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Estadística Las reacciones de oxido reducción están en todas partes y en el día a día. Aunque no se puedan ver ecuaciones las reacciones siguen sucediendo. En qué sector hay más reacciones de óxido reducción, la pregunta surgió luego de haber investigado la variedad de sectores en los que se presentan las reacciones. Según las consideraciones de 16 personas quienes fueron bien informados del tema e hicieron su propia investigación. En la siguiente tabla se muestran las frecuencias de las personas que consideraban el sector en el que se encontraban más reacciones. Se encerraron los sectores en dos grandes gamas, con la intención de facilitar el proceso estadístico. 16 personas fueron entrevistadas, interrogándoles acerca de en cuál sector se dan más reacciones, Medicinal o Industrial, aquí están sus respuestas. M= medicinal I= industrial

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M

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M

I

I

I

Reacciones de Oxido Reducción

38%

62%

Industrial. Médico


Reacciones de テ度ido Reducciテウn 70 60

62.5

50 40 30

Reacciones de テ度ido Reducciテウn

37.5

20 10 0 Medico

Industrial


¿Se utiliza la oxido-reducción en la industria? Al contestar esta pregunta se dice: sí, las reacciones oxido reductoras son muy frecuentes hoy en día, incluso se podría decir que es en una de las partes en donde más se utiliza la oxido-reducción. Algunos ejemplos que se utilizan en la industria son: Las baterías -Las reacciones de oxidación-reducción son muy frecuentes en las industrias electrónicas ya que constituyen el principal funcionamiento de las pilas eléctricas. Se calcula que en el mundo cada persona consume, en promedio, cinco pilas al año. Cada hombre, mujer y niño encuentra en este sencillo y práctico dispositivo una fuente invaluable de energía para hacer funcionar un sinfín de aparatos eléctricos, que van desde radios y relojes, hasta juguetes. Su fórmula es: 

PbO2 + 2 H2SO4 + 2 e– → 2 H2O + PbSO4 + SO42–

Pb + SO42– → PbSO4 + 2 e–

Producción del cloro Otro ejemplo es la producción del cloro. Para producirlo se emplea un cátodo de mercurio y un ánodo de titanio recubierto de platino u óxido de platino. El cátodo está depositado en el fondo de la celda de electrolisis y el ánodo sobre éste, a poca distancia.

La celda se alimenta con cloruro de sodio y, con la diferencia de potencial adecuada, se produce la electrolisis:

2Cl– – 2e- → Cl2 Hg + 2Na+ + 2e– → NaHg


A continuación se procede a la descomposición de la amalgama formada para recuperar el mercurio. La base sobre la que está la amalgama está ligeramente inclinada y de esta forma va saliendo de la celda de electrolisis y se pasa a una torre en donde se añade agua a contracorriente, produciéndose las reacciones:

H2O + 1e– → 1/2H2 + OH– NaHg – 1e– → Na+ + Hg De esta forma el mercurio se reutiliza. Con este método se consigue una sosa (NaOH) muy concentrada y un cloro muy puro, sin embargo consume más energía que otros métodos y existe el problema de contaminación por mercurio

Producción de amoniaco La fabricación de amoniaco es otro claro ejemplo de reacciones oxido-reductoras. Y este amoniaco lo utilizan en productos de pelo come el tinte para cabello. Su fórmula es: N2(g) + 3H2(g) ↔ 2 NH3(g)

Obtención del aluminio La obtención del aluminio se realiza en dos fases: la extracción de la alúmina a partir de la bauxita (proceso Bayer) y la extracción del aluminio a partir de esta última mediante electrolisis. Cuatro toneladas de bauxita producen dos toneladas de alúmina y, finalmente, una de aluminio. El proceso Bayer comienza con el triturado de la bauxita y su lavado con una solución caliente de hidróxido de sodio a alta presión y temperatura. La sosa disuelve los compuestos del aluminio, que al encontrarse en un medio fuertemente básico, se hidratan: Al(OH)3 + OH- + Na* → Al(OH)4- + Na* AlO(OH)2 + OH- + H2O + Na* → Al(OH)4- + Na* Los materiales no alumínicos se separan por decantación. La solución cáustica del aluminio se enfría luego para recristalizar el hidróxido y separarlo de la sosa, que se


recupera para su ulterior uso. Finalmente, se calcina el hidróxido de aluminio a temperaturas cercanas a 1000 °C, para formar la alúmina. 2 Al (OH)3 → Al2O3 + 3 H2O

Fabricación de perfumes Aunque los dicromatos son oxidantes en ausencia de ácidos, la reacción se produce más rápidamente en presencia de estos. Casi siempre se utilizan soluciones ácidas, en general ácido sulfúrico y empleando las sales sódicas y potásicas K.

