Oxígeno: Elemento Propiedades y Usos

El oxígeno es un elemento vital de la atmósfera terrestre, crucial para los procesos vitales y diversas aplicaciones industriales. Se utiliza ampliamente en medicina, fabricación y procesos químicos.

Introducción al elemento

El oxígeno es un elemento químico de símbolo O y número atómico 8. Pertenece al grupo de los calcógenos del sistema periódico. Pertenece al grupo de los calcógenos de la tabla periódica y está clasificado como no metal. En su forma más conocida, el oxígeno existe como un gas diatómico (O₂) que constituye aproximadamente el 21% de la atmósfera terrestre, lo que lo convierte en el segundo componente más abundante después del nitrógeno. El oxígeno es esencial para la respiración aeróbica en la mayoría de los organismos vivos y está profundamente implicado en las reacciones de oxidación-reducción que liberan energía en los sistemas biológicos.

Historia y denominación

Aunque el oxígeno existe en la Tierra desde hace miles de millones de años, no se reconoció como un elemento distinto hasta finales del siglo XVIII. En 1772, el químico sueco Carl Wilhelm Scheele produjo oxígeno calentando óxido de mercurio y otros compuestos, aunque sus descubrimientos se publicaron más tarde. Independientemente, en 1774, el científico inglés Joseph Priestley generó el mismo gas y lo describió como "aire desflogisticado", reflejando la teoría predominante del flogisto de la combustión.

La verdadera naturaleza del oxígeno fue aclarada por Antoine-Laurent Lavoisier, que lo reconoció como elemento y demostró su papel central en la combustión y la respiración. Lavoisier bautizó el elemento con el nombre de "oxígeno", derivado de las palabras griegas oxys (ácido) y genes (formar), porque creía que el oxígeno era un componente universal de los ácidos. Aunque más tarde se demostró que esta suposición era incorrecta, el nombre perduró y sigue siendo uno de los más reconocibles de la química.

Presencia y propiedades generales

El oxígeno es extraordinariamente abundante en la naturaleza. Es el elemento más abundante en masa en la corteza terrestre, principalmente en forma de óxidos y silicatos, y el elemento dominante en el agua de mar cuando se excluye el hidrógeno. En la atmósfera, el oxígeno existe principalmente como O₂, con una pequeña fracción presente como ozono (O₃) en la estratosfera, donde absorbe la radiación ultravioleta dañina.

Químicamente, el oxígeno es un agente oxidante altamente reactivo. Acepta fácilmente electrones de otros elementos, formando óxidos estables y liberando grandes cantidades de energía. Esta propiedad subyace tanto en los procesos controlados, como la respiración y la combustión industrial, como en los incontrolados, como la corrosión y los incendios.

Físicamente, el oxígeno es un gas incoloro, inodoro e insípido a temperatura ambiente. Cuando se enfría por debajo de -183 °C, se condensa en un líquido azul pálido, y a -218,8 °C se solidifica. El oxígeno líquido es fuertemente paramagnético, propiedad que le permite ser atraído por un campo magnético.

Producción comercial y uso industrial

Cuando se necesitan grandes cantidades de oxígeno, el método de producción más común es la destilación fraccionada de aire líquido. Este proceso aprovecha los diferentes puntos de ebullición de los principales componentes del aire. Dado que el oxígeno tiene un punto de ebullición más alto que el nitrógeno y el argón, es menos volátil y puede separarse de forma eficiente.

El proceso industrial suele constar de varios pasos: primero se filtra el aire para eliminar el polvo y las partículas; la humedad y el dióxido de carbono se absorben con soluciones alcalinas; a continuación, el aire purificado se comprime y se enfría para eliminar el calor de compresión. Se deja que parte del aire comprimido se expanda, bajando aún más la temperatura hasta que la mezcla se licua a aproximadamente -196 °C. El aire líquido se calienta gradualmente y se destila: primero se eliminan los gases nobles más ligeros, a continuación se separa el nitrógeno y, por último, se obtiene oxígeno líquido de gran pureza. El fraccionamiento repetido puede producir oxígeno con purezas de hasta el 99,5%, adecuado para la mayoría de las aplicaciones industriales.

La industria siderúrgica es la mayor consumidora de oxígeno puro. En los hornos de oxígeno básico, el oxígeno se sopla a través de hierro fundido con alto contenido en carbono para eliminar el carbono y otras impurezas de forma más rápida y controlada que con aire ordinario. El oxígeno también se utiliza ampliamente en el tratamiento de aguas residuales, donde potencia la descomposición biológica, y en sistemas cerrados de incineración de residuos.

En la ingeniería aeroespacial, el oxígeno líquido (LOX ) sirve como potente oxidante en los sistemas de propulsión de cohetes. Su consumo depende de la escala y la frecuencia de las misiones espaciales. El oxígeno puro también es vital en submarinos y campanas de inmersión, donde sustenta la vida en entornos herméticos.

En la industria química, el aire enriquecido con oxígeno u oxígeno comercial ha sustituido al aire ordinario en la fabricación de acetileno, óxido de etileno, metanol y otros productos químicos de oxidación controlada. En medicina, el oxígeno es indispensable en las tiendas de oxígeno, los inhaladores, las incubadoras neonatales y los sistemas de anestesia, para mantener a los pacientes durante la cirugía y la terapia respiratoria. Además, el oxígeno desempeña un papel crucial en las industrias basadas en hornos, como la fabricación de vidrio, cemento y cerámica, donde mejora la eficacia de la combustión y el control de la temperatura.

Preguntas más frecuentes

¿Qué aspecto tiene el oxígeno y dónde se encuentra?
El oxígeno es un gas incoloro e inodoro a temperatura ambiente. Se encuentra en la atmósfera, disuelto en el agua, unido a minerales e incorporado a casi todos los organismos vivos.

¿Por qué es tan importante el oxígeno para los seres vivos?
El oxígeno hace posible la respiración aeróbica, lo que permite a las células convertir los nutrientes en energía utilizable en forma de ATP. Sin oxígeno, la mayoría de las formas de vida complejas no pueden sobrevivir.

¿Cómo utilizan el oxígeno las plantas y los animales?
Los animales inhalan oxígeno para alimentar la respiración, mientras que las plantas liberan oxígeno como subproducto de la fotosíntesis y también lo consumen durante su propia respiración celular.

¿Cómo se produce y utiliza el oxígeno en la industria y la medicina?
En la industria, el oxígeno se produce principalmente por destilación fraccionada de aire líquido y se utiliza en la fabricación de acero, la síntesis química, el tratamiento del agua y la propulsión de cohetes. En medicina, ayuda a pacientes con dificultades respiratorias, mantiene la anestesia y la vida en entornos de cuidados críticos.