Potencial de oxidorreducción

Qué es el potencial de oxidorreducción

"Potencial" comparte la raíz latina potentia de toda esta familia de términos. "Oxidorreducción" es una palabra compuesta y relativamente reciente: une "oxidación", del francés oxygène acuñado por Lavoisier en el siglo XVIII, con "reducción", del latín reducere, "volver a llevar", aplicado en química desde que se observó que ciertos metales "vuelven" a su forma elemental al perder el oxígeno con el que se habían combinado. En inglés, la contracción de ambas palabras dio la forma abreviada "redox", hoy también habitual en español.

Toda reacción de oxidorreducción implica, por definición, una transferencia de electrones: una sustancia los cede (se oxida) y otra los recibe (se reduce), y ambos procesos ocurren siempre a la vez, nunca por separado. El potencial de oxidorreducción cuantifica cuánta "fuerza impulsora" eléctrica tiene esa transferencia cuando las dos semirreacciones se separan físicamente y se conectan mediante un circuito externo, como ocurre en una pila voltaica.

Cómo se mide

No es posible medir el potencial de una única semirreacción de forma aislada; todo lo que un voltímetro puede registrar es una diferencia entre dos electrodos. Por eso la química adoptó una referencia universal, el electrodo estándar de hidrógeno, al que por convenio se le asigna un potencial de cero voltios en cualquier condición. El potencial de cualquier otra semirreacción se obtiene, entonces, conectándola a ese electrodo de referencia y leyendo la diferencia de voltaje resultante.

Cuando las condiciones se apartan de las estándar (concentración distinta de 1 molar, temperatura distinta de 25 grados centígrados o presión distinta de 1 atmósfera), el valor real se calcula mediante la ecuación de Nernst, que corrige el potencial teórico en función de esas concentraciones. El detalle de esa corrección, y de las condiciones normalizadas de partida, corresponde a la entrada dedicada al potencial de oxidorreducción estándar.

Importancia biológica

La vida depende, en un nivel muy básico, de cadenas de reacciones redox organizadas en serie, cada una con un potencial algo más positivo que la anterior. El ejemplo más estudiado es la cadena de transporte de electrones mitocondrial: el NADH cede sus electrones a una serie de complejos proteicos que, escalón a escalón, los llevan hasta el oxígeno, el aceptor final. Cada paso de esa cadena libera una pequeña cantidad de energía, que la célula aprovecha para bombear protones y sintetizar ATP, un mecanismo que puede consultarse con más detalle en la entrada dedicada a la fosforilación oxidativa.

Fuera de la mitocondria, el equilibrio entre especies oxidantes y reductoras también condiciona el llamado estado redox celular, relevante en procesos tan distintos como la señalización intracelular, el envejecimiento o la respuesta a determinados fármacos. Un desplazamiento sostenido hacia un ambiente más oxidante se asocia, en la literatura bioquímica, con el estrés oxidativo y con el daño acumulativo a lípidos, proteínas y ácidos nucleicos.

Clasificación y convenciones de signo

Por convención internacional, los potenciales se tabulan siempre como potenciales de reducción: cuanto más positivo el valor, mayor la tendencia de la especie oxidada a aceptar electrones y actuar, por tanto, como agente oxidante. Las especies con potenciales muy negativos, en cambio, ceden electrones con facilidad y se comportan como agentes reductores. El oxígeno molecular, aceptor final de la cadena respiratoria, se sitúa entre los potenciales más positivos de los sistemas biológicos habituales; el hidrógeno, entre los más negativos.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene el término "redox"?

Es una contracción del inglés "reduction-oxidation", adoptada después también en español para abreviar el nombre completo de la reacción. La forma larga, oxidorreducción, sigue siendo la preferida en los textos académicos en castellano.

¿Se puede medir el potencial de una sola sustancia aislada?

No. Todo potencial redox es, por naturaleza, una diferencia entre dos semirreacciones. Lo que se mide siempre es esa diferencia frente a un electrodo de referencia, casi siempre el electrodo estándar de hidrógeno, al que se le asigna arbitrariamente el valor de cero.

¿Qué papel juega en la cadena de transporte de electrones?

Es el que ordena toda la cadena. Cada complejo proteico tiene un potencial de reducción algo más positivo que el anterior, de modo que los electrones fluyen espontáneamente de un extremo a otro liberando energía en cada paso, hasta llegar finalmente al oxígeno.

¿Es lo mismo que el pH?

No. El pH mide la concentración de protones en una solución; el potencial redox mide la tendencia a intercambiar electrones. Son magnitudes distintas, aunque en muchos sistemas biológicos están relacionadas, porque numerosas reacciones redox liberan o consumen protones a la vez que electrones.

Referencias

1. Electrodo estándar de hidrógeno.
2. Ecuación de Nernst.
3. Diccionario médico CUN. Fosforilación oxidativa.
4. AcademiaLab. Tabla de potenciales de reducción estándar en bioquímica.