Clase 8 · Efecto invernadero
Fuentes y sumideros: las reacciones
Simbólico
Idea central. Los flujos del ciclo del carbono se escriben como ecuaciones químicas balanceadas, y el balanceo muestra que los átomos se reacomodan sin crearse ni destruirse.
Qué necesitás traer
- Clase 2: Ciclo rápido y ciclo lento
- Unidad 4 del programa
Recordatorio corto: el carbono pasa de un reservorio a otro por flujos, en un circuito rápido y otro lento, y en cada tramo viaja en una sustancia distinta: $\mathrm{CO_2}$, azúcares, $\mathrm{CaCO_3}$ (clase 2). De la Unidad 4 traés cómo se lee una fórmula (qué átomos y cuántos de cada uno) y qué es una ecuación química.
Desarrollo
La ecuación como flujo
Un flujo del ciclo del carbono se puede escribir como una ecuación química. La leemos así:
| Parte de la ecuación | Qué representa en el ciclo |
|---|---|
| Izquierda (reactivos) | Las sustancias tal como están en el reservorio de origen |
| Flecha | El proceso: el flujo |
| Derecha (productos) | Las sustancias tal como llegan al reservorio de destino |
| Números delante de cada fórmula (coeficientes) | Cuántas moléculas de cada sustancia participan |
Una ecuación está balanceada cuando de cada elemento hay la misma cantidad de átomos a los dos lados. Eso no es una regla de escritura: dice que en la reacción los átomos se reacomodan en otras sustancias, sin crearse ni destruirse.
Las cuatro reacciones
1. Combustión del metano (gas natural)
$$\mathrm{CH_4 + 2\,O_2 \rightarrow CO_2 + 2\,H_2O}$$
| Elemento | Izquierda | Derecha |
|---|---|---|
| C | 1 (en $\mathrm{CH_4}$) | 1 (en $\mathrm{CO_2}$) |
| H | 4 (en $\mathrm{CH_4}$) | $2 \times 2 = 4$ (en $\mathrm{2\,H_2O}$) |
| O | $2 \times 2 = 4$ (en $\mathrm{2\,O_2}$) | $2 + 2 = 4$ ($\mathrm{CO_2}$ y $\mathrm{2\,H_2O}$) |
2. Fotosíntesis
$$\mathrm{6\,CO_2 + 6\,H_2O \xrightarrow{\ \text{luz}\ } C_6H_{12}O_6 + 6\,O_2}$$
| Elemento | Izquierda | Derecha |
|---|---|---|
| C | 6 (en $\mathrm{6\,CO_2}$) | 6 (en $\mathrm{C_6H_{12}O_6}$) |
| H | $6 \times 2 = 12$ | 12 |
| O | $12 + 6 = 18$ | $6 + 12 = 18$ |
La palabra «luz» sobre la flecha indica que la reacción ocurre solo si la planta recibe luz.
3. Respiración
$$\mathrm{C_6H_{12}O_6 + 6\,O_2 \rightarrow 6\,CO_2 + 6\,H_2O}$$
| Elemento | Izquierda | Derecha |
|---|---|---|
| C | 6 | 6 |
| H | 12 | $6 \times 2 = 12$ |
| O | $6 + 12 = 18$ | $12 + 6 = 18$ |
4. Liberación de CO₂ desde la roca caliza (vulcanismo)
$$\mathrm{CaCO_3 \xrightarrow{\ \text{calor}\ } CaO + CO_2}$$
| Elemento | Izquierda | Derecha |
|---|---|---|
| Ca | 1 | 1 |
| C | 1 | 1 |
| O | 3 | $1 + 2 = 3$ |
Los volcanes liberan $\mathrm{CO_2}$ que estaba guardado en las rocas. Lo que pasa adentro de la Tierra es más complicado que una sola reacción: esta ecuación es un modelo simplificado que muestra de dónde sale ese carbono (la caliza, $\mathrm{CaCO_3}$, de la clase 2) cuando la roca se calienta mucho.
Fuentes: NASA Earth Observatory, The Carbon Cycle (fotosíntesis y respiración como procesos inversos, carbono de rocas liberado por volcanes, caliza); Ciclo de carbono.pdf, diap. 9 ($\mathrm{CaCO_3}$, erupciones). Las fórmulas y el balanceo son de la Unidad 4.
