Introducción
En este blog se tendrán en cuenta las
distintas propiedades químicas y físicas de dos elementos primordiales en la
naturaleza (Oxígeno y Nitrógeno), teniendo en cuenta su estado natural,
obtención, reconocimiento y aplicación. Que parte de conocimientos necesarios
de la física y de la química.
Objetivos
1.
Reconocer e identificar el Estado
natural de los elementos (Oxígeno y Nitrógeno).
2.
Relacionar su objetivo con la
naturaleza y su adecuado funcionamiento en ella.
3.
Saber los pasos de la obtención de cada
uno de los elementos.
Oxígeno y
Nitrógeno
Propiedades químicas y
físicas:
·
Oxígeno: Es un elemento químico de número atómico 8 y símbolo O. En su forma
molecular más frecuente, O2, es un gas a temperatura ambiente. Representa
aproximadamente el 20,9% en volumen de la composición de la atmósfera
terrestre. Es uno de los elementos más importantes de la química orgánica y
participa de forma muy importantes en el ciclo energético de los seres vivos,
esencial en la respiración celular de los seres vivos, esencial en la
respiración celular de los organismos aeróbicos. Es un gas incoloro, inodoro e
insípido. Existe una forma molecular formada por tres átomos de oxígeno, O3,
denominada ozono cuya presencia en la atmósfera protege la Tierra de la
incidencia de radiación ultravioleta procedente del sol.
Propiedades químicas:
Nombre: Oxígeno
Número atómico: 8
Valencia: 2
Estado de oxidación: -2
Electronegatividad: 3,5
Radio covalente: 0,73
Radio iónico: 1,40
Primer potencial de ionización: 13,70
Masa atómica(g/mol): 15,9994
Densidad(kg/m3): 1,429
Punto de ebullición: -183
Punto de fusión: -218,8
Propiedades físicas: En condiciones normales de presión y temperatura, el oxígeno se encuentra
en estado gaseoso formando moléculas diatónicas (O2). Al igual que el hidrógeno,
no posee propiedades organolépticas, es decir es incoloro, inodoro e insípido.
El oxígeno se condensa a -183ºC en un
líquido azul pálido. Se solidifica a -219ºC en un sólido blando azulado. Para
ambos estados de agregación es muy paramagnético, es decir, sus regiones más
probables de encontrar electrones u orbitales tienden a alinearse paralelamente
cuando están en presencia de un campo magnético.
Propiedades
físicas-Nitrógeno:
Símbolo químico: N
Número atómico: 7
Periodo: 2
Valencia: 5
Estado de oxidación: 3, 5, 4, 2 ,1-Ácido
fuerte
Electronegatividad: 3
Aspecto: Incoloro.
Densidad: 1.2526 (kg/m3)
Masa atómica: 14.006 u
Radio atómico: 92
Radio covalente: 75
Radio iónico: 1.71
Electrones por capa: 2,5
Estado: Gaseoso.
Estructura cristalina: Hexágono.
Punto de ebullición: -195,79ºC
Punto de fusión: -218,8ºC
Propiedades químicas:
Funciones del nitrógeno en la planta:
·
Forma parte de las proteínas y
enzimas de la molécula de clorofila, por lo tanto, es indispensable en la
síntesis de proteínas y vital para la realización de la fotosíntesis.
·
Acelera la división celular.
·
Acelera la elongación de las raíces y
mejora la calidad de ellas al absorber fósforo.
·
Carencia: Las plantas necesitan
nitrógeno para crecer y llevar a cabo la fotosíntesis. Es una parte vital de
las proteínas que construyen las células y los tejidos.
·
El nitrógeno se considera factor de
crecimiento.
Estado natural
Oxígeno: El oxígeno es el elemento más abundante de la superficie terrestre, de la
cual forma casi el 50% constituye un 89% del agua y un 23% del aire.
En estado libre, el oxígeno se
encuentra en la atmósfera en forma de moléculas diatónicas (O2) constituyendo
un 23% por peso y un 21% por volumen. En combinación, entra en la formación de
una gran cantidad de compuestos orgánicos y minerales, haciendo parte de todos
los organismos animales y vegetales. De los minerales que contienen oxígeno, lo
más importantes son los que contienen silicio, siendo el más simple de la
sílice, que es el principal constituyente de la arena. Otros compuestos que contienen
oxígeno son sulfatos, carbonatos, fosfatos, nitratos y óxidos principalmente.
