Oxígeno

El oxígeno es un elemento químico de la tabla periódica que se encuentra en la serie química de los no metales con el número atómico 8.  Su símbolo es la letra O y es uno de los más importantes en la química orgánica, ya que es altamente reactivo y participa de manera activa en la formación de compuestos.

Etimológicamente, el nombre proviene de las raíces griegas oxys que significa ácido y gonos que significa productor, es decir, productor de ácidos. Esta denominación se debe a que en un momento se pensó que todos los ácidos necesitaban oxígeno para su composición.

Aunque se cree que este elemento apareció hace 2400 millones de años, fue descubierto de manera independiente en el año 1773 por Carl Wilhelm Scheele. Sin embargo, el privilegio se le otorga a Joseph Priestley porque fue quien publicó su trabajo antes. Luego, muchos investigadores se sumaron al estudio de este novedoso elemento.

Características

El primer aspecto que caracteriza al oxígeno es que se encuentra de forma abundante en la naturaleza, ya que integra más del 20 % de la atmósfera. Es indispensable para la vida puesto que es lo que respiran los seres vivos y tiene la capacidad de mezclarse con el hidrógeno para formar la molécula de agua.

Es el tercer elemento con más abundancia en la corteza terrestre, después del hidrógeno y del helio. Debido a ello, también es el componente mayoritario de la masa de los seres vivos, incluso las proteínas, los ácidos, los carbohidratos y los lípidos tienen oxígeno en su composición.

Posee un rol biológico vital porque es un elemento liberado por bacterias, plantas y algas durante el proceso de la fotosíntesis. Luego, mediante el proceso de respiración, muchos seres vivos lo utilizan para convertir los nutrientes en energía. Una ausencia de este elemento puede provocar la muerte de muchos organismos.

En condiciones estándares de presión y temperatura, dos átomos de este elemento suelen ir juntos formando lo que se conoce como O2. Este es el oxígeno molecular y es el que se puede respirar.

Sin embargo, hay un tipo de oxígeno conocido como Ozono (O3) que también se le llama trioxígeno. En este caso, hay tres moléculas que se enlazan para formar una molécula de ozono. Su función natural es la de proteger la tierra de los rayos ultravioletas.

Propiedades

El oxígeno es uno de los elementos de la tabla periódica que más interviene en procesos físicos y químicos de gran importancia para la vida en la tierra. Por ello, es necesario tener en cuenta las siguientes propiedades:

Propiedades físicas

• En condiciones normales de temperatura y presión, el oxígeno se manifiesta como un gas incoloro, sin olor e insípido. Es más denso que el aire y alcanza una densidad de 1.429 gramos por litro.
• Puede cambiar de fase, de gas a líquido, cuando se lleva a una temperatura de -182,96 °C (-297,33 °F) y es cuando adquiere un color sutilmente azulado. En estado líquido se puede solidificar o congelar a una temperatura de -218,4 ° C.
• En cuanto a la estructura, puede formar dioxígeno (O2), con una longitud de enlace de 121 pm y una energía de enlace de 498 kJ*mol−1. Otro alótropo es el trioxígeno (O3), que se conoce como ozono y es muy reactivo e incluso perjudicial para muchos seres vivos.
• Es un mal conductor de electricidad y calor. Alcanzan el punto de fusión a 50,35 K (−223 °C) y el punto de ebullición a 90,18 K (−183 °C).
• Es soluble en el agua, alcohol y en otros líquidos comunes.

Propiedades químicas

• Es un elemento altamente reactivo con la capacidad de formar compuestos al unirse con cualquier elemento, a excepción del helio y del neón. Se encuentra en fase intermedia entre el nitrógeno y el flúor.
• Posee una electronegatividad de 3,44 en la escala de Pauling, la segunda más elevada superada por el flúor.
• Es el principal de los anfígenos, ya que es formador de ácidos y bases, además, sus estados de oxidación son de -2 y -1.
• Tiene la capacidad de crear compuestos inflamables y es altamente reactivo. Al combinarse con metales, forma óxidos y corroe la superficie.

Importancia para la vida

El oxígeno es uno de los elementos necesarios en distintos ámbitos de la vida, ya que interviene en procesos indispensables para el mantenimiento de todo ser vivo. Sin este importante gas, en su proporción adecuada, no se podría llevar a cabo las siguientes funciones:

• Respiración: Durante todo el día, los humanos respiran oxígeno para llevarlo a los pulmones y de allí, a todas las partes del cuerpo. Gracias a ello, es posible la creación de hemoglobina y, si se combina con nutrientes en las células, genera energía. El material de desecho, dióxido de carbono, es aprovechado por las plantas.
• Fotosíntesis: Las plantas y otros seres vivos, utilizan el dióxido de carbono expelido a la atmósfera como fuente de carbono para la obtención de energía y creación de estructuras, es decir, su desarrollo. Luego, libera oxígeno para que lo empleen otros seres vivos.
• Atmósfera: La presencia de este elemento combinado en la atmósfera garantiza la respiración. Además, permite que haya un constante flujo de dióxido de carbono para que las plantas se nutran y ofrezcan alimento. Interviene en la formación de las nubes, de la lluvia e incluso en el fuego.
• Capa de ozono: El oxígeno forma una capa de O3 que rodea la tierra protegiéndola de los rayos ultravioleta. De no ser por este escudo protector, la vida no sería posible.

