Conceptos de

qumicapara biologa

| Prof. Jess Garro Umaa | Biologa| Programa de Educacin Abierta

qumicaconceptos bsicos

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La materia se define como todo aquello que ocupa espacio y tiene masa.

La materia existe en tres estados: Slido: no compresible, forma y volumen definidos

Lquido: no compresible, volumen definido pero no su forma

Gaseoso: altamente compresible, sin forma definida

La materia1

Toda la materia (viva e inerte) est compuesta de 92 elementos naturales.

Los elementos, por definicin, no pueden ser divididos en sustancias ms simples con diferentes propiedades fsicas o qumicas.

Seis elementos (carbono, hidrgeno, oxgeno, nitrgeno, fsforo y azufreCHONPS) constituyen cerca del 95% de la masa total de los organismos vivos.

Los elementos qumicos 2

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Los elementos estn formados de pequesimas unidades llamadas tomos.

Un tomo es la unidad ms pequea de un elemento que exhibe las propiedades fsicas y qumicas de ese elemento.

Una o dos letras (ej.: H, Cl) son el smbolo qumico del elemento.

Los tomos contienen cantidades especficas de protones (+), neutrones (0) y electrones ().

Protones y neutrones se ubican en el ncleo, los electrones se ubican en orbitales alrededor del ncleo, que conforman la nube electrnica.

tomos3

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El nmero atmico es igual a la cantidad de protones (y de electrones) que hay en un tomo.

Cada elemento tiene un nmero atmico diferente.

La masa atmica es la suma de la cantidad de protones y neutrones que hay en el ncleo del tomo.

Los electrones no se toman en cuenta porque no tienen masa.

Todos estos datos se organizan en la Tabla Peridica.

Masa atmica y nmero atmico 4

6

Tabla Peridica5

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De acuerdo con el modelo atmico de Bohr, los electrones se encuentran ocupando orbitales organizados en varios niveles de energa (o capas) cercanas o distantes al ncleo del tomo.

A mayor distancia se encuentren los electrones del ncleo, mayor es su nivel de energa.

La capa ms cercana al ncleo solo puede contener dos electrones, las dems un mximo de ocho.

La capa ms externa es la capa de valencia, y determina las propiedades qumicas del tomo.

Los electrones en los tomos6

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Los electrones en los tomos6

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Cuando los tomos de dos o ms elementos se unen entre s, forman una molcula y sta es la unidad ms pequea de un compuesto que muestra las propiedades de ese compuesto.

Un compuesto es una sustancia que contiene al menos dos elementos diferentes (ej.: H2O).

La frmula de un compuesto te muestra la cantidad de tomos de cada elemento en una molcula (ej.: glucosa, C6H1206).

Molculas y compuestos7

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La mayora de los tomos no tienen llena su capa de valencia (con ocho electrones), por lo que cedern, aceptaran o compartirn electrones de/con otros tomos para cumplir este requisito.

Cuando esto sucede se forman enlaces entre los tomos involucrados. Como los electrones tienen energa, los enlaces tambin la tienen.

Dependiendo de cmo interacten los tomos con sus electrones, se puede tener dos clases de enlace:

Enlaces inicos

Enlaces covalentes

Cmo se forman las molculas?8

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Un enlace inico se forma cuando se transfieren electrones de un tomo a otro.

Por la ganancia o prdida de electrones, cada tomo consigue ocho electrones en su capa de valencia y ganan estabilidad.

Ejemplo: el sodio pierde un electrn y por lo tanto adquiere carga positiva (catin); el cloro gana ese electrn y adquiere carga negativa (anin).

La atraccin elctrica entre estos dos iones mantiene unidos los tomos formando el enlace inico.

Enlaces inicos9

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913

Enlaces inicos

Un tomo de sodio pierde un electrn hacia un tomo de cloro y

Note que el electrn se pierde de la tercera capa electrnica (la ms

externa) del tomo de sodio.se forman un catin sodio y un anin

cloro.

Los enlaces covalentesresultan cuando dos tomos comparten electrones de modo tal que cada tomo tenga ocho electrones en la capa de valencia (excepto para el hidrgeno, que solo puede tener dos en su capa ms externa).

Los electrones se comparten en pares. Dependiendo de la cantidad de pares de electrones compartidos se pueden formar enlaces simples (un par), dobles (dos pares) o triples (tres pares).

Enlaces covalentes10

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Los electrones resaltados en azul participarn en enlaces

covalentes.

Los dos electrones desapareados de la capa externa se comparten.

Enlaces covalentes10

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En el agua, los electrones compartidos pasan ms tiempo cerca del oxgeno que de los tomos de hidrgeno. Esto le da al oxgeno una carga parcial negativa y a

los tomos de hidrgeno una carga parcial positiva. Hay dos tipos de enlaces covalentes:

polares y no polares.

