Hechos Sobre El Oxígeno

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Propiedades y usos del elemento oxígeno.

Inhala exhala. Ahh Hurra por el oxígeno, el elemento que mantiene gran parte de la vida en la Tierra zumbando.

El Elemento No. 8 en la Tabla Periódica de los Elementos es un gas incoloro que constituye el 21 por ciento de la atmósfera de la Tierra. Debido a que está todo alrededor, el oxígeno es fácil de descartar como aburrido e inerte; De hecho, es el más reactivo de los elementos no metálicos.

La Tierra ha sido oxigenada durante aproximadamente 2,3 billones a 2,4 billones de años, y los niveles comenzaron a incrementarse hace al menos 2,5 billones de años, según un estudio financiado por la NASA en 2007. Según los investigadores del estudio, no se sabe muy bien por qué este gas amigable con los pulmones se convirtió de repente en una parte importante de la atmósfera, pero es posible que los cambios geológicos en la Tierra conduzcan a la producción de oxígeno mediante la fotosíntesis de los organismos que se quedan pegados..

Solo los hechos

  • Número atómico (número de protones en el núcleo): 8
  • Símbolo atómico (en la tabla periódica de elementos): O
  • Peso atómico (masa media del átomo): 15.9994
  • Densidad: 0.001429 gramos por centímetro cúbico
  • Fase a temperatura ambiente: gas
  • Punto de fusión: menos 361.82 grados Fahrenheit (menos 218.79 grados Celsius)
  • Punto de ebullición: menos 297.31 grados F (menos 182.95 grados C)
  • Número de isótopos (átomos del mismo elemento con un número diferente de neutrones): 11; tres establos
  • Isótopos más comunes: O-16 (99.757 por ciento de abundancia natural)

Aliento de vida

El oxígeno es el tercer elemento más abundante en el universo, de acuerdo con la Facilidad de Acelerador Nacional Thomas Jefferson. Sin embargo, su reactividad lo hizo relativamente raro en la atmósfera de la Tierra primitiva.

Las cianobacterias, que son organismos que "respiran" mediante la fotosíntesis, absorben dióxido de carbono y exhalan oxígeno, al igual que las plantas modernas. Las cianobacterias probablemente fueron las responsables del primer oxígeno en la Tierra, un evento conocido como el Gran Evento de la Oxidación.

La fotosíntesis por cianobacterias probablemente estaba en curso antes de que se acumularan niveles significativos de oxígeno en la atmósfera terrestre; un estudio de marzo de 2014 publicado en la revista Nature Geoscience encontró que las rocas de 2.95 mil millones de años encontradas en Sudáfrica contenían óxidos que habrían requerido oxígeno libre para formarse. Estas rocas se encontraban originalmente en mares poco profundos, lo que sugiere que el oxígeno de la fotosíntesis comenzó a acumularse en los ambientes marinos aproximadamente 500 millones de años antes de que comenzara a acumularse en la atmósfera hace unos 2.500 millones de años.

La vida actual depende en gran medida del oxígeno, pero la acumulación inicial de este elemento en la atmósfera no fue más que un desastre. La nueva atmósfera causó una extinción masiva de anaerobios, que son organismos que no requieren oxígeno. Los anaerobios que no pudieron adaptarse o sobrevivir en presencia de oxígeno murieron en este nuevo mundo. [Infografía: Atmósfera de la Tierra de arriba a abajo]

Avance rápido - hacia adelante El primer indicio que los humanos tuvieron de la existencia del oxígeno como elemento fue en 1608, cuando el inventor holandés Cornelius Drebbel informó que el calentamiento del salitero (nitrato de potasio) liberó un gas, según la Royal Society of Chemistry (RSC). La identidad de ese gas siguió siendo un misterio hasta la década de 1770, cuando tres químicos convergieron en su descubrimiento más o menos al mismo tiempo. El químico y clérigo inglés Joseph Priestly aisló el oxígeno haciendo brillar la luz solar sobre el óxido de mercurio y recolectando el gas de la reacción. Notó que una vela ardía más intensamente en este gas, según el RSC, gracias al papel del oxígeno en la combustión.

