¿Cómo el movimiento de los electrones, como en la respiración celular o las baterías, crea energía para ser utilizada en la vida y la electrónica, respectivamente?

Ian ha proporcionado una respuesta excelente para el flujo de electrones en las baterías. Es esencialmente electricidad.

El flujo de electrones en la respiración no es electricidad. La transferencia de electrones a través de la cadena de transporte de electrones se ve facilitada por la reducción de ciertas moléculas. Esta reducción elimina un protón (átomo de hidrógeno) del compuesto y libera un electrón en el proceso. Ese electrón se pasa por la cadena.

A medida que atraviesa cada complejo de la cadena, “arrastra” un protón de un lado de la membrana mitocondrial interna al otro. Esto genera lo que se conoce como fuerza motriz del protón. Un gradiente de protones artificialmente establecido.

Todas las moléculas desean alcanzar un equilibrio en lo que respecta a la concentración. Este deseo de equilibrio es lo que impulsa la ósmosis (un tema de clase de ciencias de 8º grado). Sin embargo, la membrana mitocondrial interna es impermeable a los protones. Esto es lo que permite el establecimiento del gradiente de protones.

El único camino para que los protones vuelvan a la matriz mitocondrial es a través de ATPasa. Este es un complejo mecanoquímico muy funky que utiliza el paso de protones para convertir el ADP en ATP, la moneda energética de todas las células metabólicamente activas.

En esencia, los electrones se liberan, los protones se “bombean”, se establece la fuerza motriz del protón, los gradientes químicos se convierten en energía mecánica en ATPasa, la energía mecánica se convierte de nuevo en energía química. Muy, muy diferente a la electricidad.

Estos términos de búsqueda te ayudarán en google: ‘cadena de transporte de electrones’, ‘fuerza motriz del protón’, ‘estructura mitocondrial’, ‘fosforilación oxidativa’.

Úsalos … te hará pensar qué intrincado y bien regulado es todo el proceso 🙂

Nota: esta es una descripción muy flexible del proceso de fosforilación por oxidación. He proclamado una serie de certezas que no son necesariamente ciertas, pero tomaría otras pocas miles de palabras para describirlas con todo detalle. Lo anterior simplemente representa la presentación del paradigma a nivel de “escuela secundaria” tal como lo entendemos hoy en día.

Estrictamente, lleva energía. La energía ya estaba allí.

En los dos casos que mencionas, tienes un combustible, los iones en la batería o el azúcar en la celda, que pueden perder energía al separarse y volverse a juntar en otra forma. Esta es la energía potencial química. El resto del sistema está básicamente construido para convertir esta energía de una reacción química en algo útil.

Examinaré una batería, es más fácil.

La batería tiene un fluido en el interior que va a generar iones positivos y negativos a través de una reacción química, y estos se difunden a los terminales. Los terminales están construidos de modo que uno atrae positivo y uno atrae iones negativos. Los iones negativos tienen un electrón demasiado: los iones positivos tienen un electrón muy pocos. Entonces el terminal negativo puede perder energía al perder electrones y el terminal positivo puede perder energía al obtenerlos, y los dos están separados por un aislador, por lo que no pueden comunicarse directamente.

Al conectarlos a un circuito, el terminal negativo empuja los electrones al circuito y el terminal positivo los empuja hacia atrás desde el otro extremo. Esto permite que la batería pierda energía, lo que le da energía al circuito.

¿Por qué no se escapa la reacción química en una batería? Está obstruido por sus propios productos de desecho de iones positivos y negativos. Neutralice estos conectando la batería y se crean más. Esta es la razón por la cual las baterías se descargan. También es la razón por la cual nunca debes intentar perforar una batería (el interior corrosivo intentará reaccionar contigo y con tus amigos) o quemarla (la reacción no fue calibrada para altas temperaturas, y en el peor de los casos, todo sucederá en una vez, liberando toda la energía restante.)

Funciona de forma muy parecida a como se puede usar el movimiento del agua para conducir máquinas. Si está de acuerdo con eso, entonces debería estar bien con la energía eléctrica a través de las corrientes eléctricas.

More Interesting