martes, 17 de mayo de 2011

REACCIONES OXIDO REDOx

TEMA 1: REACCIONES OXIDO- REDUCCIÓN

REACCIONES REDOX.

¿Qué son?
Son aquellas reacciones en las cuales los átomos experimentan cambios del número de oxidación. En ellas hay transferencia de electrones y el proceso de oxidación y reducción se presentan simultáneamente, un átomo se oxida y otro se reduce. En estas reacciones la cantidad de electrones perdidos es igual a la cantidad de electrones ganados. (1)

Conceptos básicos.
Los términos “oxidación” y “reducción” provienen de reacciones que se han conocido durante siglos. Las antiguas civilizaciones aprendieron cómo transformar los óxidos y sulfuros metálicos en el metal, es decir, cómo reducir el mineral a metal. Un ejemplo es la reducción del óxido de hierro (III) con monóxido de carbono para obtener hierro metálico.



En esta reacción el monóxido de carbono es el agente que lleva a cabo la reducción del mineral de hierro para obtener el hierro metálico, de modo que el monóxido de carbono se le denomina el agente reductor.
Cuando Fe2O3  se reduce con monóxido de carbono, se retira oxígeno del mineral hierro y se agrega al monóxido de carbono, el cual se oxida por la adición del oxígeno para dar dióxido de carbono. Cualquier proceso en el cual se agrega oxígeno a otra sustancia es una oxidación. En la oxidación de oxígeno con magnesio, por ejemplo, el oxígeno es el agente oxidante, porque es el agente responsable de la oxidación.
Las observaciones experimentales aquí descritas señalan hacia varias conclusiones importantes:
Ø    Cuando una sustancia se oxida, otra sustancia en la misma reacción debe reducirse. Por este motivo, estas reacciones a menudo se llaman reacciones de óxido-reducción o reacciones redox.
Ø    El agente reductor se oxida y el agente oxidante se reduce.
Ø    La oxidación es lo opuesto de la reducción. Por ejemplo, la remoción de oxígeno es una reducción y la adición de oxígeno es una oxidación.
Sin embargo no en todas las reacciones redox participa el oxígeno, pero todas las reacciones de oxidación y reducción incluyen una transferencia de electrones entre sustancias. Cuando una sustancia acepta electrones, se dice que se ha reducido porque disminuye la carga de un átomo de la sustancia. Por ejmplo: el Ag+ se reduce al Ag(s) sin carga, al aceptar eslectrones del cobre metálico en la siguiente ecuación iónica.

Como el cobre metálico suministra los electrones y ocasiona que el ión Ag+ se reduzca, se dice que el Cu es el agente reductor.
Cuando una sustancia pierde electrones, aumenta la carga positiva de un átomo de la sustancia y se dice que la sustancia se ha oxidado. En el ejemplo anterior, el cobre metálico libera electrones para formar Cu+2, de modo que se oxida. Para que esto ocurra, debe haber algo disponible para llevarse los electrones que ofrece el cobre. En este caso, el Ag+ es el agente que ocasiona que el Cu metálico se oxide y Ag+ es el agente oxidante. En toda reacción de óxido-reducción, un reactivo se reduce y otro reactivo se oxida. (2)

POTENCIAL REDOX

Es la fuerza relativa, en términos de poseer más o menos poder de entrega o aceptar electrones, según sea un reductor o un oxidante. (3)

Las reacciones de oxidación y reducción regulan el comportamiento de muchos compuestos químicos presentes en cuerpos de agua naturales.  La reactividad, solubilidad y movilidad cíclica de elementos esenciales para los sistemas biológicos (ej. Fe, S, N, C, P, y varios elementos metálicos) son afectados por cambios en el potencial redox. Al mismo tiempo, el potencial redox afecta la distribución y la actividad metabólica de microorganismos.
La distribución espacial de microorganismos aerobios y anaerobios está determinada principalmente por el potencial redox del ambiente.  Los microorganismos aerobiosestrictos son metabólicamente activos a potenciales redox positivos, mientras que los anaerobios estrictos (ej. metanobacterias) demuestran actividad metabólica, solo a potenciales redox negativos.  Los microorganismos anaerobios facultativos demuestran actividad metabólica sobre un rango amplio de valores de potenciales  redox.  Estos utilizan oxígeno como aceptador final de los electrones a valores de  potencial redox altos.  Cuando el potencial redox es bajo, algunos de estos microorganismos llevan a cabo reacciones de fermentación mientras otros obtienen energía a través de la respiración anaerobia. 
Variaciones pequeñas en el potencial redox pueden ocasionar cambios en la nutrición y fisiología de determinados microorganismos.  Una reducción en el potencial redox de la columna de agua puede causar que diatomeas bénticas cambien su patrón metabólico típico de autotrofía a uno de heterotrofía y que bacterias anaerobias facultativas cambien su patrón metabólico de una respiración aerobia a una respiración anaerobia o a reacciones de fermentación (Lynch y Poole, 1979).
Cambios en el potencial redox generan, a su vez, cambios en el estado redox de varios nutrientes esenciales.  La solubilidad de muchos micronutrientes esenciales como el hierro (Fe) y el manganeso (Mn) es afectada por el estado redox de la molécula.
Cuando el potencial redox es alto, hierro y manganeso existen en forma trivalente y tetravalente respectivamente (Fe3+; Mn+4).  Estas formas ionizadas son insolubles y no accesibles para el consumo microbiano.  Las formas bivalentes de estos metales (Fe2+ y Mn2+) se generan a potenciales bajos, son solubles en agua y fáciles de incorporar por los microorganismos.  Las reacciones redox favorecen la disolución de algunas especies químicas (ej. Fe(OH)3 → Fe2+) y la inmovilización o escape de otras (ej. Fe2+ → FeS; CO2 → CH4.
Generalmente, el potencial redox es afectado por la concentración de oxígeno disuelto.
Según baja el potencial redox en aguas y sedimentos, se observa una disminución en la concentración de oxígeno disuelto y la reducción de iones y moléculas importantes para la nutrición de microorganismos y formas de vida superior. Dicha relación es particularmente observada en ambientes acuáticos eutróficos, en cuerpos de agua con una estratificación termal marcada y en cuerpos de agua contaminados con altas concentraciones de materia orgánica oxidable.  Ambientes de agua dulce en equilibrio con el oxígeno atmosférico, tienen valores alrededor de +800 mV (0.8V), mientras
que el potencial redox para aguas oceánicas superficiales generalmente oscila entre
+400 y +435 mV (a un pH entre 7.6 y 8.3).  Cuando la tensión de oxígeno en dichos ambientes disminuye, el potencial redox también baja. (4)

