Quimica Basica Para Biologia_Somon Unidad 2

7/25/2019 Quimica Basica Para Biologia_Somon Unidad 2

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El carbono, el hidrgeno, el oxgeno y elnitrgeno son los elementos ms abundantes enlos seres vivos.

Las propiedades qumicas de un tomo vienendeterminadas por sus electrones de mayor energa,conocidos como electrones de valencia.

Una molcula est formada por tomos unidos

mediante enlaces covalentes. Otros enlacesqumicos importantes son los enlaces inicos. Losenlaces de hidrgeno y las interacciones de vander Waals son atracciones dbiles.


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En una reaccin redox se transfiere la energa deun electrn.

Las molculas de agua son polares. Tienen

regiones de carga parcial positiva y carga parcialnegativa que les permite formar enlaces dehidrgeno entre ellas y con otras sustanciascargadas.

Los cidos son donadores de iones hidrgeno;las bases son aceptores de iones de hidrgeno.La escala de pH es una medida prctica de laconcentracin de iones hidrgeno de unasolucin.


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Los principios qumicos son esenciales paraentender a los organismos y cmo funcionan.

Animales/plantas/insectos/microorganismos

comparten composicin qumica y metabolismobsicos. Estas semejanzas son pruebas de que todos los

organismos tenemos un ancestro comn. Esto explica que estudiando bacterias o ratas sus

resultados puede aplicarse a al ser humano. Los principios fsicos y qumicos rigen a los seres

vivos e inertes.


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El Proyecto Genoma Humano depende de labioqumica, biologa molecular, la fsica y laqumica.

Un bioqumico investiga las interacciones entre lostomos y molculas de la clula.

Un bilogo molecular estudia la interaccin de

protenas y ADN que controla la expresin degenes. Es esencial que todos los que estudian ciencia

tengan conocimientos de qumica.


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Un bilogo evolutivo estudia las relacionesevolutivas del ADN de diferentes organismos.

El eclogo estudia la transferencia de energa en

un organismo vivo a otro en un estuario. Monitorear los efectos biolgicos del cambio en la

salinidad del agua. Un botnico estudia compuestos producidos por

plantas. Es posible que se convierta en un "explorador

qumico" a caza de nuevos agentes teraputicos.


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Las sustancias simples de tamao molecularpequeo son llamadas compuestos

inorgnicos. De importancia biolgica se encuentra el

agua, muchos cidos y bases simples y salessimples.

Se presta atencin al agua y sus propiedadesque afectan a los seres vivos y a su ambienteinerte.


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Objetivos de aprendizaje1 Nombrar los principales elementos qumicos

presentes en los seres vivos y mencionar una funcin

importante de cada uno.2 Comparar las propiedades fsicas (masa y carga) ylas localizaciones de electrones, protones yneutrones. Distinguir entre el nmero atmico y el

nmero de masa de un tomo.3 Definir las expresiones orbital y capa electrnicas.Relacionar los orbitales electrnicos con los nivelesde energa.


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Elemento es una sustancia sencilla que no sedescompone por reacciones qumicas ordinarias.

Tiene un smbolo qumico: generalmente la

primera letra/las dos primeras es en latn. O es el smbolo del oxgeno, C del carbono,

H del hidrgeno, N del nitrgeno y Na del sodio (del latn natrium).


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El C, H, O, y N forma 96% de los organismos. Ca, P, K y Mg, estn presentes cantidades

pequeas. I, Mn, Cu, Zn, Co, F, Mo, Se, B, Si y unos

cuantos ms presentes en cantidadesmnimas (oligoelementos/trazas.)


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Elementos de importancia en plantas y animales tpicos

ElementoSmbolo

Qumico Funciones

Oxgeno O

Carbono C

Hidrgeno H

Nitrgeno N

Calcio Ca

Fsforo P

Necesario para la respiracin celular; presente en la mayora

de los compuestos orgnicos; componente del agua.

Forma el esqueleto de molculas orgnicas; cada tomo de

carbono puede formar cuatro enlaces con otros tomos.

Presente en la mayora de los compuestos orgnicos;

componente del agua; el ion hidrgeno (H+) participa en

algunas transferencias de energa.Componente de todas las protenas y los cidos nucleicos;

componente de la clorofila de las plantas.

Componente estructural de huesos y dientes; el Ca2+

es importanteen la contraccin muscular, la conduccin de impulsos nerviosos y la

coagulacin sangunea; asociado con la pared celular vegetal.