Priestly publicó sus hallazgos en 1774, superando al científico suizo Carl Wilhelm Steele, quien en realidad había aislado oxígeno en 1771 y había escrito sobre ello, pero no publicó el trabajo. El tercer descubridor de Oxygen fue Antoine-Laurent de Lavoisier, un químico francés que dio su nombre al elemento. La palabra proviene del griego "oxy" y "genes", que significa "formador de ácido".

El oxígeno tiene ocho electrones totales: dos orbitan el núcleo en la capa interna del átomo y seis órbitas en la capa más externa. La capa más externa puede contener un total de ocho electrones, lo que explica la tendencia del oxígeno a reaccionar con otros elementos: su cubierta exterior está incompleta y, por lo tanto, los electrones son libres para la toma (y la entrega).

¿Quien sabe?

  • Como gas, el oxígeno es claro. Pero como líquido, es azul pálido.
  • Si alguna vez te has preguntado cómo sería nadar en una piscina de oxígeno líquido, la respuesta es: muy, muy frío, según Carl Zorn, de la instalación nacional de aceleradores de Thomas Jefferson. El oxígeno debe bajar a menos 297.3 F (menos 183.0 C) para licuar, por lo que la congelación sería un problema.
  • Muy poco oxígeno es problemático. Así que es demasiado. Respirar el 80 por ciento de oxígeno durante más de 12 horas irrita el tracto respiratorio y, eventualmente, puede causar la acumulación de líquido mortal o edema, según la Universidad de Florida y la compañía Air Products.
  • El oxígeno es una galleta resistente: un estudio de 2012 publicado en la revista Physical Review Letters encontró que una molécula de oxígeno (O2) puede sobrevivir a presiones 19 millones de veces más altas que la presión atmosférica.
  • Los niveles más bajos de oxígeno registrados en la sangre humana se midieron cerca de la cima del Monte Everest en 2009. Los escaladores tenían niveles de oxígeno arterial de 3.28 kilopascales en promedio. Compare eso con el valor normal de 12 a 14 kilopascales, y el término montañismo "zona de muerte" tiene mucho sentido. Los hallazgos fueron publicados en el New England Journal of Medicine.
  • Gracias a Dios por una atmósfera de 21 por ciento de oxígeno.Hace unos 300 millones de años, cuando los niveles de oxígeno alcanzaban el 35 por ciento, los insectos podían crecer súper grandes: pensar en las libélulas con las alas de los halcones.

La investigación actual

El oxígeno se forma en los corazones de las estrellas, con la fusión de un núcleo de carbono-12 y un núcleo de helio-4 (también conocido como una partícula alfa). Sin embargo, solo recientemente, los científicos han podido observar el núcleo del oxígeno y desentrañar su estructura.

En marzo de 2014, el físico Dean Lee de la Universidad del Estado de Carolina del Norte y sus colegas informaron que habían descubierto la estructura nuclear del oxígeno-16, el isótopo más común del oxígeno, en su estado fundamental (el estado en el que todos los electrones se encuentran en el estado los niveles de energía más bajos posibles) y en su primer estado excitado (el siguiente nivel de energía arriba).

¿Por qué debería importar tal cosa? Bueno, entender cómo se forman los núcleos en las estrellas, desde el carbono hasta el oxígeno hasta elementos más pesados, es entender cómo los bloques de construcción del universo se unen. Lee y su equipo descubrieron originalmente que el núcleo de una molécula de carbono 12, con sus seis protones y seis neutrones, en realidad está formado por tres grupos de partículas, cada uno con dos protones y dos neutrones. Si el carbono 12 tenía tres de estos denominados grupos alfa, razonaron los investigadores, el oxígeno 16 probablemente tendría cuatro, dado que tiene ocho protones y ocho neutrones.

Usando simulaciones de supercomputadoras y una red numérica, los investigadores pudieron ver cómo se organizarían las partículas en un núcleo de oxígeno-16. Descubrieron que en el estado fundamental del oxígeno-16, existen cuatro grupos alfa, dispuestos ordenadamente en un tetraedro.

