El dioxígeno es un gas inoloro, incoloro e insípido cuya fórmula química es O2. Este es el elemento más abundante en la atmósfera terrestre.
Entre los componentes del aire se encuentra una sustancia denominada dioxígeno. Es un elemento químico gaseoso con aproximadamente 15.9994 de peso atómico. Su estudio es de gran interés por tener una importancia esencial en los procesos de respiración de la mayor parte de las células vivas. Es el elemento más abundante en la corteza terrestre y su representación química es O2.
Historia del descubrimiento del dioxígeno
El dioxígeno fue descubierto por el científico Inglés J. Priestley en 1774 llamándolo aire desflogisticado debido a su adicción a la teoría del flogisto. Planteaba que la inflamación de la astilla en la atmósfera de aire, era un fenómeno puramente causal y consideraba que el mismo era una mezcla de ácido nítrico, tierra y flogisto. Dos años antes, en 1772, esta sustancia ya había sido descubierta por el químico sueco C. Scheele que lo nombró aire incendiario, pero este científico no publicó inmediatamente la información de su descubrimiento.
En 1775 el químico francés Lavoisier, a partir de la combustión realizada con los óxidos metálicos y en específico con el óxido de mercurio con carbón obtenía el dióxigeno. El gas obtenido, según él, constituía la parte más pura del aire. En su información a la Academia lo llamó aire muy respirable o aire vivificante.
El descubrimiento simultáneo en diferentes países de esta sustancia, llevó a discusión sobre la prioridad del hallazgo del mismo. Priestley y Scheele asiduos defensores de la teoría del flogisto les imposibilito comprender la esencia de lo encontrado y no comprendieron lo que habían descubierto, por lo que se le adjudica a Lavoisier el descubrimiento del dioxígeno.
Propiedades del dioxígeno
El dioxígeno es un gas incoloro, inodoro e insípido. Está formado por moléculas diatómicas compuestas por dos átomos de oxígeno. Es más denso que el aire y poco soluble en agua. No obstante, la cantidad de dioxígeno que se disuelve en el agua es suficiente para satisfacer las necesidades respiratorias de los peces y otros organismos acuáticos. Cuando el dioxígeno se enfría hasta una temperatura de -183 grados Celsius y a una presión de 100 kPa pasa al estado líquido con un color azul pálido. Si se sigue enfriando hasta una temperatura de -219 grados Celsius pasa del estado líquido al sólido y entonces presenta un color azul intenso.
El dioxígeno como sustancia molecular
Cuando las sustancias están formadas por moléculas se le denominan sustancias moleculares. Las sustancias con esta característica, son conocidas por tener una baja temperatura de fusión y de ebullición. Esto se debe a que al cambiar el estado de agregación se rompen las fuerzas relativas intermoleculares y no los enlaces químicos. El dioxígeno se encuentra entre estas sustancias formado por moléculas diatómicas, es decir dos átomos de oxígeno unidos entre sí.
En estado sólido las sustancias moleculares tales como el dioxígeno forman redes cristalinas moleculares. En estas redes cristalinas las moléculas ocupan posiciones fijas donde siguen un orden determinado y se mantienen unidas debido a la fuerza de atracción que se ejercen entre ellas.
¿Que sucede en el enlace de las moléculas de dioxigeno? Al suministrar energía en forma de calor la energía cinética de las moléculas aumenta y se eleva la temperatura. Consecuentemente, las fuerzas de atracción disminuyen y las sustancias cambian de estado de agregación. Al cambiar el estado de agregación las moléculas deben de ocupar posiciones fijas y el cristal molecular se rompe. Por ejemplo, a -219 ͦC el dioxígeno sólido se funde convirtiéndose en dioxígeno líquido. Las temperaturas relativamente bajas a las que ocurren estos cambios de estado de agregación, indican que las fuerzas de atracción entre las moléculas son débiles.
La unión entre los átomos que forman las moléculas es mucho más fuerte. Una prueba de la fortaleza del enlace que une a los átomos en las moléculas es, que para romper el enlace entre los átomos de carbono y oxígeno en el dióxido de carbono es necesario calentar esta sustancia por encima de los 2500 grados Celsius.
De manera general, en los cristales moleculares prevalecen dos tipos de interacción, una débil entre las moléculas y otra fuerte entre los átomos que constituyen las moléculas.
Reacción del dioxígeno con las sustancias simples
Reacción de dioxígeno con los metales.