Componente de los cidos nucleicos y de los fosfolpidos de

las membranas; importante en las reacciones de transferencia

de energa; componente estructural de huesos.


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Elementos de importancia en plantas y animales tpicos

ElementoSmbolo

Qumico Funciones

Potasio K

Azufre S

Sodio Na

Magnesio Mg

Cloro Cl

Hierro Fe

El ion potasio (K+) es un catin (ion de carga positiva) principal en el

lquido intersticial de los animales; importante en la actividad de losnervios; con efecto sobre la contraccin muscular; controla la

abertura de los estomas en las plantas.

Componente de la mayora de protenas.

El Na+ es un catin principal del lquido intersticial (tisular);importante en el equilibrio hdrico; esencial para la conduccin de

impulsos nerviosos; importante para la fotosntesis en las plantas.

Necesario en la sangre y otros tejidos de los animales; activa muchas

enzimas; componente de la clorofila de las plantas.

El Cl- es el principal anin del lquido intersticial (tisular); importante

en el equilibrio hdrico; esencial para la fotosntesis.

Componente de la hemoglobina de los animales; activa

determinadas enzimas.


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tomo es la porcin mspequea de un elementoque retiene suspropiedades qumicas.

No pueden verse al microscopio ptico. Los investigadores han fotografiado las

posiciones de algunos tomos grandes en lasmolculas. Tcnicas sofisticadas como la microscopa de

efecto tnel: aumentos de 5 millones de veces.


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Materia todo lo que tienemasa y ocupa un espacio.

Los tomos son partculasde materia compuesta de estructuras subatmicas.

Las partculas subatmicas son: electrones, protones yneutrones. Electrn es una partcula que tiene una unidad de carga

elctrica negativa.

Protn tiene una unidad de carga positiva.

Neutrn es una partcula sin carga. En un tomo elctricamente neutro.

El nmero de electrones es igual al nmero de protones.


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El nmero de protones en el ncleo se llamanmero atmico (Z).

Subndice a la izquierda del smbolo qumico. 1H indica que el ncleo de hidrgeno contiene

1 protn.

8

0 significa que el ncleo del oxgenocontiene 8 protones.

El nmero atmico determina la identidaddel elemento y lo define.


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Los protones y los neutrones se agrupan

y forma el ncleo atmico. Los electrones no tienen posiciones fijas. Se desplazan con rapidez en el espacio

que rodea al ncleo atmico.


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NUCLEO

PROTONES

NEUTRONES

ELECTRONES


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El nmero de protones en el ncleo se llamanmero atmico (Z).

Subndice a la izquierda del smbolo qumico.

1H indica que el ncleo de hidrgeno contiene 1protn.

8O significa que el ncleo del oxgeno contiene 8

protones. El nmero atmico determina la identidad del

elemento y lo define.


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O 8

Oxgeno

2.6

10,00 uma

Smbolo NmeroAtmico (Z)

Configuracinelectrnica Masa

atmica

Modelo deBohrPrimera rbita

Capa: n = 1

Segunda rbita

capa: n = 2Electrones

Ncleoatmico


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Masa Atmica (uma)


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La tabla peridica es una matriz de los elementosordenados por su Z.

Permite correlacionar reacciones entre elementos. En la Figura anterior muestra las configuraciones

electrnicas de elementos biolgicos importantes. El modelo de Bohr ilustra los electrones dispuestos en

crculos concntricos alrededor del ncleo. El modelo es fcil de usa pero inexacto. El espacio exterior del ncleo es extremadamente

grande en comparacin con el ncleo. Los electrones no orbitan alrededor del ncleo en

trayectorias concntricas fijas.


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La masa de las partculas subatmicas es enunidad de masa atmica (uma), o dalton.

John Dalton: qumico ingls que formul una

teora atmica a principios del siglo XIX. Una uma equivale a la masa aproximada de un

nico protn o un nico neutrn. Los protones y los neutrones constituyen toda la

masa de un tomo. Cada electrn tiene una masa de 1/1800 veces la

de un protn o un neutrn.


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La masa atmica (A) de un tomo es elnmero protones y neutrones del ncleo

atmico. Resultado se expresa en unidades de

uma, daltons. La masa de los electrones se omite. A se indica como un superndice a la

izquierda del smbolo qumico.


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El O, con 8 protones y 8 neutrones en su ncleo. Tiene un Z de 8 y A de 16 uma. se indica como:


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Cuantos electrones tiene el tomo de uranio ?


