Reacciones Químicas con Oxígeno: Oxidación, Combustión y Velocidad de Reacción

Reacciones con el Oxígeno: Fundamentos y Tipos

El oxígeno es el elemento químico más abundante de la corteza terrestre. La mayoría de los elementos reaccionan con el oxígeno, dando lugar a una reacción de oxidación. Un caso particular de la reacción de oxidación es la denominada reacción de combustión.

Reacciones de Oxidación: Formación de Óxidos

En las reacciones de oxidación, el oxígeno se une al elemento de forma lenta y sin gran desprendimiento de energía, formando un compuesto llamado óxido:

Elemento + Oxígeno (O₂) → Óxido

La reacción contraria, en la que el óxido se descompone, produce el metal y libera oxígeno, también existe y se llama reacción de reducción:

Óxido (+ Calor) → Metal + Oxígeno

Impacto Ambiental y Económico de la Oxidación

Consecuencias Medioambientales: Lluvia Ácida y Efecto Invernadero

La formación de óxidos no siempre es ventajosa, ya que la oxidación de algunos no metales, como el carbono y el azufre, puede crear problemas medioambientales significativos. Por ejemplo, el CO₂ desprendido contribuye a aumentar el efecto invernadero. Asimismo, el SO₃ (trióxido de azufre, producto de la oxidación del azufre) es un precursor de la lluvia ácida, que tiene consecuencias nocivas para el entorno, sobre todo en lagos, ríos, arroyos, pantanos y otros medios acuáticos.

Perjuicios Económicos: Corrosión del Hierro

La oxidación de metales, como el hierro, produce grandes perjuicios económicos. El hierro es uno de los metales más utilizados en la industria y en la construcción, pero en presencia de oxígeno y humedad se oxida rápidamente y se corroe. Para evitarlo, se recubre de una capa de pintura y/o de una capa de otro metal que no se oxide, por ejemplo, de cromo, lo que se denomina cromado.

Reacciones de Combustión: Energía y Sostenibilidad

Las reacciones de combustión son reacciones de oxidación en las que una sustancia arde uniéndose al oxígeno y produce otras sustancias diferentes. La combustión es una reacción de oxidación rápida en la que se desprende calor y, frecuentemente, luz. La sustancia que arde se denomina combustible y la sustancia que mantiene la combustión se llama comburente.

Uno de los usos más frecuentes de las reacciones de combustión es la producción de energía. En la actualidad, los combustibles más utilizados son los hidrocarburos (compuestos derivados del petróleo formados por carbono e hidrógeno) que, en presencia de oxígeno, producen dióxido de carbono, agua y energía.

Así, por ejemplo, la reacción de combustión del metano (CH₄) es:

CH₄ (g) + 2 O₂ (g) → CO₂ (g) + 2 H₂O (g) + Energía

El CO₂ desprendido crea problemas medioambientales y contribuye a aumentar el efecto invernadero. Por este motivo, las investigaciones actuales se encaminan a la fabricación de vehículos no contaminantes, como los coches eléctricos.

Combustión en el Reino Animal: El Metabolismo

El metabolismo es el conjunto de cambios físicos y químicos que se originan en los seres vivos y que sirven, por un lado, para mantener sus funciones vitales (anabolismo) y, por otro, para generar la energía que necesitan (catabolismo).

Así, los alimentos ingeridos, ricos en hidratos de carbono, se descomponen, entre otros compuestos, en glucosa (C₆H₁₂O₆) que pasa desde el intestino a la sangre y de esta a las células, donde se producen las reacciones de combustión:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + Energía

Velocidad de una Reacción Química: Conceptos y Factores

La rapidez con la que se produce una reacción química nos la da la velocidad de reacción. La velocidad de reacción es la cantidad de sustancia que se forma o que desaparece en cada unidad de tiempo.

Factores que Afectan la Velocidad de Reacción

• Naturaleza de los Reactivos: Dos reacciones pueden ser similares y, sin embargo, sus velocidades pueden ser completamente distintas según los reactivos que se utilicen.
• Concentración de los Reactivos: La velocidad de una reacción aumenta al hacerlo la concentración de los reactivos.
• Superficie de Contacto entre los Reactivos: La velocidad es mayor cuanto mayor es la superficie de contacto entre los reactivos; esto se consigue con una mayor pulverización o utilizándolos en disolución.
• Presencia de Catalizadores: Los catalizadores son sustancias que cambian la velocidad de una reacción, aumentándola o disminuyéndola. Los primeros son catalizadores positivos y los segundos, negativos o inhibidores. Solo se necesita una cantidad muy pequeña de catalizador, y en la mayoría de las veces se recupera al final de la reacción.
• Temperatura: La velocidad de reacción suele aumentar con la temperatura. Se estima que un aumento de 10 ºC en una reacción hace que se duplique la velocidad.