Oxígeno y Peróxido de Hidrógeno: Obtención, Propiedades y Reacciones del Agua

El Oxígeno

Dentro de su grupo, el oxígeno tiene la carga nuclear efectiva muy elevada. Debido a su pequeño tamaño, puede formar enlaces p-p dobles y triples, en los cuales intervienen los orbitales atómicos p, consiguiendo así su estabilidad. La elevada electronegatividad del oxígeno le confiere la capacidad de formar enlaces de hidrógeno.

El oxígeno se encuentra en el 2.º período del sistema periódico, tiene un nivel energético inferior a 3 y no presenta orbitales del tipo d. No puede ampliar el octeto como lo hacen el resto de elementos de su grupo.

Obtención del oxígeno

• Descomposición del peróxido de hidrógeno catalizada por dióxido de manganeso:
  2H₂O₂(l) → {MnO₂} → 2H₂O(l) + O₂(g)
• Descomposición térmica del clorato potásico. Se obtiene oxígeno gaseoso y cloruro potásico:
  2KClO₃(s) → {Δ} → 2KCl(s) + 3O₂(g)
• Descomposición térmica del permanganato potásico, que produce dióxido de manganeso y oxígeno. Esta reacción debe ocurrir entre 215 y 235 ºC:
  2KMnO₄ + Q → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂

Forma alotrópica: el ozono

O₃ + reacción de O₂. Un ejemplo es la reacción del ozono con gases nobles: O₃ + Cs → CsO₃. El O₂ no puede (solo el F₂ sí reacciona).

El Agua

Características del H₂O(s)

El hielo presenta una estructura extremadamente ordenada como consecuencia de los puentes de hidrógeno, de tipo wurtzita: cada átomo de O se encuentra rodeado de otros 4 átomos, en cavidades de geometría hexagonal. Los puentes de hidrógeno mantienen la estructura de una forma y una longitud de enlace determinadas, de tal forma que en estado sólido el agua presenta menor densidad que en estado líquido.

Variación de la densidad (d) con la temperatura (T)

Al aumentar la T ocurren 2 fenómenos contrapuestos y simultáneamente:

• Expansión térmica: un aumento de T supone un aumento del movimiento browniano de las partículas, expansión de estas y, como consecuencia, disminución de la densidad (>4 ºC).
• Rotura de los enlaces de hidrógeno: al producirse rotura de puentes de hidrógeno, estos dejan de mantener las moléculas de agua separadas y se encontrarán más cerca. Esto aumenta la densidad (0 a 4 ºC).

Propiedades químicas del agua

• Es un disolvente universal de sustancias polares, como consecuencia de su gran carácter polar.
• Tiene la capacidad de autoionizarse: 2H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH^-
• El agua presenta poder regulador frente a ácidos y bases, y frente a oxidantes y reductores.

El Peróxido de Hidrógeno

Obtención del peróxido de hidrógeno

• Tratamiento del peróxido de bario con ácido sulfúrico:
  BaO₂ + H₂SO₄ → BaSO₄ + H₂O₂
• Oxidación electrolítica del ion hidrogenosulfato:
  2HSO₄^- → 2H⁺ + S₂O₈^2- + 2e^-
  S₂O₈^2- + 2H₂O → H₂O₂ + HSO₄^-
• Oxidación del 2-etilantraquinol, formando la 2-etilantraquinona (método industrial).

Características del peróxido de hidrógeno

Presenta estructura diédrica, en la que cada átomo de H se encuentra en un plano diferente. El ángulo entre los planos es de 90º en estado (s) y de 111º en estado (g). Los enlaces O-O y O-H son enlaces σ simples.

Propiedades físicas

• En estado líquido presenta color azul pálido.
• Tiene un punto de ebullición más alto que el agua.
• Es polar, con una constante dieléctrica elevada y es un buen disolvente.

Propiedades químicas

• El enlace O-O es termodinámicamente inestable. Se descompone en oxígeno y agua, reacción catalizada por la luz o iones metálicos: 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂
• En medio ácido actúa como oxidante enérgico, puesto que tiene un potencial de reducción elevado: H₂O₂ + 2H⁺ + 2e^- → 2H₂O
• En medio básico, como su potencial de reducción es negativo, actuará como reductor enérgico: H₂O + HO₂^- + 2e^- → 3OH^-