El Tamiz

Ignora lo accesorio, atesora lo esencial

Conoce tus elementos - El oxígeno

Continuamos completando la Tabla periódica de El Tamiz. Tras hablar del nitrógeno en la entrada anterior de la serie Conoce tus elementos, hoy nos dedicaremos a otro elemento común (y cuya historia está muy relacionada con la del nitrógeno, de modo que si no recuerdas ese artículo no estaría de más releerlo): el oxígeno.

¿Sabías que el nombre de este elemento no tiene mucho sentido, sabiendo lo que sabemos hoy en día? ¿Y que en determinadas concentraciones es tóxico? ¿O que no siempre es transparente en estado puro? Zambullámonos en este elemento cotidiano pero, en algunos aspectos, no muy conocido.

En la entrada acerca del nitrógeno ya hablamos de los esfuerzos de los químicos del siglo XVIII por determinar los componentes del aire atmosférico. Algunos de los alquimistas más avanzados ya sabían que la atmósfera estaba compuesta de sustancias más sencillas: en el siglo XVI, Michał Sędziwój había obtenido un gas a partir de la sal pétrea, y había observado que este gas era necesario para la vida y que se encontraba en el aire. El alquimista y filósofo polaco llamó a este gas “elixir de la vida”. Hoy sabemos que lo que había observado era oxígeno (aunque la metodología que seguía, así como sus conclusiones, no eran tan rigurosas como las de los químicos del XVIII).

Como dijimos en el artículo anterior, Joseph Priestley dividía el aire en una parte que contenía flogisto (no podía arder ni sustentar la vida), llamada por él aire flogistizado (que estaba formado fundamentalmente por nitrógeno), y otra parte que no contenía flogisto (que podía hacer arder sustancias “flogistizadas” al aceptar su flogisto), a la que llamaba aire desflogistizado. Naturalmente, el aire desflogistizado de Priestley no era otra cosa que el elixir de la vida de Sędziwój: oxígeno.

Por cierto, el farmacéutico sueco Carl Wilhelm Scheele había descubierto el oxígeno independientemente de Priestley y un par de años antes que él, obteniéndolo de idéntica manera (calentando óxido de mercurio), pero el sueco no publicó sus resultados hasta después que el inglés, de modo que Priestley se lleva los honores de ser el primero en describir científicamente el elemento. (Esto puede parecer injusto, pero reconocer al primero en publicar un descubrimiento motiva a los científicos a compartir sus descubrimientos lo más rápido posible, lo cual facilita el desarrollo de la Ciencia). Scheele llamaba al gas “aire de fuego”, por razones obvias.

Sin embargo, fue el francés Antoine Laurent Lavoisier el que dio el nombre al elemento. En aquella época, los químicos pensaban que todos los ácidos contenían el “aire de fuego” o “aire desflogistizado”, de modo que Lavoisier decidió llamar al elemento “generador de ácidos” - en griego, oxígeno. Desafortunadamente, esa teoría de los ácidos no era correcta: hoy sabemos que hay muchos ácidos que no contienen oxígeno (por ejemplo, el que digiere los alimentos en nuestro estómago, el ácido clorhídrico, que tiene únicamente hidrógeno y cloro)… El oxígeno no es el único generador de ácidos (no es el único “oxígeno”) pero, como suele ocurrir, una vez que algo se nombra y el nombre es generalmente aceptado, es muy difícil cambiarlo, de modo que nos hemos quedado con el erróneo oxígeno.

¿Qué hace especial a este elemento? Un átomo de oxígeno tiene ocho electrones. Como recordarás, la primera capa electrónica puede contener dos, de modo que el oxígeno tiene seis en la segunda capa. Puesto que dicha capa puede contener ocho electrones, el oxígeno está ávido de captar un par de electrones extra para tener ocho en la última capa y ser estable. Como el oxígeno tiene tanta “hambre de electrones”, cuando reacciona con otros elementos suele quitarles electrones: el oxígeno los gana, y el otro elemento los pierde.

Naturalmente, hay muchos otros elementos que hacen esto además del oxígeno, pero como este elemento es tan abundante y es tan evidente su “hambre de electrones”, al proceso de quitar electrones a algo se le llama oxidarlo. Se dice que el oxígeno se reduce, mientras que el otro elemento se oxida. ¡Pero este nombre, como todos los demás, es arbitrario! Como hay tantas reacciones en las que el oxígeno hace esto sobre otros elementos, ha otorgado su nombre al proceso.

