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Articulo de referencia

Alótropos del oxígeno

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Existen varios alótropos conocidos del oxígeno . El más conocido es el oxígeno molecular ( O₂ ), presente en niveles significativos en la atmósfera terrestre y también conocido como dioxígeno u oxígeno triplete . Otro es el ozono ( O₃ ) , altamente reactivo . Otros son:

oxígeno atómico

El oxígeno atómico, denominado O o O₁ , es muy reactivo, ya que los átomos individuales de oxígeno tienden a unirse rápidamente con las moléculas cercanas. Su estado electrónico de menor energía es un triplete de espín , designado por el símbolo ³P . En la superficie terrestre, existe de forma natural durante un tiempo muy breve. En el espacio exterior , la presencia de abundante radiación ultravioleta da lugar a una atmósfera en órbita terrestre baja en la que el 96 % del oxígeno se encuentra en forma atómica. [ 7 ]

Se ha detectado oxígeno atómico en Marte por las sondas Mariner , Viking y el observatorio SOFIA . [ 8 ]

Dioxígeno

El alótropo más común del oxígeno elemental es el dioxígeno triplete, un dirradical . Los electrones desapareados participan en un enlace de tres electrones , representado aquí con líneas discontinuas.

El alótropo común del oxígeno elemental en la Tierra, O₂ , se conoce generalmente como oxígeno, pero puede llamarse dioxígeno , oxígeno diatómico , oxígeno molecular , dióxido o gas oxígeno para distinguirlo del elemento en sí y del alótropo triatómico ozono , O₃ . [ 9 ] [ 10 ] Como componente principal (alrededor del 21% en volumen) de la atmósfera terrestre , el oxígeno elemental se encuentra más comúnmente en la forma diatómica. Los organismos aerobios utilizan el dioxígeno atmosférico como oxidante terminal en la respiración celular para obtener energía química . El estado fundamental del dioxígeno se conoce como oxígeno triplete , ³ [ O₂ ] , porque tiene dos electrones desapareados. El primer estado excitado, oxígeno singlete , ¹ [ O₂ ] , no tiene electrones desapareados y es metaestable . El estado doblete requiere un número impar de electrones, por lo que no puede ocurrir en el dioxígeno sin ganar o perder electrones, como en el ion superóxido ( O − 2 ) o el ion dioxigenilo ( O + 2 ).

El estado fundamental del O₂ tiene una longitud de enlace de 121 pm y una energía de enlace de 498 kJ/mol. [ 11 ] Es un gas incoloro con un punto de ebullición de −183 °C (90 K; −297 °F) . [ 12 ] Puede condensarse a partir del aire enfriándolo con nitrógeno líquido , que tiene un punto de ebullición de −196 °C (77 K; −321 °F) . El oxígeno líquido es de color azul pálido y es bastante paramagnético debido a los electrones desapareados; el oxígeno líquido contenido en un matraz suspendido por una cuerda es atraído por un imán.        

Oxígeno singlete

El oxígeno singlete es el nombre común que se usa para los dos estados metaestables del oxígeno molecular ( O₂ ) con mayor energía que el oxígeno triplete en estado fundamental . Debido a las diferencias en sus capas electrónicas, el oxígeno singlete tiene propiedades químicas y físicas diferentes a las del oxígeno triplete, incluyendo la absorción y emisión de luz en diferentes longitudes de onda. Puede generarse en un proceso fotosensibilizado por transferencia de energía de moléculas de colorante como el rosa de bengala , el azul de metileno o las porfirinas , o por procesos químicos como la descomposición espontánea del trióxido de hidrógeno en agua o la reacción del peróxido de hidrógeno con hipoclorito .

Ozono

El oxígeno triatómico (ozono, O₃ ) es un alótropo del oxígeno muy reactivo que es un gas azul pálido a temperatura y presión estándar . El O₃ líquido y sólido tiene un color azul más intenso que el O₂ ordinario , y es inestable y explosivo. [ 13 ] [ 14 ] En su fase gaseosa, el ozono es destructivo para materiales como el caucho y la tela y es dañino para el tejido pulmonar . [ 15 ] Se pueden detectar trazas de él como un olor penetrante, similar al cloro , [ 12 ] proveniente de motores eléctricos , impresoras láser y fotocopiadoras , ya que se forma cuando el aire se somete a una descarga eléctrica. Fue llamado "ozon" en 1840 por Christian Friedrich Schönbein , [ 16 ] del griego antiguo ὄζειν (ozein: "oler") más el sufijo -on , comúnmente usado en ese momento para designar un compuesto derivado y anglicizado como -one . [ 17 ]

