Dioxígeno – Definición, Propiedades, Preparación, Usos

El oxígeno es un miembro del grupo calcógeno de la tabla periódica, un no metal altamente reactivo y un agente oxidante que forma fácilmente rusts con la mayoría de los elementos y otros compuestos. El oxígeno es el elemento más abundante en la Tierra, y es el tercer elemento más abundante en el universo después del hidrógeno y el helio. El gas de oxígeno diatómico ahora representa el 20,95% de la atmósfera terrestre. El oxígeno, en forma de rusts, representa casi la mitad de la corteza terrestre.

El elemento químico de símbolo O y número atómico 8 es el oxígeno. 

dioxígeno

Uno de los alótropos más comunes del oxígeno elemental es el dioxígeno, que tiene la fórmula química O ₂ . Comúnmente se le conoce como oxígeno, pero para distinguirlo del oxígeno elemental, también se le conoce como dioxígeno, oxígeno molecular u oxígeno gaseoso. 

Con la excepción de los gases nobles, el gas oxígeno reacciona con casi todos los elementos. El compuesto resultante se denomina rusts. Aunque no es inflamable por sí solo, el oxígeno gaseoso es fundamental para la combustión. También es un gas que da vida porque los mamíferos requieren oxígeno para sobrevivir y ayuda en la liberación de energía.

Propiedades físicas del dioxígeno

1. Es un gas sin olor, color o sabor.
2. Con una densidad de 1,429 g/L, es más pesado que el aire.
3. Es ligeramente soluble en agua, lo suficiente para sustentar la vida acuática.
4. El punto de fusión del oxígeno es de aproximadamente 54,36 K y el punto de ebullición es de aproximadamente 90,188 K.
5. Dependiendo de la temperatura y la presión, el oxígeno puede existir en los tres estados: sólido, líquido y gas.

Propiedades químicas del dioxígeno

• Reacciona directamente con casi todos los metales y no metales para formar rusts de los elementos involucrados.

4Na + O ₂ → 2Na ₂ O (Con Metal)

C+ O ₂ → CO ₂ (Con no metal)    

• Tiene una naturaleza paramagnética.
• Normalmente, el oxígeno no reacciona con ácidos y bases.
• Debido a que el oxígeno es un buen oxidante, ayuda en la combustión.

Combustible + O ₂ ⟶ CO ₂ + H ₂ O

• La formación de rust en el hierro es causada por la combinación de oxígeno y humedad.

Fe + O ₂ + H ₂ O ⟶ Fe ₂ O ₃ .nH ₂ O (Rust de hierro hidratado)

Preparación de laboratorio de dioxígeno

En el laboratorio, el dioxígeno se puede preparar de varias formas.

• La descomposición catalítica de clorato de sodio y potasio con dirust de magnesio produce dioxígeno. Esta reacción tiene lugar cuando se calienta en presencia de MnO ₂ a 420K.

2KClO3  → 2KCl _{+ 3O2}  

• La descomposición térmica de rusts metálicos con bajo potencial de electrodo en la serie electroquímica, como los rusts de mercurio y plata, produce dioxígeno.

2HgO (s) → 2Hg (l) + O ₂ (g)

2PbO ₂ (s) → 2PbO (s) + O ₂ (g)

• Cuando las sales ricas en oxígeno, como los nitratos y los permanganatos, se descomponen térmicamente, se produce dioxígeno.

2KNO3 → _{2KNO2 +} O2 _{_}

2KMnO4 → K2MnO4 ₊  MnO2 ₊ O2 _{_ _ _}

2NaNO3  → _{2NaNO2 +}  O2 _{_}

• La descomposición del perrust de hidrógeno también produce oxígeno, y el rust de manganeso (IV) se usa como catalizador para acelerar la descomposición.

2H ₂ O ₂ (aq) → 2H ₂ O (l) + O ₂ (g)

Producción Industrial de Oxígeno

Existen dos métodos principales para la producción industrial de dirust de oxígeno del aire.

1. El N ₂ se destila como vapor mientras que el O ₂ permanece como líquido en una destilación fraccionada de aire licuado. En este caso, el aire líquido es una mezcla de nitrógeno líquido y oxígeno líquido. Debido a su punto de ebullición más bajo, el nitrógeno es más volátil. Primero hierve, dejando solo oxígeno puro.
2. Otro método consiste en pasar aire limpio y seco a través de un lecho de un par de tamices moleculares de zeolita, que absorbe el gas N ₂ y entrega el gas, que es 90-93% de oxígeno.

Usos del dioxígeno

• El dioxígeno es necesario para la respiración.
• Se encuentra en cilindros de oxígeno utilizados en hospitales y montañismo.
• En forma de oxiacetileno, se utiliza para soldar y cortar metales.
• Cuando el oxígeno gaseoso reacciona con el acetileno gaseoso, se forma una llama de oxiacetileno, que se utiliza para cortar y soldar metales.
• Se utiliza en combustible líquido para cohetes.
• Se utiliza en la síntesis de ácido nítrico.
• Se utiliza en respiración artificial junto con dirust de carbono o metano.
• El corte por láser utiliza oxígeno.
• En los procesos de combustión se utiliza oxígeno. Los materiales que normalmente no se queman en el aire se queman fácilmente en oxígeno, por lo que la combinación de oxígeno y aire mejora la combustión.
• El oxígeno se utiliza en procesos de tratamiento de agua, como la purificación de aguas residuales y el tratamiento de aguas residuales.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: ¿Por qué el dioxígeno es un gas pero el azufre es un sólido? 

Responder:

El enlace O—O es más débil que el enlace S—S debido a las mayores repulsiones interelectrónicas en los pequeños átomos de oxígeno; además, debido a que el oxígeno es más pequeño y más electronegativo, forma enlaces múltiples pp. Como resultado, existe como moléculas de O ₂ unidas por una débil fuerza de van der Waals. A temperatura ambiente, el oxígeno existe en forma de gas. El azufre tiene una menor propensión a formar enlaces múltiples pp. Además, tiene un gran tamaño atómico, baja electronegatividad y forma fuertes enlaces simples S—S, lo que explica por qué tiene una string más alta y existe como moléculas S8 con una estructura de anillo fruncido. Como resultado, a temperatura ambiente, el azufre es un sólido.

Pregunta 2: ¿El oxígeno reacciona con los metales alcalinos?

Responder:

El oxígeno tiene una alta reactividad con los metales alcalinos (elementos del Grupo I). Los metales alcalinos deben mantenerse alejados del oxígeno para evitar que se oxiden. Los metales de la parte inferior del grupo son más reactivos que los de la parte superior.

Pregunta 3: ¿Cuál es el uso del dioxígeno?

Responder:

El dioxígeno es necesario para la respiración. Se encuentra en cilindros de oxígeno utilizados en hospitales y montañismo. En forma de oxiacetileno, se utiliza para soldar y cortar metales.

Pregunta 4: ¿Se considera que el dioxígeno es una molécula o un compuesto?

Responder:

Es una molécula diatómica formada por dos átomos de oxígeno unidos por un enlace covalente.

Pregunta 5: El dioxígeno es un gas de color azul y es muy esencial para la vida. ¿Verdadero o falso?

Responder:

El oxígeno que respiramos está en forma de una molécula diatómica conocida como gas dioxígeno. Es un gas incoloro, iNodero e insípido. Se requiere para el sustento de la vida porque las plantas y los animales lo utilizan en el proceso de respiración, que descompone las moléculas de los alimentos para producir energía. Como resultado, la declaración dada es falsa.