RADICALES LIBRES

Nuestro cuerpo esta compuesto por moléculas, o agrupaciones de átomos, cuyos electrones están habitualmente emparejados. Este emparejamiento da estabilidad electroquímica a la molécula.                
Si por algún motivo un electrón de un átomo o una molécula queda libre, su inestabilidad le llevará a buscar otro para completar el par. Esto es un radical libre (RL). Dado que los electrones no circulan solos por ahí, lo robará de otra molécula, que a su vez se quedará con un electrón desapareado, convirtiéndose así en otro radical libre, que a su vez tratará de emparejar su electrón. Y así sucesivamente. Si esto no se para, se desencadena un proceso que puede acabar por lesionar las células.                                             
El estrés oxidativo se produce cuando la exposición a los RL es mayor que lo que nuestras enzimas antioxidantes son capaces de neutralizar, y a la vez el consumo de antioxidantes en la alimentación es insuficiente para compensar ese desequilibrio. Esta situación, mantenida en el tiempo, puede acelerar el envejecimiento y crear un terreno propicio al desarrollo de enfermedades degenerativas.               
Además de los RL de producción interna, están los externos: productos químicos presentes en el aire, el agua y los alimentos, humos, exposición a los rayos ultravioleta, etc. Actualmente, la exposición de los humanos a los RL es mayor que nunca, debido al mayor grado de contaminación. Por eso es tan importante contar con fuentes externas de antioxidantes, que nos ayuden a conseguir ese equilibrio.

Un RL puede afectar cualquier tejido. Las membranas celulares tienen en su composición ácidos grasos poliinsaturados (omega-6, omega-3). Estos son los que dan a las células su flexibilidad. Pero estas grasas son muy inestables y tienen una mayor propensión a oxidarse que las monoinsaturadas (aceite de oliva) o las saturadas. Son, por tanto, muy sensibles a la acción de los RL.                                                  Además de las membranas de las celulas, pueden afectarse partes del citoplasma, o incluso el ADN. Cuando afecta al ADN, aumentan las posibilidades de errores genéticos cuando la célula se reproduce, incrementándose el riesgo de cáncer.                                                                                                      
Los RL atacan diversos tejidos: capilares, terminaciones nerviosas, compuestos de colágeno y elastina, lipidos sanguíneos (LDL), etc. En suma, los efectos son generales. Órganos especialmente sensibles son:
 El cerebro, ya que su estructura incluye una cantidad importante de A.G poliinsaturados de cadena larga. En enfermedades como el Alzheimer y la demencia senil se produce un deterioro acelerado de la estructura cerebral. Merece la pena proteger el cerebro en lo posible.
Sistema cardiovascular. La formación de una placa de ateroma suele iniciarse con una lesión en la arteria. Una de las vías en que se produce esta lesión es mediante la oxidación del colesterol LDL (colesterol malo). Los RL también afectan los capilares.
Articulaciones. Las lesionesen la elastina y el colágeno favorecen los procesos de desgaste de las articulaciones (artrosis).
 Piel. Cuando se afecta el colágeno, se acelera el envejecimiento de la piel.
Vista. La retina está compuesta por una gran cantidad de ácidos grasos omega-3, lo que la hace muy sensible a la carga oxidante.



 ANTIOXIDANTE
Es una sustancia capaz de neutralizar la acción de un radical libre, sin por ello resultar oxidada ni perder su estabilidad. Muchos alimentos vegetales los contienen en gran cantidad. Son las mismas sustancias que les protegen de ser fácilmente oxidados por la acción del aire y el sol. (5)



BIBLIOGRAFIA 
(1) http://www.salonhogar.net/quimica/nomenclatura_quimica/Oxido_reduccion.htm
(2) John C. Kotz, Paul  M.Treichel, Gabriela C. Weaver. Química y reactividad química. Cengage Learning editores, 2005 -1292 páginas.
(3) Rafael Larrain Ibáñez, Luis Carlos de Freitas Morcelli. Química general modulos 5-6-7. Editorial jurídica de chile.
(5) http://www.holistika.net/nutricion/articulos/antioxidantes_radicales_libres_y_envejecimiento.asp