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A diferencia del peso, la masa esindependiente de la fuerza de

gravedad.Por conveniencia, se considera que

la masa y el peso son equivalentes.Elpeso atmico tiene el mismo valor

numrico que la masa atmica pero

no tiene unidades


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Partcula Carga Masa Locacin

Protn Positiva 1 uma NcleoNeutrn Neutra 1 uma NcleoElectrn Negativa 1/1 800

uma

Fuera del

ncleo


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tomo

NcleoProtn

Carga +

Masa 1 uma

NeutrnSin caga

Masa 1 uma

Corteza ElectrnCarga

Masa 1/800


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Elementos: mezcla de tomos con n neutronesdiferentes.

Tienen masas diferentes. Se denominan istopos. Son del mismo elemento slo vara el nmero de

neutrones: Istopos del hidrgeno:

11H (hidrgeno normal), 21H (deuterio) y 31H (tritio). La masa es promedio de las masas de sus istopos. La A del hidrgeno no es 1.0 uma; sino 1.0079 uma.

Porla masa promedio de deuterio y tritio, e H ordinario.


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ISTOPOS tomos que tienen el mismo nmero

atmico, pero diferente nmero msico. Por lo tanto la diferencia entre dos istopos

de un elemento es el nmero de neutronesen el ncleo.

Istopos de carbono:

Istopos de hidrgeno:

La forma ms comn es el hidrgeno, que esel nico tomo que no tiene neutrones en suncleo.


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Los isotopos tienen: el mismo nmero de electrones y las mismas caractersticas qumicas.

Algunos istopos son inestables. Tienden a descomponerse/desintegrarse a otro istopo ms estable. Convirtindose a otro elemento diferente.

Estos se llaman radioistopos pues emiten radiacin aldesintegrarse.

La desintegracin del 146C de un neutrn a un protn y unelectrn

El electrn emitido en forma de radiacin conocido como

partcula beta ().

N147

01

C146


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El tomo estable resultante es la forma comn delnitrgeno, 147N.

Se pueden detectar y medir las partculas y otros

tipos de radiacin. La desintegracin radiactiva puede detectarse por

autorradiografa.

La radiacin produce el aspecto de granosplateados en una pelcula fotogrfica.


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Istopos de un elemento tienen las mismascaractersticas qumicas.

Son esencialmente intercambiables.

Metabolizan/localizan igual a los no radiactivos. Unas pueden ser sustituidas por las otras.

3H (tritio), 14C y 32P herramientas de investigacin.

La datacin de fsiles. Seguimiento de rutas bioqumicas. Secuencia de informacin gentica en el. Transporte de azcar en plantas.

Istopo Periodo Emisin


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Istopo Periodo Emisin

Uranio-238 4510 millones de aos Alfa

Carbono-14 5730 aos Beta

Cobalto-60 5,271 aos Gamma

Radn-222 3,82 das Alfa


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En medicina se en diagnstico yen tratamiento. La distribucin/metabolismo de hormona/frmaco

puede seguirse con el 146C o el3

1H. Funcin de la tiroides. Imgenes del flujo sanguneo de arterias. Tratamiento del cncer.

Enfermedad que se caracteriza por una divisin celularmuy rpida.


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Los e- se mueven en regiones 3D llamadasorbitales.

Cada orbital contiene un mximo de 2 electrones. Es imposible saber el lugar de un electrn. La representacin es en forma de nubes

electrnicas. reas sombreadas son probabilidades ubicacin.

La energa del electrn depende del orbital. Electrones en orbitales con energa similar estn en

el mismo nivel de energa principal, y constituyenuna capa electrnica.


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Los electrones no describen orbitasdefinidas.

Se distribuyen en una zona llamadaORBITAL. Regin con 95%probabilidad de

encontrar 1 e-. -Se distribuyen en diferentes niveles

energticos en las diferentes capas.


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Los electrones ms distantes del ncleo tienenmayor energa que aquellos ms prximos.

Esto se debe a que se necesita energa para alejara un electrn con carga negativa del ncleo. Los electrones de valencia ms energticos son

del anillo concntrico ms externo de Bohr. Los electrones de valencia son los que participan

en las reacciones qumicas.


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Un electrn puede desplazarse a un orbital msalejado del ncleo al recibir ms energa.

Puede ceder energa y descender a un nivel menosenergtico en un orbital ms cercano al ncleo.

Los cambios de nivel energtico son importantesen las conversiones energticas de los organismos. En la fotosntesis la energa absorbida en clorofila eleva

los electrones a un nivel de energa superior.


