Una atmósfera reductora es una condición atmosférica en la que la oxidación se evita 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 había tenido una atmósfera prebiótica reductora antes del eón Proterozoico , a partir de hace unos 2.500 millones de años en el período Neoarcaico tardío , la atmósfera de la Tierra experimentó un aumento significativo de oxígeno y pasó a una atmósfera oxidante con un excedente de oxígeno molecular ( dioxígeno , O 2 ) como agente oxidante primario .
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 lleva a cabo normalmente utilizando una atmósfera reductora que consiste en una mezcla de gas natural , hidrógeno (H2 ) y monóxido de carbono . El subproducto es el dióxido de carbono . [1]
En el procesamiento de metales, se utiliza una atmósfera reductora en hornos de recocido para relajar las tensiones del metal sin corroerlo. Normalmente se utiliza un gas no oxidante, normalmente nitrógeno o argón , como gas portador para poder utilizar cantidades diluidas de gases reductores. Normalmente, esto se consigue utilizando los productos de combustión de los combustibles y adaptando la relación de CO:CO 2 . Sin embargo, otras atmósferas reductoras habituales en las industrias de procesamiento de metales consisten en amoníaco disociado, vacío y/o mezcla directa de gases adecuadamente puros de N 2 , Ar y H 2 . [2]
También se utiliza una atmósfera reductora para producir efectos específicos en los objetos de cerámica que se están horneando. Una atmósfera reductora se produce en un horno de combustión a combustible al reducir la corriente de aire y privar al horno de oxígeno. Este nivel disminuido de oxígeno provoca una combustión incompleta del combustible y aumenta el nivel de carbono dentro del horno. A altas temperaturas, el carbono se unirá y eliminará el oxígeno de los óxidos metálicos utilizados como colorantes en los esmaltes. Esta pérdida de oxígeno da como resultado un cambio en el color de los esmaltes porque permite que los metales en el esmalte se vean en una forma no oxidada. Una atmósfera reductora también puede afectar el color del cuerpo de arcilla. Si el hierro está presente en el cuerpo de arcilla, como ocurre en la mayoría de las cerámicas , entonces también se verá afectado por la atmósfera reductora.
En la mayoría de los incineradores comerciales se crean exactamente las mismas condiciones para favorecer la liberación de humos que contienen carbono. Estos humos se oxidan luego en túneles de recombustión donde se inyecta oxígeno progresivamente. La reacción de oxidación exotérmica mantiene la temperatura de los túneles de recombustión. Este sistema permite emplear temperaturas más bajas en la sección del incinerador, donde los sólidos se reducen volumétricamente.
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 atmósfera mixta de metano , amoníaco y sulfuro de hidrógeno . [3] [4] Algunas hipótesis sobre el origen de la vida invocan una atmósfera reductora que consiste en cianuro de hidrógeno (HCN). Los experimentos muestran que el HCN puede polimerizarse en presencia de amoníaco para dar una variedad de productos, incluidos los aminoácidos . [5] El mismo principio se aplica a Marte , Venus y Titán .
Se sospecha que las cianobacterias son los primeros fotoautótrofos que desarrollaron la fotosíntesis oxigénica , que durante la segunda mitad del eón Archaen acabó agotando todos los reductores de los océanos, la superficie terrestre y la atmósfera de la Tierra, aumentando gradualmente la concentración de oxígeno en la atmósfera, cambiándola a lo que se conoce como una atmósfera oxidante. Este aumento de oxígeno condujo inicialmente a una edad de hielo de 300 millones de años que devastó la biosfera , entonces dominada principalmente por anaerobios , y obligó a las colonias anaeróbicas supervivientes a evolucionar en tapetes microbianos simbióticos con los aerobios recién evolucionados . Algunas bacterias aeróbicas acabaron convirtiéndose en endosimbiontes dentro de otras anaerobias (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, lo que permitió que la vida prosperara y evolucionara hacia formas cada vez más complejas. [6] El aumento de oxígeno en la atmósfera también acabó creando la capa de ozono , que protegió de la dañina radiación ultravioleta ionizante que de otro modo habría fotodisociado el agua superficial y hecho imposible la vida en la tierra y en la superficie del océano.
En contraste con la hipótesis de que la atmósfera primitiva era reductora, existen pruebas de que los niveles de oxígeno atmosférico del Hádico eran similares a los de la actualidad. [7] Estos resultados sugieren que los componentes básicos prebióticos fueron traídos desde otras partes de la galaxia. Sin embargo, los resultados no contradicen las teorías existentes sobre el viaje de la vida desde los organismos anaeróbicos a los aeróbicos. Los resultados cuantifican la naturaleza de las moléculas de gas que contienen carbono, hidrógeno y azufre en la atmósfera primitiva, pero no arrojan luz sobre el surgimiento mucho más posterior del oxígeno libre en el aire. [8]