Inhala ... exhala. Ahh. Hurra por el oxígeno, el elemento que mantiene vibrando gran parte de la vida en la Tierra.
Elemento No. 8 en el 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 por todas partes, el oxígeno es fácil de descartar como opaco e inerte; de hecho, es el más reactivo de los elementos no metálicos.
La Tierra se ha oxigenado durante aproximadamente 2.300 millones a 2.400 millones de años, y los niveles comenzaron a subir hace al menos 2.500 millones de años, según a estudio financiado por la NASA en 2007 . Nadie sabe muy bien por qué este gas amigable para los pulmones se convirtió repentinamente en una parte significativa de la atmósfera, pero es posible que los cambios geológicos en la Tierra conduzcan a que el oxígeno producido por organismos fotosintetizadores se queden alrededor, en lugar de consumirse en reacciones geológicas, segúnlos investigadores del estudio.
Solo los hechos
- Número atómico número de protones en el núcleo: 8
- Símbolo atómico en la tabla periódica de elementos: O
- Peso atómico masa promedio 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 estables
- 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, según Instalación del 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 Oxidación.
La fotosíntesis por cianobacterias probablemente estaba en curso antes de que se acumularan niveles significativos de oxígeno en la atmósfera de la Tierra; un estudio de marzo de 2014 publicado en la revista Nature Geoscience encontró que rocas de 2.95 mil millones de años encontradas en Sudáfrica contenían óxidos que habrían requerido oxígeno libreEstas rocas se encontraban originalmente en mares poco profundos, lo que sugiere que el oxígeno de la fotosíntesis comenzó a acumularse en ambientes marinos aproximadamente 500 millones de años antes de que comenzara a acumularse en la atmósfera hace unos 2500 millones de años.
La vida hoy depende en gran medida del oxígeno, pero la acumulación inicial de este elemento en la atmósfera fue nada menos que un desastre. La nueva atmósfera provocó una extinción masiva de anaerobios, que son organismos que no requieren oxígeno. Anaerobios quefueron incapaces de adaptarse o sobrevivir en presencia de oxígeno murieron en este nuevo mundo. [ Infografía: Atmósfera de la Tierra de arriba a abajo ]
Avance rápido, camino a seguir. 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 salitre nitrato de potasio liberaba un gas, según Real Sociedad de Química 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 oxígeno haciendo brillar la luz del sol sobre óxido de mercurio y recolectando elgas de la reacción. Señaló 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, que en realidad había aislado oxígeno en 1771 y había escrito sobre él, pero no publicó el trabajo. El tercer descubridor de Oxygen fue Antoine-Laurent de Lavoisier, un químico francés que dioel elemento su nombre. La palabra proviene del griego "oxi" y "genes", que significa "formador de ácido".
El oxígeno tiene ocho electrones en total: dos orbitan el núcleo en la capa interna del átomo y seis orbitan 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 capa externa esincompleto, y los electrones son libres para tomar y dar.
¿Quién sabía?
- Como gas, el oxígeno es claro. Pero como líquido, es azul pálido.
- Si alguna vez se ha preguntado cómo sería nadar en una piscina de oxígeno líquido, la respuesta es: muy, muy frío. según Carl Zorn de Thomas Jefferson National Accelerator Facility . El oxígeno debe bajar a menos 297,3 F menos 183,0 C para licuarse, por lo que la congelación sería un problema.
- Demasiado poco oxígeno es problemático. También lo es demasiado. Respirar 80 por ciento de oxígeno durante más de 12 horas irrita el tracto respiratorio y eventualmente puede causar acumulación de líquido mortal o edema. según la Universidad de Florida y la empresa Air Products .
- El oxígeno es una galleta difícil: un estudio de 2012 publicado en la revista Cartas de revisión física encontrado 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 jamás registrados en 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 Revista de Medicina de Nueva Inglaterra .
- Gracias a Dios por una atmósfera con un 21 por ciento de oxígeno. Hace unos 300 millones de años, cuando los niveles de oxígeno alcanzaron el 35 por ciento, los insectos pudieron crecer en tamaño: Piense libélulas con envergadura de halcones .
