ATOMOS
Y MOLECULAS:
LOS
FUDAMENTOS QUIMICOS DE LA VIDA
El jaguar y las plantas de
la selva lluviosa, así como una gran cantidad de insectos y microorganismos,
comparten características químicas fundamentales en sus composición química y
su proceso metabólicos básicos. En la actualidad se dedica mucha atención ala
bilogía molecular, o sea la química y la física de las moléculas.
Un biólogo molecular podría
estudiar el modo en el que las proteínas interactúan con el DNA para controlar
la expresión de determinados genes, o investigar las interacciones entre los
átomos y las moléculas de una célula.
LOS ELEMENTOS QUIMICOS NO
CAMBIAN EN LAS REACCIONES QUIMICAS NORMALES.
Los elementos son sustancias
que no pueden descomponerse en otras mas sencillas mediante reacciones químicas
ordinarias. Los científicos han asignado a cada elemento o símbolo químico. Por
ejemplo, O es el símbolo del oxigeno; C, del carbono; H, del hidrogeno; N, del
nitrógeno, y Na del sodio.
Solo cuatro elementos
oxigeno, carbono, hidrogeno y nitrógeno constituyen mas de 96% de la masa de la
mayor parte de los organismos.
LOS ATOMOS SON LAS
PARTICULAS BASICAS DE LOS ELEMENTOS.
Un atomo es la porción mas
pequeña de un elemento que retiene las propiedades químicas de este.
Físicos han descubierto
varias partículas subatómicas, solo se necesitan considerar tres: protones,
neutrones y electrones. Un electrón es una partícula que tiene una unidad de
carga eléctrica negativa; un protón tiene una unidad de carga eléctrica
positiva; y un neutrón es una partícula sin carga.
Protones y neutrones se
concentran en el núcleo atómico, los electrones no tienen posiciones fijas y se
desplazan con rapidez en el espacio que rodea al núcleo atómico.
UN ATOMO SE IDENTIFICA DE
MANERA INEQUIVOCA POR SU NUMERO DE
PROTONES.
Cada elemento tienen un
número fijo de protones en el núcleo atómico, que se denomina número atómico y
se escribe como un subíndice a la izquierda del símbolo químico.
La tabla periódica es una
grafica en la cual los elementos se ordenan conforme a su número atómico.
LA MASA ATOMICA ES
DETERMINADA POR EL NUMERO DE PROTONES Y DE NEUTRONES.
La unidad de masa atómica
(uma) o Dalton, llamada así en honor de John Dalton, quien formulo una teoría
atómica a principios del siglo XIX. Protones y neutrones constituyen casi toda
la masa de un átomo.
La masa atómica de un
elemento es un numero que indica cuan masivo es un atomo de ese elemento en
comparación con el de otro elemento. La masa de los electrones se omite debido
a que es demasiado pequeña. La masa atómica se indica con superíndice ala
izquierda del símbolo químico.
LOS ISOTOPOS DIFIEREN EN EL
NUMERO DE NEUTRONES.
La mayor parte de los
elementos consisten en mezclas de átomos con diferentes números de neutrones y,
por lo tanto, de masa distinta, que se denominan isotopos.
Todos los isotopos de un
elemento dado poseen, en lo fundamental, las mismas características químicas.
Algunos isotopos son inestables y tienden a desintegrarse o decaer en otro
isotopo más estable.
La desintegración radiactiva
también puede detectarse por un método llamado autorradiografia, en el cual la
radiación produce el aspecto de granos plateados oscuros en película especial
de rayos X. A pesar de la diferencia en el numero de neutrones, todos los
isotopos de un elemento dado suelen ser metabolizados por los organismos ( y
distribuidos dentro de estos) de manera similar.
LOS ELECTRONES OCUPAN
ORBITALES QUE CORRESPONDEN A NIVEL DE ENERGIA.
Los electrones se desplazan
con rapidez en regiones características del espacio atómico llamado orbitales.
Cada orbital contiene un máximo de dos electrones. La representación más exacta
de los orbitales es como “nubes electrónicas”.
La energía de un electrón
depende de un electrón depende del orbital que ocupan. Los electrones situados
en orbitales con energías similares están al mismo nivel de energía principal,
y constituyen una capa electrónica.
En general, los electrones
que se hallan en una capa distante del núcleo tienen mayor energía que los
localizados en una capa cercana al núcleo. Se dice que los electrones de más
alta energía, llamados electrones de valencia, ocupan la capa de valencia, que
se representa como el anillo concéntrico más externos en un modelo de Bohr. Un
electrón puede desplazarse a un orbital más alejado del núcleo al recibir más
energía, o bien puede ceder energía y descender a un nivel menos energético en
un orbital mas cercano al núcleo.
LOA ATOMOS EXPERIMENTAL
REACCIONES QUIMICAS.
