Oxigenoa eta bere Konposatuak: Oinarriak eta Propietateak

Oxigenoa eta bere Konposatuak

Oxigenoaren Oinarriak eta Alotropoak

Oxigenoa lurrazaleko elementurik ugariena da. Hiru isotopo ditu, ugaritasunaren arabera sailkatuta: ¹⁶O, ¹⁸O eta ¹⁷O.

Oxigenoaren alotropoak hauek dira:

• O₂: Dioxigenoa
• O₃: Trioxigenoa (Ozonoa)
• O₄: Tetraoxigenoa

Dioxigenoa (O₂)

Dioxigenoaren Propietate Fisikoak

Molekula diatomikoz osatua dago eta hiru egoeretan (gas, likido eta solido) paramagnetikoa da. Molekulen arteko indarrak ahulak direnez, fusio-puntua eta irakite-puntua baxuak dira. Beraz, likidotzea eta solidifikatzea zaila da.

Uretan ez da oso disolbagarria, baina itsas-organismoak bizirik mantentzeko bezainbeste disolbatzen da. Disolbagarritasuna jaitsi egiten da tenperatura igo ahala.

• Gas egoeran: Ez du kolorerik, zaporerik ezta usainik ere.
• Likido egoeran: Urdina da.
• Solido egoeran: Urdina eta polimorfoa da.

Paramagnetismoa: Bi elektroi desparekatuei dagokie, orbital molekularren teoriaren arabera: p orbitalean, orbital lotzaileak beteta (1σ, 2π) eta ez-lotzailean bi elektroi desparekatu (π). Lotura-ordena 2 da.

Dioxigeno molekulak egoera aktibatu batzuk ditu, eta egoera hori ahulduz doa lotura-luzera handitu ahala. Elektroi desparekatuen bidez, bi molekulen arteko interakzioa (Van der Waals) espero zena baino handiagoa da. Izan ere, bi molekulen espinak konpentsatzen dira eta O₄ sortzen da. Honen entalpia negatiboa da, lotura kobalente arrunt bati dagokiona baino baxuagoa.

Dioxigenoaren Erreaktibitatea

Gas oxidatzailea da eta ez da erretzen, baina errekuntzak mantentzen ditu. Gainontzeko elementu guztiekin erreakzionatzen du giro-tenperaturan baita berotzean ere, salbuespen hauekin: metal nobleak (Pt) eta He, Ne eta Ar gas nobleak.

Oxidoak:

• Ez-metalikoekin: Oxido molekularrak eta hegazkorrak eratzen dira, lotura kobalentea ematen delako.
• Metalikoekin: Solidoak izaten dira eta loturak nagusiki ionikoak.

Oxidazio-erreakzioak: Gehienak motelak dira, beren aktibazio-energiak oso altuak direlako. Beraz, espero daitezkeen erreakzioak askotan ez dira gertatzen. Ur-disoluzioetan metal batzuen oxidazio-egoera alda dezake (adibidez, Fe²⁺ → Fe³⁺). Fe²⁺ egonkorra da airerik gabeko ur puruan, baina airearekin ezegonkortu egiten da, Fe³⁺-ra oxidatuz.

Konplexuak: Estekatzaile gisa jokatzen du konplexuak eratzeko, baina bertan eratzen diren loturak ahulak dira, formazio-beroa oso baxua delako. Trantsiziozko metalen konplexu batzuk oxigenoa garraiatzeko erabiltzen dira modu itzulgarrian (adibidez, hemoglobinan).

Oxigenoaren Lorpena Naturan eta Industrian

Oxigenoa naturan ekoizten da gero bertatik hartu ahal izateko. Iturri naturalak:

1. Iturri abiotikoa: Fotodisoziazioa, eguzkiko argi ultramorearen bidez.
2. Lurrazalean: Fotosintesiari esker (Oxigenoaren presentzia bizitzaren seinalea baita).
3. Industrian: Uraren elektrolisia.

Aplikazio ugari ditu, garrantzi handikoa baita industrian eta medikuntzan, besteak beste.

Oxigeno Atomikoa eta Ozonoa (O₃)

Oxigeno Atomikoa

Oso erreaktiboa da. Oxigeno molekularraren disoziazio-energia oso altua denez, molekularen egonkortasuna handitu egiten da eta disoziatzeko tenperatura oso altuak behar dira. Oxigenoaren disoziazioa erradiazio elektromagnetiko baten bidez edo deskarga elektrikoaz lor daiteke.

