El estado de oxidación del oxígeno es −2 en casi todos los compuestos conocidos de oxígeno . El estado de oxidación −1 se encuentra en unos pocos compuestos como los peróxidos . Los compuestos que contienen oxígeno en otros estados de oxidación son muy poco comunes: − 1 ⁄ 2 ( superóxidos ), − 1 ⁄ 3 ( ozónidos ), 0 ( ácido hipofluoroso elemental ), + 1 ⁄ 2 ( dioxigenilo ), +1 ( difluoruro de dioxígeno ) y +2 ( difluoruro de oxígeno ).
El oxígeno es reactivo y formará óxidos con todos los demás elementos excepto los gases nobles helio , neón , argón y criptón . [1]
Agua ( H
2O ) es el óxido de hidrógeno y el compuesto de oxígeno más conocido. Sus propiedades en masa resultan en parte de la interacción de sus átomos componentes, oxígeno e hidrógeno, con átomos de moléculas de agua cercanas. Los átomos de hidrógeno están unidos covalentemente al oxígeno en una molécula de agua, pero también tienen una atracción adicional (aproximadamente 23,3 kJ·mol −1 por átomo de hidrógeno) hacia un átomo de oxígeno adyacente en una molécula separada. [2] Estos enlaces de hidrógeno entre moléculas de agua las mantienen aproximadamente un 15% más cerca de lo que se esperaría en un líquido simple con solo fuerzas de Van der Waals . [3] [4]
Debido a su electronegatividad , el oxígeno forma enlaces químicos con casi todos los demás elementos libres a temperaturas elevadas para dar los óxidos correspondientes . Sin embargo, algunos elementos, como el hierro , que se oxida a óxido de hierro u óxido, Fe
2Oh
3, se oxidan fácilmente en condiciones estándar de temperatura y presión (STP). La superficie de metales como el aluminio y el titanio se oxida en presencia de aire y se recubre con una fina película de óxido que pasiva el metal y retarda la corrosión . [5] Los llamados metales nobles, como el oro y el platino , resisten la combinación química directa con el oxígeno y sustancias como el óxido de oro (III) ( Au
2Oh
3) debe formarse por vía indirecta.
Los metales alcalinos y alcalinotérreos reaccionan espontáneamente con el oxígeno cuando se exponen al aire seco para formar óxidos, y forman hidróxidos en presencia de oxígeno y agua. Como resultado, ninguno de estos elementos se encuentra en la naturaleza como metal libre. El cesio es tan reactivo con el oxígeno que se utiliza como absorbente en tubos de vacío . Aunque el magnesio sólido reacciona lentamente con el oxígeno a condiciones normales, es capaz de arder en el aire, generando temperaturas muy altas, y su polvo metálico puede formar mezclas explosivas con el aire.
El oxígeno está presente en forma de compuestos en la atmósfera en cantidades traza en forma de dióxido de carbono ( CO
2) y óxidos de nitrógeno (NO x ). La roca de la corteza terrestre está compuesta en gran parte de óxidos de silicio ( sílice SiO
2, que se encuentra en el granito y la arena ), aluminio ( óxido de aluminio Al
2Oh
3, en bauxita y corindón ), hierro ( óxido de hierro (III) Fe
2Oh
3, en hematita y óxido ) y otros óxidos de metales .
El resto de la corteza terrestre está formada también por compuestos de oxígeno, entre los que destacan el carbonato de calcio (en la caliza ) y los silicatos (en los feldespatos ). Los silicatos solubles en agua en forma de Na
4SiO
4, N / A
2SiO
3, y Na
2Si
2Oh
5se utilizan como detergentes y adhesivos . [6]
Los peróxidos conservan parte de la estructura molecular original del oxígeno (( − OO − ). El peróxido de sodio blanco o amarillo claro ( Na
2Oh
2) se forma cuando el sodio metálico se quema en oxígeno. Cada átomo de oxígeno en su ion peróxido puede tener un octeto completo de 4 pares de electrones . [6] Los superóxidos son una clase de compuestos que son muy similares a los peróxidos, pero con solo un electrón desapareado por cada par de átomos de oxígeno ( O−
2). [6] Estos compuestos se forman por oxidación de metales alcalinos con radios iónicos mayores (K, Rb, Cs). Por ejemplo, el superóxido de potasio ( KO
2) es un sólido de color amarillo anaranjado que se forma cuando el potasio reacciona con el oxígeno.
Peróxido de hidrógeno ( H
2Oh
2) se puede producir pasando un volumen de 96% a 98% de hidrógeno y 2 a 4% de oxígeno a través de una descarga eléctrica. [7] Un método comercialmente más viable es permitir la autooxidación de un intermediario orgánico, 2-etilantrahidroquinona disuelta en un solvente orgánico, para oxidarlo a H
2Oh
2y 2-etilantraquinona. [7] Luego, la 2-etilantraquinona se reduce y se recicla nuevamente en el proceso.