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Los electrones sedistribuyen en

diferentes nivelesllamadas capas. Con un nmero

mximo de electrones

en cada nivel o capa.

Nivel n Numero

mximo de

electrones:

1 2

2 8

3 18

4 32

5 32


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El potasio en estado neutro:

19K 19 protones; 19 electrones; 20 neutrones

1capa : 2e- 2capa : 8e- 3capa : 9e-


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Objetivos de aprendizaje Explicar cmo el nmero de electrones de

valencia de un tomo est relacionado con suspropiedades qumicas.

Distinguir entre frmulas qumicas simplificada,molecular y estructural.

Explicar por qu el concepto de mol es tan tilpara los qumicos.


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Qumica del tomo depende de e- de valencia. Capa de valencia del H/He est completa con 2 e-.

Otros tomos se llena cuando contiene 8 e-

. Una capa incompleta pierde/gana/comparte e-. Istopos de un elemento son idnticas en e- d Val.

Propiedades qumicas similares.

Pueden sustituirse unos por otros.

El tritio puede sustituir al hidrgeno ordinario.


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tomos en columna tienen propiedades similares. Sus capas de valencia: perder/ganar/compartir e-.

Cl y el Br, halgenos, son muy reactivos. Con 7 electrones gana 1 e- en las reacciones qumicas.

El H, el Na y el K con 1 e- de valencia cede o comparte.

El He y el Ne poco reactivos: valencia estn llenas. Capas de valencias incompletas del C, H, O,N: Ne.


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Dos o ms tomos pueden combinarsequmicamente.

Si elementos diferentes se combinan forman un

compuesto qumico. Un compuesto qumico consta dos o ms tomos

diferentes combinados en una proporcin fija. Agua es un compuesto qumico compuesto de

hidrgeno y oxgeno en una relacin de 2:1. La sal comn, cloruro sdico, compuesto formado

por sodio y cloro en una relacin de 1:1.


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Dos o ms tomos pueden unirse y formar unapartcula estable denominada molcula.

Cuando dos tomos de oxgeno se combinan se

forma una molcula de oxgeno. El agua es un compuesto molecular formado

por dos tomos de hidrgeno y uno de oxgeno.

No todos los compuestos estn formados pormolculas. El cloruro sdico un ejemplo de un compuesto

no molecular.


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Frmula qumica es una expresin que describe lacomposicin qumica de una sustancia.

Los smbolos qumicos indican los tomos presentes ylos subndices proporciones entre tomos.

Hay varios tipos de frmulas qumicas y cada unoofrece tipos especficos de informacin.


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Frmula simplificada los subndices indicanmnima relacin de tomos en un

compuesto. La hidracina tiene una relacin de 1:2 del

nitrgeno con hidrgeno.

NH2


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Frmula molecular, los subndices indican elnmero real de cada tipo de tomo en unamolcula.

La hidracina es est compuesta de dostomos de nitrgeno y cuatro tomos dehidrgeno.

N2H4


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Frmula estructural muestra los tipos, nmeros ydisposicin de tomos una molcula.

El metano, CH4, su estructura es

Molculas orgnicas con frmulas estructuralesdiferentes compartan la misma frmula molecular.


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Masa molecular es la suma de las masasatmicas componen una nica molcula.

Ejemplo: H20 Hidrgeno: 2( 1 uma) = 2 uma Oxgeno: 1(16 uma) = 16 uma Total: = 18 uma Istopos hacen la masa atmica decimales. Para facilitar el clculo se redondea el valor de

cada masa atmica a un nmero entero.Ejemplo:C6H1206 Carbono: 6 (12 uma) = 72 uma Hidrgeno:12 ( 1 uma) = 12 uma Oxgeno: 6 (16 uma) = 96 uma Total = 180 uma


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La masa de un elemento/compuesto en gramos se llama 1mol. 1 mol de agua son 18 gramos (g). 1 mol de glucosa tiene una masa de 180 g.

El mol permite comparar tomos y molculas con masa

distinta. 1 mol de sustancia tiene el 6.02x1023 de sustancia.

Se llama Nmero de Avogadro (N) En honor al fsico italiano Amadeo Avogrado. 1 mol de C6H12O6 contiene 6.02 x 1023 molculas C6H12O6.

1 mol de H2 contiene 6.02 x 1023

molculas H2. 1 mol de Fe contiene 6.02 x 1023 tomos Fe. Los bilogos moleculares tratan con valores a nivel de

milimoles (mmol) o micromoles (mol).


