Apuntes de ciencia, Miguel Carreras

Oxígeno, elixir de la vida

Oxígeno, elixir de la vida

El principio de la práctica de la Química por el hombre pudo tener lugar con el descubrimiento del fuego y su aplicación a la cocción y transformación de los alimentos. El fuego surgió de manera artificial hace unos cien mil años cuando el Pitecantropo se estaba transformando en Homo sapiens. Se realizaban combustiones, se hacía química sin saberlo. Según decía J.A. Babor: “En el siglo VIII a.C. el filósofo chino Mao Khoá hablaba del yin (componente débil) y el yang (componente fuerte), que, combinados con el fuego, se encuentran en el aire y  cuando el carbón arde en el seno de éste, el yin desaparece y queda el yang.”  Sin embargo, se tardó mucho tiempo en interpretar correctamente el fenómeno cotidiano de la combustión.

El oxígeno y la combustión

El problema de la intervención del aire en las reacciones de combustión fue discutido por los químicos en el siglo XVII, momento histórico en que todavía se ignoraba la existencia del oxígeno y el  aire atmosférico era considerado cuerpo simple. No sería hasta cien años después cuando se comenzaría a solucionar el enigma. Robert Boyle constató que sólo una parte del aire se absorbía en la respiración y en la combustión, concluyendo que había algo en el aire que alimentaba la vida y el fuego.

Pero antes que el primer conocimiento del oxígeno, Joseph Black reconoció un gas que capturaban las disoluciones alcalinas y precipitaba con agua de cal. Le llamó aire fijo, distinto del atmosférico. Por su parte Henry Cavendish  identificó en 1765 el hidrógeno al que denominó aire inflamable. Las indagaciones de Joseph Priestley sobre el agua de Seltz dieron pie a una serie de investigaciones que en un corto periodo de tiempo culminaron con el ulterior descubrimiento del oxígeno, tal vez con la descomposición del agua, el más importante y controvertido en la historia de la Química. La polémica acerca de la paternidad del hallazgo del gas vital no se cerró hasta 1785. Lavoisier, Priestley y Scheele fueron excepcionales observadores y experimentadores avezados. Cartesiano y perfeccionista el primero, intuitivo, poco teórico y versátil el segundo y pragmático y con escasa capacidad de generalización el último, los tres contribuyeron poderosamente al alumbramiento del oxígeno, siendo Lavoisier quien le dio nombre.

Esta era la opinión de Louis Pasteur a partir de los descubrimientos ligados al oxígeno y al agua: “Después de Lavoisier, con el uso de la balanza, el termómetro, el barómetro y el calorímetro, los químicos amplían su esfuerzo en el estudio de las propiedades de la materia a la que podían someter a determinaciones numéricas exactas, abriendo nuevos caminos”.

Orígenes y abundancia

Hace unos dos mil millones de años no existía oxígeno en la atmósfera terrestre, que pudo estar constituida por monóxido y dióxido de carbono, vapor de agua, nitrógeno e hidrógeno. Sus fuentes primarias tuvieron que ser el vapor de agua del que se disgregaría por acción de la radiación ultravioleta y la fotosíntesis en la que, simplificando, la luz solar favorecería la reacción del dióxido de carbono y el agua para dar formaldehido y oxígeno:

CO2  + H2 O→HCHO+O2

En el eón Proterozóico su porcentaje volumétrico creció del 0,0001 hasta el 3%, alcanzando en nuestra era el 21, aumento colosal que en algún momento ocasionó una de las mayores contaminaciones de la historia de la Tierra, situación que se resolvió para bien de la vida gracias a la innovación evolutiva que supuso la fotosíntesis.

Nuestro cuerpo precisa del oxígeno para generar energía, aunque hay unos límites que sobrepasados nos ponen en riesgo: para no asfixiarnos el nivel no debe superar el 17%, y si rebasamos el 25% podríamos arder. En la actualidad se estima que hay en la atmósfera alrededor de mil billones de toneladas de oxígeno, producto secundario de la fotosíntesis de las plantas.

Cuestiones químicas

El oxígeno es el octavo elemento del Sistema Periódico, en el grupo de los anfígenos, y libre y combinado el más abundante en la Tierra. En la litosfera está formando compuestos, especialmente con aluminio y silicio y óxidos metálicos y en la hidrosfera en el agua. La atmósfera lo contiene en estado libre en moléculas diatómicas, O 2 , (*) y como constituyente de los óxidos de carbono y es un elemento esencial de la biosfera y fundamental, junto al carbono, nitrógeno e hidrógeno para los seres vivos. En estado líquido adopta un tono azul pálido y lo atraen los imanes, propiedad que permite medir su concentración en atmósferas artificiales utilizadas en medicina. También está en la Luna, formado compuestos en sus rocas.

Se obtiene industrialmente por destilación del aire líquido, por electrolisis del agua acidulada y por descomposición térmica de algunos de sus compuestos. Hasta no hace mucho tiempo se asociaba la idea de oxidación al aumento de una sustancia en el contenido de oxígeno y reducción era lo contrario. Hoy esos conceptos se han ampliado y se relacionan con la pérdida o captación de electrones.

Por acción catalizada de la chispa eléctrica se trasforma en ozono. En estado puro el oxígeno es peligroso de manipular pues hay riesgo de fuego, por ello en los cohetes se mezcla con nitrógeno y los buzos de aguas profundas lo usan con helio. Sus principales aplicaciones son en las combustiones, en alpinismo y submarinismo, en  los sopletes oxiacetilénicos para cortar y soldar metales y en terapéutica clínica. Líquido y mezclado con carbón en polvo es un potente explosivo.

Roald Hoffmann, premio Nobel 1981 por sus teorías de simetría de los orbitales electrónicos de las moléculas y Carl Djerassi, uno de los padres de la píldora anticonceptiva, estrenaron en 2001 en el Lyceum Theatre de San Diego, California, con Sam Woodhouse en la dirección, la obra de teatro Oxygen.

El hilo argumental gira en torno a la hipotética concesión del Nobel de Química retrospectivo por una sola vez. El comité decide que el descubrimiento del oxígeno es el hecho trascendental que abrió definitivamente el paso a la Química moderna y en consecuencia nomina candidatos a los citados Joseph Prietsley, Carl Wilhem Scheele y Antoine Laurent Lavoisier. También se debate el propio concepto de descubrimiento, que se realiza en Química en varias etapas, pues no basta con aislar un cuerpo sino que hay que identificarlo y  estudiar su naturaleza y propiedades físicas y químicas.

El Premio Nobel de Literatura Darío Fo comentó a propósito  de Oxígeno: “Gracias a ustedes y su comedia, ahora sé todo sobre el oxígeno y el aire, y entiendo por qué san Francisco alababa a dios por haberlo creado”. 

Hoffmann, también ha publicado poemas. En uno de ellos, Considera el fuego, escribe:

Me pregunto si los teóricos del flogisto/ eran amantes, si todo empezó cuando/ se encendieron, como la hierba parda/ sobre las colinas de aquí al norte./ Hace falta tan poco, un toque, para arder./ Lo percibieron correctamente, los astutos Becher/ y Sthal, el principio es el fuego.

 

(*) Molécula del Oxígeno:

https://www.youtube.com/watch?v=fSH8t6OS37A

(**) Oxígeno de Jean Michel Jarre.

https://www.youtube.com/watch?v=VB8C6iEpvL8

(***)Este artículo fue publicado, resumido, en revistalaocaloca.

 

Miguel Carreras Ezquerra. Asociación Ciencia Viva

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