Brachinus crepitans, El Escarabajo Bombardero.

Bienvenidos a todos aquellos lectores de la comunidad de Hive, en esta entrega estaremos hablando sobre lo maravillosa que tiende hacer la química, aplicada a la naturaleza. Por consiguiente, analizaremos a detalle los mecanismos de defensa que utilizan los escarabajos bombarderos (Brachinus crepitans), el cual está asociado a los principios de la termoquímica.

INTRODUCCIÓN

La sociedad del hoy, ha permanecido intactas debido a los diferentes mecanismos de defensa y evolución que ha logrado desarrollar, de igual manera los sistemas bióticos del planeta de alguna forma han logrado mantenerse en equilibrio, a pesar de los cambios abrumante que ha generado el hombre en su entorno.

En la actualidad, podemos observar especie que han mutado o se han adaptado al medio utilizando mecanismos o técnicas de defensa para su supervivencia, un ejemplo de ello son los camaleones, los cuales han logrado cambiar la pigmentación de su piel para confundir a los posibles depredadores, de igual forma las mariposas Limenitis que han conseguido replicar el olor y desagradable sabor de las mariposas monarcas Danaus lo que les ha permitido perdurar en ambientes ferozmente competitivos, donde la supervivencia del más fuerte es la que prevalece.

El escarabajo bombardero de nombre científico Brachinus crepitans , no se ha quedado atrás, el mismo ha desarrollado una técnica sorprendente para su supervivencia que involucra reacciones químicas catalizas por enzimas con altos niveles de entalpia. Conceptos que desarrollaremos lo largo de esta publicación.

De igual forma, para instruir al lector en los principios termoquímicos abordaremos los diferentes cambios de energía que pueden ocurrir en una reacción química y fundamentaremos el efecto aerosol como arma química que ha logrado desarrollar el escarabajo bombardero.

REACCIONES QUIMICAS Y SUS CAMBIOS DE ENERGIA

Como se ha mencionado en publicaciones anteriores, una reacción química es el proceso que se produce cuando un conjunto reactivos interaccionan o reaccionan para forma nuevas sustancias (productos) con características diferentes a la de los compuestos de partidas.

Por consiguiente, es de esperarse que en las reacciones químicas se presente absorción o liberación de energía que en general tiende a ser en forma de calor, entiéndase este como la trasferencia de energía térmica entre dos cuerpos que están a diferentes temperaturas [2].

En tal sentido, a modo de instruir al lector sobre el funcionamiento del calor de las reacciones químicas se hace necesario conocer algunos conceptos asociados a la termoquímica, entiéndase como el estudio de las variaciones o cambios de calor en los procesos químicos que involucran reacciones. [4]

Al hablar de termoquímica, es resaltante hablar de sistema o parte del universo que será objeto de estudio, los sistemas lo podemos clasificar en sistemas abiertos (A), cuando existe un intercambio de masa y energía en forma de calor, por ejemplo si colocamos a hervir una olla con agua observamos que los vapores del agua entran en contactos con su entorno.

Por su parte, un sistema cerrado (B), permite la transferencia de calor a través de las paredes del recipiente pero no de masa, por ejemplo una olla de presión que no tenga orificio de salida de vapor de agua. Por último, pero no menos importante tenemos los sistemas aislados (C) que impide la trasferencia de calor y de masa, por ejemplo un recipiente recubierto al vacío.

Si analizamos lo ocurrido en los tres sistemas, podemos determinar que la energía que se pierde en forma de calor en los sistemas A y B la gana el entorno, lo que representa un proceso exotérmico, donde el sistema ha cedido calor a sus alrededor, por ende químicamente la energía total de los productos tiende hacer menor que la energía de los reactivos.

En contra parte, se encuentran los proceso endotérmicos, es aquí donde el sistema absorbe energía del entorno, y la variación de temperatura entre reactivos y productos depende de la cantidad de energía que se absorba.

En correspondencia con los conceptos estudiados podemos establecer que están estrechamente relacionados con la primera Ley de la termodinámica , la cual establece que la energía se puede convertir de una forma a otra, pero no se puede crear ni destruir. [4].

ENTALPIA DE LAS REACCIONES Y LA LEY DE HESS

En término entalpia, hace referencia a la relación que existe entre la energía interna de un sistema con la presión y el volumen de dicho sistema, tomando en cuenta que las reacciones química se desarrolla a presiones constantes, de acuerdo a la siguiente ecuación:

Donde H, representa la entalpia, E, la energía interna del sistema, P y V, la presión y el volumen respetivamente de dicho sistema. Ahora bien, en función de instruir al lector sobre la Ley de Hess hablaremos de variación de la entalpia (ΔH) y la ecuación la representaremos de la siguiente forma.