Fuentes y sumideros
Mirando el $\mathrm{CO_2}$ de la atmósfera, un proceso es fuente si le agrega $\mathrm{CO_2}$ (aparece a la derecha de la ecuación) y es sumidero si se lo quita (aparece a la izquierda).
| Proceso | Ecuación | Para el CO₂ atmosférico | Reservorio de origen → destino del carbono | Circuito |
|---|---|---|---|---|
| Combustión de metano | $\mathrm{CH_4 + 2\,O_2 \rightarrow CO_2 + 2\,H_2O}$ | Fuente | Combustibles fósiles → atmósfera (todos los fósiles más el cemento: 9,4 PgC/año) | Pasa carbono del lento al rápido |
| Fotosíntesis | $\mathrm{6\,CO_2 + 6\,H_2O \rightarrow C_6H_{12}O_6 + 6\,O_2}$ | Sumidero | Atmósfera → vegetación (113 PgC/año) | Rápido |
| Respiración | $\mathrm{C_6H_{12}O_6 + 6\,O_2 \rightarrow 6\,CO_2 + 6\,H_2O}$ | Fuente | Seres vivos → atmósfera (111,1 PgC/año, con fuego) | Rápido |
| Vulcanismo | $\mathrm{CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2}$ (modelo) | Fuente | Rocas → atmósfera (0,1 PgC/año) | Lento |
La combustión y el vulcanismo son fuentes los dos, pero no son lo mismo: el vulcanismo mueve unos 0,1 PgC por año y la quema de combustibles fósiles y el cemento, unos 9,4 (IPCC, Fig. 5.12).
¿La fotosíntesis es la combustión al revés?
| Fotosíntesis | Respiración | Combustión de metano | |
|---|---|---|---|
| Sustancia con carbono que participa | Produce glucosa | Consume glucosa | Consume metano |
| Coeficientes | 6 : 6 → 1 : 6 | 1 : 6 → 6 : 6 | 1 : 2 → 1 : 2 |
| Qué la hace ocurrir | Luz | Ocurre dentro de los seres vivos | Una chispa o llama la inicia |
Si das vuelta la ecuación de la fotosíntesis obtenés la de la respiración, no la de la combustión de metano: tienen sustancias y coeficientes distintos. Las tres se parecen en que intercambian carbono entre una sustancia con carbono y el $\mathrm{CO_2}$.
Láminas para descargar
Fuentes y sumideros
Actividades
1. Balanceo guiado: el propano de la garrafa
El gas de las garrafas es sobre todo propano, $\mathrm{C_3H_8}$. Al quemarse con oxígeno produce dióxido de carbono y agua. Partí de la ecuación sin balancear:
$$\mathrm{C_3H_8 + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O}$$
- Carbono. ¿Cuántos C hay a la izquierda? Poné el coeficiente del $\mathrm{CO_2}$ para que haya los mismos a la derecha.
- Hidrógeno. ¿Cuántos H hay a la izquierda? Cada $\mathrm{H_2O}$ tiene 2. Poné el coeficiente del agua.
- Oxígeno. Contá los O de la derecha (en el $\mathrm{CO_2}$ y en el agua). Cada $\mathrm{O_2}$ tiene 2. Poné el coeficiente del oxígeno.
- Verificación. Completá la tabla con el conteo final:
| Elemento | Izquierda | Derecha | ¿Iguales? |
|---|---|---|---|
| C | … | … | … |
| H | … | … | … |
| O | … | … | … |
Ver la ecuación balanceada para comparar
$$\mathrm{C_3H_8 + 5\,O_2 \rightarrow 3\,CO_2 + 4\,H_2O}$$
C: 3 a la izquierda, 3 a la derecha. H: 8 a la izquierda, $4 \times 2 = 8$ a la derecha. O: $5 \times 2 = 10$ a la izquierda, $3 \times 2 + 4 = 10$ a la derecha.
2. De la ecuación al mundo
Elegí una de las cuatro reacciones de la clase (o la del propano) y respondé, sin repetir la ecuación:
- ¿Qué se vería o se podría medir en el mundo real mientras ocurre? (Pensá en una planta, una hornalla, un volcán, tu respiración.)
- ¿Qué reservorio pierde masa de carbono y cuál la gana? Usá la tabla de fuentes y sumideros.
- ¿Qué fórmula de la ecuación te dice dónde estaba el carbono antes y cuál dónde está después?
3. El carbono no se crea
Afirmación a defender: la ecuación de la combustión demuestra que quemar combustibles no crea carbono.
Autoevaluación
Ocho preguntas. Al elegir una opción aparece una explicación: leela aunque hayas acertado.
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