El Gas Oxígeno, también llamado Dioxígeno porque es un enlace de 2 átomos de oxígeno, es el segundo elemento más abundante en la atmósfera de la Tierra, y representa el 21 por ciento del aire que respiramos, muy por detrás del 78 por ciento del nitrógeno.
Casi una quinta parte del aire (en volumen) es oxígeno.
Es de gran interés porque es el elemento esencial en los procesos respiratorios de la mayoría de las células vivas y en los procesos de combustión.
Indice de Contenidos
Características del Oxigeno
En condiciones normales, el oxígeno es un gas incoloro, inodoro e insípido y se condensa en un líquido de color celeste.
Es un elemento químico gaseoso, por eso se suele llamar gas oxígeno, cuyo símbolo es la O, número atómico 8 y peso atómico 15.9994 (en muchos libros consideran 16).
El oxígeno gaseoso normalmente existe en forma de moléculas diatómicas (O 2 ), pero también existe en la forma triatómica (O 3 ) llamada ozono.
Pertenece a un pequeño grupo de gases que son paramagnéticos, de hecho es el más paramagnético de todos.
Es muy reactivo y se adhiere a otros elementos en forma de óxidos.
Está presente en el aire en un 20,9% en volumen.
El oxígeno molecular a -182,97 ° C se condensa en un líquido incoloro.
Por debajo de -218,75 ° C, el oxígeno se solidifica en cristales azules.
En capas gruesas, el oxígeno gaseoso y líquido muestra un color azul.
El oxígeno no es muy soluble en agua.
La solubilidad depende de la presión y la temperatura y aumenta con la disminución de la temperatura y el aumento de la presión.
Casi todos los productos químicos, además de los gases inertes, se unen al oxígeno para formar compuestos.
El agua (H 2 O) y el sílice (SiO 2 ), que son los principales componentes de la arena, son los compuestos binarios que tienen más abundancia de oxígeno.
Otros compuestos que abundan en la naturaleza y que contienen oxígeno son el carbonato cálcico (piedra caliza y mármol), óxido de aluminio (bauxita), sulfato cálcico (yeso) y varios óxidos de hierro, que se utilizan como fuente del metal.
Aplicaciones del Gas Oxigeno
Las principales aplicaciones del oxígeno por orden de importancia son:
1) Fabricación de acero y otros metales.
2) Fabricación de productos químicos por oxidación controlada.
3) Es un elemento indispensable en procesos químicos con una pureza garantizada de al menos el 99,5%, y donde se requiera una llama de gas para soldar o cortar.
4) El oxígeno juega un papel oxidante en la purificación de las aguas residuales domésticas y se utiliza en forma de ozono (O 3 ) en la limpieza de suelos contaminados.
5) Apoyo médico y biológico.
6) Propulsión de cohetes.
7) Extracción, producción y fabricación de productos de piedra y vidrio.
La mayoría de los procesos de combustión (industria química) se llevan a cabo utilizando oxígeno.
¿Cómo se Produce el Oxigeno Gas?
Se puede producir de forma natural y de forma comercial.
El método natural más común es la fotosíntesis, en la que las plantas utilizan la luz solar para convertir el dióxido de carbono del aire en oxígeno.
Esto contrarresta el proceso de respiración, en el que los animales convierten el oxígeno del aire en dióxido de carbono.
El método comercial más común para producir oxígeno es la separación de aire mediante un proceso de destilación criogénica del aire desarrollado originalmente en 1895 o un proceso de adsorción por oscilación al vacío.
Mediante el proceso de destilación criogénica se produce oxígeno con una pureza superior al 99%.
El proceso de adsorción por oscilación al vacío más eficiente en energía se ha utilizado para un número limitado de aplicaciones que no requieren oxígeno con una pureza superior al 90-93%.
Destilación Criogénica
Los gases técnicos como el oxígeno, el nitrógeno y el argón y otros gases nobles se obtienen descomponiendo el aire en sus componentes.
El proceso criogénico utilizado para esto fue desarrollado por Carl von Linde hace más de 100 años y recibió su nombre, por eso también se le conoce como método Linde.
El proceso es el siguiente, el aire se comprime, se libera de vapor, polvo y dióxido de carbono y luego se enfría a temperaturas extremadamente bajas.
Posteriormente se licua por compresión y luego se descompone en oxígeno, nitrógeno, argón y otros gases nobles por destilación.
Adsorción por Oscilación al Vacío
La adsorción es un fenómeno físico, en donde un compuesto en fase líquida o gaseosa entra en contacto con un sólido adsorbente y se adhiere a la superficie del mismo.
El proceso de separación de aire por adsorción (VSA) funciona con adsorbentes específicos de zeolita para una adsorción selectiva del nitrógeno sobre el oxígeno y argón.
La Zeolita es un material especial que se utiliza para adsorber nitrógeno, que crea un gas rico en oxígeno.
El VSA segrega ciertos gases de una mezcla gaseosa a una presión mínima de acuerdo con las características moleculares de la especie y la afinidad por los adsorbentes, en nuestro caso normalmente el adsorbente es zeolita.
La Zeolita forma un tamiz molecular y adsorben preferentemente Oxígeno a presión cercana a la ambiente.
El proceso luego se mueve hacia un vacío para regenerar el material adsorbente o zeolita.