En condiciones normales de presión y
temperatura, el oxígeno se encuentra en estado gaseoso formando moléculas
diatómicas (O2) que a pesar de ser inestables se generan durante la
fotosíntesis de las plantas y son posteriormente utilizadas por los animales,
en la respiración. También se pueden encontrar en forma líquida en
laboratorios.
Nitrógeno: Es un gas en condiciones normales. El nitrógeno
molecular es el principal constituyente de la atmósfera (78% por volumen de
aire seco). Esta concentración es resultado del balance entre la fijación del
nitrógeno atmosférico por acción bacteriana, eléctrica (relámpagos) y química
(industrial) y su liberación a través de la descomposición de materias orgánicas
por bacterias o por combustión. En estado combinado, el nitrógeno se presenta
en diversas formas. Es constituyente de todas las proteínas (vegetales y
animales), así como también de muchos materiales orgánicos. Su principal fuente
mineral es el nitrato de sodio.
Gran parte del interés industrial en el nitrógeno se
debe a la importancia de los compuestos nitrogenados en la agricultura y en la
industria química; de ahí la importancia de los procesos para convertirlo en
otros compuestos. El nitrógeno también se usa para llenar los bulbos de las
lámparas incandescentes y cuando se requiere una atmósfera relativamente
inerte.
El nitrógeno elemental
tiene una reactividad baja hacia la mayor parte de las sustancias comunes, a
temperaturas ordinarias. A altas temperaturas, reacciona con cromo, silicio,
titanio, aluminio, boro, berilio, magnesio, bario, estroncio, calcio y litio
para formar nitruros; con O2,
para formar NO, y en presencia de un catalizador, con hidrógeno a
temperaturas y presión bastante altas, para formar amoniaco. El nitrógeno,
carbono e hidrógeno se combinan arriba de los 1800ºC (3270ºF) para formar
cianuro de hidrógeno.
Cuando el nitrógeno molecular se somete a la acción de
un electrodo de descarga condensada o a una descarga de alta frecuencia se
activa en forma parcial a un intermediario inestable y regresa al estado basal
con emisión de un resplandor amarillo oro.
Obtención
Oxígeno:
Dado que constituye aproximadamente el 21% de la atmósfera, se
obtiene industrialmente mediante destilación fraccionada del aire líquido. En
la parte alta de la columna de destilación se separa el nitrógeno gaseoso que
es el componente más volátil, mientras que el oxígeno se recoge líquido por la
base de la misma.En la actualidad los procesos de licación y destilación se producen simultáneamente, ya que el nitrógeno gaseoso frio que se recoge en la cabecera del destilador se utiliza para enfriar el aire en intercambiadores de calor, que queda parcialmente licuado con un contenido de oxígeno muy superior al 21%.
Otra forma de obtención del oxígeno es la electrólisis del agua a la que previamente se le añade ácido sulfúrico o sosa con el objeto de hacerla conductora. En este proceso se desprende hidrógeno en el cátodo y oxígeno en el ánodo.
En el laboratorio, el oxígeno se obtiene por descomposición de algunos de sus compuestos. Los óxidos de plata y de mercurio se descomponen térmicamente para dar oxígeno y el metal correspondiente.
El clorato de potasio (KClO3 ) se descompone en cloruro de potasio y oxígeno en una reacción catalizada por el dióxido de manganeso.
Nitrógeno:
La obtención del nitrógeno se da a
través de un proceso denominado destilación. Fenómeno natural, la destilación
puede ser observada cuando pequeñas gotas de agua se condensan en los vidrios
de las ventanas en días fríos. También la formación de lluvias constituye de
cierta forma, un proceso natural de destilación.
La destilación es un proceso
caracterizado por un doble cambio en el estado físico, en que una sustancia,
inicialmente en estado líquido es calentada hasta alcanzar la temperatura de
ebullición, transformándose en vapor y nuevamente enfriada hasta que toda la
masa retorne al estado líquido.
El proceso ha sido utilizado desde la
antigüedad para la purificación de sustancias y fabricación de aceites
esenciales. En el caso de la lluvia, la vaporización se da no por ebullición y
si por evaporación a baja temperatura.
La mayoría de los métodos utilizados durante el
proceso de purificación de mezclas homogéneas se basa en la destilación simple,
que consiste en la evaporación parcial de la mezcla líquida, a fin de separar
sus componentes. Las sustancias más volátiles, esto es, con más bajo punto de
ebullición, se vaporizan primero; al pasar por un condensador, se licuan,
siendo fácilmente recogidas en un recipiente.
