La evolución de oxígeno es el proceso de generar oxígeno molecular (O 2 ) mediante una reacción química , generalmente a partir del agua. La evolución del oxígeno del agua se realiza mediante la fotosíntesis oxigénica , la electrólisis del agua y la descomposición térmica de varios óxidos. El proceso biológico sustenta la vida aeróbica. Cuando industrialmente se requiere oxígeno relativamente puro, se aísla destilando aire licuado. [1]
La evolución fotosintética del oxígeno es el proceso fundamental mediante el cual se genera oxígeno en la biosfera terrestre . La reacción forma parte de las reacciones de la fotosíntesis dependientes de la luz en las cianobacterias y los cloroplastos de las algas verdes y las plantas . Utiliza la energía de la luz para dividir una molécula de agua en protones y electrones para la fotosíntesis. El oxígeno libre, generado como subproducto de esta reacción, se libera a la atmósfera . [2] [3]
La oxidación del agua es catalizada por un cofactor que contiene manganeso contenido en el fotosistema II , conocido como complejo de evolución de oxígeno (OEC) o complejo de división del agua. El manganeso es un cofactor importante y también se requieren calcio y cloruro para que se produzca la reacción. [4] La estequiometría de esta reacción es la siguiente:
Los protones se liberan en la luz del tilacoide , contribuyendo así a la generación de un gradiente de protones a través de la membrana del tilacoide. Este gradiente de protones es la fuerza impulsora para la síntesis de trifosfato de adenosina (ATP) mediante la fotofosforilación y el acoplamiento de la absorción de energía luminosa y la oxidación del agua para la creación de energía química durante la fotosíntesis. [5]
No fue hasta finales del siglo XVIII que Joseph Priestley descubrió accidentalmente la capacidad de las plantas para "restaurar" el aire que había sido "dañado" por la quema de una vela. Continuó el experimento demostrando que el aire "restaurado" por la vegetación "no era en absoluto inconveniente para un ratón ". Más tarde recibió una medalla por sus descubrimientos de que "...ningún vegetal crece en vano... sino que limpia y purifica nuestra atmósfera". Los experimentos de Priestley fueron evaluados más a fondo por Jan Ingenhousz , un médico holandés, quien luego demostró que la "restauración" del aire sólo funcionaba en presencia de luz y partes verdes de plantas. [4]
Junto con el hidrógeno (H 2 ), el oxígeno se desprende mediante la electrólisis del agua . El objetivo de la electrólisis del agua es almacenar energía en forma de gas hidrógeno, un combustible de combustión limpia. La "reacción de evolución de oxígeno (REA) es el principal obstáculo [para la electrólisis del agua] debido a la cinética lenta de esta reacción de transferencia de cuatro electrones". [6] Todos los catalizadores prácticos son heterogéneos .
Los electrones (e − ) se transfieren del cátodo a los protones para formar gas hidrógeno. La media reacción , equilibrada con ácido, es:
En el ánodo cargado positivamente, se produce una reacción de oxidación que genera oxígeno gaseoso y libera electrones al ánodo para completar el circuito:
La combinación de cualquiera de los dos pares de media reacción produce la misma descomposición general de agua en oxígeno e hidrógeno:
Aunque algunos óxidos metálicos eventualmente liberan O2 cuando se calientan, estas conversiones generalmente requieren altas temperaturas. Algunos compuestos liberan O2 a temperaturas suaves. Los generadores químicos de oxígeno consisten en compuestos químicos que liberan O 2 cuando son estimulados, generalmente por calor. Se utilizan en submarinos y aviones comerciales para proporcionar oxígeno de emergencia. El oxígeno se genera mediante la descomposición a alta temperatura del clorato de sodio : [1]
El permanganato de potasio también libera oxígeno al calentarse, pero el rendimiento es modesto.