Atmósfera reductora

Una atmósfera reductora es aquella en la que la oxidación se ve impedida por la ausencia de oxígeno y otros gases o vapores oxidantes, y que puede contener gases activamente reductores como hidrógeno , monóxido de carbono , metano y sulfuro de hidrógeno que se oxidarían fácilmente para eliminar cualquier oxígeno libre. Aunque la Tierra primitiva tenía una atmósfera prebiótica reductora antes del eón Proterozoico , a partir de hace unos 2.500 millones de años, a finales del Neoarcaico , la atmósfera terrestre experimentó un aumento significativo de oxígeno y pasó a ser una atmósfera oxidante con un excedente de oxígeno molecular ( dioxígeno , O₂ ₎ como principal agente oxidante .

La misión principal de una fundición de hierro es la conversión de óxidos de hierro (minerales de hierro purificados) en hierro metálico. Esta reducción se suele llevar a cabo mediante una atmósfera reductora compuesta por una mezcla de gas natural , hidrógeno (H₂ ₎ y monóxido de carbono . El subproducto es dióxido de carbono . ^{[ 1 ]}

En el procesamiento de metales, se utiliza una atmósfera reductora en hornos de recocido para aliviar las tensiones internas del metal sin corroerlo. Generalmente, se emplea un gas no oxidante, normalmente nitrógeno o argón , como gas portador para poder utilizar cantidades diluidas de gases reductores. Normalmente, esto se logra mediante el uso de los productos de combustión de los combustibles y ajustando la proporción de CO:CO₂ _{. Sin embargo, otras atmósferas reductoras comunes en la industria metalúrgica consisten en amoníaco disociado, vacío y la mezcla directa de gases de N₂} , Ar e H₂ _con la pureza adecuada . ^{[ 2 ]}

También se utiliza una atmósfera reductora para producir efectos específicos en las piezas cerámicas durante la cocción. Esta atmósfera se crea en un horno de leña reduciendo la corriente de aire y privando al horno de oxígeno. Esta disminución del oxígeno provoca una combustión incompleta del combustible y aumenta el nivel de carbono en el interior del horno. A altas temperaturas, el carbono se une a los óxidos metálicos utilizados como colorantes en los esmaltes, eliminándolos. Esta pérdida de oxígeno produce un cambio en el color de los esmaltes, ya que permite que los metales presentes en ellos se vean en su forma no oxidada. Una atmósfera reductora también puede afectar el color de la pasta cerámica. Si la pasta cerámica contiene hierro, como ocurre en la mayoría de las lozas , también se verá afectada por la atmósfera reductora.

En la mayoría de las incineradoras comerciales , se crean exactamente las mismas condiciones para favorecer la liberación de humos que contienen carbono. Estos humos se oxidan en túneles de recirculación donde se inyecta oxígeno progresivamente. La reacción de oxidación exotérmica mantiene la temperatura de los túneles de recirculación. Este sistema permite emplear temperaturas más bajas en la sección de incineración, donde se reduce el volumen de sólidos.

Se especula ampliamente que la atmósfera de la Tierra primitiva era reductora. El experimento de Miller-Urey , relacionado con algunas hipótesis sobre el origen de la vida, implicó reacciones en una atmósfera reductora compuesta por una mezcla de metano , amoníaco y sulfuro de hidrógeno . ^{[ 3 ] [ 4 ]} Algunas hipótesis sobre el origen de la vida invocan una atmósfera reductora compuesta de cianuro de hidrógeno (HCN). Los experimentos muestran que el HCN puede polimerizarse en presencia de amoníaco para dar varios productos, incluidos aminoácidos . ^{[ 5 ]} El mismo principio se aplica a Marte , Venus y Titán .

Se sospecha que las cianobacterias fueron los primeros fotoautótrofos que desarrollaron la fotosíntesis oxigénica , la cual, durante la segunda mitad del eón Arcaico , agotó todos los reductores en los océanos, la superficie terrestre y la atmósfera, aumentando gradualmente la concentración de oxígeno en la atmósfera y transformándola en lo que se conoce como una atmósfera oxidante. Este aumento de oxígeno provocó inicialmente una era glacial de 300 millones de años que devastó la biosfera , entonces dominada mayoritariamente por organismos anaerobios , obligando a las colonias anaerobias supervivientes a evolucionar en esteras microbianas simbióticas con los organismos aerobios recién evolucionados . Algunas bacterias aerobias se convirtieron finalmente en endosimbiontes dentro de otros organismos anaerobios (probablemente arqueas ), y la simbiogénesis resultante condujo a la evolución de un linaje de vida completamente nuevo: los eucariotas , que aprovecharon la respiración aeróbica mitocondrial para impulsar sus actividades celulares, permitiendo que la vida prosperara y evolucionara hacia formas cada vez más complejas. ^{[ 6 ]} El aumento de oxígeno en la atmósfera también creó finalmente la capa de ozono , que protegió de la dañina radiación ultravioleta ionizante que de otro modo habría fotodisociado el agua superficial y habría hecho imposible la vida en la tierra y en la superficie del océano.

En contraste con la hipótesis de una atmósfera reductora temprana, existe evidencia de que los niveles de oxígeno atmosférico del Hádico eran similares a los actuales. ^{[ 7 ]} Estos resultados sugieren que los componentes básicos prebióticos fueron transportados desde otras partes de la galaxia. Sin embargo, los resultados no contradicen las teorías existentes sobre la evolución de la vida desde organismos anaeróbicos a aeróbicos. Los resultados cuantifican la naturaleza de las moléculas de gas que contienen carbono, hidrógeno y azufre en la atmósfera primitiva, pero no aclaran el aumento mucho posterior del oxígeno libre en el aire. ^{[ 8 ]}

• Atmósfera terrestre : capa de gas que rodea la Tierra. 
• Gran Evento de Oxidación : Aumento repentino del oxígeno atmosférico durante el Paleoproterozoico. 
• Paleoclimatología – Estudio de los cambios en el clima antiguo 
• Paleoatmósfera – Atmósfera antigua, particularmente de la Tierra, en el pasado geológico. 
• Redox – Reacción química con cambios en el estado de oxidación