¿Dónde se encuentra el oxígeno?
El oxígeno, que es un elemento gaseoso, insípido e incoloro, se encuentra distribuido en toda la naturaleza. Conforma casi la mitad de la Tierra: está en el aire, que contiene un 21% de este gas fundamental para los seres vivos; en el agua (compuesta por un 88,8 % de oxígeno), y en las rocas, además de hallarse en todos los tejidos vivos y en numerosas sustancias.
El oxígeno es el elemento químico más abundante en masa en la biosfera de la Tierra, el aire, el mar y la tierra. En masa, el oxígeno es el tercer elemento más abundante en el universo, después del hidrógeno y el helio.
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Es posible obtener oxígeno artificialmente en laboratorio a partir de determinadas sales, como el peróxido de bario, el peróxido de sodio y el clorato de potasio.
Entre los procedimientos utilizados para su producción se encuentran la destilación fraccionada del aire líquido y la electrólisis del agua.
Puede almacenarse en forma gaseosa o líquida. El oxígeno así obtenido tiene diversos usos: en medicina se lo suministra a pacientes con problemas respiratorios; además, lo utilizan personas que vuelan a gran altura, y también se lo emplea para soldar a temperaturas elevadas.
¿Quién descubrió el oxígeno?
El oxígeno fue descubierto por el químico inglés Joseph Priestley en 1774. Posteriormente, el francés Antoine Laurent de Lavoisier profundizó las investigaciones de Priestley y demostró que en el aire siempre hay oxígeno, que actúa como agente y es la causa de las combustiones, de la oxidación de los metales y de la respiración de los seres vivos.
El oxígeno se representa con la letra O. Su masa atómica es 16; su número atómico, 8; el punto de fusión, -218 ºC; y el punto de ebullición, -183 ºC. Los animales aspiran oxígeno y espiran dióxido de carbono. Durante el día los vegetales absorben dióxido de carbono y desprenden oxígeno. Por las noches, las plantas sólo desprenden dióxido de carbono.
Michael Sendivogius aisló el oxígeno antes de 1604, pero comúnmente se cree que el elemento fue descubierto independientemente por Carl Wilhelm Scheele, en Uppsala, en 1773 o antes, y Joseph Priestley en Wiltshire, en 1774.
A menudo se le da prioridad a Priestley porque su El trabajo fue publicado primero. Sin embargo, Priestley llamó al oxígeno "aire deslogisticado" y no lo reconoció como un elemento químico.
El nombre oxígeno fue acuñado en 1777 por Antoine Lavoisier, quien reconoció por primera vez el oxígeno como un elemento químico y caracterizó correctamente el papel que desempeña en la combustión.
¿Cómo se repone o recicla el oxígeno?
El oxígeno se repone continuamente en la atmósfera de la Tierra mediante la fotosíntesis, que utiliza la energía de la luz solar para producir oxígeno a partir del agua y el dióxido de carbono.
El oxígeno es demasiado químicamente reactivo para seguir siendo un elemento libre en el aire sin tener una reposición continua por la acción fotosintética de los organismos vivos.
La concentración inusualmente alta de gas oxígeno en la Tierra es el resultado del ciclo del oxígeno. Este ciclo biogeoquímico describe el movimiento de oxígeno dentro y entre sus tres depósitos principales en la Tierra: la atmósfera, la biosfera y la litosfera.
El principal factor impulsor del ciclo del oxígeno es la fotosíntesis, que es responsable de la atmósfera moderna de la Tierra.
La fotosíntesis libera oxígeno a la atmósfera, mientras que la respiración, la descomposición y la combustión lo eliminan de la atmósfera. En el equilibrio actual, la producción y el consumo ocurren al mismo ritmo.
Fotosíntesis y respiración
En la naturaleza, el oxígeno libre es producido por la división del agua impulsada por la luz durante la fotosíntesis oxigenada. Según algunas estimaciones, las algas verdes y las cianobacterias en ambientes marinos proporcionan aproximadamente el 70% del oxígeno libre producido en la Tierra, y el resto es producido por plantas terrestres.
Otras estimaciones de la contribución oceánica al oxígeno atmosférico son más altas, mientras que algunas estimaciones son más bajas, lo que sugiere que los océanos producen ~ 45% del oxígeno atmosférico de la Tierra cada año.
¿Se puede obtener oxígeno artificialmente?
Cien millones de toneladas de O2 se extraen del aire para usos industriales anualmente por dos métodos principales. El método más común es la destilación fraccionada de aire licuado, con N2 destilando como vapor mientras O2 se deja como un líquido.
El otro método primario para producir O2 está pasando una corriente de aire limpio y seco a través de un lecho de un par de tamices moleculares de zeolita idénticos, que absorbe el nitrógeno y entrega una corriente de gas que es del 90% al 93% de O2.
Simultáneamente, se libera gas nitrógeno del otro lecho de zeolita saturada de nitrógeno, reduciendo la presión de funcionamiento de la cámara y desviando parte del gas oxígeno del lecho productor a través de él, en la dirección inversa del flujo.
