Reacciones químicas en los procesos biológicos e industriales

Esta lección es parte de Temario de Ciencias de Zapandí (Noveno año) Lección 13 de 21

Por Andrea del Carmen actualizado el 27 de octubre de 2026 12 min de lectura

En cada hoja de un cafetal, en tu sistema digestivo, en la panadería y en una fábrica de cemento ocurren reacciones químicas. Sin ellas no habría oxígeno ni energía para vivir, pero algunas, a gran escala, contaminan el aire, el agua y el suelo. En esta lección vas a analizar las reacciones más importantes de los seres vivos y de la industria, los biocombustibles, su impacto ambiental y lo que manda la Ley 8839 sobre los residuos.

Definición

Una reacción química es un proceso en el que una o varias sustancias, los reactivos, se transforman en otras con propiedades distintas, los productos. Se representa con una ecuación química. Como en toda reacción se conserva la materia, la ecuación tiene que estar balanceada: cada tipo de átomo aparece el mismo número de veces a cada lado de la flecha.

Las reacciones que sostienen la vida#

Los seres vivos son fábricas químicas. Al conjunto de reacciones que ocurren en un organismo se le llama metabolismo, y tres de ellas son fundamentales.

Fotosíntesis#

Las plantas, las algas y algunas bacterias usan la energía de la luz para combinar dióxido de carbono y agua y fabricar glucosa, un azúcar. El oxígeno queda como subproducto y sale al aire. Así resume la fotosíntesis un curso de la Universidad Estatal de Pensilvania:

Fórmula

6 CO₂ + 6 H₂O + energía luminosa → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Dióxido de carbono + agua → glucosa + oxígeno. La clorofila de los cloroplastos absorbe la luz.

Respiración celular#

En las mitocondrias, las células de plantas y de animales combinan la glucosa con oxígeno y liberan la energía química que necesitan para vivir, junto con dióxido de carbono y agua. El mismo curso la describe como la reacción inversa de la fotosíntesis: lo que un proceso produce, el otro lo usa.

Fórmula

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + energía

Glucosa + oxígeno → dióxido de carbono + agua + energía.

Fermentación#

Las levaduras pueden descomponer la glucosa sin usar oxígeno y producir etanol (un alcohol) y dióxido de carbono. Las burbujas de CO₂ son las que inflan la masa del pan, y la misma reacción es la base del etanol que se usa como combustible.

Fórmula

C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂

Glucosa → etanol + dióxido de carbono.

La digestión también es química: las enzimas del sistema digestivo rompen las moléculas grandes de los alimentos, como el almidón o las proteínas, en moléculas pequeñas que las células pueden absorber.

Cómo se comprueba que una ecuación está balanceada#

La ley de conservación de la materia dice que en una reacción ningún átomo aparece ni desaparece: los mismos átomos cambian de compañeros. Por eso, para revisar una ecuación, se hace el inventario de cada elemento entre los reactivos y entre los productos. El número delante de una fórmula (el coeficiente) multiplica a todos sus átomos, y el subíndice cuenta los átomos de ese elemento en una molécula.

Elemento	Reactivos: 6 CO₂ + 6 H₂O	Productos: C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
Carbono (C)	6 × 1 = 6	6
Hidrógeno (H)	6 × 2 = 12	12
Oxígeno (O)	6 × 2 + 6 × 1 = 18	6 + 6 × 2 = 18

La ecuación de la fotosíntesis está balanceada. La de la respiración celular es la misma escrita al revés, así que también lo está.

Ejemplo. Verifica, elemento por elemento, el balance de la fermentación: C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂.

Solución. Cada molécula de etanol, C₂H₅OH, tiene 2 átomos de C, 6 de H (5 + 1) y 1 de O. Carbono: a la izquierda 6; a la derecha 2 × 2 + 2 × 1 = 6. Hidrógeno: 12 a la izquierda y 2 × 6 = 12 a la derecha. Oxígeno: 6 a la izquierda y 2 × 1 + 2 × 2 = 6 a la derecha. Los tres elementos coinciden: está balanceada.