Ozonoa (O₃)

O₃ gas diamagnetikoa, ezegonkorra eta oso toxikoa da. Fusio- eta irakite-puntu altuagoak ditu oxigenoak baino, molekularen bolumena handiagoa denez, molekulen arteko indarrak sendoagoak baitira.

Uretan oso gutxi disolbatzen da eta likido egoeran ez da nahaskorra oxigenoaren proportzio guztietan. Likido eran modu lehergarrian deskonposatzen denez, bere erabilera oso arriskutsua da.

Ozonoaren Propietateak eta Egitura

Molekula simetriko eta angeluarra da, lotura bikoitzaren izaera du. Hiru oxigeno-atomoetan sp² hibridazioa ematen denez, bi sigma (σ) lotura osatzen dira.

Loturan parte hartzen ez duten orbital hibridoek konpartitu gabeko elektroi-bikoteak dituzte: bikote bat erdiko oxigenoan eta beste bi bikote oxigeno terminal bakoitzean. Lotura-ordena 1σ + p/2 da.

Ozonoa oso oxidatzaile ona da (oxigenoa baino hobea); beraz, bakterizida moduan erabiltzen da botiletako ura purifikatzeko kloroaren ordez. O₃ oso arriskutsua da, baina atmosferan beharrezkoa dugu, erradiazio kaltegarrietatik babesteko.

O₃-an lotura-sendotasuna oxigenoarena baino baxuagoa denez, oxigeno-atomoen arteko distantzia handiagoa da eta erreakzio bortitzak sortzen ditu. Elementu alkalino eta lurralkalinoekin konposatu ionikoak eratzeko gai da.

Oxoozonoa (O₄)

O₄ tenperatura baxuetan ematen da nagusiki. Oxigenoaren forma guztietatik, tenperatura baxuetan O₂ da elementu egonkorrena.

Oxigenoaren Ioiak eta Oxidoen Sailkapena

Oxigenoaren Ioiak

Konposatuetan oxigenoak karga partzial negatiboa du, fluoruroarekin izan ezik. Elektronegatibitate oso altua du, ionizazio-potentziala oso altua duelako. Ioi positiboak ezegonkorrak dira (O⁺ ioia ez da existitzen).

Oxigenoaren ioietan egonkortasuna handitu egiten da hurrenkera honetan: O₂⁺ ≥ O₂ ≥ O₂⁻ ≥ O₂²⁻. Izan ere, lotura-ordena handitu ahala, egonkortasuna handitu eta oxigeno-atomoen distantzia txikitu egiten da (oxidoak O²⁻ egonkorrak dira, O₂⁴⁻ ezegonkorra).

Oxidoak (O²⁻)

O²⁻ ioia daukaten konposatuetan, formazio-beroa negatiboagoa (altuagoa) da O⁻ ioiarena baino, O²⁻ oxido metaliko gehienen kristal-sareetan oxidazio-egoera baxua delako. O²⁻ ioia uretan ez da egonkorra eta Brønsted base sendo gisa jokatzen du.

Orokorrean, oxido metalikoak ionikoak dira eta ez-metalikoak kobalenteak, O²⁻-ren polarizagarritasunarengatik. Polarizagarriagoa den heinean, kobalentzia ere handitu egiten da. Oxidoak baseak, azidoak edo anfoteroak izan daitezke.

Oxido Metalikoak eta Ez-Metalikoak

• Metalikoak: Metalek oxidazio-egoera baxuan oxido ionikoak eratzen dituzte, basikoak. Metal ez oso elektropositiboen oxidoak anfoteroak izaten dira (Al, Zn, Sn). Metalaren oxidazio-egoera handitu ahala, kobalentzia agertzen da eta basikotasuna jaitsi egiten da.
• Ez-metalikoak: Lotura kobalenteak beti ageri dira. Oxidazio-egoera baxuetan neutroak dira, eta oxidazio-egoera altuetan azidoak (N₂O neutroa; N₂O₅ azidoa).

Ia metal gehienek hidroxidoak eratzen dituzte. Hidroxido ioia oso base sendoa da eta kaltegarria, proteinekin erreakzionatzen duelako.