Cuando se disuelven en agua, muchos óxidos metálicos forman soluciones alcalinas , mientras que muchos óxidos de no metales forman soluciones ácidas . Por ejemplo, el óxido de sodio en solución forma la base fuerte hidróxido de sodio , mientras que el pentóxido de fósforo en solución forma ácido fosfórico . [7]
Aniones oxigenados como los cloratos ( ClO−
3), percloratos ( ClO−
4), cromatos ( CrO2−
4), dicromatos ( Cr
2Oh2−
7), permanganatos ( MnO−
4) y nitratos ( NO−
3) son agentes oxidantes fuertes. El oxígeno forma heteropoliácidos e iones polioxometalato con tungsteno , molibdeno y algunos otros metales de transición , como el ácido fosfotúngstico ( H
3Contraseña
12Oh
40) y ácido octadecamibdofosfórico ( H
6PAG
2Mes
18Oh
62).
El oxígeno puede formar óxidos con gases nobles más pesados , como el xenón y el radón , aunque para ello se necesitan métodos indirectos. Aunque no se conocen óxidos de criptón, el oxígeno es capaz de formar enlaces covalentes con el criptón en un compuesto inestable, Kr(OTeF 5 ) 2 .
Un compuesto de oxígeno inesperado es el hexafluoroplatinato de dioxigenilo , O+
2PtF−
6, descubierto al estudiar las propiedades del hexafluoruro de platino ( PtF
6). [8] Un cambio de color cuando este compuesto se expuso al aire atmosférico sugirió que se estaba oxidando el dioxígeno (a su vez, la dificultad de oxidar el oxígeno llevó a la hipótesis de que el xenón podría oxidarse mediante PtF
6, lo que dio como resultado el descubrimiento del primer compuesto de xenón, el hexafluoroplatinato de xenón Xe+
PtF−
6). Los cationes del oxígeno se forman sólo en presencia de oxidantes más fuertes que el oxígeno, lo que los limita a la acción del flúor y de ciertos compuestos de flúor. Se conocen fluoruros de oxígeno simples. [9]
Entre las clases más importantes de compuestos orgánicos que contienen oxígeno se encuentran (donde "R" es un grupo orgánico): alcohol (R-OH); éteres (ROR); cetonas (R-CO-R); aldehídos (R-CO-H); ácidos carboxílicos (R-COOH); ésteres (R-COO-R); anhídridos de ácido (R-CO-O-CO-R); amidas (RC(O)-NR 2 ). Existen muchos disolventes orgánicos importantes que contienen oxígeno, entre los que se encuentran: acetona , metanol , etanol , isopropanol , furano , THF , éter dietílico , dioxano , acetato de etilo , DMF , DMSO , ácido acético , ácido fórmico . Acetona ( (CH
3)
2CO ) y fenol ( C
6yo
5Los OH ) se utilizan como materiales de alimentación en la síntesis de muchas sustancias diferentes. Otros compuestos orgánicos importantes que contienen oxígeno son: glicerol , formaldehído , glutaraldehído , ácido cítrico , anhídrido acético , acetamida , etc. Los epóxidos son éteres en los que el átomo de oxígeno forma parte de un anillo de tres átomos.
El oxígeno reacciona espontáneamente con muchos compuestos orgánicos a temperatura ambiente o por debajo de ella en un proceso llamado autooxidación . [7] Las soluciones alcalinas de pirogalol , benceno-1,2,3-triol absorben oxígeno del aire y se utilizan para determinar la concentración atmosférica de oxígeno. La mayoría de los compuestos orgánicos que contienen oxígeno no se forman por acción directa del oxígeno. Los compuestos orgánicos importantes en la industria y el comercio se forman por oxidación directa de un precursor, entre ellos: [6]
El elemento se encuentra en casi todas las biomoléculas que son importantes para la vida o que se generan por ella. Solo unas pocas biomoléculas complejas comunes, como el escualeno y los carotenos , no contienen oxígeno. De los compuestos orgánicos con relevancia biológica, los carbohidratos contienen la mayor proporción en masa de oxígeno (alrededor del 50%). Todas las grasas , ácidos grasos , aminoácidos y proteínas contienen oxígeno (debido a la presencia de grupos carbonilo en estos ácidos y sus residuos de éster ). Además, siete de los aminoácidos que se incorporan a las proteínas también tienen oxígeno incorporado en sus cadenas laterales. El oxígeno también se encuentra en los grupos fosfato (PO 4 3− ) en las moléculas transportadoras de energía biológicamente importantes ATP y ADP , en la cadena principal y las purinas (excepto la adenina ) y pirimidinas del ARN y el ADN , y en los huesos como fosfato de calcio e hidroxiapatita .