Además, de forma directa e indirecta interviene en el ciclo del agua, en la formación de los vientos e incluso en el efecto invernadero. Cada una de estas funciones garantiza la adecuada temperatura de la tierra, la vida de los animales y la conservación de infinidad de seres vivos.

Usos

Se estima que un 55 % de la producción de oxígeno a nivel mundial se emplea en la fabricación de acero. Sin embargo, posee otras aplicaciones muy amplias de las cuales se pueden mencionar:

Medicina

Aunque se encuentra en el ambiente, muchos pacientes con deficiencia respiratoria requieren de terapia con oxígeno para equilibrar los niveles de este elemento en sangre. Se emplea en patologías como la neumonía, insuficiencia cardíaca, enfisema y otras más.

La medicina hiperbárica emplea el oxígeno a alta presión para incrementar los niveles de O2 en personal médico o pacientes con condiciones especiales. Por ejemplo, la gangrena gaseosa y el síndrome de descompresión se tratan con esta técnica.

En el ámbito farmacéutico se emplea en la producción de compuestos indispensables para los seres vivos.

Industria

En la producción de acero y hierro se emplean enormes cantidades de oxígeno, unas 3/4 tn de oxígeno por cada tonelada de acero. De igual manera, se emplea en las soldaduras a temperaturas muy elevadas y en la creación de óxido de etileno (C2H4O) que interviene en la formación de plásticos y textiles.

Por su parte, el trioxígeno se emplea para la desinfección de diversas superficies e incluso del agua. Es ideal para eliminar organismos nocivos que se encuentran en cualquier espacio. Se debe usar con precaución.

Apoyo vital

Tiene una aplicación de gran importancia en la preparación de trajes espaciales modernos, ya que mantiene los niveles de O2 en el organismo de forma estable. Además, los buceadores y tripulantes marinos, emplean este elemento de manera artificial o mezclado con otros gases para ayudar a mantener el equilibrio en el cuerpo.

A quienes escalan montañas o en los aviones, disponen de un suministro de O2 de emergencia en caso de un descenso en los niveles del organismo o despresurización de la cabina de vuelo.

Ciencia

Sigue siendo un elemento de apoyo en la investigación de nuevos compuestos que sirven para la vida humana, animal, acuática y vegetal. Por ejemplo, los paleoclimatólogos miden la relación entre los isótopos en los esqueletos de organismos marinos, para conocer el clima de hace millones de años.

Los geólogos utilizan muestras de distintos isótopos obtenidos en la luna, tierra, marte y meteoritos para determinar la formación de la tierra. De igual manera, se sigue investigando su beneficio a la salud y en las funciones vitales del cuerpo.

Dónde se encuentra

Normalmente, se puede encontrar en forma de gas en la atmósfera y es muy abundante, un 20 %. Se encuentra en un estado de equilibrio asombroso, pues una reducción de este elemento dificulta la respiración y con un ligero incremento, todos los compuestos arderían.

También, se localiza en la corteza terrestre en forma de silicato, compuestos de oxígeno y silicio.

Obtención

La producción de las más de 100 millones de toneladas de O2 extraídas del aire de forma industrial se logra a través de distintos medios. Por ejemplo, el oxígeno de tipo médico se obtiene mediante la separación de los gases contenidos en el aire, tras las etapas de compresión, filtración y purificación.

Otro método común consiste en destilar fraccionadamente aire licuado en sus diversos elementos, con el N2 destilado como vapor y el O2 dejado como líquido. También, se obtiene al lograr pasar una fuente de aire limpio y seco a través de tamices moleculares de zeolita. Estas adsorben el nitrógeno y dejan un gas de 90 a 93 % O2.

Con la electrólisis del agua es posible obtener oxígeno al descomponer una molécula de agua mediante electricidad. En este caso, un ánodo capta las moléculas de oxígeno hacia un recipiente y un cátodo las de hidrógeno hacia otro espacio.

También, se usan catalizadores químicos y diversas tecnologías de separación de aire.

Quién lo descubrió

Los primeros experimentos relacionados con el aire y el oxígeno se remontan a la Antigua Grecia, donde Filón de Bizancio observó que al invertir un recipiente sobre una vela encendida, al aplicar agua en el exterior, una parte del líquido subía.

Luego, Robert Boyle comprobó que el aire es necesario para la combustión. Más tarde, el John Mayow, químico inglés, progresó en la investigación mostrando que solo requería de una parte del aire.

Sin embargo, fue hasta 1772, cuando el farmacéutico sueco Carl Wilhelm Scheele observó que mientras quemaba óxido de mercurio se liberaba algo que llamó “aire del fuego”. Este descubrimiento sirvió de apoyo para entender la combustión, ya que se hizo un informe que se publicó en 1777.

Durante ese período de tiempo, el clérigo británico Joseph Priestley realizó un experimento similar y al resultado, lo llamó “aire desflogisticado”. El informe de esta investigación se publicó en 1775, de allí, que se le atribuya el descubrimiento a este científico.

Con el paso del tiempo y a pesar del cuestionamiento de la época, Antoine Lavoisier efectuó experimentos sobre oxidación y el funcionamiento de la combustión. De esta manera, demostró que lo que habían descubierto Priestley y Scheele era un elemento químico.

Referencias

1. National Geographic.-. Propiedades del Oxígeno, de National Geographic. website:https://www.nationalgeographic.com.es/ciencia/propiedades-oxigeno-o_18219