K2Cr2O7+ 4H2SO4→K2SO4+ Cr 2(SO4)3+ 4H 2O + 3O

Na2Cr2 O7+ 4H2SO4→Na2SO4+ Cr2 (SO4)3+ 4H2O + 3O

La sal sódica es más barata y mucho mas soluble en agua, por eso se suele emplear con preferencia. A veces se usa como agente oxidante el anhídrido crómico disuelto en ácido acético glacial:

2CrO2→Cr2O3+ 3O

Producción de cosméticos Otra aplicación de la oxido reducción, es en las industrias de cosméticos, productos de higiene y perfumes, las cuales están constituidas por sustancias naturales o sintéticas, de uso externos en las diversas partes del cuerpo humano, piel, sistema capilar, uñas, labios, órganos genitales externos, dientes, entre otros. Las empresas tienen la responsabilidad de evaluar la estabilidad de sus productos, antes de ponerlos a disposición de consumo, requisitos fundamental para la seguridad y calidad de los mismos; uno de los factores intrínsecos de la cual se debe tener cuidado es de las reacciones de oxido- reducción. Ocurren procesos de oxidación o de reducción llevando a alteraciones de la actividad de las sustancias activas, de las características organolépticas y físicas de la formulación.


La metalurgia La oxido reducción también es utilizada en las industrias metalúrgicas. La metalurgia es la técnica de la obtención y tratamiento de los metales desde minerales metálicos hasta los no metálicos. Es de gran importancia debido a que así el mineral se convierte en un oxido abarcando los procesos de obtención de metales como de óxidos, sulfuros, carbonatos, etc., y la reducción de los metales, así como en la preparación de aleaciones y amalgamas. La metalurgia del hierro recibe el nombre especial de siderurgia. La obtención del hierro es un claro ejemplo de obtención de un metal por reducción. En la actualidad, la obtención del hierro se realiza principalmente por el método del alto horno; así para reducir el mineral y obtener el hierro, el horno se carga por la parte superior o tragante con una mezcla de mena, coque y caliza.

Producción de antioxidantes Las industrias alimenticias para evitar la oxidación y reducción de los compuestos presentes en los mismos, utilizan sustancias llamadas antioxidantes, estos son un tipo de conservatorio para los alimentos. La función de éstas es evitar la alteración de las cualidades originales de los alimentos. Mediante las sustancias antioxidantes, diversos alimentos susceptibles a la oxidación, alargan su vida útil.


¡Entremos al mundo de la Biología! TIAMINA, RIBOFLAVINA, PIRIDOXINA, NICOTINAMIDA (COMPLEJO VITAMÍNICO B) Las vitaminas suministran los requerimientos vitamínicos diarios, de acuerdo con las recomendaciones actuales. Las vitaminas intervienen fundamentalmente en el mantenimiento de las funciones metabólicas, forman parte de grupos prostéticos o coenzimáticos de diversos grupos enzimáticos que intervienen en el metabolismo de los hidratos de carbono, proteínas y lípidos. La vitamina B1 (clorhidrato de tiamina) desempeña un papel fundamental en el metabolismo de los hidratos de carbono. La vitamina B2 (riboflavina) desempeña una función importante en los sistemas enzimáticos relacionados con las oxidaciones celulares. El ácido nicotínico y su amida, la nicotinamida, adoptan en el organismo formas de extraordinaria importancia como coenzimas de las reacciones de oxidación-reducción: el nicotinamido-adenín-dinucleótido (NAD) y el nicotinamidoadenín-dinucleótido-fosfato (NADP), su deficiencia produce la pelagra, que afecta tanto a la piel, como el tracto gastrointestinal y el SNC, con síntomas de gravedad variable.