Después de un tiempo de ciclo establecido, la operación de los dos lechos se intercambia, lo que permite bombear un suministro continuo de oxígeno gaseoso a través de una tubería. Esto se conoce como absorción por oscilación de presión.
El gas oxígeno también se puede producir a través de la electrólisis del agua en oxígeno molecular e hidrógeno.
También se pueden usar catalizadores químicos, como en generadores químicos de oxígeno o velas de oxígeno que se usan como parte del equipo de soporte vital en submarinos, y todavía son parte del equipo estándar en aviones comerciales en caso de emergencias de despresurización.
Otro método de separación de aire es forzar la disolución del aire a través de membranas cerámicas basadas en dióxido de circonio,ya sea por alta presión o corriente eléctrica, para producir O casi puro O2 gas.
¿Cómo se almacena el oxígeno?
Los métodos de almacenamiento de oxígeno incluyen tanques de oxígeno a alta presión, criogénicos y compuestos químicos. Por razones de economía, el oxígeno a menudo se transporta a granel como líquido en camiones cisterna especialmente aislados, ya que un litro de oxígeno licuado es equivalente a 840 litros de oxígeno gaseoso a presión atmosférica y 20 °C.
Estos camiones cisterna se utilizan para rellenar contenedores de almacenamiento de oxígeno líquido a granel, que se encuentran fuera de los hospitales y otras instituciones que necesitan grandes volúmenes de gas oxígeno puro.
El oxígeno líquido se pasa a través de intercambiadores de calor, que convierten el líquido criogénico en gas antes de que ingrese al edificio. El oxígeno también se almacena y se envía en cilindros más pequeños que contienen el gas comprimido; una forma que es útil en ciertas aplicaciones médicas portátiles y soldadura y corte de oxicombustible.
Aplicaciones del oxígeno
En la medicina
Absorción de O2 del aire es el propósito esencial de la respiración, por lo que la suplementación con oxígeno se usa en medicina. El tratamiento no solo aumenta los niveles de oxígeno en la sangre del paciente, sino que tiene el efecto secundario de disminuir la resistencia al flujo sanguíneo en muchos tipos de pulmones enfermos, aliviando la carga de trabajo en el corazón.
La oxigenoterapia se usa para tratar elenfisema, laneumonía, algunos trastornos cardíacos (insuficiencia cardíaca congestiva), algunos trastornos que causan un aumento dela presión de la arteria pulmonar y cualquier enfermedad que perjudique la capacidad del cuerpo para absorber y usar oxígeno gaseoso.
Los tratamientos son lo suficientemente flexibles como para ser utilizados en hospitales, el hogar del paciente o cada vez más mediante dispositivos portátiles.
Las tiendas de oxígeno alguna vez se usaron comúnmente en suplementos de oxígeno, pero desde entonces han sido reemplazadas principalmente por el uso de máscaras de oxígeno o cánulas nasales.
Supervivencia y recreación
Superivivencia o soporte vital: Una aplicación de O2 como gas de respiración de baja presión se encuentra en trajes espaciales modernos, que rodean el cuerpo de sus ocupantes con el gas de respiración. Estos dispositivos usan oxígeno casi puro a aproximadamente un tercio de la presión normal, lo que resulta en una presión parcial de sangre normal de O2. Esta compensación de una mayor concentración de oxígeno por una presión más baja es necesaria para mantener la flexibilidad del traje.
Recreación o uso recreativo:
- Los buzos y submarinistas también confían en O entregado artificialmente. El buceo más profundo requiere una dilución significativa de O2 con otros gases, como nitrógeno o helio, para evitarla toxicidad del oxígeno.
- Las personas que escalan montañas o vuelan en aviones no presurizados de ala fija a veces tienen O suplementario como suministro.
- El oxígeno, como eufórico leve, tiene un historial de uso recreativo en barras de oxígeno y en deportes.
Las barras de oxígeno son establecimientos que se encuentran en los Estados Unidos desde finales de la década de 1990 que ofrecen un O superior a lo normal 2 exposiciones por una tarifa mínima.
- Los atletas profesionales, especialmente en el fútbol americano, a veces salen del campo entre las jugadas para ponerse máscaras de oxígeno para aumentar el rendimiento.
Uso industrial
La fundición de mineral de hierro en acero consume el 55% del oxígeno producido comercialmente. En este proceso, O2 se inyecta a través de una lanza de alta presión en hierro fundido, que elimina las impurezas de azufre y el exceso de carbono como los óxidos respectivos, SO2 y CO2. Las reacciones son exotérmicas, por lo que la temperatura aumenta hasta 1700 °C.
Otro 25% del oxígeno producido comercialmente es utilizado por la industria química.
La mayor parte del 20% restante del oxígeno producido comercialmente se usa en aplicaciones médicas, corte de metales y soldadura, como oxidante en el combustible de cohetes y en el tratamiento del agua.