La capa de valencia de
hidrogeno y helio esta completa cuando contienen dos electrones. La capa de
valencia de cualquier otro átomo esta completa cuando contienen ocho
electrones. Cuando dicha capa no está completa, el átomo tiende a perder, ganar
o compartir electrones para completarla.
En la tabla periódica tienen
propiedades químicas similares en virtud de que sus capas de valencia tienen
tendencias similares a perder, ganar o compartir electrones.
LOS ATOMOS FORMAN MOLECULAS
Y COMPUESTOS.
Dos o más átomos se combinan
químicamente para formar unidades llamadas moléculas. Cuando dos átomos de
oxigeno se combinan químicamente, se forma una molécula de oxigeno. Los átomos
de diferentes elementos pueden combinarse para formar compuestos o sustancias
químicas. Un compuesto químico consiste en dos o más elementos combinados en
una proporción fija.
El agua resulta ser un
compuesto molecular, en el cual cada molécula consta de dos átomos de hidrogeno
y uno de oxigeno. Las propiedades de un compuesto químico pueden ser muy
diferentes de las que corresponden a los elementos que lo constituyen.
UNA SUSTANCIA ES DESCRITA
POR SU FORMULA QUIMICA.
Una formula química es un
modo abreviado de representar la composición de un compuesto. Los símbolos
químicos indican los tipos de átomos presentes, en tanto que los subíndices
establecen las proporciones entre los átomos.
En una formula molecular,
los subíndices indican el número real de cada tipo de átomo en una molécula. La
fórmula para la oxidación no molecular, O2, indica que esta molécula consiste
en dos átomos de oxigeno. Otro tipo de formula química es la formula
estructural, en la que se muestran no solo el tipo y numero de átomos en una
molécula, sino también su disposición.
UN MOL DE CUALQUIER
SUSTANCIA CONTIENE EL MISMO NUMERO DE UNIDADES.
La masa molecular de un
compuesto es la suma de las masas atómicas de los átomos constituyentes de una
sola molécula.
La cantidad de un elemento o
compuesto cuya masa en gramos equivale a su masa atómica o molécula es un mol.
El concepto de mol es útil porque permite hacer comparaciones significativas
entre átomos y moléculas con masa muy distinta. Un mol de cualquier sustancia
siempre tiene exactamente el mismo número de unidades, se trate de átomos
pequeños o de moléculas grandes.
El concepto de mol permite
hacer comparaciones en tres soluciones. Una solución 1 molar, que se simboliza
1M, contiene 1 mol de la sustancia de que se trate disuelto en un litro de
solución.
LAS ECUACIONES QUIMICAS
DESCRIBEN REACCIONES QUIMICAS.
Las reacciones químicas por
ejemplo entre glucosa y oxigeno pueden describirse con ecuaciones químicas.
Los reactivos (sustancias
que participan en la reacción) se escriben en el miembro de la izquierda de la
ecuación y los productos, o sea las sustancias formadas por la reacción, en el
miembro de la derecha. La flecha significa produce e indica la dirección en que
tiende a ocurrir la reacción.
LOS ATOMOS SE UNEN POR MEDIO
DE ENLACES QUIMICOS.
Los átomos de un compuesto
se mantienen unidos por fuerzas de atracción denominadas enlaces químicos. La
energía de enlace es la necesaria para romper el enlace mismo. Los dos tipos
principales de enlace químicos son los covalentes y los iónicos.
EN LOS ENLACES COVALENTES SE
COMPARTEN ELECTRONES.
En los enlaces covalentes se
comparten electrones entre átomos, cada uno de los cuales queda con su capa de
valencia completa. Se denomina compuesto covalente al que consiste sobre todo
en enlaces covalentes.
Cuando dos átomos comparten
un par de electrones, el enlace se denomina enlace covalente sencillo. Se habla
de enlace covalente doble cuando se comparten dos pares de electrones de la
manera recién descrita; esto se representa con dos líneas continuas paralelas.
Enlace covalente triple (representación por tres líneas continuas paralelas)
cuando dos átomos comparten tres pares de electrones.
LA FUNCION DE UNA MOLECULA
GUARDA RELACION CON SU FORMA.
Cada tipo de molécula posee
forma y tamaño característicos. Aunque la forma de una molécula puede cambiar
(dentro de determinados límites), las funciones de las moléculas en las células
vivas dependen en gran parte de su forma geométrica. La forma geométrica de una
molécula proporciona la distancia óptima entre los átomos para contrarrestar la
repulsión de los pares de electrones.
LOS ENLACES COVALENTES SON
NO POLARES O POLARES.
Los átomos de cada elemento
poseen una afinidad características por los electrones. La electronegatividad
es una medida de la atracción que un átomo ejerce sobre los electrones en
enlaces químicos. Los átomos de una molécula poseen electronegatividad similar,
comparten por igual los electrones y se dice que el enlace covalente es no
polar.
