Redox ambiente, industria, seres vivos

Entre los 20 y 50 km por encima del nivel del mar, está comprendida la zona de la atmósfera donde se concentra casi todo el ozono atmosférico, por ello es común llamarle “la capa de ozono”.  Las concentraciones de ozono en esta capa llegan a ser alrededor de entre 5 y 10 partes por millón (ppm), pudiendo parecer pequeña, pero si se tuviera ésta concentración a nivel de la superficie terrestre, ocasionaría graves daños a los seres vivos.  Ahora bien, dada la altura donde se ubica la capa de ozono resulta de primordial importancia a la humanidad ya que sirve como filtro para las peligrosas radiaciones ultravioletas del Sol. 

La formación de ozono, es un ejemplo de reacción red-ox donde por efecto de la luz ultravioleta se rompe la molécula de oxígeno para dar lugar a dos radicales libres.

Alrededor del 90% del ozono está contenido en la estratosfera mientras que el 10% restante está localizado en la troposfera que es la parte más baja de la atmósfera donde ocurren todos los fenómenos climáticos.  Este ozono troposférico es peligroso para los seres vivos al formar parte del denominado smog fotoquímico principalmente en áreas urbanas.

  En el proceso de destrucción del ozono las moléculas absorben la radiación ultravioleta rompiendo el O₃  en moléculas y átomos libres de oxígeno.

Ahora bien, el problema de la ruptura de la capa de ozono es otra cosa.  Alrededor del año 1985 se reveló un importante adelgazamiento en la capa de ozono sobre la Antártica, y posteriormente se comprobó un fenómeno similar sobre el Polo Norte.   

De esta forma se descubrió que el ozono se ha estado destruyendo paulatinamente debido a la contaminación antropogénica.  La principal causa la contaminación es debida a ciertos compuestos fluorocarbonados presentes en los aerosoles (sprays), sistemas de aire acondicionado y refrigeración, originados por la actividad industrial de los seres humanos.  La destrucción del ozono se produce cuando ésta molécula se separa normalmente en sus radicales libres, pero por desgracia debido a la contaminación ambiental, la misma radiación ultravioleta hace reaccionar las moléculas de cloro de los gases emitidos por los sprays que contienen clorofluorocarbonos; para combinarse con las moléculas de ozono destruyendo así los radicales libres que se combinan con los halógenos formando compuestos diferentes al oxígeno ya que los halógenos son mucho más reactivos que el O₂ impidiendo la formación de oxígeno nuevamente en la capa de ozono.  Este proceso tan dañino, es capaz de destruir hasta 100.000 moléculas de ozono por cada átomo de cloro y sólo se detendrá cuando el átomo de cloro se mezcle con algún compuesto químico que lo neutralice.

En 1987 los científicos insistieron ante las autoridades gubernamentales mundiales (de 191 países), durante el Protocolo de Montreal, a tomar las medidas necesarias para solucionar este grave problema y que se podría cerrar el hueco de la capa atmosférica en los próximos 50 años sólo si todos los países del mundo cumplieran este acuerdo evitando la emisión de clorofluorocarbonos.  Se considera que la mayor parte de los países cumplieron con los objetivos de este tratado  Debido al alto grado de aceptación e implementación, el tratado ha sido considerado como un ejemplo excepcional de cooperación internacional.  El tratado fue ajustado mediante varias enmiendas (1990 de Londres; 1992 de Copenhague; 1995 de Viena; 1997 de Montreal). La capa de ozono registra “una progresiva pero lenta recuperación” por lo que habrá que esperar hastael año 2050 para alcanzar los niveles anteriores a los años ochenta.

El agua influye en los procesos red-ox de los suelos al modificar la distribución del aire en el suelo,  por ello la difusión del oxígeno y la concentración de dióxido de carbono se altera.  La principal materia reductora del suelo, bajo un buen drenaje, resulta ser la materia orgánica, ya que se incorpora de forma reducida al suelo, elementos tales como O, C, N, S, Fe, Mn y Cu;  alterando los minerales del suelo y repercutiendo en su actividad biológica para el crecimiento de las plantas, modificando el pH y el color.  En el caso de algunas industrias, los lugares aledaños de la estructura del edificio en sí, pueden llegar a presentar contaminación del suelo debido a productos de deshecho, afectando de esta manera con otros elementos, tales como el selenio y cromo. 