"Estos grupos alfa son una especie de pequeñas esferas borrosas de estas cuatro partículas, o estos nucleones, y estas esferas borrosas se tocan entre sí por alguna interacción superficial", dijo Lee a WordsSideKick.com. La configuración de tetraedro les permite ser agradables y cómodos.

Pero había otro misterio cuántico esperando ser descifrado. El estado fundamental del oxígeno-16 y el primer estado excitado comparten una característica inusual. Ambos tienen el mismo giro, un valor que indica cómo rotan las partículas. Ambos también tienen paridad positiva, una forma de indicar simetría. Imagine invertir a la izquierda y a la derecha en todo el universo, pero teniendo que mantener las partículas subatómicas en la misma forma. Las partículas con paridad positiva podrían verse en este universo espejo y verse a sí mismas tal como son. Las partículas con paridad negativa tendrían que darse la vuelta, para que no terminen hacia atrás como una línea de texto leído en un espejo.

"El misterio era por qué los dos estados más bajos de oxígeno-16 tienen cero giro y paridad positiva", dijo Lee, dado que los estados son diferentes.

Las simulaciones dieron una respuesta: en su estado de excitación, el oxígeno-16 reorganiza su núcleo para que se parezca poco al estado fundamental. En lugar de una disposición tetraédrica, las partículas alfa se organizan en un plano cuadrado o casi cuadrado.

"Sus estructuras intrínsecas subyacentes eran diferentes", dijo Lee. La configuración totalmente diferente explica cómo el giro y la paridad pueden seguir siendo los mismos: los núcleos toman diferentes caminos hacia el mismo resultado.

Todavía hay más interacciones cuánticas en el núcleo de oxígeno-16 para desenredar, dijo Lee, y los detalles de grano más fino para descubrir.

"En realidad hay muchas cosas interesantes que van dentro de pequeñas cosas como los núcleos", dijo. "Y hay historias que se están contando sobre cómo se están haciendo y que ahora estamos empezando a poder abordar".

El trabajo de Lee busca el nacimiento del oxígeno en las estrellas; otra línea de investigación del oxígeno se centra en el papel del elemento en la vida en la Tierra. Poco después del Gran evento de oxidación, hace unos 2.400 millones de años, los niveles de oxígeno pueden haber alcanzado o superado los niveles actuales antes de estrellarse, dijo Daniel Mills, candidato a doctorado en el Centro Nórdico para la Evolución de la Tierra en la Universidad del Sur de Dinamarca. La vida animal no apareció hasta mucho más tarde, con los animales más simples apareciendo hace unos 600 millones de años.

A pesar de las teorías de que el aumento de oxígeno allanó el camino para la existencia de animales, la historia parece ser mucho más compleja. Los animales no aparecieron durante el primer golpe significativo en los niveles de oxígeno de la Tierra hace 2.400 millones de años. Y en febrero de 2014, Mills y sus colegas informaron en la revista PNAS que las esponjas modernas todavía pueden respirar, comer e incluso crecer en niveles de oxígeno del 0,5 por ciento al 4 por ciento de lo que se encuentra en la atmósfera de la Tierra hoy en día. Las esponjas son probablemente el animal vivo más similar a los primeros animales en la Tierra, dijo Mills a WordsSideKick.com.

El descubrimiento de que las esponjas no necesitan un alto nivel de oxígeno para vivir sugiere que algo más contribuyó al surgimiento de la primera vida animal, aunque el aumento de oxígeno podría haber sido necesario para alcanzar el tipo de diversidad y ecosistemas que vemos hoy, dijo Mills. Incluso en la era moderna, los animales como los gusanos nematodos prosperan en áreas del océano con poco oxígeno, agregó.

"Claramente hay más en la evolución animal que un amplio suministro de oxígeno", dijo Mills.

Recursos adicionales

  • Un gráfico interactivo creado por el Instituto Médico Howard Hughes también muestra la historia geológica del oxígeno, que comenzó hace unos 3.800 millones de años.
  • Obtenga más información acerca de lo que conforma la atmósfera de la Tierra hoy en día, todo sobre la presión del aire y el volumen, y el clima en este sitio para niños por el Centro Nacional de Investigación Atmosférica

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