Oxígeno (Z=8): El Elemento en el Corazón de la Vida

Un Elemento Esencial para la Vida y la Combustión

El Oxígeno (símbolo O, número atómico 8) es un elemento químico no metálico de la familia de los calcógenos. En forma de dioxígeno (O₂), constituye aproximadamente el 21 % de la atmósfera terrestre y juega un papel fundamental en la respiración celular y las reacciones de combustión.

Contribución del oxígeno a los procesos vitales

El oxígeno molecular (O₂) es esencial para la respiración celular aeróbica en la mayoría de los organismos eucariotas. Actúa como aceptor final de electrones en la cadena de transporte de electrones mitocondrial, permitiendo una producción eficiente de ATP. En su ausencia, las células recurren a la fermentación, mucho menos eficiente energéticamente. Consecuencia de un déficit: Hipoxia, estrés metabólico y muerte celular rápida. El oxígeno es, por lo tanto, indispensable para la supervivencia a corto plazo.

Historia del Descubrimiento

1771: Experimentos de Carl Wilhelm Scheele
El químico sueco Scheele produce oxígeno calentando diversos óxidos metálicos pero publica sus resultados tardíamente.

1774: Joseph Priestley aísla el gas
El químico inglés obtiene oxígeno puro a partir del óxido de mercurio (HgO) calentado. Habla de un "aire desflogistizado."

1785: Antoine Lavoisier define su naturaleza
Lavoisier rechaza la teoría del flogisto y demuestra que el oxígeno es un elemento que participa en la respiración y la combustión. Introduce el nombre "oxígeno," del griego oxys (ácido) y genes (engendrar), pensando erróneamente que era necesario para la formación de los ácidos.

Estructura Atómica

Configuración electrónica: 1s² 2s² 2p⁴
Electrones de valencia: 6 (configuración p⁴), tendencia a completar su octeto mediante dos enlaces covalentes.

Isótopos:

• ¹⁶O: 99.76 %, estable, principal isótopo natural.
• ¹⁷O: 0.04 %, estable, utilizado en RMN y geoquímica.
• ¹⁸O: 0.20 %, estable, trazador isotópico en climatología.

Propiedades Físicas

• Gas diatómico (O₂), incoloro, inodoro.
• Masa molar: ≈ 31.998 g/mol
• Punto de fusión: 54.36 K (−218.79 °C)
• Punto de ebullición: 90.20 K (−182.96 °C)
• Densidad (gas a 0 °C, 1 atm): ~1.429 g/L
• Paramagnético: dos electrones no apareados en el O₂

Reactividad Química

• Fuerte poder oxidante: reacciona con la mayoría de los elementos (formación de óxidos).
• Comburante en las reacciones de combustión exotérmicas.
• Forma el ozono (O₃) por acción de los UV: papel importante en la estratosfera.
• Reacciona con compuestos orgánicos (oxidación biológica, respiración celular).

Aplicaciones Industriales y Tecnológicas

• Utilizado en sistemas respiratorios (hospitales, buceo).
• Corte y soldadura de metales (oxicorte).
• Producción de acero y otros metales (altos hornos, convertidores).
• Tratamiento de aguas residuales (oxigenación activa).
• Comburante en motores criogénicos (con H₂).

Papel Cosmológico y Astrofísico

• Producido durante la nucleosíntesis estelar (fusión del helio en estrellas masivas).
• Constituyente mayoritario de los planetas telúricos (rocas silicatadas, óxidos).
• Presente en nebulosas planetarias, supernovas, estrellas evolucionadas.
• Líneas espectrales O I, O II, O III: herramientas diagnósticas en espectroscopia astrofísica.

Cuestiones Físicas Fundamentales

• Molécula O₂: ejemplo paradigmático de enlace covalente con orbitales moleculares.
• Propiedades magnéticas (paramagnetismo) descritas por la teoría de los OM.
• Utilizado en el estudio de isótopos estables para comprender los climas pasados (paleoclimatología).
• Papel en los equilibrios redox fundamentales (alto potencial estándar de reducción).