Siamo tutti portati a pensare che l'ossigeno sia essenziale per la vita. Per la nostra, sicuramente si. L'ossigeno è una molecola biatomica su cui facciamo affidamento e senza la quale non potremmo esistere. Tuttavia, gli scienziati ritengono che ci fosse poco ossigeno molecolare nella prima atmosfera della Terra. La vita si è evoluta per la prima volta in sua assenza.
Con l'evoluzione della fotosintesi nelle alghe blu-verdi, l'ossigeno è stato prodotto in grandi quantità come sottoprodotto del metabolismo fotosintetico delle alghe. Così l'ossigeno ha cominciato a entrare nell'atmosfera e nei nostri mari.
Per molto tempo, la maggior parte dell'ossigeno prodotto sulla Terra è stato in gran parte catturato attraverso l'ossidazione del ferro elementare a ossidi di ferro. Le prove di quel processo possono essere trovate nelle bellissime formazioni di strati rocciosi contenenti ferro, descritti meglio QUI.
Alla fine, l'ossigeno iniziò a entrare nell'atmosfera. Allo stesso modo, alcune forme di vita si sono evolute per fare buon uso dell'ossigeno molecolare altamente reattivo attraverso il processo della respirazione. Il livello di ossigeno nella nostra atmosfera attuale è adatto per la vita degli organismi respiratori che fanno affidamento sull'ossigeno come elemento essenziale del metabolismo.
L'ossigeno nell'atmosfera è anche un ingrediente essenziale per l'evoluzione darwiniana. La reazione che porta all'arrugginirsi della limatura di ferro è il fondamento chimico che ha portato ai nostri grandi depositi di ossidi di ferro nella Terra e alle formazioni di ferro fasciate.
In quel processo, il ferro elementare incontra l'ossigeno molecolare. Il ferro dona elettroni e viene ossidato. L'ossigeno accetta gli elettroni e si riduce. Parte dell'ossigeno ridotto si combina con il ferro per produrre ossidi di ferro, che riconosciamo dal caratteristico colore ruggine.
La natura essenziale dei processi di ossidazione e di riduzione consiste nel fatto che gli elettroni vengono trasferiti da una specie all'altra. Se possono essere trasferiti dal ferro elementare all'ossigeno, possono anche essere ritrasferiti dall'ossigeno ridotto al ferro ossidato. Quindi il processo di formazione della ruggine è reversibile. Possiamo arrugginire il ferro, ma possiamo anche estrarlo e ricavarne ferro elementare: è quello che si fa negli altiforni, alternando il minerale di ferro a strati di coke e di fondenti.
Lo studio generale dell'ossidazione e della riduzione è noto come elettrochimica. È un campo di studio che è al centro di molti processi industriali, come la siderurgia e le varie metallurgie, e anche al centro del nostro studio della vita su Terra.
Perché non sono solo gli esseri umani che hanno scoperto l'utilità dell'ossidazione e della riduzione: la vita come la conosciamo, sia essa batterica o umana, non sarebbe possibile senza il processo ciclico di ossidazione e riduzione reversibile.
Nelle cellule, a ossidarsi e a ridursi in modo reversibile sono particolari molecole, alcune delle quali contengono ferro, come i citocromi o come l'emoglobina.
Redox reversibili le sfruttiamo anche nella vita di tutti i giorni: l'accumulatore del nostro smartphone usa una reazione redox spontanea per convertire energia chimica in energia elettrica; viceversa, quando noi mettiamo in carica lo smartphone, forniamo energia elettrica che è convertita in energia chimica. La prima reazione è esoergonica, la seconda è endoergonica.
Intanto che scrivo queste poche idee, buone per noi - comuni mortali e disimpegnati fruitori del web - qualcuno è sicuramente impegnato a fare esercizi per imparare a bilanciare le reazioni di ossido-riduzione. Arriverà pure il 27 di questo mese...
...e allora verificheremo se questo (più di) qualcuno ha imparato. Buono studio, ragazzi!
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