En los enlaces covalentes no polares los electrones son compartidos de manera equitativa. Solo ocurre en enlaces entre dos tomos iguales.

En los enlaces covalentes polares la comparticin de electrones no es equitativa.

En la molcula de agua, el hidrgeno y el oxgeno no comparten los electrones por igual, pues el oxgeno tiene ms protones y atrae con ms fuerza los electrones hacia s.

La atraccin de los electrones en un enlace covalente se llama electronegatividad del tomo; el oxgeno es ms electronegativo que el hidrgeno.

La polaridad de una molcula afecta la forma en que interacciona con otras molculas.

Fuerzas intermoleculares: puentes de hidrgeno11

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Un puente de hidrgeno es la atraccin desde un tomo de hidrgeno parcialmente positivo hacia un tomo parcialmente negativo de otra molcula.

Es una interaccin ms dbil que un enlace covalente o inico, pero es fundamental para explicar algunas propiedades del agua u otras sustancias vitales.

Los puentes de hidrgeno que se dan en algunas molculas biolgicas (ej.: agua, ADN, protenas) ayudan a mantener su estructura propia y as su funcin.

Hielo: puentes de hidrgeno ms estables.

Agua lquida: los puentes de hidrgeno se rompen y forman continuamente.

Fuerzas intermoleculares: puentes de hidrgeno11

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El ADN consta de dos cadenas entrelazadas que se

mantienen unidas por enlaces de hidrgeno.

El puente de hidrgeno es una atraccin dbil entre un H parcialmente positivo y un

O parcialmente negativo.

cidos y bases12

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Cuando el agua se ioniza libera una pequea (pero equitativa) cantidad de cationes hidrgeno (H+) y aniones hidrxido (OH).

Un cido es una sustancia que se disuelven en agua y liberan iones H+:

HCl H+ + Cl

Una base puede aceptar iones H+ o tambin liberar iones OH al disolverse en agua:

NaOH Na+ + OH

CIDOS BASES

Tienen sabor agrio, como el vinagre. Tienen sabor amargo.

Son corrosivos para la piel. Son suaves al tacto, pero tambin corrosivos a la piel.

Las disoluciones concentradas destruyen la materia orgnica.

Las disoluciones concentradas destruyen la materia orgnica.

Atacan a los metales, desprendiendo hidrgeno.

Reaccionan con los metales generando slidos insolubles (hidrxidos).

Neutralizan los efectos de las bases. Neutralizan los efectos de los cidos.

Conducen la corriente elctrica cuando se disuelven en agua.

Conducen la corriente elctrica cuando se disuelven en agua.

La escala de pH indica la acidez o basicidad (alcalinidad) de una disolucin.

El pH mide la cantidad de iones H+ que se encuentran libres en la disolucin.

Un cido disuelto en agua provoca pH con valores menores que 7 (disolucin cida).

Una base disuelta en agua resulta en pHmayores que 7 (disolucin alcalina).

Una disolucin neutra tiene un pH igual a 7.

Las disoluciones reguladoras (buffers) mantienen el pH dentro de lmites normales en los organismos vivos.

cidos y bases: la escala de pH13

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cido de bateria

Jugo gstrico, jugo de limn

Vinagre, vino,

Coca Cola

CervezaJugo de tomate

Caf negro

Lluvia

Orina

Saliva

Agua pura

Sangre humana,

lgrimas

Agua de marInterior del intestino

delgado

Leche de magnesia

Amonio para

limpieza

Cloro de

uso casero

Limpiador de

hornos

Disolucinbsica

Disolucinneutra

Disolucincida

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Neutro

[H+] = [OH]

M

s a

lca

lin

o

[H+]

< [

OH]

M

s

cid

o

[H+]

> [

OH]

H+H+

H+

H+H+

H+H+

H+

OH

OH

H+

OH

H+OH

OH

OHOH

H+H+

H+

H+

OHOH

OH

OH OHOH

OHH+

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12

13

14

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AGUAlquido de vida

El agua es el medio biolgico por excelencia.

Todos los organismos vivos requieren agua ms que cualquier otra sustancia.

La mayora de la clulas estn rodeadas por agua, y ellas mismas estn compuestas en un 7095% de agua.

La abundancia de agua es la principal razn por la cual la Tierra es un planeta habitable.

El agua: la sustancia vital12

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1. La polaridad del agua resulta en la formacin de puentes de hidrgeno

La molcula de agua es una molcula polar: sus enlaces covalentes son polares y generan una separacin parcial de la carga en la molcula.

Esta polaridad le permite a las molculas de agua formar puentes de hidrgeno.

Propiedades del agua (I): polaridad13

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Puente de

hidrgeno

Enlaces covalentes

polares

+

+

+

+

2. Las molculas de agua son cohesivas y adhesivas

Colectivamente, los puentes de hidrgeno mantienen a las molculas de agua juntas, un fenmeno llamado cohesin.

