Elementos del Grupo 16 - Oxígeno
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ELEMENTOS DEL GRUPO 16OXIGENO - OZONO - PERÓXIDO DE HIDROGENOPROFESOR: JOSE AVILA PARCO
ELEMENTO MASA MOLAROxígeno 16,00Azufre 32,06Selenio 78,96Telurio 127,60Polonio 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 terrestreH 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 comúnmente como:
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
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 = óxidoóxido + agua = ácido
S8 + 12O2 → 8SO3
SO3 + H2O → H2SO4
P4 + 5O2 → 2P2O5
P2O5 + 3H2O → 2H3PO4
2N2 + 3O2 → 2N2O3 N2O3 + H2O → 2HNO2
EL DESCUBRIMIENTO DEL OXÍGENO
• 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
6CO2(g) + 6H2O(l) → C6H12O6(s) + 6 O2(g)
EL DESCUBRIMIENTO DEL OXÍGENO
Presiones parciales de oxígeno aumentadas (hiperoxia) son tóxicas a los seres vivos
104
106
102
20 100 1000
Sobrevida (min)
pO2 (kPa)
Sobrevida de ratones
0.2 atm 18 meses
1 atm 33 horas
10 atm 30 min
1. En el laboratorioa) Calentamiento del clorato de potasio
2KClO3 → KCl + 3O2
b) Por electrólisis del agua acidulada
H2O(l) → O2(l) (oxidación anódica)
2. IndustrialmentePor destilación fraccionada del aire líquido
(pe del N2 y del O2: -196 y –183 °C; 77 y 90 K)
PREPARACIÓN DEL OXIGENO
1. Con compuestos inorgánicos simples
8H2S(g) + 4O2(g) → S8 + 8H2O4Al(s) + 3O2(g) → 2Al2O3(s)
C(s) + O2(g) → CO2(g)
2. De combustión (octano, en automóviles; etanol, em automóviles y en consumo humano)
2C8H18(g) + 25O2(g) → 16CO2(g) + 18H2O(g)
2C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O
3. En la respiración animal (enzima citocromoxidasa)
4H+(aq) + 4e-
(enzima) + O2(g) → 2H2O(l)
REACCIONES DEL OXÍGENO MOLECULAROxidaciones con oxígeno molecular
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 → 2O DH = 499 kJ
O + O2 → O3 DH = - 42 Kj
• La reacción de descomposición del ozono es producida por la luz solar de 290 nm y por CFC
O3 → O + O2 DH = 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
EL OXÍGENO Y LOS ÓXIDOS
O2- superóxido • Solamente O2K, existe comoanión (O2-)
en solución
O22- peróxido(–O–O–)
• H2O2, peróxido de hidrógeno; Na2O2, peróxido de sodio; BaO2, peróxido de bario
• Peróxidos orgánicos (ROOR)
O2- óxido(–O–)
• 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+, Fe2+/3+, Co2+, etc.) reacciona con el luminol, oxidándolo a un producto quimioluminiscente
El oxígeno como base conceptual de la química inorgánica (Lavoisier, 1786)
No metal + Oxígeno = Óxido (de no-metal)S° + O2 → SO2
4P° + 3O2 → P4O6
Óxido (de no-metal) + Agua = ÁcidoSO2 + H2O → H2SO3
P4O6 + 6H2O → 4H3PO3
Ácido + Base = Sal + Agua
El oxígeno como base conceptual de la química inorgánica (Lavoisier, 1786)
Metal + Oxígeno = Óxido (de metal)4Na° + O2 → 2Na2O2Ba° + O2 → 2BaO
Óxido (de metal) + Agua = Base (álcali)Na2O + H2O → 2NaOHBaO + H2O → Ba(OH)2
Base + Ácido = Sal + Agua