Reacciones químicas en la industria#

La industria aprovecha reacciones para obtener energía y fabricar materiales:

Combustión. Al quemar un combustible con oxígeno se libera energía en forma de calor y luz. Es la reacción de los motores, de las plantas térmicas y de las cocinas de gas. Así arde el propano, uno de los gases del gas licuado: C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O.
Producción de cal y de cemento. Al calentar piedra caliza (carbonato de calcio) se obtiene cal viva y se libera dióxido de carbono: CaCO₃ → CaO + CO₂. La NOAA, la agencia estadounidense del océano y la atmósfera, señala que fabricar concreto a partir de piedra caliza transfiere cantidades importantes de carbono a la atmósfera.
Fermentación industrial. La reacción de las levaduras se usa a gran escala para producir pan, bebidas y etanol.
Fabricación de jabón. Las grasas o los aceites reaccionan con una base, como el hidróxido de sodio, y forman jabón y glicerina. A esta reacción se le llama saponificación.

Ejemplo. El etanol de la fermentación también se quema como combustible: C₂H₅OH + 3 O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O. ¿Está balanceada esta ecuación? ¿Cuántas moléculas de CO₂ se liberan en total desde una molécula de glucosa hasta quemar todo su etanol?

Solución. Carbono: 2 en el etanol y 2 × 1 = 2 en el CO₂. Hidrógeno: 5 + 1 = 6 en el etanol y 3 × 2 = 6 en el agua. Oxígeno: 1 + 3 × 2 = 7 en los reactivos y 2 × 2 + 3 × 1 = 7 en los productos. Está balanceada. Una glucosa fermentada suelta 2 CO₂ y da 2 etanoles; quemarlos suelta 2 × 2 = 4 más. En total, 2 + 4 = 6, tantas como las moléculas de CO₂ que la planta tomó del aire para fabricar esa glucosa.

Biocombustibles y productos menos contaminantes#

La Administración de Información Energética de Estados Unidos (EIA) define los biocombustibles como combustibles líquidos producidos a partir de biomasa, es decir, de materia de origen vegetal o animal. Dos de los más usados son:

Etanol. Según la EIA, se produce sobre todo con levaduras que fermentan los azúcares y el almidón del maíz, de la caña de azúcar y de la remolacha azucarera; fuera de Estados Unidos, la caña y la remolacha son las materias primas más comunes. Se mezcla con la gasolina.
Biodiésel. Se produce con una reacción llamada transesterificación, a partir de aceites vegetales o de grasas animales. Además del aceite de soya, se usan aceites de colza, de girasol y de palma, y aceite de cocina usado. Se mezcla con el diésel.

¿Contaminan menos? La EIA explica que, en general, tienen menos efectos negativos sobre el ambiente que los combustibles fósiles, y que los biocombustibles puros emiten menos partículas, dióxido de azufre y sustancias tóxicas. La idea es que las plantas cultivadas para fabricarlos absorben al crecer el CO₂ que se libera al quemarlos. Pero no son perfectos: el balance de CO₂ depende de cómo se producen, porque cultivar y procesar también gasta energía fósil; el biodiésel puede emitir algo más de óxidos de nitrógeno que el diésel, y las mezclas con etanol se evaporan más y contribuyen al esmog.

Otros productos alternativos siguen la misma lógica: el biogás, que se forma cuando los microorganismos descomponen estiércol o restos de comida sin oxígeno, dentro de un biodigestor, y los materiales biodegradables, que los microorganismos pueden descomponer en sustancias simples.

El impacto ambiental de las reacciones industriales#

Más dióxido de carbono en el aire#

Según la NOAA, quemar combustibles fósiles en los carros y en las plantas eléctricas libera carbono a la atmósfera, y el aumento del dióxido de carbono en el aire se debe sobre todo al uso de esos combustibles. En Costa Rica, el Instituto Meteorológico Nacional (IMN) publica los factores de emisión que se usan para calcular el CO₂ que libera cada combustible. Su edición de 2026 da 2,231 kg de CO₂ por litro de gasolina, 2,613 kg por litro de diésel y 1,611 kg por litro de gas licuado de petróleo.

Ejemplo. Una familia gasta 40 litros de gasolina por semana. Con el factor del IMN, ¿cuánto CO₂ emite en una semana y en un año de 52 semanas?

Solución. En una semana: 40 × 2,231 = 89,24 kg de CO₂. En un año: 89,24 × 52 = 4640,48 kg, unas 4,6 toneladas de CO₂. Compartir el carro o usar el bus reduce esa cifra.

Lluvia ácida#

La Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) explica que la lluvia ácida se produce cuando el dióxido de azufre (SO₂) y los óxidos de nitrógeno (NO_x) llegan a la atmósfera y reaccionan con el agua, el oxígeno y otras sustancias para formar ácido sulfúrico y ácido nítrico. Esos ácidos caen con la lluvia, la nieve, la niebla o el polvo. La mayor parte de esos gases viene de quemar combustibles fósiles en la generación de electricidad, en los vehículos y en la industria, incluidas las refinerías; una parte pequeña viene de fuentes naturales, como los volcanes. La lluvia ácida puede dañar suelos, bosques, ríos y lagos, y afectar a plantas, insectos y peces.

