Oxigeno

Categoria:

Varios

A pesar de ser el elemento más abundante (49,4%) en la Naturaleza, el o. no fue identificado como tal hasta finales del S. XVIII. No obstante, en el s. VII a. C., elfilósofo chino Mao Khoá dijo que el aire era una mezcla de dos sustancias: Yann (nitrógeno) e Yne (o.); Leonardo de Vine¡ (1442-1519) afirmó que el aire era una mezcla, ya que en la respiración no se consumía completamente; el químico danés Borch lo obtuvo ocasionalmente en 1678, pero no se supo cómo recoger el gas. Pero la prioridad en el descubrimiento del o. actualmente sólo se discute entre Priestley y Scheele. Por cierto que un sacerdote español, José de Viera y Clavijo, compuso una notable poesía Los aires Fijos (1780), donde hace alusión a Priestley y su descubrimiento del o.

Priestley, en 1775, dio a conocer su experiencia de calentar óxido de mercurio y la formación y desprendimiento de un gas, al que denominó "aire desflogisticado". De Scheele se afirma que durante 1771 y 1772 obtuvo o. calentando carbonato de mercurio, óxido de mercurio, etc.; pero los resultados de dichas experiencias no las publicó hasta 1777.

El nombre de o. deriva de oxi y gen, engendrador de ácidos, etimología inexacta científicamente, pero disculpable, ya que en aquella época se entendía que todos los ácidos eran oxigenados. El o. se sitúa en el grupo VI del sistema periódico (v. ELEMENTOS Químicos), su número atómico es 8 y su masa atómica 16; se conocen además dos isótopos de masa atómica 17 y 18, si bien ninguno de los dos abunda, en la Naturaleza, aunque pueden ser detectados mediante el espectrógrafo de masas. La configuración orbital del átomo de o. es la indicada por la notación espectroscópica1 S2 . 2S2 - 2p4.

El o. monoatómico sólo puede existir durante cortos periodos de tiempo y en forma triatómica (ozono) en intervalos más largos. La estructura más estable del o. puro es en forma de o. melecular diatómico. Esta molécula forma un gas, incoloro, insípido e inodoro. Licua a -1831C y solidifica a -218,51C; en estado sólido o líquido el color es azul pálidoLa estructura de la molécula de 02 es peculiar, como se deriva de sus propiedades paramagnéticas, que han encontrado explicación con la teoría de orbitales moleculares:20OS22S22p4) _> 02[KK(z(r)’- (ycr)2 (x(r)2 (w-r); (,-)2]a través de la cual se ve cómo la molécula de o. contiene dos electrones en orbitales antienlazantes (vr)2. Como hay dos orbitales de este tipo, éstos estarán ocupados individualmente por electrones con spin paralelo.

El o. se combina con todos los elementos químicos, excepto con el helio, neón y posiblemente argón. Sin embargo, la reactividad del o. varía según los casos. En muchas de estas reacciones la energía que se desprende produce incandescencia, como ocurre cuando reacciona con los metales alcalinos y alcalinotérreos, que en frío arden espontáneamente. Sin embargo, a temperaturas ordinarias la mayor parte de los elementos químicos no se oxidan de un modo tan rápido; p. ej., el carbono, para que arda se ha de calentar previamente. Los gases nobles sólo se oxidan a temperaturas muy elevadas. Cuando se combina el o. con otro elemento químico da lugar al óxido correspondiente (v. ÓXIDOS), en el cual el o. actúa con valencia -2.

La capacidad del o. para combinarse con los elementos puede concretarse en la posibilidad que tiene de formar un ion O-2 (a través de la captura de dos electrones); dos valores covalentes (mediante sus electrones p. desapareados); o bien simultáneamente un enlace covalente y otro iónico.

Para que el o. se combine con otro elemento se ha de proceder: 1) a una activación del elemento a un estado reactivo; 2) a una activación del o.; y 3) a la combinación del elemento activado y el o. para formar el óxido. Los dos primeros pasos consumen energía; sólo en la tercera etapa se desprende energía, resultando el proceso total exotérmico.