Peroxido eta Superoxido Ioiak

• Superoxidoa (O₂⁻): Oxigeno molekularrak elektroi bat hartuz eratzen da, hau pi-orbital ez-lotzailean kokatuz, paramagnetikoki. Lotura-ordena 1.5 da. Oxigeno-atomoen arteko distantzia O₂-rena baino handiagoa da. Urarekin erreakzionatzeko zailtasunak ditu.
• Peroxidoa (O₂²⁻): Pi-orbital molekular ez-lotzailean kokatzen da, diamagnetikoki. Lotura-ordena 1 da. Oxigeno-atomoen arteko distantzia handiagoa da O₂⁻-ean baino.

Bi ioi hauek uretan ezegonkorrak dira, base moduan jokatzen baitute.

Oxigenoaren Hidruroak: Ura eta Peroxidoa

Ura (H₂O)

Ura oso berezia da eta bizitzeko beharrezkoa. Ur molekulak lotura kobalentea duela esan daiteke, sp³ hibridazioko bi hibrido eratzen dituztelako oxigeno atomikoarekin. Oxigenoaren eta hidrogenoaren arteko elektronegatibitatearen diferentzia handia bada, lotura polarra izango da eta lotura ionikoa eratzeko aukerak gehiago dira.

Uraren Propietate Fisiko eta Kimikoak

• Bero Espezifikoa: Bero espezifiko altua du; beraz, lurrazaleko tenperatura erregulatzen du.
• Disolbatzailea: Disolbatzaile ona da; beraz, garraiatzaile ona.
• Izotza (Solidoa): Izotza polimorfoa da eta egitura hexagonala du. Molekula bakoitza beste lau molekulaz inguratuta dago forma tetraedrikoan. Ur molekula baten hidrogenoak beste molekula baten elektroi-bikoteekin lotzen dira, hidrogeno-loturaren bidez.
• Dentsitate Anomalia: Solido egoeran, H-O lotura-luzera gas egoeran baino handiagoa da, hidrogeno-loturak distantzia handitzen duelako. Uraren dentsitatea jaitsi egiten da solido egoeran. Nahiz eta orokorrean ez gertatu, likidoaren dentsitatea baxuagoa da solidoarena baino.

Tenperatura igo ahala, molekulen arteko bibrazioa handitu egiten denez, hidrogeno-loturak ahulduz doaz. Ondorioz, izotza urtzean hidrogeno-loturak apurtu egiten dira eta ur likidoan hutsuneak betetzen ditu.

Propietate Kimikoak: Ura hidrogeno-loturaren eraginez egonkorra da, nahiz eta hidruro bat izan. Molekula bere osagaietan deskonposatzen denean, energia askatzen du. H eta O arteko nahasketa lehergarria izan daiteke. Tenperatura altuetan HO erradikalak existitzen dira, orekan.

Indar elektrostatikoa ioi-dipolo motakoa bada, hidratazio-energiaren garrantzia handia izango da disoluzio-prozesuetan.

Urak ahalmen oxidatzailea eta erreduktorea ditu:

• Oxidatzaile gisa: Espezie oxidatzailea protoia da eta H₂ eratzen da.
• Erreduktore gisa: Oxigenoa agertzen da, H₂O sortzeko.

H₂O-ren ahalmen oxidatzailea erreduktorea baino handiagoa da; beraz, oxidatzaile sendoekin soilik erabiltzen da erreduktore bezala.

Koordinazio-konposatuetan urak ligando bezala joka dezake, atomo zentralari koordinatuz. Beste batzuetan ura kristalean soilik agertzen da (kristalizazio-ura), gatzaren disolbagarritasunean eta sare-energian eraginez.

Akuoklatratoetan ur molekulak elkarrekin lotuta daude hidrogeno-loturen bitartez, eta hutsuneetan atomo edo molekula txikiak kokatzen dira (osatutako hutsuneak izotzarenak baino handiagoak dira).

Urak metal alkalinoen eta lurralkalinoen gatzak disolbatzen ditu (adibidez, itsasoko uretan). Orokorrean, disolbatzaile oso ona da bere H-O lotura polarren ondorioz, ioiak hidratatuak daudelako.

Hidrogeno Peroxidoa (H₂O₂)

Ur destilatuan, molekulen arteko lotura hidrogeno-loturak dira, baina urak baino irakite- eta fusio-puntu altuagoak ditu, lotura sendoagoa ematen delako. Disolbatzaile ona da, ura baino hobea, baina ez da egonkorra, denborarekin airean erraz deskonposatzen delako (dismutazioa). Hau ere oxidatzaile eta erreduktore izan daiteke.