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 partícula alfa. Sin embargo, solo recientemente los científicos han podido observar el núcleode oxígeno y desentrañar su estructura.
En marzo de 2014, el físico Dean Lee de la Universidad Estatal 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 se encuentran todos los electrones.en los niveles de energía más bajos posibles y en su primer estado excitado el siguiente nivel de energía.
¿Por qué debería importar algo así? Bueno, comprender cómo se forman los núcleos en las estrellas, desde el carbono hasta el oxígeno y los elementos más pesados, es comprender cómo se unen los mismos bloques de construcción del universo. Lee y su equipo originalmente descubrieron que el núcleode una molécula de carbono-12, con sus seis protones y seis neutrones, en realidad está hecha de tres grupos de partículas, cada uno con dos protones y dos neutrones. Si el carbono-12 tuviera tres de estos llamados grupos alfa, razonaron los investigadores, oxígeno-16 era probable que tuviera cuatro, dado que tiene ocho protones y ocho neutrones.
Utilizando 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, de hecho, hay cuatro grupos alfa, ordenados de manera ordenadaen un tetraedro.
"Estos cúmulos alfa son como pequeñas esferas difusas de estas cuatro partículas, o estos nucleones, y a estas esferas difusas les gusta tocarse entre sí mediante alguna interacción superficial", dijo Lee a Rhythm89. La configuración del tetraedro les permite volverse agradables yajustado.
Pero había otro misterio cuántico esperando a 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 giran las partículas.paridad, una forma de indicar simetría. Imagínese invertir a izquierda y derecha en todo el universo, pero tener 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 como son. Partículascon paridad negativa tendrían que cambiar, no sea que terminen al revés como una línea de texto leído en un espejo.
"El misterio era por qué los dos estados más bajos de oxígeno-16 tienen spin cero y paridad positiva", dijo Lee, dado que los estados son diferentes.
Las simulaciones dieron una respuesta: en su estado excitado, el oxígeno 16 reorganiza su núcleo para parecerse un poco al estado fundamental. En lugar de una disposición tetraédrica, las partículas alfa se ordenan en un plano cuadrado o casi cuadrado.
"Sus estructuras intrínsecas subyacentes eran diferentes", dijo Lee. La configuración totalmente diferente explica cómo el espín y la paridad podrían permanecer iguales: los núcleos toman caminos diferentes hacia el mismo resultado.
Todavía hay más interacciones cuánticas en el núcleo de oxígeno-16 para desenredar, dijo Lee, y detalles más finos por descubrir.
"En realidad, hay muchas cosas interesantes dentro de cosas pequeñas como núcleos", dijo. "Y hay historias que se cuentan sobre cómo se están haciendo que ahora estamos empezando a poder abordar."
El trabajo de Lee analiza 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 excedido 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 que aparecieron hace unos 600 millones de años.
A pesar de las teorías de que el aumento del oxígeno allanó el camino para la existencia de animales, la historia parece ser mucho más compleja. Los animales no aparecieron durante el primer aumento significativo en los niveles de oxígeno de la Tierra hace 2.400 millones de años. Y en febrero de 2014,Mills y sus colegas reportado en la revista PNAS que las esponjas de hoy en día todavía pueden respirar, comer e incluso crecer en niveles de oxígeno del 0,5 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 de la Tierra, dijo Mills.Ritmo89.
El hallazgo de que las esponjas no necesitan mucho oxígeno para vivir sugiere que algo más contribuyó al surgimiento de la primera vida animal, aunque el aumento de oxígeno bien pudo haber sido necesario para alcanzar el tipo de diversidad y ecosistemas que vemos hoy en día, 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 también por el Instituto Médico Howard Hughes muestra la historia geológica del oxígeno , comenzando hace unos 3.800 millones de años.
- Más información sobre lo que constituye la atmósfera de la Tierra hoy, todo sobre la presión y el volumen del aire, y el clima en este sitio para niños del Centro Nacional de Investigación Atmosférica.
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