Todas las personas, en algún momento de su adolescencia, cuando está estudiando se ha preguntado ¿para qué me va a servir esto en la vida? ¿Cómo lo vamos a aplicar?, debo aceptar que siempre he sido una de esas personas; nos preguntamos esto más que todo en los temas relacionados con las clases científicas como las matemáticas, biología, química, entre otras. Sin embargo, viéndolo de esta forma, mientras más conocimiento tenga una persona, más alto será el nivel de cultura, por lo que podrá tener mejores oportunidades de trabajo; y respondiendo a la pregunta recurrente de cómo se pueden aplicar todos estos conocimientos enseguida se muestran unos ejemplos:

REACCIONES DE OXIDO – REDUCCION APLICADAS EN LA BIOQUIMICA FOTOSINTESIS: Un ejemplo muy claro de una reacción redox aplicada a la vida es en la fotosíntesis, la cual se conoce como el proceso en el que los organismos que poseen clorofila capturan energía en forma de luz y la transforman en energía química. La reacción procede cuando se reduce la molécula de CO2 con electrones extraídos de agua, que se oxidan a dioxígeno (O2) y esta se libera en la atmosfera. El CO2 ya reducido se va incorporando en forma de glucosa al metabolismo celular. El agua es la fuente de electrones, ya que es considerada un agente reductor muy débil, porque sus electrones tienen que ser energizados por fotones de luz solar (cuantos de energía por los cuales llega la luz solar a la Tierra) hasta que tengan el potencial para reducir las moléculas inorgánicas carbono, nitrógeno y azufre. La energetizacion de los electrones del agua es gracias al pigmento verde que recibe y convierte la energía solar en energía química, llamado clorofila. Las reacciones también necesitan energía ATP (adenosin – trifosfato), por lo que la energía que se obtiene de los fotones se utiliza también para fabricar ATP desde el fosfato inorgánico.

Fase 1: oxidación de agua dependiente de la clorofila y la producción de electrones altos de energía y ATP. 2H2P  O2 + 4e + 4H ADP + Pi  ATP + H2O Fase 2: se reducen los elementos primordiales debido al poder obtenido en la fase 1.


CO2 + 4e + 4H  (CH2O) + H2O NO3 + 8e + 9H  NH3 + 3H2O N2 + 6e + 6H  2NH3 SO42 + 8e + 10H  H2S + 4H2O GLUCOLISIS: La glucolisis aerobia de glucosa a piruvato, requiere de dos equivalentes de ATP para poder activar la molécula, con la siguiente generación de 4 equivalentes de ATP (adenosintrifosfato) y dos equivalentes de NADH (nicotinamida adenina dinucleótida). Así la conversión de un mol de glucosa (C6H12O6) a dos moles de piruvato (C3H3O3) se acompaña de la producción neta de dos moles de ATP y NADH.

Glucosa + 2 ADP + 2 NAD+ + 2 Pi  2 Piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H


Etapa I: Fosforilación de la glucosa Para poder separar electrones de la glucosa se debe activar la molécula, eso realiza cuando se gasta un grupo fosfato de ATP transfiriéndolo a la molécula glucosa; eso hace que la molécula no pueda salir de la célula por algún transporte a través de la membrana plasmática, y la deja altamente estable. La hexoquinasa es la enzima que cataliza la fosforilación, se comporta como Mg dependiente y se inhibe por exceso de glucosa 6-P. Etapa II: Isomerización de la fructosa Aquí se produce la isomerización de la molécula glucosa 6-P a través dela enzima fosfoglucoisomerasa que da como resultado otra molécula fructuosa 6-P. Etapa III: Fosforilación de la fructosa Se activa de nuevo la fructuosa 6-P gastando otra vez grupos de fosfato de un ATP transfiriéndolo a la molécula, provocando que este inestable. La enzima fosfofrutoquinasa (PFK) es la en encargada de catalizar la fosforilacion de la fructosa 6-P produciendo una molécula de fructosa a-6 bi-P. Existen otros reguladores de velocidad a través del controlador enzimático como 2fosfofrutoquinasa (2PFK); cuando la fructuosa 6 comienza a acumularse la 2PFK produce altas concentraciones de fructuosa 2, 6 bifosfato; que tendrá dos opciones a seguir: si la concentración de glucosa es alta, esta desarrollará una activación alostérica sobre PFK que disminuye el efecto alostérico del ATP. Si la concentración de la glucosa es baja, la 2PFK se transforma en fructosa 1-6 bifosfatasa que hidroliza a la fructuosa 2-6 bifosfato traanformandola en fructosa 6 fosfatos. Etapa IV : Ruptura de la Fructosa Aquí se obtienen dos triosas, por la escisión de la hexosa formada anteriormente. Es catalizada por la aldolasa, esta produce los compuestos isómeros: la dihidroxiacetona (PDHA) y gliceraldehino (PGAL). La triosa cetónica se convierte en su isómero, el PGAL por la isomerasa. Esta reacción es rápida y reversible. Etapa V: Oxidación y formación de enlace fosfato de alta energía Aquí se pueden observar los pasos que van a recolectar parte de la energía contenida en el fosfogliceraldehído. El fosfogliceraldehido es oxidado por la enzima deshidrogenasa y su coenzima NAD + que se reduce a NADH. La energía que es liberada mientras ocurre la oxidación se utiliza para atrapar un grupo fosfato del citoplasma y fijarlo como fosfato de alta energía, formando así el 1,3 – acido difosforoglicérico. Se puede mencionar también que se cuenta con la