A nivel de las reacciones químicas, la variación de la entalpia puede ser negativa, cuando el proceso es endotérmico, es decir, que durante la reacción se absorbió energía del entorno, por otra parte, cuando se libera energía en forma de calor hacia el entorno, la entalpia sería positiva y estaremos al frente de una reacción exotérmica.

La variación de la entalpia en las reacciones químicas se representa de acuerdo a la siguiente ecuación.

En este punto, las ecuaciones químicas ahora se convierten en ecuaciones termoquímicas, ya que muestran tanto los cambios de entalpía como las relaciones de masa. como lo podemos observar en la siguiente ecuación.[5]

Si analizamos la ecuación, podemos extraer información relevante del fenómeno que está ocurriendo, por consiguiente se establece que un mol de hielo se está fundiendo, generando 1 mol de agua, la variación en la entalpia nos dice que durante el proceso hubo una liberación de energía al entorno (reacción o cambio exotérmico).

En referencia a la Ley de Hess, esta establece:

“Cuando los reactivos se convierten en productos, el cambio de entalpía es el mismo independientemente de que se efectúe la reacción en un paso o en una serie de pasos”.[2].

En otras palabras, si durante una reacción se producen sustancia intermediarias, la variación de la entalpia será igual a la sumatoria de todas las sustancias involucradas.

MECANISMO DE DEFENZA DEL ESCARABAJO BOMBARDERO

El escarabajo bombardero utiliza un mecanismo de defensa más activo que los utilizados por las mariposas Limenitis, el mismo aplica principios termoquímicos que permiten repeler a sus depredadores, utilizando una mezcla de reactivos, catalizada por enzimas, entiéndase como sustancia biológicas especializadas que aceleran la velocidad de las reacciones, logrando producir en su interior un gran nivel de entalpia, generando calores de reacción por encima de los 100°C, que luego expulsa hacia su agresor en forma de aerosol químico y estallidos audibles.

Estructuralmente el Brachinus crepitans, cuenta dos tipos de glándulas y con cuatro compartimentos en su abdomen. El compartimento interno, está compuesto por una solución de hidroquinona y peróxido de hidrogeno y en el compartimiento externo están las enzimas lista para que se desarrolle la reacción, de acuerdo a las siguiente ecuación.

Al estudiar la reacción de formación de quinona, a partir de hidroquinona, se liberan una gran cantidad de energía de acuerdo a la Ley de Hess de 204 KJ/mol. La cantidad de calor generada permite llevar la mezcla en el abdomen del escarabajo al punto de ebullición (100°C) y cuando se siente amenazado lo descarga en forma de vapor, además las quinonas actúan como repelente de insectos y animales. En algunas ranas logran que estas regurgiten (vomiten), debido a que le muestran su potencial químico una vez han sido tragados, detalle que podemos ver en el siguiente material audiovisual producidos por National Geographic España.

APORTES DE LA TEMÁTICA

La termoquímica, es uno de los conceptos asociados a la termodinámica que más cuesta comprender por lo compleja que tienden hacer sus leyes, por consiguiente, el material presentado permite mostrar fenómenos naturales y el funcionamiento de los mismos a través de fundamentos químicos, lo que origina una integración de saberes de lo abstracto o complejo a la fundamentación simple y comprensible para toda la sociedad.

BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA

[1] Anaya, A. (2003). Las quinonas y el escarabajo bombardero. Ecología química. Ed. Plaza y Valdés. ISBN: 970-722-113-5.

[2] Chang, R. (2010). Química. Decima edición. McGraw-hill Interamericana editores. ISBN: 978-607-15-0307-7.

[3] Groel, N (2006). Generación de dióxido de carbono mediante la reacción de un ácido y una base Sociedad acuariologica del plata

[4] McMURRY E., John y Fay C., Robert. (2008). Química general. Quinta edición PEARSON EDUCACIÓN, México, 2009 ISBN: 978-970-26 1286-5.

[5] Ralph, H. Petrucci, William S. Harwood, E. Geoffrey Herring. (2003). QUIMICA GENERAL. Octava edición. PEARSON EDUCACIÓN. S.A., Madrid.

SITIOS WEB CONSULTADOS

[Reino animalia](https://reinoanimalia.fandom.com/es/wiki/Escarabajo_Bombardero)

[ABC ciencia](https://www.abc.es/ciencia/abci-motivo-tragarse-escarabajo-bombardero-idea-horrible-201802072201_noticia.html?ref=https:%2F%2Fwww.google.com%2F)

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