Y es que gran parte de la importancia del oxígeno es su abundancia. Recordarás que el hidrógeno es el elemento más común del Universo, y el helio el segundo. Bien, el oxígeno es el tercer elemento más común: alrededor del 1% de la masa del Universo es oxígeno. Esto puede parecer poco, pero es que si quitas el hidrógeno, el helio y el oxígeno, ¡sólo queda otro 1% del Universo! De modo que hay tanto oxígeno como todos los demás elementos juntos salvo el hidrógeno y el helio.

La razón de su abundancia es que el oxígeno es el producto (final o intermedio) de varios procesos de fusión en las estrellas. Parte de él se produce en el ciclo CNO de producción de helio (en un paso en el que se fusionan nitrógeno e hidrógeno para producir oxígeno), pero la mayor parte se produce en estrellas muy masivas en las que se fusionan carbono (dos átomos de carbono se convierten en uno de oxígeno y dos de helio) o neón (un átomo de neón recibe un fotón muy energético y se desintegra en un átomo de oxígeno y otro de helio). Al haber nacido nuestro Sol de las “cenizas” de estrellas anteriores, nuestro sistema solar es rico, entre otras cosas, en oxígeno - mucho de él en nuestra atmósfera, disponible para los seres vivos.

Por eso el oxígeno es tan importante para nosotros: lo utilizamos para obtener energía de los alimentos. Eso es, dicho mal y pronto, la respiración: coger oxígeno, coger otros elementos, y usar el oxígeno para oxidarlos y producir energía. Como muchos otros seres vivos, hemos “elegido” el oxígeno porque es muy abundante en forma pura en nuestro entorno (en el aire), pero existen seres vivos que no utilizan el oxígeno para oxidar (porque no existe en forma pura en su entorno), sino otros elementos, como el azufre. Otros seres vivos, como los peces, aprovechan el oxígeno que se disuelve en el agua desde la atmósfera (que no es mucho, pero les basta). Ya hemos hablado de cómo mucha gente cree que los peces respiran el “O” del “H2O”, y cómo esto no es cierto, en una Falacia de hace un tiempo.

Estamos rodeados de oxígeno en su alótropo más común, la molécula diatómica O2. Alrededor del 21% de la atmósfera es oxígeno molecular, que es un gas transparente (de modo que no voy a mostrarte una foto). Sin embargo, puede que no sepas que el oxígeno líquido (y el sólido), a diferencia del gaseoso, tienen un hermoso color azulado:

Oxígeno líquido.

Otro alótropo muy conocido del oxígeno es el ozono, compuesto por tres átomos de oxígeno (O3). El ozono es inestable, de modo que no suele encontrarse fácilmente porque se acaba descomponiendo para producir, finalmente, oxígeno diatómico. Sólo hay ozono en cantidades apreciables en sitios en los que se produce continuamente (la estratosfera, en la que se forma gracias a la radiación ultravioleta, y cuando la luz solar incide sobre algunos hidrocarburos y óxidos de nitrógeno al nivel del suelo, generalmente componentes de la contaminación atmosférica). Irónicamente, el ozono es esencial para nosotros, porque nos protege de la radiación ultravioleta del Sol, pero es muy tóxico (es un oxidante más potente aún que el oxígeno diatómico). De modo que el ozono es “bueno, pero lejos”.

Este carácter fuertemente oxidante del ozono lo hace útil por su propia toxicidad para la vida: se emplea para esterilizar, por ejemplo, agua. En un tiempo bastante corto el ozono desaparece, pero para entonces ha acabado con los microorganismos que pudiera haber en el agua. La desventaja de este sistema respecto a otros más empleados, como la cloración, es que una vez el ozono se ha desvanecido las bacterias pueden volver a proliferar en el agua.

¡Pero es que incluso el bienamado O2 puede ser tóxico! Como hemos dicho, es el elemento que da el nombre a la oxidación, por ser un oxidante tan potente (y abundante). De modo que, si el ozono es “bueno, pero lejos”, el oxígeno diatómico es “bueno, pero poco”. Si tu sangre contiene demasiado oxígeno, se produce lo que se denomina hiperoxia. Aunque nuestro cuerpo tiene defensas contra el poder oxidante del oxígeno (de modo que oxida sólo lo que queremos que oxide), si la concentración es suficientemente grande las defensas del organismo no pueden con él, y se producen daños en las células.