La cohesin ayuda al transporte del agua en contra de la gravedad en las plantas.

La adhesin es la atraccin entre molculas de materiales diferentes, por ejemplo, la adhesin del ladrillo con el mortero (cemento).

Propiedades del agua (II): cohesin y adhesin13

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13

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Propiedades del agua (II): cohesin y adhesin

Adhesin

Dos tipos

de tejidos

conductores

Cohesin

300 m

Direccin

del movimiento

del agua

3. El agua presenta tensin superficial

La tensin superficial es una medida de cuan difcil es romper la superficie de un lquido.

La tensin superficial se relaciona con la cohesin existente entre las molculas de agua.

Esta propiedad permite rebotar las piedras planas en la superficie del agua y a algunos insectos caminar sobre ella.

Propiedades del agua (III): tensin superficial13

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4. El agua tiene un valor alto de calor especfico

El calor especfico de una sustancia es la cantidad de calor que debe absorber un gramo de esa sustancia para aumentar su temperatura en 1 C.

El agua puede absorber grandes cantidades de calor sin presentar cambios bruscos en su temperatura.

Debido a que los puentes de hidrgeno entre las molculas de agua almacenan calor, la temperatura del agua aumenta y decrece ms lentamente que en otros lquidos; esto protege a los organismos de los cambios bruscos de temperatura interna.

El agua tambin ayuda a mantener la temperatura del ambiente cediendo o absorbiendo calor.

Propiedades del agua (IV): elevado calor especfico13

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5. El hielo es menos denso que el agua lquida

El hielo flota en el agua lquida porque los puentes de hidrgeno en el agua son ms ordenados que en el agua lquida, lo cual lo hace menos denso.

Debido a que el hielo es menos denso, los ocanos y mares se congelan de arriba hacia abajo.

Si el hielo fuera ms denso, el hielo se hundira y se congelaran por completo los mares y ocanos, haciendo imposible la vida en la Tierra.

Esta propiedad permite que el hielo acte como un aislante trmico en los cuerpos de agua, protegiendo la vida acutica durante el invierno.

Propiedades del agua (V): densidad13

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Propiedades del agua (V): densidad13

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Puente de hidrgeno

Hielo:

Los puentes de hidrgeno

son estables.

Agua lquida:

Los puentes de hidrgeno

se rompen y forman

constantemente

6. El agua puede disolver una gran cantidad de sustancias diferentes

Una disolucin es una mezcla homogneade sustancias.

El disolvente es la sustancia que disuelve.

Los solutos son las sustancias que se disuelven.

Una disolucin acuosa es aquella en que el agua es el disolvente.

Cuando un compuesto inico se disuelve en agua, cada ion es rodeado por una esfera de molculas de agua llamada capa de hidratacin.

Algunos compuestos polares pueden disolverse en agua, los compuestos no polares no.

Propiedades del agua (VI): disolvente universal13

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Resumen de funciones biolgicas del agua14

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Funcin Definicin

Componente estructural El agua es el componente esencial de las clulas, en especial del citoplasma.

Disolvente universal Es el medio en el cual se encuentran disueltas otras sustancias qumicas (alimenticias y de desecho).

Termorregulador Provee los medios para mantener la temperatura adecuada de los organismos.

Medio qumico El agua es el medio donde ocurren todas las reacciones qumicas celulares y en algunas el agua participa como reactivo.

Medio de transporte Sirve como medio de transporte de materiales a nivel celular y a nivel sistmico (la sangre).

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sales minerales

FUNCIONES GENERALES DE LAS SALES MINERALES

Funcin Definicin

Estructural Forman estructuras slidas e insolubles en agua, en huesos, conchas y caparazones.

Cataltica Actan como cofactores enzimticos, es decir, sustancias que ayudan al funcionamiento adecuado de algunas enzimas.

Reguladores de pH Permiten que los medios celularessean adecuados para la vida, no muy cidos ni muy alcalinos.

Son nutrientes inorgnicos que son ingeridos en forma de sales disueltas en el agua o los alimentos.

Son indispensables para muchos procesos vitales y, en general, ayudan al buen funcionamiento del organismo.

Qu son las sales minerales?15

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Es bueno para la salud tomar mucha agua?

Cunta agua crees que deba tomar una persona para mantenerse saludable?

En una situacin de alta exigencia fsica: Qu crees que pueda ser ms peligroso para tu salud, beber mucha o poca agua?

Justifica tu respuesta. Qu crees que ocurre en tu organismo en el caso que escogiste?

Crees que la relacin entre las sales minerales y el agua tenga algo que ver en esta situacin? Explcate.

Piensa en salud

Qu pasa si bebo mucha agua?

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