Los enlaces covalentes
difieren en su polaridad; van de aquellos en el que los electrones son
compartidos de manera exactamente equitativa (como en la molécula de hidrogeno,
no polar) hasta que aquellos en que los electrones están más cerca de un átomo
que de otro (como el agua).
LOS ENLACES IONICOS SE
FORMAN ENTRE CATIONES Y ANIONES.
Algunos átomos o grupos de
átomos no son eléctricamente neutros. Una partícula con unas más unidades de
carga eléctrica se denomina ion. Los átomos con uno, dos o tres electrones en
su capa de valencia tienden a donar electrones a otros átomos. Los iones con
carga positiva se denominan cationes. Los átomos con cinco, seis o siete
electrones de valencia tienden a aceptar electrones de otros átomos y
convertirse en aniones, de carga negativa.
Los iones tienen propiedades
muy distintas de las de los átomos eléctricamente neutros de los que se
derivan. Un enlace iónico se forman como consecuencia de la atracción entre la
carga positiva de un catión y la carga negativa de un anión. Un compuesto
iónico es una sustancia que consiste en aniones y cationes, que se mantienen
unidos en virtud de sus cargas.
LOS ENLACES DE HIDROGENO SON
ATRACCIONES DEBILES.
Otro tipo de enlace
importante en los organismos es el enlace de hidrogeno. Los enlaces de
hidrogeno tienden a formarse entre un átomo con carga negativa parcial y uno de
hidrogeno unido en forma covalente a oxigeno o a nitrógeno. Los átomos pueden
estar en dos regiones de la misma molécula grande o en dos moléculas
diferentes. Las moléculas de agua interactúan mucho entre si a través de la
formación de enlaces de hidrogeno.
LOS ELECTRONES Y SU ENERGIA
SE TRANSFIEREN EN REACCIONES REDOX.
Este proceso es una reacción
de oxidación-reducción o reacción redox. Tanto la respiración celular como la
fotosíntesis son esencialmente proceso redox. La oxidación es un proceso
químico en que un átomo, ion o molécula cede electrones.
La reducción es un proceso
químico en que un átomo ion o molécula recibe electrones. Las reacciones de
oxidación y reducción son simultáneas, dado que en una sustancia debe aceptar
los electrones que se extraen de la otra. En una reacción redox un componente,
el agente oxidante, acepta uno o mas electrones y se reduce.
EL AGUA ES INDISPENSABLE
PARA LA VIDA.
Gran parte de la masa de la
mayor parte de los organismos consiste en agua. El agua es, a través de la
fotosíntesis la fuente de oxigeno contenido en el aire que respiramos y sus
átomos de hidrogeno se incorpora a muchos compuestos orgánicos; también es el
solvente de la mayor parte de las reacción biológicas y un reactivo o producto
de numerosas reacciones químicas.
El agua no solamente tiene
importancia en el interior de los seres vivos.
LAS MOLECULAS DE AGUA SON
POLARES.
Las moléculas de agua son
polares; es decir, un extremo de cada molécula posee carga positiva parcial, y
el otro tiene carga negativa parcial. En el agua líquida y el hielo, las
moléculas se mantienen unidas en parte enlace de hidrogeno.
El átomo de oxigeno de una molécula
de agua tienen dos regiones de carga negativa parcial, y cada uno de los hidrógenos
tiene una carga positiva parcial.
EL AGUA ES EL PRINCIPAL
SOLVENTE EN LOS ORGANISMOS.
El agua es un solvente
insuperable, un liquido capaz de disolver muchos tipos de sustancias en
particular compuestos polares y ionicos. Las sustancias que interactúan
fácilmente con el agua son hidrófilas. Muchas sustancias hidrófobas presentes
en los seres vivos revisten especial importancia debido a su capacidad de forma
estructuras que no se disuelven en agua.
LA FORMACION DE ENLACE DE
HIDROGENO HACE AL AGUA COHESIVA Y ADHESIVA.
La moléculas de agua tienen
una fuerte tendencia a adherirse entre si; esto es, cohesiva.
Las moléculas de agua
también se adhieren a muchos otros tipos de sustancias, muy notablemente las
que tienen grupos de átomos o moléculas con carga eléctrica en su superficie.
Estas fuerza adhesivas explican el que el agua humedezca las cosas. El agua
tiene un alto grado de tensión superficial debido a la cohesividad de su
moléculas, las cuales ejercen mayor atracción entre si que hacia las del aire.
EL AGUA AYUDA A CONSERVAR
ESTABLE LA TEMPERATURA.
Para elevar la temperatura
de una sustancia es necesario agregar energía calorífica que sus moléculas se
mueven más rápido, esto es incrementar la energía cinética. El termino calor se
refiere a la cantidad total de energía cinética en una muestra de una
sustancia; la temperatura se refiere a la cantidad promedio de energía cinética
de las partículas. El agua posee un calor especifico elevado, o sea que la
cantidad de energía necesaria para aumentar la temperatura del agua.
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