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El concepto de mol nos permite hacercomparaciones tiles entre soluciones. Una solucin 1 molar (1 M) tiene 1 mol de

sustancia disuelta en un total de un litro (L)de solucin.

Podemos comparar 1 litro de una solucin 1M de glucosa con 1 L de una solucin 1 M

de sacarosa. Difieren en masa del azcar disuelto (180 gy 340 g), ambos contienen 6.02x1023molculas.


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Dentro de un organismo hay reacciones qumicas complejas. La reaccin entre glucosa y oxgeno, pueden describirse con

ecuaciones qumicas:

ReactivosProductos

ProduceCoeficiente Subndice

C6H12O6 + 6O2 6CO2 6H2O+ + Energa

Glucosa Oxgeno Dixido decarbono

Agua Energa


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En una ecuacin qumica: Los reactivos o sustancias que participan en la reaccin

se escriben a la izquierda de la ecuacin. Los productos o sustancias formadas tras la reaccin se

escriben a la derecha de la ecuacin. La flecha significa produce e indica la direccin en la

cual procede la reaccin. Los compuestos qumicos reaccionan en formas

cuantitativamente precisas. Los nmeros que preceden a los smbolos o a lasfrmulas qumicas (conocidos como coeficientes). 1 mol de C6H12O6 con 6 moles de O2 reacciona para

formar 6 moles de CO2 y 6 moles H2O.


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Las reacciones pueden tener lugarsimultneamente en sentido inverso o en sentidodirecto.

En equilibrio dinmico las tasas de las

reacciones directas e inversa son iguales. Las reacciones reversibles indican mediante una

flecha doble.Dixido de carbono ms agua da cido carbnico

CO2+H2O H2C03 Las flechas tienen longitudes diferentes para

indicar que hay ms reactivos (CO2 y H20) queproducto (H2C03).


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Objetivo de aprendizaje Distinguir entre enlaces covalentes, enlaces

inicos, puentes de hidrgeno e interacciones devan der Waals.

Compararlos en trminos de los mecanismos por

los que se forman y sus fuerzas relativas.


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Los tomos pueden mantenerse unidos porfuerzas de atraccin denominadas enlacesqumicos.

Cada enlace equivale a una determinadacantidad de energa qumica. La energa de enlace es aquella que necesita

para romper un enlace qumico. Los electrones de valencia determinan cuntos

enlaces puede formar un tomo. Los dos tipos principales de enlaces qumicos

son los enlaces covalentes y los inicos.


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Los enlaces covalentes comparten e- entre tomosy queda con sus capa de valencia completa. Ejemplo: enlace que une a dos tomos de H en una

molcula de hidrgeno gaseoso, H2. Cada tomo de H tiene un 1 e- necesita 2 e- para

completar su capa de valencia. Los tomos de H tienen capacidades iguales para

atraer e-. No se donan electrones entre s. Cada tomo comparte su e- y son atrados por los

dos protones de los dos ncleos de hidrgeno. Los dos e- orbitan alrededor de ambos ncleos

atmicos formando el enlace covalente que los une. Pueden unirse tomos diferentes mediante enlaces

covalentes para formar molculas. El resultado es un compuesto covalente.


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Para representar el enlace se utiliza laestructura de Lewis del tomo.

En honor al qumico americano GilbertNewton Lewis.

Consiste en e- como puntos alrededor delsmbolo qumico.

Lewis quien desarroll esta notacin


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Los tomos forman molculas y compuestos


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Los tomos forman molculas y compuestos


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Cuando dos tomos comparten un par de electrones, el enlacecovalente se denomina enlace covalente sencillo. Dos tomos de hidrgeno comparten un nico par de

electrones. Dos tomos de oxgeno pueden adquirir estabilidad formando

enlaces covalentes entre s. Cada tomo de oxgeno tiene 6 electrones en su capa externa. Para estabilizarse, los dos tomos comparten dos pares de

electrones, formando oxgeno molecular. El enlace covalentese denomina enlace covalente doble cuando dos pares deelectrones se comparten de este modo, lo que se representacon dos lneas continuas paralelas.

De forma similar, se forma un enlace covalente triple (que serepresenta por tres lneas continuas paralelas) cuando dostomos comparten tres pares de electrones.


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Cada tipo de molcula tiene un tamaocaracterstico y una forma.