El dioxígeno tiene propiedades muy distintas a otras sustancias simples muy conocidas: los metales. Al reaccionar el dioxígeno con los metales se forman como resultado óxidos metálicos. Por ejemplo, si se coloca una porción de lana de acero en una cucharilla de combustión y se calienta a la llama, al introducirla rápidamente en un frasco que contenga dioxígeno se producirá óxido de hierro, produciendo un brillante chisporroteo.
En la reacción se encuentra una masa sólida de color negruzco formada por óxido de hierro(II) y (III).
Hierro + dioxígeno → óxido de hierro ΔΗ<0
(Sólido) (Gas) (Sólido)
El magnesio reacciona con el dioxígeno con gran desprendimiento de luz y calor. El producto de esta reacción es una sustancia sólida de color blanco denominada óxido de magnesio.
Magnesio + dioxígeno → Óxido de magnesio ΔΗ<0
(Sólido) (gas) (Sólido)
Reacción de dioxígeno con los no metales.
El dioxígeno es ejemplo de sustancia simple y se clasifica entre los no metales. Estas sustancias por lo general prácticamente no conducen la corriente eléctrica y conducen el calor en menor grado que los metales.
Al realizarse la reacción entre el dioxígeno con los no metales, forman el óxido no metálico. Un ejemplo de reacción es cuando se utiliza una cucharilla de combustión, se calienta a la llama una pequeña cantidad de octazufre en polvo hasta que comience a arder y después se introduce en un frasco que contenga dioxígeno. El octazufre continuará ardiendo, pero con una llama mucho más intensa de color azul. En esta reacción se obtiene un gas incoloro de olor sofocante denominado dióxido de azufre.
Octasufre + Dioxígeno → Óxido de azufre ΔΗ<0
(Sólido) (Gas) (Gas)
Se produce de manera similar colocando una porción de carbono en una cucharilla de combustión y se calienta a la llama hasta su temperatura de ignición. Al introducirlo en un frasco con dioxígeno, arderá intensamente. En esta reacción se forma dióxido de carbono.
Carbono + Dioxígeno → Óxido de carbono ΔΗ<0
(Sólido) (Gas) (Gas)
Aplicaciones
El dioxígeno que llega a los pulmones es transportado por la sangre en forma de disolución y combinado químicamente con la hemoglobina de los glóbulos rojos. Esta propiedad tan importante es aprovechada por la medicina para el tratamiento de algunas enfermedades como la neumonía, el asma y ciertas afecciones cardíacas. En los casos en que los pacientes padezcan de esas enfermedades, se le suministra una suficiente cantidad de dioxígeno para su organismo.
Todas las células del cuerpo humano precisan del oxígeno para poder vivir. Su disminución provoca hipoxia y la falta total de él anoxia pudiendo provocar la muerte de los organismos. Por eso cuando el hombre se ve sometido a ciertas condiciones en las que no existe el dioxígeno, o está mezclado con ciertas sustancias tóxicas, se le suministra dioxígeno por medio de caretas u otros dispositivos. Entre los ejemplos de las condiciones que requieren del suministro del mismo son los vuelos de pilotos y cosmonautas a grandes alturas, viajes en submarinos, buceo o trabajos en minas.
También se usan grandes cantidades de dioxígeno mezclado con acetileno u otros gases combustibles, en los sopletes para cortar y soldar a altas temperaturas. En el anterior proceso, la mezcla de oxígeno y otro gas produce una llama con una temperatura muy superior a la que se obtiene quemando gases en aire.
La combustión de ciertas sustancias tales como el serrín u otras sustancias porosas, impregnadas con dioxígeno líquido pueden provocar violentas explosiones. Estas mezclas se utilizan como explosivos para la construcción de los túneles, carreteras, en la minería entre otras. Por otra parte es utilizado en la industria para la fabricación de metal y es muy importante como líquido propulsor en los misiles teledirigidos y en los cohetes.
Conclusiones
El conocimiento de las propiedades y aplicaciones de esta sustancia permite valorar la importancia de la misma para el hombre y la necesidad de su conservación en el planeta. La contaminación del medio ambiente provoca una disminución de la concentración del dioxígeno en la atmósfera. Esto está asociado a enfermedades respiratorias siendo más comunes en las grandes urbes industrializadas.
Por otro lado, los grandes productores de dioxígeno del planeta son los árboles y demás organismos que participan en su síntesis, como los corales. La deforestación y la explotación indiscriminada de estos recursos pueden hacer colapsar al planeta. El aumento de la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera produce un calentamiento de la superficie terrestre muy perjudicial para la salud planetaria. Por eso es que cada día es más importante el cuidado del planeta y el medio ambiente en general.
