Atmósfera reductora

Una atmósfera reductora es una condición atmosférica en la que se evita la oxidación mediante la eliminación de oxígeno y otros gases o vapores oxidantes, y que puede contener gases reductores activos como hidrógeno, monóxido de carbono y gases como como sulfuro de hidrógeno que sería oxidado por cualquier oxígeno presente. Aunque al principio de su historia la Tierra tenía una atmósfera reductora, hace unos 2.500 millones de años pasó a una atmósfera oxidante con oxígeno molecular (dioxígeno, O₂) como principal agente oxidante.

Operaciones de fundición

La misión principal de la fundición de hierro es la conversión de óxidos de hierro (minerales de hierro purificados) en hierro metálico. Esta reducción generalmente se efectúa utilizando una atmósfera reductora que consiste en una mezcla de gas natural, hidrógeno (H₂) y monóxido de carbono. El subproducto es dióxido de carbono.

Procesamiento de metales

En el procesamiento de metales, se utiliza una atmósfera reductora en los 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, de modo que se pueden utilizar cantidades diluidas de gases reductores. Normalmente, esto se logra mediante el uso de productos de combustión de combustibles y adaptando la proporción de CO:CO₂. Sin embargo, otras atmósferas reductoras comunes en las industrias de procesamiento de metales consisten en amoníaco disociado, vacío y/o mezcla directa de gases apropiadamente puros de N₂, Ar y H₂..

También se utiliza una atmósfera reductora para producir efectos específicos en los artículos cerámicos que se cuecen. Se produce una atmósfera reductora en un horno alimentado con combustible reduciendo el tiro y privando al horno de oxígeno. Este nivel disminuido de oxígeno provoca una combustión incompleta del combustible y eleva 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 vidriados porque permite que los metales del vidriado se vean en forma no oxidada. Una atmósfera reductora también puede afectar el color del cuerpo de arcilla. Si hay hierro presente en el cuerpo de arcilla, como ocurre en la mayoría de los gres, también se verá afectado por la atmósfera reductora.

En la mayoría de los incineradores comerciales, se crean exactamente las mismas condiciones para fomentar la liberación de vapores que contienen carbono. Estos humos luego se oxidan en túneles de requemado donde se inyecta oxígeno progresivamente. La reacción de oxidación exotérmica mantiene la temperatura de los túneles de requemado. Este sistema permite emplear temperaturas más bajas en la sección del incinerador, donde los sólidos se reducen volumétricamente.

Origen de la vida

Se especula ampliamente que la atmósfera de la Tierra primitiva se estaba reduciendo. 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. Algunas hipótesis sobre el origen de la vida invocan una atmósfera reductora formada por cianuro de hidrógeno (HCN). Los experimentos muestran que el HCN puede polimerizarse en presencia de amoníaco para dar una variedad de productos, incluidos aminoácidos.

El mismo principio se aplica a Marte, Venus y Titán. Este habría demostrado ser un buen entorno para que las cianobacterias desarrollaran las primeras vías metabólicas fotosintéticas, que aumentaron gradualmente la porción de oxígeno de la atmósfera, convirtiéndola en lo que se conoce como una atmósfera oxidante. Con mayores niveles de oxígeno, se podría haber permitido la evolución de una respiración aeróbica más eficiente, permitiendo que la vida animal evolucionara y prosperara.

En contraste con la supuesta atmósfera reductora temprana, existe evidencia de que los niveles de oxígeno atmosférico del Hadeano eran similares a los actuales. Estos resultados sugieren que los componentes básicos prebióticos fueron entregados 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 más temprana, pero no arrojan luz sobre el aumento mucho más posterior del oxígeno libre en el aire.