Las funciones biomoleculares dependen en gran

parte de su forma geomtrica. Una molcula de dos tomos tiene forma lineal. Molculas compuestas de ms de dos tomos

pueden tener formas complejas. La geomtrica molecular proporciona la distanciaptima entre los tomos. Para contrarrestar la repulsin de los pares de electrones.


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Al formare enlaces covalentes los orbitales devalencia sufren un reordenamiento.

Este proceso se llama hibridacin de orbitales

dando la forma de la molcula. Ejemplo: 4 H se combinan 4 de C para formar

una molcula de metano (CH4).

Los orbitales hibridados forman una estructurageomtrica conocida como tetraedro. Cada tomo de H ocupa las cuatro esquinas del

tetraedro.

CONFIGURACIN ELECTRNICA DEL 126C


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CONFIGURACIN ELECTRNICA DEL 6C

1s 2s 2p 1s 2s 2p

CPromocin

C*

Orbitales atmicos de la

capa externa del carbono

Orbitales 1s y 3p

90


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sp3sp3

sp3

sp3

C+ 4 H

H

H

H

C

H


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Diferentes elementos varan en su afinidad porlos electrones.

La electronegatividad es la atraccin de un

tomo por electrones en enlaces qumicos. Aumenta de izquierda a derecha en un periodo

y abajo hacia arriba en un grupo.


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tomos idnticos unidos covalentementetienen electronegatividades iguales.

Comparten por igual los electrones y se describe

como enlace covalente no polar. Enlace covalente no polar: H2, O2, CH4.


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Enlace covalente entre dos elementos distintosque tienen electronegatividad diferentes. Los electrones son llevados ms cerca del ncleo

atmico con la afinidad electrnica mayor. Este enlace covalente entre tomos de

electronegatividad se llama enlace covalente polar.

Tiene dos extremos: uno con carga parcialpositiva y el otro con carga parcial negativa.

Enlace Covalente simple nopolar o apolar


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Enlace Covalente doble nopolar o apolar


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Enlace Covalente doble nopolar o apolar


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Una molcula con uno o ms enlaces covalentespolares puede ser polar aunque sea elctricamenteneutra en su conjunto.

La razn para esto es que una molcula polar tienecarga parcial positiva en un extremo y carga parcialnegativa en el otro.

Los enlaces polares del agua entre los tomos de H

y de O estn en de V y no en lnea recta. El extremo en el que se encuentra el oxgeno

constituye el polo negativo de molcula y elextremo con los dos hidrgenos es el polo positivo.


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Dipolo


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Algunos tomos/grupos de tomosno son elctricamente neutros.

Una partcula con una o msunidades de carga elctrica sedenomina ion.

Un tomo se convierte en un ioncuando acepta o dona uno o mselectrones.


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tomos con 1, 2 o 3 e- en su capa de valenciatienden a donar electrones.

Adquieren carga positiva porque tiene ms

protones que electrones. Estos iones cargados positivamente se den

minan cationes. Los tomos con 5, 6 o 7 e-de valencia tienden a

aceptar electrones. Se convierten en aniones cargados

negativamente.


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Los iones tienen propiedades muy distintas delas de los tomos de los que derivan.

Por ejemplo, aunque el gas Cl2 txico, los iones

(Cl

-

) son esenciales para la vida. Los cationes y aniones participan entransformaciones energticas dentro de laclula.

La transmisin de impulsos nerviosos. La contraccin muscular o muchos otros

procesos biolgicos.


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Un grupo de tomos unidos covalentementepuede transformarse en un ion (ion

poliatmico).

Un grupo de tomos puede donar o aceptarprotones (H), as como electrones.

Dicho grupo puede convertirse en un catin si

pierde electrones o gana protones. O convertirse en anin si gana electrones o si

pierde protones.


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Un enlace inico se forma por atraccin entrecatin y un anin.

Un compuesto inico est compuesto de

aniones y cationes unidos por cargas opuestas. Un buen ejemplo de cmo se forman los enlaces

inicos es la atraccin entre iones de sodio e

iones cloruro.


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Un tomo de sodio tiene un electrn en su capade valencia y no puede llenar esta ltimaaceptando siete electrones de otros tomos, ya

que tendra un gran carga negativa y noequilibrada. En su lugar, dona un nico electrn de valencia a

un tomo muy electronegativo como el cloro,que acta como aceptor de electrones.


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El tomo de cloro no puede donar los sieteelectrones de su capa de valencia, puesadquirira una carga positiva excesiva.

En cambio, acepta un electrn de un donadorde electrones (el sodio, en este caso) paracompletar su capa de valencia.