disponibilidad de la coenzima NAD+ que es muy importante en la oxidación del fosforogliceraldehído, siendo esta la primera reacción de oxido reducción en la cual se capta energía disponible para la célula y forma un enlace fosfato de alta energía a una molécula de NADH.

Etapa VI: Generación de ATP: SE produce la transferencia de un grupo fosfato del 1,3 – ácido bifosforoglicérico al ADP, siendo así como se consigue la primera ganancia de ATP. Se forma ATP y una triosa con un solo grupo fosfato, el ácido 3- fosfoglicérico. La enzima encargada de catalizar esta reacción es fosfoglicerato quinasa. Etapa VII y VIII: Reordenamiento Molecular Los atomos de la triosa son reordenados, su fosfato pasa a una posición en la cual representa un enlace de alta energía. Esta reacción esta catalizada por las enzimas mutasa (cataliza un cambio intramolecular de un grupo químico como el fosforilo) y enolasa (cataliza la formaicion de fosfoenolpivurato). Etapa IX: Generación de ATP YA estando listo el reordenamiento, el fosfato de alta energía es transferido a una molécula de ADP que se transforma en ATP y se obtiene también acido pirúvico; siendo catalizada esta reacción por la piruvato quinasa. FERMENTACION En un proceso que genera ATP, en el cual las sustancias orgánicas actúan como dadores y aceptores de electrones. Esta puede producirse en ausencia de O2. En condiciones anaeróbicas, se pueden producir fermentación alcohólica, láctica, butírica o succínica. Se da en el citoplasma celular, en casi todas las plantas el ácido pirúvico puede reaccionar con el hidrógeno y formar alcohol etílico (CH3CH2OH), pero en los animales el piruvato formado en la glucólisis se utiliza para formar ácido láctico (C 3H6O3). Teniendo en común que en ninguno de los procesos hay ganancia de energía. Como en la glucólisis se produce ácido pirúvico como producto final, durante el único paso oxidado en el que el fosforogliceraldehido se convierte en ácido difosforoglicérico, un NAD+ es reducido a NADH, por lo que para que la glucólisis pueda continuar el NAD + debe ser regenerado continuamente por oxidación del NADH.


ALCOHOLICA: El centro activo del alcohol deshidrogenasa contiene un ion zinc coordinado a los átomos de azufre de dos residuos de cisteína a un átomo de nitrógeno de una histidina. El ion zinc polariza el grupo carbónico del sustrato para favorecer la transferencia de un hidruro desde el NADH.

Glucosa + 2 Pi + 2 ADP + 2 H +  2 etanol + 2 CO2 + 2 ATP + 2 H2O

El NAD ni el NADH aparecen en la formula aun que sean indispensables en el proceso. El NADH que se produjo en la oxidación del gliceraldehido 3-fosfato se consume en la reducción del acetaldehído hasta etanol. LACTICA Esta reacción se produce en las células de los organismos superiores cuando la cantidad de oxigeno disponible es limitada. La reducción del piruvato por el NADH para formar lactato está catalizada por el lactato deshidrogenasa.

Glucosa + 2 Pi + 2 ADP  2 lactato + 2 ATP + 2 H2O

El NADH formado en la oxidación del gliceraldehído 3-fosfato se consume en la reducción del piruvato.



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