El ozono es termodinámicamente inestable y tiende a reaccionar hacia la forma más común de dioxígeno. Se forma por la reacción del O₂ intacto con el oxígeno atómico producido cuando la radiación UV en la atmósfera superior divide el O₂ . [ 13 ] El ozono absorbe fuertemente en el ultravioleta y en la estratosfera funciona como un escudo para la biosfera contra los efectos mutagénicos y otros efectos dañinos de la radiación UV solar (véase capa de ozono ). [ 13 ] El ozono troposférico se forma cerca de la superficie terrestre por la desintegración fotoquímica del dióxido de nitrógeno en los gases de escape de los automóviles . [ 18 ] El ozono a nivel del suelo es un contaminante del aire que es especialmente dañino para las personas mayores, los niños y las personas con afecciones cardíacas y pulmonares como enfisema , bronquitis y asma . [ 19 ] El sistema inmunitario produce ozono como antimicrobiano (véase más adelante). [ 20 ]

Ozono cíclico

El ozono cíclico es una molécula de O 3 predicha teóricamente en la que sus tres átomos de oxígeno se unen formando un triángulo equilátero en lugar de un ángulo abierto.

Tetraoxígeno

Se sospechaba de la existencia del tetraoxígeno desde principios del siglo XX, cuando se le conocía como oxozona. Fue identificado en 2001 por un equipo liderado por Fulvio Cacace en la Universidad de Roma. [ 21 ] Se creía que la molécula O 4 se encontraba en una de las fases del oxígeno sólido, posteriormente identificada como O 8 . El equipo de Cacace sugirió que el O 4 probablemente consiste en dos moléculas de O 2 con forma de mancuerna , unidas débilmente por fuerzas de dispersión de dipolo inducido.

Pentaoxígeno

El análisis computacional del alótropo de cinco oxígenos sugiere que tendría una estructura similar a la del ciclopentano con una conformación de sobre . [ 22 ]

Hexaoxígeno

El análisis computacional del alótropo de seis oxígenos sugiere que tendría una estructura similar a la del ciclohexano con conformaciones de silla y torsión . [ 22 ]

Fases del oxígeno sólido

Existen seis fases distintas conocidas del oxígeno sólido. Una de ellas es un cúmulo O 8 de color rojo oscuro . Cuando el oxígeno se somete a una presión de 96 GPa, se vuelve metálico , de manera similar al hidrógeno , [ 23 ] y se asemeja más a los calcógenos más pesados , como el selenio (que exhibe un color rosa rojizo en su estado elemental), el telurio y el polonio , los cuales muestran un carácter metálico significativo. A temperaturas muy bajas, esta fase también se vuelve superconductora . 

