Oxígeno y Nitrógeno




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 (KClO) se descompone en cloruro de potasio y oxígeno en una reacción catalizada por el dióxido de manganeso.
El peróxido de sodio (Na2O2) se descompone por la acción del agua generando hidróxido de sodio y oxígeno. 


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.

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.

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.

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





















No hay comentarios:

Publicar un comentario

Ética

Ética en la enseñanza  Bioética  Estudio de los aspectos éticos de las ciencias de la vida, así como de las rel...