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ATRACCINELECTROTTICA

DisolventeSoluto


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Cuando el Na reacciona con el Cl, el electrn devalencia del Na se transfiere por completo al Cl.

El sodio se convierte en un catin, con una

unidad de carga positiva (Na+

). El cloro se transforma en un anin con una

unidad de carga negativa (Cl-). Estos iones se atraen entre s como resultado de

sus cargas opuestas. Esta atraccin elctrica o inica mantiene unidos

a ambos y forma NaCl.


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El trmino molcula no explica de acompuestos inicos como el NaCl.

En su estado cristalino slido, cada ion esten realidad rodeado por seis iones de cargaopuesta.

La frmula simplificada, NaCl, indica una

relacin de 1:1 En el cristal real no hay molculas

diferenciadas, formadas por Na+ y Cl-.


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Los compuestos inicos tienden a disociarseen sus iones en contacto con el agua:

En la forma slida de un compuesto inico losenlaces inicos son muy fuertes.

El agua es un extraordinario disolvente parapartculas polares e inicas: debido a la su

polaridad. Las cargas parciales positivas y negativas del

agua atraen y rodean a los aniones y cationes,


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En consecuencia el compuesto inico slido sedisuelve (disolvente).

Una sustancia disuelta se denomina soluto.

En solucin cada in del compuesto quedarodeado por las cargas opuestas del agua. Este proceso se denomina hidratacin. Los iones hidratados siguen interaccionando

entre s hasta cierto punto. Pero los enlaces inicos transitorios formados

son mucho ms dbiles que en un cristal slido.

Hidratacin o


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Estructuracristalina

solvatacin


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Cuando este elemento se combina con O (N),adquiere carga parcial positiva,

Debido a que su electrn est ms tiempocerca del tomo electronegativo.

Enlaces de H se forman entre un tomo concarga parcial negativa y otro H unido a O N.

Los tomos que participan pueden estar en dosregiones de la molcula o en dos molculasdiferentes.


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Por ejemplo las molculas de agua interaccionanampliamente entre s a travs de formacin deenlaces de hidrgeno.

Los enlaces de hidrgeno se forman y rompencon facilidad. Son relativamente dbiles individualmente pero

en conjunto son fuertes.

Tienen longitud y orientacin especficas. Son muy importantes para determinar la

estructura tridimensional del DNA y las protenas.


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Incluso las molculas no polares elctricamenteneutras pueden desarrollar de forma transitoriaregiones con carga dbil positiva o negativa.

Estas pequeas cargas se desarrollan comoconsecuencia del hecho de que los electronesestn en constante movimiento.

Una regin con un exceso temporal deelectrones tendr una carga negativa dbil,

mientras que aquella con un dficit deelectrones tendr una carga positiva dbil. Las molculas adyacentes pueden interaccionar

con regiones de carga ligeramente opuesta.


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Estas fuerzas de atraccin, denominadasfuerzas de van der Waals, que actan endistancias muy cortas y son ms dbiles y menosespecficas que los dems tipos de interacciones

que hemos estudiado. Estas son ms importantes cuando se dan en

gran nmero y cuando la forma de las molculaspermiten un contacto estrecho entre los tomos.

Aunque una nica interaccin es muy dbil, lafuerza de unin de un nmero elevado deinteracciones de este tipo actuando a la vezpuede ser importante.


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Objetivo de aprendizaje

Distinguir entre los trminosoxidacin y reduccin, yrelacionar estos procesos con la

transferencia de energa.

.Esta reaccin se conoce como un proceso de oxidacin-reduccino reaccin redox.La reacciones redox ocurren en formasimultnea.Laoxidacin es un proceso qumico donde un tomo, ion o molculapierde electrones.Lareduccin es un proceso qumico donde un tomo, ion o molculagana electrones.


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Muchas conversiones de energa en la clulaimplican transferencia de electrones.

La transferencia de un electrn conlleva latransferencia de la energa de ese electrn.

Esta reaccin se conoce como un proceso deoxidacin-reduccin o reaccin redox.

La reacciones redox ocurren en forma simultnea. La oxidacin es un proceso qumico donde un

tomo, ion o molcula pierde electrones. La reduccin es un proceso qumico donde un

tomo, ion o molcula gana electrones.


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El xido, que resulta de la combinacin de hierro conoxgeno4Fe+3O2 2Fe203

xido de hierro III4Fe4 Fe3++12e-

202+12e-6O

2-

En el xido, cada tomo de Fe se oxida al perder treselectrones.

