OXIGENO. 2 H 2 + O 2 → 2 H 2 O O - Abundancia e Isotopía - El O es el tercer elemento mas...
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OXIGENO
2 H2 + O2 → 2 H2O
O - Abundancia e Isotopía
• - El O es el tercer elemento mas abundante del Universo, luego de H y He
• - Es el más abundante de la corteza terrestre: hidrosfera (H2O); litosfera (silicatos, óxidos); atmosfera (O2). El O2 no existía en la Atmósfera al formarse la Tierra. Vida y fotosíntesis
• -Isótopos 16O (99,76%) Nucleido muy estable (Z = 8, A = 16) Espin nulo• 17O (0,04%) Uso en RMN (espin no nulo)• 18O (0,20%) Uso como trazador isotópico (estudios mecanísticos)• • - Afinidad electrónica: –141,0 kJ/mol (1er e–) y 844 kJ/mol (2º e–).
• -El O presenta alta electronegatividad ( = 3,5 escala Pauling).
• - Forma numerosos compuestos iónicos y covalentes: óxidos (CaO, CO2…); superóxidos (LiO2,…); peróxidos (BaO2)…; oxoácidos (HNO3, H2SO4…; oxoaniones (NO3
–, SO42–, ClO3
–, MnO4–, …). Enlaces simples y dobles
• -Su número de coordinación en los diferentes compuestos que forma no supera 4
Se enfría la Tierra…Oxidos, etc.
Estructura de la Tierra
Obtención de O2
• - Destilación fraccionada del aire líquido
• - Electrólisis de soluciones acuosas
• - Descomposición térmica de óxidos metálicos (Lavoisier, HgO), o de óxidos superiores y peróxidos (PbO2, BaO2), o también de sales de oxoácidos y peroxoácidos oxidantes (KNO3, KMnO4, K2S2O8, KClO3)
• - Oxidación o Dismutación del H2O2
• -Fotosíntesis! 6CO2 + 6H2O → C6O6H12 (glucosa) + 6O2
h
Orbitales Moleculares en el O2
Configuración electrónica: KK (s)2 (*s)2 (pz)2 (pz)4 (*px)1 (*py)1 Identificar Estados excitados singletes!Buscar especies O2
+, O2–, O2
2– (y O24– ?....)
Configuración electrónica: KK (s)2 (*s)2 (pz)2 (pz)4 (*px)1 (*py)1 Identificar Estados excitados singletes! 1g y 1g
Buscar especies O2+, O2
–, O22– (y O2
4– ?....)
3g
Propiedades Químicas del O2
• - Energía de enlace: 498 kJ/mol
• - Alto poder oxidante: EºO2/H2O = 1,23 V (pH 0). Ver otros productos de reducción
• - Reacciona con casi todos los elementos (exc.halógenos, algunos metales nobles, y los gases nobles, sea a T ambiente o calentando)
• - No obstante lo anterior, es bastante inerte. Sus especies excitadas son muy reactivas (singletes): 1 y 1
• - Si bien es oxidante, puede formar sales de O2+ (con PtF6)
• - Puede coordinar a metales de transición! ! (ej.: FeII(hemogl)O2)
Ozono
??
Propiedades(buenas y malas)
Poder Oxidante
O3 + 2H+(aq) O2(g) + H2O(l)Eº = 2.07 V
Formación de O3
Reactividad Fotoquímica del Ozono. Formación y Consumo
UV C
UV B
Química del O3 en la Estratosfera (alta atmósfera). Rol de los Freones
CFCl3 + h (260nm) CFCl2 + Cl
IniciaciónCl + O3 ClO + O2
O3 + h O + O2 Ciclo catalítico.O + ClO Cl + O2
2O3 3O2 Reacción neta, Gº = –973 kJ/mol
Otros polutantes:NO, N2O, CH4, etc
En general, catalizador X = Cl, H, OH, NO
Reacciones de O en la Atmósfera (resumen)
Diagrama de Fases del Agua
Red del Hielo
Construir
OM
para el H2O
DefinirSistemadeCoordenadasx,y,z
Solapamiento de los 2pz y 2px (O) con los 1s(H)
Solapamiento 2s(O) con los 1s(H)
Diagrama
OM
H2O
Modelo de Enlaces de Valencia en el H2O – O hibridizado sp3
ModeloEnlaces de Valenciaen el H2O
(O sin hibridizar)
Entalpías de enlace para elementos del grupo 16 (O, S,…)
Preparación de Oxidos
• - Reacción directa de metales o no-metales con O2 (o aire)
• - Calcinación de diversas sales (nitratos, carbonatos, oxalatos)
• - Precipitación con iones metálicos en medio alcalino
• - Reacción del metal o no-metal con agua a altas T, o con ácidos oxidantes
• - Deshidratación de oxoácidos
• - Reducción de oxoácidos con metales
• - SOL-GEL - Hidrólisis de alcóxidos, M(OR)n (R = grupo alquilo, M = Ti, Al, etc.)
• - Ejemplifique con ecuaciones en cada uno de los métodos anteriores!
Diagramas de Ellingham - Gºf (óxidos) vs T(K)
Ciclo Termoquímico para la formación de MXn (ej.: MO)
Otros Ciclos Termoquímicos
• Entalpías de red y de hidratación
• Construya un ciclo para el NaCl utilizando valores numéricos (Tablas) de entalpía de red, entalpía de solución y entalpías de hidratación para los iones respectivos
• Discuta la utilidad del Ciclo para analizar solubilidades,
comparativamente con otras sales
Carácter Acido-Base de los Oxidos de los Bloques s y p
Faltan Oxidos de Metales de Transicion, Ln y Ac…
sólido
Un óxido básico
Un óxido ácido
Ataque nucleofílico del agua en un óxido ácido
EOn(OH)mpKa ~ 8 - 5n
Regla empírica para estimar acidez (Pauling)
Anfoterismo
Escriba ecuaciones para óxidos de Sn(IV) y As(III) en agua. También, Ti(IV) y V(V)
Estructura del H2O2 gaseosa
Método Industrial para la Producción de H2O2 (Atanor, Río Tercero,Córdoba)
Otros métodos? Obtención de peróxidos metálicos?
Es estable el H2O2 ?
• Reacción Hº kJ/mol,25ºC Gº
• H2O2(l) H2(g) + O2(g) 188 120
• H2O2(l) 2OH(g) 266 188
• H2O2(g) 2OH(g) 214 174
• H2O2(g) HO2(g) + H(g) 365 332
• H2O2(l) H2O(l) + 0,5O2(g) –98 –117
O2(g) + 2H+(ac) + 2 e– H2O2(l)
Eº = +0.69 V
Propiedades Redox del H2O2 USOS ?…
Espontánea!(pero lenta)
CatalasasPeroxidasas
Construya un Diagrama de Latimer para el O2/H2O2/H2O
Superóxidos: O2–
• - Calentamiento al aire de alcalinos (K, Rb, Cs) MO2
• - Dismutan en agua: 2O2– + 2H2O 2OH– + H2O2 + O2
• - Primer producto de reducción del O2. Muy tóxico en medios biológicos (muy oxidantes). Importancia de la “superóxido-dismutasa” (enzima de Cu)
Como se reduce el O2?
• Los electrones se transfieren de a uno!• Eº (V,pH 0)• H+ + O2 + e– HO2
–0,32
• H+ + HO2 + e– H2O2 1,68
• H+ + H2O2 + e– OH + H2O 0,80
• H+ + OH + e– H2O 2,74• --------------------------------------- --------• 4H+ + O2 + 4e– 2H2O 1,23
Reservorios y flujos en el ciclo del O