La reactividad del o. del 95-99% de pureza, que es como se obtiene comercialmente, es muy superior a la del aire. La presencia de indicios de agua influye de un modo apreciable en dicha reactividad, aumentándola, como bien se ha podido demostrar en el caso de la oxidación del hierro. Otro factor importante que modifica la velocidad de reacción del o. con los metales es el grado de accesibilidad de las moléculas de o. a los átomos del metal. 1) Cuando el metal posee un área superficial relativamente grande (p. ej., hierro pirofórico), aumenta considerablemente la reactividad en los lugares más internos del área superficial; 2) la velocidad de oxidación de los metales (p. ej., aluminio) se reduce apreciablemente al formarse inicialmente una capa de óxido que impide la accesibilidad del oxígeno a los átomos de aluminio que todavía no se han oxidado.

Las reacciones del o. con los hidrocarburos proporciona una gran parte de la energía que utilizamos, ya en forma de calor, luz o potencia. Los hidrocarburos que se emplean con este fin se obtienen del petróleo, carbón y gas natural. Cuando dichas sustancias se queman en presencia de un exceso de aire a temperaturas inferiores a 1.650° C y con cantidades de o. inferiores a la estequiométrica, se produce hidrógeno y monóxido de carbono. Una de las aplicaciones del o. industrial es obtener monóxido de carbono e hidrógeno y de esta sustancia producir finalmente amoniaco y metano].

A temperaturas más bajas, al reaccionar el o. con los hidrocarburos se obtienen compuestos químicos orgánicos oxigenados. Industrialmente, el fenol se obtiene a partir del benceno, el anhÍdrido flálico del naftaleno y sileno, el ácido adípico del ciclo hexano, y una serie de alcoholes, aldehÍDos, ácidos y cetonas a partir del de propano y de mezclas propano-butano.

Las reacciones que se producen entre el o. y los compuestos orgánicos que contienen o. y nitrógeno constituyen la base del metabolismo animal. Los hidratos de carbono, las grasas y proteínas y sus derivados se oxidan bioquímicamente a unos 301C por la acción de las enzimas (v.). Los catalizadores, por medio de los cuales se realizan estas reacciones, son de una efectividad y especificidad muy superiores a los que se emplean hoy en las oxidaciones industriales no bioquímicas. En todas estas reacciones se libera energía calorífica y, si no se dispone de adecuados controles para eliminar este calor de reacción, se obtienen productos distintos de los que se desean. Finalmente, como ya se ha dicho, sin agentes catalíticos no se puede conseguir especificidad en los productos.

La obtención de o. relativamente puro (más del 95%) tiene hoy una gran importancia industrial. Los procedimientos clásicos de laboratorio para preparar o. puro se basan en que ciertos compuestos oxigenados poco estables ceden total o parcialmente su o. cuando se calientan. Los óxidos de plata y mercurio se transforman en monóxido y, análogamente, el clorato de potasio se descompone en cloruro potásico y o.; el nitrato potásicose reduce a nitrito potásico, cediendo únicamente una tercera parte de su o.

2 Hg02 Hg+Oz2 Agp4 Ag+OZ2 C103K2 CIK+3 02 2 N03K => 2 NOZK+OZTodos estos métodos de laboratorio resultan antieconómicos. Actualmente más del 97% del o. puro que se produce industrialmente procede de la destilación del aire líquido y el resto se obtiene por electrólisis del agua.

Las dificultades que encierra la obtención del o. se deducen teniendo en cuenta la composición del aire y los puntos de ebullición de sus componentes.

Para licuar el aire se ha de recurrir a una refrigeración (método diluido). Para obtener o. puro a partir del aire líquido se realiza una destilación en una columna de fraccionamiento, separándose en lo alto de la columna el nitrógeno gaseoso, que es él componente más volátil, y saliendo el o. líquido de la base de la columna. El o. líquido se vaporiza y se comprime a unos 150 Kg/cmz dentro de unas balas de acero que contienen unos 6 m3 de o. medidos en condiciones normales. Los procesos de licuación y destilación se verifican hoy día simultáneamente, haciendo circular nitrógeno gaseoso frío que se forma a través de intercambiadores de calor en los que el aire que llega a ellos se licua parcialmente en un líquido, con un contenido en o. superior al 21%, el cual se somete a destilación. Puesto que este método no recurre a ningún procedimiento químico, es más barato a escala industrial.

V. t.: OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN.

J. R. MASAGUER FERNÁNDEZ.

BIBL.: P. PASCAL, Nouveau traité de chimie minérale, 1968; COTTON y WILKINSON, Química inorgánica avanzada, Madrid 1971 ; R. B. HESLOP y P. L. ROBINSON, Química inorgánica, Madrid 1962.