La Ley 8839 para la Gestión Integral de Residuos#

La Ley n.º 8839 regula la gestión integral de los residuos y el uso eficiente de los recursos en Costa Rica, y se aplica a todas las personas, físicas o jurídicas, públicas o privadas, que generan residuos (artículos 1 y 3). Su artículo 4 fija un orden jerárquico que se debe seguir:

Evitar que se generen residuos en su origen.
Reducir al máximo la generación de residuos en su origen.
Reutilizar los residuos, en la misma cadena de producción o en otros procesos.
Valorizar los residuos por medio del reciclaje, el coprocesamiento u otro procedimiento que recupere el material o su energía; la ley da prioridad a recuperar materiales.
Tratar los residuos antes de enviarlos a disposición final.
Disponer la menor cantidad posible de residuos, de manera sanitaria y ecológicamente adecuada.

Entre sus principios (artículo 5) están la responsabilidad extendida del productor, según la cual los productores e importadores responden por su producto durante todo su ciclo de vida, incluso después de que se consume, y la internalización de costos: quien genera los residuos debe hacerse cargo de su manejo y de sus costos, en proporción a la cantidad y la calidad de lo que genera.

La química ayuda a cumplir esa jerarquía: los restos de comida y las cáscaras se pueden valorizar como abono (compost) o como biogás, gracias a las reacciones de los microorganismos, mientras que quemar basura a cielo abierto libera humo y gases contaminantes.

Ejemplo. Ordena estas acciones según la jerarquía de la Ley 8839: (a) llevar las botellas plásticas a un centro de acopio para reciclarlas; (b) llevar una bolsa de tela a la feria para no recibir bolsas plásticas; (c) usar un frasco de vidrio vacío para guardar semillas; (d) enviar al relleno sanitario lo que ya no tiene otro uso.

Solución. Primero (b), porque evita que se genere el residuo. Luego (c), que reutiliza el frasco. Después (a), que valoriza el plástico por reciclaje. Por último (d), la disposición final, que la ley deja para la menor cantidad posible de residuos.

Ponte a prueba#

¿Cómo se comprueba que la ecuación de la respiración celular está balanceada?#

Se cuentan los átomos a cada lado de C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O. Carbono: 6 a la izquierda y 6 × 1 = 6 a la derecha. Hidrógeno: 12 y 6 × 2 = 12. Oxígeno: 6 + 6 × 2 = 18 a la izquierda y 6 × 2 + 6 × 1 = 18 a la derecha. Como coinciden, la ecuación cumple la ley de conservación de la materia.

¿Qué relación hay entre la fotosíntesis y la respiración celular?#

Son reacciones inversas que se complementan. En la fotosíntesis, las plantas usan la energía de la luz para convertir dióxido de carbono y agua en glucosa y oxígeno. En la respiración celular, las células de plantas y animales usan esa glucosa y ese oxígeno para obtener energía, y devuelven dióxido de carbono y agua. Lo que produce una, la otra lo usa.

¿Cuánto dióxido de carbono se emite al quemar 50 litros de diésel, según los factores del IMN de 2026?#

El IMN da un factor de 2,613 kg de CO₂ por cada litro de diésel. Se multiplica: 50 × 2,613 = 130,65 kg de CO₂. Con 50 litros de gasolina, cuyo factor es 2,231 kg por litro, serían 50 × 2,231 = 111,55 kg, así que el diésel emite más CO₂ por cada litro quemado.

¿Qué gases producen la lluvia ácida y de dónde vienen?#

Según la EPA, la producen el dióxido de azufre y los óxidos de nitrógeno, que en la atmósfera reaccionan con el agua y el oxígeno y forman ácido sulfúrico y ácido nítrico. La mayor parte de esos gases sale de quemar combustibles fósiles para generar electricidad, en los vehículos y en la industria; una parte pequeña viene de los volcanes.

¿Qué orden de prioridades fija la Ley 8839 para manejar los residuos?#

Su artículo 4 fija este orden: primero evitar que se generen residuos, luego reducirlos al máximo, después reutilizarlos, valorizarlos (por ejemplo, reciclándolos), tratarlos y, por último, disponer la menor cantidad posible de forma sanitaria y ecológicamente adecuada. Reciclar es bueno, pero la ley pone antes no generar el residuo.