Con los recientes sismos de 7.9, 8.8 y 8.9 grados en la escala de Richter y las más de 150 réplicas, así como con el posterior tsunami ocurridos en Japón el 11 de marzo 2011; los ingenieros de la empresa Tokyo Electric Power Co. (TEPCO), indican haber localizado una grieta de 20 cm en el muro de una fosa de concreto próxima al reactor 2 de la planta nuclear de Fukushima, con una filtración de radiación al mar que podría generar la peor crisis nuclear desde Chernobil en 1986.  

TEPCO intentará cubrir la grieta utilizando un polímero en polvo altamente absorbente en las tuberías ya que el proyecto por cubrir la grieta con hormigón, ha fallado debido a que la presencia continua de agua impide su solidificación.

Existe una alerta de radiación luego de detectarse en las algas marinas un nivel 126.7 veces mayor de los estándares permitidos por el gobierno del isótopo de yodo (I₁₃₁). Así mismo según los monitoreos realizados; el cesio encontrado (Cs₁₃₇) es 16.5 veces más alto de lo reglamentario.  Las partículas radioactivas están dispersas en el mar de Japón, sin embargo se cree que no llegaran a afectar a los peces de aguas profundas debido a la gran dilución del agua.

 

Por otra parte, tanto en la atmósfera como en la hidrosfera  el CO₂ es un gas con una concentración ligeramente mayor al 0.03% y cada año aproximadamente un 5% de estas reservas de CO₂ se consumen en los procesos de fotosíntesis, es decir que todo el dióxido de carbono se renueva en la atmósfera cada 20 años.

Cuando los seres vivos realizan la oxidación de los alimentos se produce CO₂. En el conjunto de la biosfera la mayor parte de la respiración la hacen las raíces y hojas de las plantas y los organismos del suelo.  Los productos finales de la oxidación de alimentos son CO₂ y vapor de agua.  Las plantas verdes toman el CO₂ del aire y por medio de la reacción de fotosíntesis lo transforman en oxígeno liberándolo.  Este proceso se realiza diariamente en todo el mundo, por ello no es posible imaginar la cantidad de CO₂ empleado en éste tipo de reacción.  En la medida de que el CO₂ es consumido por las plantas, también es remplazado a través de la respiración de los seres vivos, por la descomposición de la materia orgánica y como producto final de combustión del petróleo, hulla, gasolina, etc.

Los seres vivos acuáticos toman el CO₂ del agua ya que la solubilidad de este gas en el agua es muy superior a la que tiene en el aire.

Las reacciones de redox en los seres vivos

Los procesos en los que tiene lugar la transferencia de electrones o de protones son cruciales en el metabolismo celular.  Los seres vivos obtienen la mayor parte de su energía libre a partir de la oxidación de carbohidratos, grasas y ciertos aminoácidos.

Para entender la síntesis de ATP (adenosín tri fosfato) es el de energía libre que cuantifica la cantidad de energía disponible para efectuar trabajo. Cualquier reacción química , tenga ésta lugar en una célula o no ocurre sólo en la dirección de menor energía libre .  La síntesis de ATP es el de energía libre que cuantifica la cantidad de energía disponible para efectuar trabajo.  Cualquier reacción química, tenga ésta lugar en una célula ocurre sólo en la dirección de menor energía libre y aproximadamente el 40% de la energía libre desprendida por la oxidación de la glucosa se conserva en la conversión de ADP a ATP.

La respiración celular es una sucesión de reacciones químicas que ocurren dentro de la célula  permitiendo así la obtención de energía, a partir de los alimentos, que para incorporarse al ciclo de Krebs ser descompuestos previamente en pequeñas unidades denominadas grupos acetilo que a su vez se combinan con cuatro moleculas de carbono formando el oxalacetato que da lugar a la formación del ácido cítrico, produciendo CO₂, H₂O y energía.  Tiene lugar en distintas fases, pero la mayor cantidad de nucleótidos con valor energético se obtiene en la fase de la llamada respiración celular o ciclo de Krebs, aunque también se le conoce como ciclo del ácido cítrico o de los ácidos tricarboxílicos.

Consultar:  http://recursostic.educacion.es/ciencias/biosfera/web/alumno/2bachillerato/Fisiologia_celular/contenidos4.htm