Ese procedimiento es válido para la purificación
de líquidos con impurezas volátiles disueltas y para la separación de mezclas
cuyos componentes presentan puntos de ebullición bien diferenciados.
Cuando los puntos de ebullición de los
componentes de una mezcla son muy próximos, la destilación simple no permite
una buena separación, siendo necesario repetir el proceso varias veces.
Reconocimiento y aplicaciones
Oxígeno: El
oxígeno tiene muchas aplicaciones. Además de usarse para la respiración en
medicina, aeronáutica y astronáutica donde el gas, el sistema de producción, el
manejo y el almacenamiento están sujetos a estrictas regulaciones, el oxígeno también
se utiliza en una gran variedad de aplicaciones industriales:
Metalurgia: La producción
de hierro en bruto, acero y refinación de cobre. En estas áreas, el oxígeno es
utilizado para enriquecer o reemplazar el aire e incrementar la eficiencia de
la combustión en la producción de metales ferrosos y no-ferrosos.
Química: En
procesos químicos, para la oxidación del alqueno, para la oxidación parcial del
carbón y del aceite pesado para la producción de numerosos químicos como óxido
de etileno y dióxido de titanio. También es utilizado para aumentar la
capacidad de producción de muchos procesos de oxidación.
Sector de la automoción: El
oxígeno se utiliza como gas para cortar plasma y como servicio de gas para
cortar laser; para procesos particulares se añade pequeñas cantidades de gas
protectivo.
Sector energía: El
oxígeno en reemplazo total o parcial del aire puede incrementar el rendimiento,
eficiencia y efectividad del costo en muchas áreas y promueve la recuperación
de dióxido de carbono y procesos de gasificación para mejorar la
productividad.
Producción de vidrio: El
oxígeno es un gas industrial capaz de mejorar la productividad y es usado para
aumentar la combustión en el horneado del vidrio y para reducir las emisiones.
El uso del oxígeno en instalaciones en producción de vidrio permite alcanzar
altos niveles de transparencia.
Tratamiento de agua potable y aguas
residuales: El oxígeno integra o hasta reemplaza el aire en
los tanques de aireación, para maximizar la capacidad de tratamiento, minimizar
las emisiones de compuestos orgánicos volátiles, olores, reducción de espuma y
aumenta la flexibilidad.
Producción de papel: Como gas
industrial, el oxígeno permite respetar las estrictas regulaciones ambientales
aplicables a proceso de extracción oxidativa y tratamiento de aguas residuales.
Esterilización: El
oxígeno es comúnmente utilizado en el sector médico donde no hay condiciones
especiales de esterilización. Un ejemplo puede ser en equipos como la cámara
hiperbárica, ambientes sellados donde el oxígeno es difundido con nitrógeno y
otros gases.
Nitrógeno: El nitrógeno se denomina a menudo el
“quinto suministro básico”, después del agua, la electricidad, el gas y el aire
comprimido. Para muchas empresas, el nitrógeno in situ es la forma más rentable
y práctica de disponer de un suministro fiable de nitrógeno.
Petróleo y gas: Los sistemas de compresores, las tuberías y los
reactores se purgan con nitrógeno para evitar el riesgo de explosiones o
incendio.
El nitrógeno también se usa durante las perforaciones de petróleo y gas.
El nitrógeno también se usa durante las perforaciones de petróleo y gas.
Electrónica: Se
emplea en la soldadura sin plomo de las placas de circuitos u otros componentes
muy pequeños para evitar la oxidación. La inertización con nitrógeno mejora la
integridad de las uniones.
Envasado de alimentos y bebidas: Dado que es inerte, incoloro e inodoro, se
emplea para desplazar o sustituir el aire para reducir el riesgo de deterioro
de las propiedades del producto final.
En los zumos de frutas, por ejemplo, la oxidación de la vitamina C es quizás uno de los factores más decisivos. El uso de nitrógeno en los depósitos, recipientes, tubos y botellas evita que se produzca esta oxidación. Para eliminar el oxígeno disuelto en el zumo, se pasa nitrógeno a través del líquido, formando burbujas que transportan el oxígeno y que se extraen después del zumo.
En la industria vitivinícola, el nitrógeno se emplea para prevenir la oxidación, lo cual permite usar menos aditivos. Igualmente, se conserva mejor la acidez, el color, el aroma y el sabor natural del vino. El uso de nitrógeno permite un mayor tiempo de almacenamiento sin que se alteren las cualidades primarias del vino.
