Química General e Inorgánica

Curso 2005. Clase 32 Junio 6

Los elementos del bloque p, grupo 16.

OxígenoProf. Alberto Boveris

Elemento Masa molar

Oxígeno 16,00

Azufre 32,06

Selenio 78,96

Telurio 127,60

Polonio 210,00

O, S y Se son bioelementos

Bioelementos Se consideran bioelementos a aquellos cuyos átomos

forman parte de las moléculas que constituyen y que tienen una función fisiológica en los sistemas biológicos.

ABUNDANCIA DE LOS ELEMENTOS (en % de átomos)Cuerpo humano Agua de mar Corteza terrestre

H 63 H 66 O 47O 25.5 O 33 Si 28C 9.5 Cl 0.33 Al 7.9N 1.4 Na 0.28 Fe 4.5Ca 0.31 Mg 0.03 Ca 3.5P 0.22 S 0.017 Na 2.5Cl 0.08 Ca 0.006 K 2.5K 0.06 K 0.006 Mg 2.2

Electronegatividad de los elementos del bloque p, grupo 16

La molécula de oxígenoO2; oxígeno molecular; dioxígeno

Se representa comunmente como O = O

Sin embargo la unión no es covalente doble, ya que el oxígeno molecular es paramagnético.

La “estructura de Pauling” (1935) con su “unión de tres electrones” explica el paramagnetismo y su

carácter de birradical

O ::: O

.. .

O O. .

... py

px

pz

O2: KK(g2s)2(u2s)2(g2p)2(u2p)4(g2py)1(g2px)1

Que también se escribe (Atkins, pág.298)

O . . O

..

.. ....

Los orbitales moleculares se describen en las siguientes formas:

Los oxímetros determinan la pO2 de mezclas gaseosas basados en el paramagnetismo del O2 Se usan

en incubadoras y respiradores

haz de luzescala 0 100

electroimanes

1. sin campo magnético

torsión 90°

N S N S

torsión 45°

N S N S

3. con campo magnéticoy gas paramagnético (O2)

2. con campo magnéticoy gas diamagnético (N2)

Plano del imán central

Oxígeno líquido (pe – 183 °C; 90 K)

El descubrimiento del oxígeno

Descripto por Scheele (Estocolomo, 1772), Priestley (Londres, 1774) y por Lavoisier (París, 1781), quien lo llamó “oxygene” tomando del griego “oxy” (ácido) y “gene” (generador, fuente), y describiendo:

elemento + oxígeno = óxido

óxido + agua = ácido

S8 + 12 O2 => 8 SO3 SO3 + H2O => H2SO4

P4 + 5 O2 => 2 P2O5 P2O5 + 3 H2O => 2 H3PO4

2 N2 + 3 O2 => 2 N2O3 N2O3 + H2O => 2 HNO2

6 CO2(g) + 6 H2O(l) => C6H12O6(s) + 6 O2(g)

El oxígeno molecular constituye el 21 % del aire atmosférico seco

La vida en el planeta se desarrolla sobre el ciclo del oxígeno

Fotosíntesis O2 Respiración

El oxígeno molecular se origina (casi) exclusivamente por el proceso biológico de la

fotosíntesis

Presiones parciales de oxígeno aumentadas (hiperoxia) son tóxicas a los

seres vivos

106

104

102

Sobrevida (min)

20 100 1000 pO2 (kPa)

Sobrevida de ratones

0.2 atm 18 meses1 atm 33 horas10 atm 30 min

Preparación del oxígeno1. En el laboratorio

a. calentamiento del clorato de potasio

2 KClO3 KCl + 3 O2

b. por electrólisis del agua acidulada

H2O(l) O2(l) (oxidación anódica)

2. Industrialmente

por destilación fraccionada del aire líquido

(pe del N2 y del O2: -196 y –183 °C; 77 y 90 K)

Reacciones del oxígeno molecularOxidaciones con oxígeno molecular

1. con compuestos inorgánicos simples

8 H2S (g) + 4 O2 (g) => S8 + 8 H2O

4 Al (s) + 3 O2 (g) => 2 Al2O3 (s)

C (s) + O2 (g) => CO2 (g)

2. de combustión (octano, en automóviles; etanol, en automóviles y en consumo humano)

2 C8H18 (g) + 25 O2 (g) => 16 CO2 (g) + 18 H2O (g)

2 C2H5OH + 3 O2 => 2 CO2 + 3 H2O

3. en la respiración animal (enzima citocromoxidasa)

4 H+(aq) + + 4 e-(enzima) + O2(g) => 2 H2O (l)

Ozono • El ozono es un gas, alótropo del oxígeno, con una

molécula lineal de 116.8°• Se forma alrededor de las chispas eléctricas y tiene

olor picante. • El ozono es un poderoso oxidante; reacciona

espontáneamente (cosa que el O2 no hace) con H2, metano, octano, y con constituyentes de las membranas celulares. Las reacciones son a veces explosivas.

• Se utiliza como desinfectante (ozonizadores)

• El ozono se forma en grandes cantidades en la estratósfera (10 – 25 km de altura) por acción de la luz solar de 240 nm:

O2 ==> 2 O H = 499 kJ

O + O2 ==> O3 H = - 42 kJ• La reacción de descomposición del ozono es producida por

la luz solar de 290 nm y por CFC

O3 ==> O + O2 H = 410 kJ

• La capa de ozono (300 Unidades Dobson, 3 mm de gas a PTN sobre la superficie del planeta), tiene la importancia biológica de una “pantalla solar” para el UV-B (290-320 nm)

hv: 240 nm

hv: 290 nm

La reducción parcial de la molécula de oxígeno (Michaelis, 1946).

HOH2O2O2- O2

H2O

hydroxylradical

superoxideanion

e-e-e-e-2H+ H+ H+

hydrogenperoxide

water

H2Ooxygen

La reducción parcial univalente del oxígeno produce tres intermediarios, dos de los cuales son radicales libres y el restante es el peróxido de hidrógeno.

El oxígeno y los óxidos

O2- superóxido

O22- peróxido

(–O–O–)

O2- óxido (–O–)

solamente O2K, existe como anión (O2

-) en solución

H2O2, peróxido de hidrógeno; Na2O2, peróxido de sodio; BaO2, peróxido de barioPeróxidos orgánicos (ROOR)

Prácticamente con todos los metales, metaloides y no metales. ONa2; O3Fe2; SO2

El peróxido de hidrógenoHOOH; H2O2

Liquido azul pálido (densidad 1.44; pf: - 0.4° C; pe: 152 °C)

Poderoso oxidante, ya que se descompone generando radical hidroxilo (HO•) y oxígeno atómico (O) y molecular (O2).

Las soluciones comerciales se conocen como agua oxigenada, cuya concentración se expresa en volúmenes (de gas (O2), por ejemplo en litro/litro) liberados por la solución.

La solución concentrada comercial al 30 % tiene 100 volúmenes, y una concentración de 8.8 M.

• El agua oxigenada se utiliza masivamente como desinfectante (3 %, 10 vol), y para decolorar el cabello (6 %, 20 vol).

• Tiene usos industriales como oxidante en el tratamiento de efluentes contaminados biológicamente (igual que el NaOCl).

• Se utiliza en el laboratorio como reactivo muy sensible para detectar metales, y en el laboratorio forense para detectar manchas de sangre (el hierro de la hemoglogina de la sangre)

El H2O2, en una reacción catalizada por iones

metálicos (Cu2+, Fe 2+/3+, Co2+, etc.) reacciona con el luminol, oxidándolo a un

producto quimioluminiscente