Naturalmente, esto no va a pasarte salvo que respires aire que está a una presión muy elevada, o que contenga una concentración de oxígeno anormalmente alta: no hay por qué preocuparse salvo en situaciones especiales. Puede ocurrir, por ejemplo, si buceas y respiras una mezcla determinada a una profundidad mayor que la recomendada para esa concentración de oxígeno.

Por otro lado, es una idea muy común que la “hiperventilación” es un problema debido a que hay demasiado oxígeno en la sangre, pero eso no es cierto: alguien hiperventilado no tiene demasiado oxígeno en la sangre, sino demasiado poco dióxido de carbono (de ahí el respirar dentro de una bolsa y cosas parecidas).

De manera que el oxígeno es especial porque, además de ser un potente oxidante, es muy común en la naturaleza en forma pura: es el “oxidante por antonomasia”. Y su importancia para nosotros reside, naturalmente, en que sin el no podríamos respirar, de modo que no podríamos obtener energía de los alimentos y moriríamos. Un elemento cotidiano, pero aun así, interesante. Sin embargo, hay otro elemento aún más hambriento de electrones que el oxígeno - irónicamente, no es el oxidante más potente. En la próxima entrada de la serie hablaremos de ese elemento: el flúor.

Ciencia, Conoce tus elementos, Química

31 comentarios

De: curzki
2007-08-16 03:34:19

ummm esta entrada te ha quedado un poco floja. Me quedan dos grandisimas dudasa) ¿Por qué es el tercer elemento más común del universo? (¿no debería de ser el carbono?, por aquello de que las estrellas amarillas terminan su vida produciendo carbono, si ya se que todavía no hemos llegado a esa parte en la otra serie :P )b) Sospecho que aparte de usarlo como fuente energética en los seres vivos debe de tener cuatro trillones de usos más o por lo menos que influye. Por ejemplo, en la oxidación de los metales y su posterior pérdida de propiedade (se convierten en sales, ¿no?, que lejos me queda la química :S ) y ese tipo de cosas.De todas formas, mucho ánimo con la serie!!!

De: Ferran Ferri
2007-08-16 13:48:20

Creo que las estrellas producen oxigeno y carbono cuando queman helio. Por eso es tan abundante.

De: Pedro
2007-08-16 17:42:27

curzki,Lamento que no te haya gustado - es posible que no le haya dedicado el tiempo suficiente (las vacaciones es lo que tienen).La mayor parte del oxígeno se produce como parte del ciclo CNO para producir helio (el oxígeno es un paso intermedio en el ciclo), pero fundamentalmente en estrellas muy grandes en las que se "quema" carbono o neón. En efecto, debería haber mencionado por qué es tan abundante. Por cierto, aunque hubiera los mismos átomos de carbono que de oxígeno en el Universo, la cantidad de oxígeno (en masa) sería mayor porque pesa más.Los metales oxidados se convierten en óxidos. La verdad es que las aplicaciones más importantes del oxígeno para nosotros son básicamente dos: quemar cosas o usarlo para respirar. Tal vez hable un poco más de eso - tengo que releer el artículo mañana y ver si lo amplío, si se me queda corto.¡Gracias por los comentarios!

De: otanion
2007-08-16 20:16:03

Yo creo que lo unico que le faltaba a este artículo era la razín por la que el oxígeno es tan abundante, porque lo mas normal que alguien puede pensar (por lo menos yo) es que, si el hidrogeno es el más abundante, y el helio el segundo más abundante, claro, cualquiera que no sepa, pensaría que el Litio sería el tercero más abundante, y así sucesivamente. Y claro al leer el artículo me ha sorprendido que el oxigeno sea el tercero. Y por eso he hechado en falta la explicación. Por lo demas me ha gustado bastante.