El nitrógeno es prácticamente insoluble en agua y por lo tanto es ideal para transferir el vino. Para garantizar la máxima higiene, las botellas se lavan y secan con nitrógeno antes de llenarlas. El secado es más rápido que con el aire normal, ya que el proceso de producción del generador de nitrógeno in-situ permite obtener un gas muy seco.
Y por último, la botella: tras llenarla y antes de colocar el corcho, se purga con nitrógeno para evitar la presencia de aire residual en el cuello de la botella.
En los zumos de frutas, por ejemplo, la oxidación de la vitamina C es quizás uno de los factores más decisivos. El uso de nitrógeno en los depósitos, recipientes, tubos y botellas evita que se produzca esta oxidación. Para eliminar el oxígeno disuelto en el zumo, se pasa nitrógeno a través del líquido, formando burbujas que transportan el oxígeno y que se extraen después del zumo.
En la industria vitivinícola, el nitrógeno se emplea para prevenir la oxidación, lo cual permite usar menos aditivos. Igualmente, se conserva mejor la acidez, el color, el aroma y el sabor natural del vino. El uso de nitrógeno permite un mayor tiempo de almacenamiento sin que se alteren las cualidades primarias del vino.
El nitrógeno es prácticamente insoluble en agua y por lo tanto es ideal para transferir el vino. Para garantizar la máxima higiene, las botellas se lavan y secan con nitrógeno antes de llenarlas. El secado es más rápido que con el aire normal, ya que el proceso de producción del generador de nitrógeno in-situ permite obtener un gas muy seco.
Y por último, la botella: tras llenarla y antes de colocar el corcho, se purga con nitrógeno para evitar la presencia de aire residual en el cuello de la botella.
Laboratorios: El nitrógeno de alta pureza se usa como gas portador, por
ejemplo, en instrumentos de cromatografía de gases. Pero también se utiliza
para análisis químico, espectrómetros y analizadores térmicos.
Prevención de incendios: Si el
oxígeno se sustituye por nitrógeno, se reduce el riesgo de incendio o
explosión.
La concentración máxima de oxígeno (CMO) es aquella por debajo de la cual una sustancia ya no puede arder. Reduciendo la concentración de oxígeno por debajo de la CMO se evitan explosiones y fuegos.
La concentración máxima de oxígeno (CMO) es aquella por debajo de la cual una sustancia ya no puede arder. Reduciendo la concentración de oxígeno por debajo de la CMO se evitan explosiones y fuegos.
Industria farmacéutica: Igualmente, durante los procesos de producción farmacéutica,
el oxígeno podría iniciar todo tipo de reacciones secundarias no deseadas. Por
consiguiente, se utiliza nitrógeno durante la producción y envasado.
Industria general: El
nitrógeno se usa en muchas aplicaciones de tratamiento térmico de metales, como
recocido, temple y sinterizado. También se emplea para soldadura.
·
Purga: El nitrógeno se utiliza para purgar la
superficie metálica sometida a tratamiento térmico. Así se evita la oxidación
del metal.
·
Carbonización: El carbonizado es otra aplicación
donde se emplea frecuentemente nitrógeno debido a la necesidad de una atmósfera
libre de oxígeno durante el proceso de carbonización.
·
Moldeo de plástico por inyección: En el
moldeo de plástico por inyección se usa a menudo el nitrógeno como gas auxiliar
para prevenir la oxidación del plástico, dejando el molde con un acabado
superficial limpio. El nitrógeno también se inyecta con el plástico, creando
unos canales de aire que permiten usar menos cantidad de plástico sin reducir
su resistencia.
Conclusión
Tras esta investigación, puedo concluir que
estos dos elementos principales, se presentan en distintas maneras a nuestro
alrededor, y se ven en distintos campos de nuestra vida, reconociendo su aplicación
e importancia para la supervivencia de los seres humanos, siendo primordial su
existencia para distintos ámbitos de nuestra vida.
Webgrafía
https://www.atlascopco.com/es-mx/compressors/CustomerBenefit/Industrial-gases/Applications/nitrogenapplications/general-industry
https://prezi.com/rgskfpqp6cwg/caracteristica-y-estado-natural-del-oxigeno/
https://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/obtencion-del-nitrogeno
https://www.altecdust.com/blog/item/43-aplicaciones-industriales-del-oxigeno-industrial
https://www.lenntech.es/periodica/elementos/n.htm
https://www.monografias.com/docs/Propiedades-Quimicas-y-Fisicas-Del-Oxigeno-PKY7GFJDU2Y
http://ww2.educarchile.cl/portal.herramientas/sitios_educativos/planificador/activ/37.htm
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