Referencias

  1. ↑ "Pesos atómicos estándar: oxígeno" . CIAAW . 2009.
  2. ↑ Prohaska, Thomas; Irrgeher, Johanna; Benefield, Jacqueline; Böhlke, John K.; Chesson, Lesley A.; Coplen, Tyler B.; Ding, Tiping; Dunn, Philip JH; Gröning, Manfred; Holden, Norman E.; Meijer, Harro AJ (2022-05-04). "Pesos atómicos estándar de los elementos 2021 (Informe técnico de la IUPAC)" . Pure and Applied Chemistry . doi : 10.1515/pac-2019-0603 . ISSN 1365-3075 . 
  3. 1 2 3 Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Química de los elementos (2.ª ed.). Butterworth-Heinemann. p. 28. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN   978-0-08-037941-8.
  4. ↑ Arblaster, John W. (2018). Valores seleccionados de las propiedades cristalográficas de los elementos . Materials Park, Ohio: ASM International. ISBN 978-1-62708-155-9.
  5. ↑ Weast, Robert (1984). CRC, Manual de Química y Física . Boca Ratón, Florida: Chemical Rubber Company Publishing. págs. E110. ISBN  0-8493-0464-4.
  6. ↑ Kondev, FG; Wang, M.; Huang, WJ; Naimi, S.; Audi, G. (2021). "La evaluación NUBASE2020 de las propiedades nucleares" (PDF) . Chinese Physics C. 45 ( 3) 030001. doi : 10.1088/1674-1137/abddae .
  7. ↑ "Out of Thin Air" Archivado el 23 de junio de 2017 en Wayback Machine .NASA.gov. 17 de febrero de 2011.
  8. ↑ Bell, Kassandra (6 de mayo de 2016). "Observatorio volador detecta oxígeno atómico en la atmósfera marciana" . NASA . Archivado del original el 8 de noviembre de 2020. Recuperado el 30 de septiembre de 2021 .
  9. ↑ "16.4A: Dioxígeno" . Chemistry LibreTexts . 21-06-2015 . Consultado el 13-05-2026 .
  10. ↑ Informática, Oficina de Datos y NIST. "Oxygen" . webbook.nist.gov . Consultado el 13 de mayo de 2026 .
  11. ↑ Chieh, Chung. "Longitudes y energías de enlace" . Universidad de Waterloo. Archivado del original el 14 de diciembre de 2007. Recuperado el 16 de diciembre de 2007 .
  12. 1 2 Tutorial de Química  : Alótropos Archivado el 17/11/2021 en Wayback Machine desde AUS-e-TUTE.com.au
  13. 1 2 3 Mellor 1939
  14. ↑ Cotton, F. Albert y Wilkinson, Geoffrey (1972). Química inorgánica avanzada: un texto completo . (3.ª edición). Nueva York, Londres, Sídney, Toronto: Interscience Publications. ISBN 0-471-17560-9.
  15. ↑ Stwertka 1998 , pág. 48
  16. ↑ Christian Friedrich Schönbein, Über die Erzeugung des Ozons auf chemischen Wege Archivado el 30 de junio de 2020 en Wayback Machine , p. 3, Basilea: Schweighauser'sche Buchhandlung, 1844.
  17. ↑ "Ozone", Oxford English Dictionary online, consultado el 29 de junio de 2020.
  18. ↑ Stwertka 1998 , pág. 49
  19. ↑ "¿Quiénes corren mayor riesgo por el ozono?" . airnow.gov. Archivado del original el 17 de enero de 2008. Consultado el 6 de enero de 2008 .
  20. ↑ Paul Wentworth Jr.; Jonathan E. McDunn; Anita D. Wentworth; Cindy Takeuchi; Jorge Nieva; Teresa Jones; Cristina Bautista; Julie M. Ruedi; Abel Gutierrez; Kim D. Janda; Bernard M. Babior ; Albert Eschenmoser; Richard A. Lerner (2002-12-13). "Evidencia de la formación de ozono catalizada por anticuerpos en la eliminación bacteriana y la inflamación" . Science . 298 (5601): 2195– 2199. Bibcode : 2002Sci...298.2195W . doi : 10.1126/science.1077642 . PMID 12434011. S2CID 36537588 .  
  21. ↑ Cacace, Fulvio (2001). "Detección experimental de tetraoxígeno". Angewandte Chemie International Edition . 40 (21): 4062– 4065. doi : 10.1002/1521-3773(20011105)40:21 < 4062::AID-ANIE4062 > 3.0.CO ; 2-X . PMID 12404493 . 
  22. 1 2 Sabirov, Denis Sh.; Shepelevich, Igor S. (2015). "Entropía de la información de los alótropos del oxígeno. Una discusión aún abierta sobre la forma cerrada del ozono". Química Computacional y Teórica . 1073 : 61–66 . doi : 10.1016/j.comptc.2015.09.016 .
  23. ↑ Peter P. Edwards; Friedrich Hensel (14 de enero de 2002). "Oxígeno metálico". ChemPhysChem . 3 (1): 53– 56. doi : 10.1002/1439-7641(20020118)3:1 < 53::AID-CPHC53 > 3.0.CO ; 2-2 . PMID 12465476 . 

Lecturas adicionales

  • Parks, GD; Mellor, JW (1939). Química inorgánica moderna de Mellor (6.ª  ed.). Londres: Longmans, Green and Co.
  • Stwertka, Albert (1998). Guía de los elementos (  Edición revisada). Oxford University Press. ISBN 0-19-508083-1.
  • Análisis teórico de algunos y referencia principal para otros: Gadzhiev, Oleg B.; Ignatov, Stanislav K.; Kulikov, Mikhail Yu.; Feigin, Alexander M.; Razuvaev, Alexey G.; Sennikov, Peter G.; Schrems, Otto (2013). "Estructura, energía y frecuencias vibracionales de los alótropos de oxígeno O n ( n ≤ 6) en las formas unidas covalentemente y de van der Waals: estudio ab initio al nivel CCSD(T)" (PDF) . J. Chem. Theory Comput . 9 (1): 247– 262. doi : 10.1021/ct3006584 . PMID 26589027 .