De: Iñigo Martinez Lasal
2007-08-16 20:24:20

Siguiendo con los comentarios respecto al buceo y el nitrógeno, el oxígeno tampoco queda exento de problemas.A partir de los 70m (en realidad algo más, cercano a los 90), la presión total a la que respiramos llega a las 8 atms (0 10 atm si estamos a 90m). En estos casos, la presión parcial del oxígeno se leva a 1,6atm (frente a las 0.2 a presión ambiente) y la cantidad que entra de oxígeno en la sangre es tremenda. Y se produce la hiperoxia de la que nos habla pedro.Es realmente una reacción en extremo desagradable, que se caracteriza por convulsiones descontroladas. Los buceadores que entran en este estado raramente salen de él, dado que es imposible acercarse a ellos para ayudarles sin correr la misma suerte.Esta es la causa por la cual a partir de los 50-60 metros se empiezan a utilizar mezclas de aire con menos proporción de oxígeno. Una de las más conocidas es el trimix, en la cual se sustituye parte del oxígeno con helio para evitar la hiperoxia. Este tipo de mezcla se suele reservar para buceo profesional o "de aventura" y no se usa en buceo deportivo.Existe otra mezcla muy común en buceo, y que sí se usa en buceo deportivo. Se llama "Nitrox" y mucha gente la confunde con el trimix. Este tipo de mezcla es justamente opuesta al trimix y no busca poder bajar a más profundidad, sino el poder permanecer más tiempo sin sufrir los efectos del nitrógeno. El nitrox LIMITA la profundidad máxima todavía más que el aire normal, pero dado que cuando buceamos a nvel deportivo existe una prohibición de bajar más allá de los 40 metros, no suele ser problemático. Los beneficios de esta mezcla es una menor acumulación de nitrógeno en sangre y una limitación de los efectos secundarios del nitrógeno sobre el organismo: cansancio y pequeños dolores de cabeza. Recomiendo a todo buceador que si tiene la oportunidad lo pruebe porque sobre todo en inmersiones consecutivas en cruceros de buceo o similares se nota.En resúmen:
- TRIMIX: Menos oxígeno y más helio para evitar la hiperoxia. Permite bajar a mayor profundidad.
- NITROX: Más oxígeno y menos nitrógeno. Permite permanecer más tiempo en el fondo pero a menor profundidad.

De: Iñigo Martinez Lasal
2007-08-16 20:26:17

Ejemplo de hiperoxia en el buceo.P.D: video de youtube. Es muy duro porque el buceador filma su propia muerte.http://fogonazos.blogspot.com/2007/05/blue-hole-el-cementerio-de-buceadores.html

De: curzki
2007-08-17 11:52:21

Muchas gracias por las aclaraciones pedro ;)

De: Pedro
2007-08-20 13:08:16

Acabo de incluir la ampliación sobre el origen del oxígeno en el artículo - lo anunciaré en una entrada, pero lo digo aquí también por si alguien lee los comentarios y no sabe de qué se trata (al estar ya en el texto).

De: Pedro
2007-08-20 13:08:48

Iñigo,Muchas gracias por los comentarios - muy informativos, y complementan muy bien el artículo.

De: Claudio
2007-09-01 01:19:12

Me encantan estos artículos

De: vali :)
2008-02-20 01:04:04

¿porque el oxigeno se disuelve en agua?
¿porque el agua es liquida a temperatura ambiente?
¿porque el agua moja?
¿porque el oxigeno es gaseoso a temperatura ambiente?

ES PARA UNA PRUEBA PARA MAÑANA Y NOSE NINGUNA :|


De: Pedro
2008-02-20 06:52:58

vali,

Tal vez deberías haber buscado información antes. Esto no es una academia, lo siento.


De: jenny
2008-03-23 17:28:11

Me causa curiosidad lo que pregunto vali, ¿Xq el oxigeno es gasesos a condiciones normales, y xq lo encontramos en estado diatómico en el ambiente?, cual es la razón, fuera de eso , el articulo es muy completo. Gracias


De: Pedro
2008-03-23 18:05:21

jenny,

El oxígeno, como muchos otros no metales, forma moléculas diatómicas porque su "hambre de electrones" lo convierte en una solución muy estable: cada átomo de oxígeno comparte dos electrones con el otro, de modo que ambos tienen la última capa completa. Lo mismo sucede con el H2, N2, Cl2, etc.

Es gaseoso por la misma razón: no hay nada que una unas moléculas de O2 a otras, de modo que están "sueltas", es decir, en forma de gas.


De: José Ramón
2008-04-12 19:45:28

Enhorabuena por la serie, lo primero, pero también pienso que este elemento tiene algo más para comentar en relación con su papel biológico (me toca la fibra) y el papel que tuvieron los organismos vivos en el 21% actual, al usarlo como receptor final de electrones en procesos que producen energía y que permitieron vivir a organismos que fueron enriqueciendo la atmósfera en este elemento.


De: Pedro
2008-04-12 19:48:30

José Ramón,

Estamos completamente de acuerdo, ¡también hay mucho más que contar en otros aspectos! Pero en estos artículos no quiero entrar en demasiado detalle, y tengo que elegir qué poner. Si algún día hay un libro (bueno, una balda de librería entera) de la serie periódica, seguro que los amplío.