El VSA difiere de las técnicas de destilación criogénica de separación de gases, así como de las técnicas de adsorción por oscilación de presión (PSA) porque opera a temperaturas y presiones cercanas al ambiente.
Otros Métodos
También se puede producir como resultado de una reacción química en la que el oxígeno se libera de un compuesto químico y se convierte en gas.
Este método se utiliza para generar cantidades limitadas de oxígeno para el soporte vital en submarinos, aviones y naves espaciales.
Otra forma es separa el hidrógeno y el oxígeno del agua pasando una corriente eléctrica a través del agua y recolectando los dos gases a medida que burbujean.
Se forma hidrógeno en la parte negativa y oxígeno en la parte positiva.
Este método se llama electrólisis y produce hidrógeno y oxígeno muy puros.
Sin embargo, utiliza una gran cantidad de energía eléctrica y no es económico para una producción de gran volumen.
Efectos del Oxígeno en la Salud
El oxígeno es esencial para todas las formas de vida, ya que es un componente del ADN y de casi todos los demás compuestos biológicamente importantes.
Todo ser humano necesita oxígeno para respirar, pero cuidado ya que demasiado no es bueno.
La disminución de los niveles de oxígeno puede tratarse con oxigenoterapia médica (tratamiento con oxígeno).
Mediante la oxigenoterapia se aumentan los niveles de oxígeno en sangre y también ejerce un efecto secundario de disminución de la resistencia al flujo sanguíneo en el pulmón enfermo, produciendo una disminución de la carga de trabajo cardiovascular en un intento de oxigenar los pulmones.
Se usa para tratar enfisema, neumonía, algunos trastornos cardíacos (insuficiencia cardíaca congestiva), algunos trastornos que causan un aumento de la presión arterial pulmonar y cualquier enfermedad que afecte la capacidad del cuerpo para absorber y utilizar oxígeno gaseoso.
Si los seres humanos están expuestos a grandes cantidades de oxígeno durante mucho tiempo, pueden producirse daños en los pulmones.
Respirar gas oxígeno al 50-100% a presión normal durante períodos prolongados pueden llegar a dañar el pulmón.
Las personas que trabajan con exposiciones frecuentes o potencialmente altas al oxígeno puro deben comprobar la función pulmonar antes de comenzar su trabajo y después.
El oxígeno generalmente se almacena a temperaturas muy bajas y, por lo tanto, se debe usar ropa especial para evitar la congelación de los tejidos corporales.
Oxigeno y Seres Vivos
Casi todos los seres vivos y la mayoría de las plantas dependen existencialmente de él.
Por lo general, puede tomarlo del aire respirando o en forma disuelta del agua.
En altas concentraciones, es venenoso para la mayoría de los seres vivos.
Durante la respiración, el oxígeno se utiliza para realizar a nivel celular la reacción química de oxidación de la materia orgánica con el fin de obtener la energía necesaria para el funcionamiento de la célula.
A nivel mundial, los organismos terrestres y acuáticos responsables de la fotosíntesis (plantas y algas) producen aproximadamente 30 x 1010 toneladas de oxígeno (O2) cada año.
Se consume una cantidad equivalente de gas oxigeno (O2) para la respiración de los organismos vivos.
Por tanto, la proporción de O2 en el aire se ha considerado estable durante millones de años.
Los seres humanos respiran una pequeña fracción del O2 producido por las plantas.
Efectos Ambientales del Oxígeno
El oxígeno tiene un defecto importante, quema la materia orgánica y el fuego destruye cada año considerables áreas de bosque y páramos, matando a casi todas las plantas y animales.
El 21% de oxígeno en nuestra atmósfera es suficiente para encender la madera, especialmente si está seca o no demasiado húmeda.
Con más oxígeno aún, los incendios serían mucho más catastróficos y mucho más peligrosos para la vida en su conjunto
Las fuentes de oxígeno altamente concentradas promueven una combustión rápida y, por lo tanto, son riesgos de incendio y explosión en presencia de combustibles.
El fuego que mató a la tripulación del Apolo 1 en una plataforma de lanzamiento de prueba se extendió tan rápidamente porque la atmósfera de oxígeno puro estaba a la presión atmosférica normal en lugar de la presión de un tercio que se usaría durante un lanzamiento real.
Descubrimiento del Oxigeno
Carl William Scheele descubrió el oxígeno en 1771, logrando producir el elemento por primera vez.
Para hacerlo calentó dióxido de manganeso con ácido sulfúrico concentrado y llamó al gas «aire de fuego«.
Independientemente de Scheele, el teólogo y químico aficionado inglés Joseph Priestley se encontró con el gas mientras calentaba óxido de mercurio en 1774 y lo describió como «aire deflogístico«.
Los químicos de la época se referían a una sustancia desconocida como «flogisto«, que asumieron que siempre se escaparía cuando algo se quemara.
Esto fue así hasta que Antonie Laurent de Lavoisier interpretó correctamente sus experimentos y reconoció la naturaleza de la combustión.
Dejó claro que no se emite flogisto durante la oxidación, sino que se absorbe oxígeno.
Lavoisier finalmente acuñó el término «Oxygene» en 1779.
Esto significa «generador de ácido» y se originó a partir de las palabras griegas «oxys» (agrio) y «gennao» (yo hago), ya que Lavoisier creía que todos los ácidos contenían oxígeno.
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