Apreciando El Oxígeno

Apreciando el Oxigeno.
Hilton M. Weiss.
Departamento de Química, Universidad Bard.

Desde hace algunos años, ha habido un interés tan popular por el oxígeno, que se ha convertido incluso, en nombre de musical de Broadway, una nueva revista de salud, una red de televisión, un proyecto de computación y el libro más reciente. A pesar de todo esto, y debido a su disponibilidad, su importanciacomo fuente de energía, comúnmente, es ignorada. Es más común hablar de combustibles fósiles, hidrógeno o carbohidratos como la mayor fuente de energía en Química y Biología, pero, estos compuestos son algunas de las moléculas orgánicas más estables que se pueden encontrar en la naturaleza. Estos compuestos están formados por fuertes enlaces y se combinan muy poco con cualquier otra molécula. Enefecto, los hidrocarburos fueron denominados parafinas por su poca afinidad para reaccionar. Además, el oxígeno es un dirradical que se enlaza con una energía de sólo 496 kJ mol -1 (1). Por el contrario, el átomo de oxígeno forma dos enlaces fuertes en cada uno de los productos de la combustión; dióxido de carbono (799 kJ mol-1) y agua (926 kJ mol -1). Como resultado, cada mol de oxígeno quereacciona libera, aproximadamente, 460 kJ 1. Es esa debilidad de enlace única en la molécula de oxígeno, lo que hace de la combustión una de las reacciones más exotérmicas que existen en la Química. Por otra parte, los fuertes enlaces que forman las moléculas orgánicas son muy similares a los fuertes enlaces que poseen los productos de la combustión. Así, en un sentido químico, la molécula de oxígeno esla fuente de energía y los otros “combustibles” son a duras penas vehículos que le permiten a cada átomo de oxígeno formar fuertes enlaces en los productos de la combustión. Es la relativa escasez de compuestos para reaccionar con el abundante oxigeno lo que lleva a desestimar la importancia del oxigeno.

Un llamativo resultado de este hecho es que el calor producto de la combustión de cualquiermolécula orgánica, puede ser calculado de forma aproximada, simplemente balanceando la reacción y determinando cuantos moles de oxígeno han reaccionado cuando la molécula orgánica es quemada. Por ejemplo, la oxidación del metano usa dos moles de oxígeno por mol de metano liberando aproximadamente 2 x 460 = 920kJ mol-1 de metano. El calor experimentalmente hallado en la combustión del metano es de890 kJ mol -1 (2). Para un mol de glucosa, que se combina con 6 moles de oxígeno para formar CO2 y agua, el valor calculado es de 2760 kJ mol -1, mientras que el valor experimental es de 2801 kJ mol -1 de glucosa (3). Por lo tanto, el calor de la combustión aproximado (u oxidación parcial) de cualquier molécula orgánica puede ser calculado con una aproximación razonablemente buena, simplementebalanceando la ecuación. Por su puesto, uno también puede calcular el valor calórico (calorías por gramo) de la sacarosa u otras comidas comunes con esta forma de aproximación. La amplitud de estos cálculos de puede ver en la Tabla 1. Aunque estos valores pueden no ser exactos, el valor conceptual de estos cálculos puede ser muy claro.

El papel del oxígeno como fuente de energía es mucho más obvioen los sistemas biológicos. La mayoría de los enlaces de ATP generados en el metabolismo de la glucosa derivan de la oxidación de átomos de hidrógeno que son removidos de los substratos orgánicos. El metabolismo aeróbico de la molécula de glucosa consume 6 moléculas de oxígeno y puede generar 38 enlaces de ATP. Esto crea una interrogante sobre el origen de la energía producida en el procesoanaeróbico. Sin oxígeno disponible, el metabolismo anaeróbico de la glucosa puede generar sólo 2 moléculas de ATP por molécula de glucosa. La pequeña cantidad de energía requerida para estos 2 enlaces de ATP viene del reordenamiento de los átomos de oxígeno de la molécula de carbohidrato para generar productos con estructuras de resonancia mejoradas. Nótese que no se consume oxígeno en estas dos...