De: Gabriel
2008-04-23 13:48:17

Pedro

como siempre muy bueno

espero que esta "adiccion" no me termine provocando problemas de pareja, pues mi señora no entiende que hago en la noche en la computadora leyendo articulos de quimica :)

te molesto por una duda, que a pesar de ir ya por el octavo elemento, no logro entender a cabalidad y que refiere al tema de la estabilidad

¿que es lo que hace mas inestable al O3 que al O2? es el número de enlaces, de electrones compartidos?


De: Pedro
2008-04-23 20:41:48

Gabriel,

Creo que tu mujer puede darte más satisfacciones que yo, y los artículos de química no se molestan si les haces esperar ;)

La verdad es que no sé por qué el ozono es menos estable que el oxígeno diatómico. Me imagino que se debe al tipo de enlaces que se forman, pero no sé cuál es la razón exacta -- si lo descubro te lo digo. A ver si algún tamicero que sepa del asunto puede aportar más información.


De: xx32
2008-04-27 19:18:15

¿cómo el oxígeno puede formar compuestos sólidos estables? ¿Por la fuerza?


De: Naeros
2008-06-19 21:52:26

Ya que hablas del proceso de creación del oxígeno en estrellas, quedaría bien un enlace al artículo de La vida privada de las estrellas en el que lo explicas en detalle ;)


De: Pedro
2008-06-19 22:13:27

@ Naeros,

Hecho, ¡gracias! :)


De: marilu
2008-07-13 22:28:17

muy interesante el tema


De: marat
2009-10-16 20:18:00

Hola a todos,
Soy un gran aficionado a la quimica.
M encanta esta serie,ultimamente está un poco parada,
pero confio en Pedro.
Hablando del óxigeno,Pedro que es lo que hace tan reactiva
al agua oxigenada??.
La d casa deben de ser al 3% más o menos,y ya cura heridas.
En la empresa dnd trabajo (es de quimica) tenemos al 35%,alguna vez nos ha salpicado en la piel(poca cosa,solo salpicaduras pequeñas,y ni si quiera habia herida) y no veais lo que pica. Además tenemos k tener mucho cuidado
donde la metemos porque reacciona dando combustión espontanea con algunos metales.

Muchas gracias


De: Jennifer
2009-10-26 17:50:00

Si el nitrógeno es el elemento mas abundante en el aire, porque respiramos oxígeno en vez de nitrógeno?


De: Pedro
2009-10-26 18:56:01

Jennifer, porque no vale cualquier cosa: utilizamos oxígeno para oxidar moléculas orgánicas (como los azúcares) para obtener energía. Con el nitrógeno, eso no funciona.


De: Ty
2010-09-24 23:28:33

Jajaja, nunca antes lo había pensado, pero considerando el origen del nombre del oxígeno, encuentro cuando menos graciosos los nombres de la división de los ácidos en "hidrácidos" (como el HCl) y "oxácidos" (como el ácido sulfúrico).


De: Ty
2010-09-24 23:44:46

"Por otro lado, es una idea muy común que la “hiperventilación” es un problema debido a que hay demasiado oxígeno en la sangre, pero eso no es cierto: alguien hiperventilado no tiene demasiado oxígeno en la sangre, sino demasiado poco dióxido de carbono (de ahí el respirar dentro de una bolsa y cosas parecidas)."

Muchas gracias. Hoy he aprendido algo nuevo. Me gustaría ver la extensión de la explicación en la serie de Falacias, si encontraras el tiempo.


De: Marcelo
2011-02-17 18:36:35

Dos cosas. Primero, no puedo dejar de leer estos artículos. Está interesantísimo.

Segundo: Hace rato no hablan de la valencia de los elementos. La valencia cambia de signo cuando un elemento capta electrones en vez de liberarlos, ¿no? Es decir, el litio es +1, el berilio +2 y el oxigeno es -2?

Saludos y gracias.


De: Javier
2011-03-15 13:01:29

Has dicho que dos átomos de carbono se convierten en uno de oxígeno y uno de helio. Mi ignorancia me lleva a pensar que de esos dos átomos de carbono salen uno de oxígeno y dos de helio. Me quedo con la duda de si es un simple error de escritura o si esos dos protones colganderos van a alguna parte.

Felicidades por la serie. ¡Y por el blog!


De: Pedro
2011-03-15 20:34:18

Javier, de ignorancia nada, tienes toda la razón, no es uno de helio sino dos, ¡gracias! :)


De: essostre
2013-03-30 00:19:47

He empezado con el hidrógeno y pienso seguir toda la tabla. Me encanta. Sólo gracias por estos artículos y ánimo.


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