Oxígeno Definición, obtención, molécula y compuestos

Mahiceth Quintero Valero
Doctora en Química Aplicada

El oxígeno es un elemento químico que forma parte del grupo 6A en la tabla periódica, no metálico y entre los estados de oxidación más importantes se encuentran -2, -1 y 0. Es un gas diatómico donde sus formas alotrópicas corresponden a O2(g) y O3(g) los cuales son excelentes agentes oxidantes por lo que forman fácilmente óxidos con los metales. El oxígeno no puede tener más de cuatro átomos enlazados a él, los más frecuentes son dos como en el H2O, o tres como en el H3O+.

El oxígeno, al igual que el nitrógeno, son los elementos que se encuentran en mayor porcentaje en la atmósfera, sin embargo, es el oxígeno quien se encuentra en mayor cantidad en los compuestos presentes en la tierra y compone el 46% de su masa, además es el elemento más abundante en el agua del mar representado casi el 90% de su masa. Tal como ya se mencionó este presenta dos alótropos, el oxígeno molecular O2(g) y el ozono O3(g), este último es menos estable.

Obtención del oxígeno

El oxígeno gaseoso se puede obtener de manera experimental mediante el calentamiento de clorato de potasio y catalizada con dióxido de manganeso MnO2, tal como se muestra en la reacción:

2KClO3(s) → 2KCl(s) + O2(g)

Otro método de obtención del oxígeno puro corresponde a la electrólisis del agua el cual consiste, en la descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno gaseoso utilizando una celda electrolítica, la cual está formada por un par de electrodos de un material inerte (platino) sumergido en agua, esta reacción se lleva a cabo en una disolución de ácido sulfúrico, tal como se muestran en las siguientes reacciones:

Ánodo 2H2O(l) → O2(g) + 4H+(ac) + 4e-

Cátodo H+(ac) + e- → ½ H2(g)

Desde el punto de vista industrial el oxígeno gaseoso se prepara por destilación fraccionada de aire licuado.

Configuración de la molécula de oxígeno O2

En la estructura del oxígeno molecular O2, cada átomo de O posee seis electrones de valencia, por lo tanto, la molécula de O2, contiene 12 electrones de valencia que al ordenarlos en un diagrama de orbitales moleculares se obtienen dos electrones desapareados, por lo que el oxígeno se considera un compuesto paramagnético. El oxígeno además posee ocho electrones de valencia como orbitales enlazantes, y cuatro orbitales antienlazantes lo que permite que el orden de enlace sea dos.

Compuestos del oxígeno

El oxígeno debido a sus propiedades físicas y químicas es un elemento muy importante en el estudio de la química y por lo tanto la mayoría de las reacciones contienen este elemento. El oxígeno puede llegar a formar tres tipos de óxidos, el óxido simple que se caracteriza por poseer el ion O2-, el peróxido que posee el ion O22- y el superóxido que posee el ion O2-. Todos estos iones tienen la propiedad de reaccionar fácilmente con el agua, tal como se muestra a continuación.

Óxido O2 + H2O → 2OH

Peróxido O22- + 2H2O → O2 + 4OH

Superóxido 4O2- + 2H2O → 3O2 + 4OH

Las características de los óxidos, pueden variar en función al elemento al cual esté unido el oxígeno. Por ejemplo, los óxidos de los elementos del lado izquierdo de la tabla periódica que contienen a los metales alcalinos y los metales alcalinotérreos son sólidos iónicos que contienen altos puntos de fusión, mientras que los óxidos con los metaloides, también son óxidos en estado sólido pero que contienen un menor carácter iónico. Por otra parte, los óxidos formados con no metales son de carácter covalentes y se hallan en estado líquidos o gases a temperatura ambiente. El comportamiento ácido de los óxidos aumenta de izquierda a derecha, mientras que la naturaleza básica de estos aumenta al bajar por cualquier grupo en la tabla periódica. A continuación se muestran algunos ejemplos de estos óxidos: Na2O, MgO, Al2O3, SiO2 y P4O10.

Existen algunos peróxidos como el Li2O2, Na2O2, sin embargo, el peróxido más común es el peróxido de hidrógeno que tiene la fórmula H2O2, en esta estructura los enlaces H-O y O-O, forman un ángulo alrededor de cada átomo de oxígeno, esta molécula es una molécula polar que se descompone con facilidad por calentamiento, para obtener agua y oxigeno molecular, tal como se muestra en la reacción:

2H2O2(l) → 2H2O(l) + O2(g)

Los superóxidos se pueden formar con metales alcalinos tales como potasio, rubidio o cesio y con metales alcalinotérreos como lo son Mg, Zn y Cd; estos son compuestos binarios que contienen un carácter oxidante.

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Referencias bibliográficas

1. Brown T.L; LeMay H.E; Bursten B.E; Burdge J.R. Química General, 12va Edición. Editorial Pearson, (2014).

2. Petrucci, R.H; Herring, F. G; Madura, J.D; Bissonnette, C. Química General, 8a Edición. Editorial Pearson, (2003).

Autora

Escrito por Mahiceth Quintero Valero para la Edición #111 de Definición MX , en 05/2022. Mahiceth es Doctora en Química Aplicada

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