentos. El producto es agua. El ciclo se completa en la fotosíntesis cuando se captura la energía de la luz para alejar los electrones respecto a los átomos de oxígeno de las moléculas de agua. Los electrones reducen los átomos de oxígeno de las moléculas de agua. Los electrones reducen los átomos de carbono (de dióxido de carbono) a carbohidrato. Al final se produce oxígeno molecular y así se completa el ciclo.


Por cada molécula de oxígeno utilizada en la respiración celular, se libera una molécula de dióxido de carbono. Inversamente, por cada molécula de dióxido de carbono absorbida en la fotosíntesis, se libera una molécula de oxígeno.