El smbolo e- indica un electrn y el superndice + de

Fe3+

el dficit de electrones. Cada tomo de Fe pierde tres electrones y adquieretres unidades de carga positiva.

El O se reduce cuando acepta electrones del hierro.


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Las reacciones redox son simultneas. El agente oxidante acepta uno o ms electrones y se reduce. El agente reductorcede uno o ms electrones y se oxida. Se produce una transferencia de electrones del Fe (agente

reductor) al O (agente oxidante). De manera similar se transfiere un electrn del Na (agentereductor) al Cl (agente oxidante).

En las clulas: La oxidacin implica la separacin de un tomo de

hidrgeno de un compuesto covalente. La reduccin, implica la adicin de hidrgeno.


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Objetivo de aprendizaje

Explicar cmo los enlaces dehidrgeno entre molculas deagua adyacentes dirigen

muchas de las propiedades delagua.


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Gran parte de la masa de la mayora de los organismos esagua.

En humanos 20% en los huesos al 85% en las clulascerebrales.

Alrededor del 70% de nuestro peso corporal totalcorresponde al agua.

La proporcin es de hasta el 95% en las medusas y enalgunas plantas.

El agua por medio de la fotosntesis es la fuente del O2contenido en el aire que respiramos.

Sus tomos de H se incorporan a muchos compuestosorgnicos. Es el disolvente biolgico universal y reactivo o producto

de numerosas reacciones qumicas.


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Tambin es uno de losprincipales factoresambientales que influyensobre el ambiente.

Muchos organismos viven enel ocano o en los ros, lagos oestanques de agua dulce.

Las propiedades fsicas yqumicas del agua ha sidoesencial para el origen de la

vida. Tambin para la supervivencia

y evolucin continuadas de lavida en la Tierra.


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Las molculas de agua son polares En el agua lquida y en el hielo, las molculas estn

asociadas por enlaces de hidrgeno.

Se forman cuando un tomo de H es atrado por el deO de una molcula adyacente. El tomo de O de una molcula de agua tiene dos

regiones de carga parcial negativa.

Cada uno de los dos H tiene una carga parcial positiva. Cada molcula de H2O puede formar enlaces de H con

un mximo de 4 molculas adyacentes.


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Las molculas de agua son polares En el agua lquida y en el hielo, las molculas

estn asociadas por enlaces de hidrgeno. Se forman cuando un tomo de H es atrado por

el de O de una molcula adyacente. El tomo de O de una molcula de agua tiene

dos regiones de carga parcial negativa. Cada uno de los dos H tiene una carga parcial

positiva. Cada molcula de H2O puede formar enlaces deH con un mximo de 4 molculas adyacentes.


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Las molculas de agua tienen una tendencia aadherirse entre s; propiedad llamada cohesin.

sta es debida a la presencia de puentes de hidrgenoentre ellas.

Cualquier fuerza sobre una porcin de una columna deagua se transmite a columna completa. El mecanismo del movimiento del agua en las plantas. Tambin muestran adhesin, capacidad para

adherirse muchas sustancias.

Especialmente con grupos de tomos o molculascargadas en su superficie. Estas fuerzas adhesivas explican por qu el agua

humedece las cosas.


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Fuerzas adhesivas y cohesivas explica la capilaridad. Avanzar por tubos estrechos incluso en contra la

gravedad. Esto hace que el agua avance en los espacios

microscopio del suelo a las races de las plantas. El agua tiene un alto grado de tensin superficial

debido a la cohesin de sus molculas, las cuales ejercenuna atraccin mucho mayor, unas con respecto a lasotras que con otras molculas del aire.

De este modo, las molculas de agua que se encuentranen la superficie se atraen fuertemente entre s, dandolugar a una capa compacta a que contribuye la atraccinadicional que ejercen las molculas que ubican debajo.


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El agua disuelve compuestos polares e inicos. Los compuestos forman iones cuando entran en

contacto con agua. Forman iones al disolverse facilitando las

reacciones qumicas. Las sustancias que interaccionan con el agua son

hidrfilas. Ejemplos el azcar y la sal de mesa.

Muchas sustancias son hidrfobas presentes enlos seres vivos. Forman asociaciones o estructuras que no se

rompen.


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Las interacciones hidrfobas se dan en molculasno polares.

Insolubles en agua y tienden a agruparse.

Porque las molculas de agua unidas por puentesde H las excluyen. Haciendo que se agrupen entre s. Las interacciones hidrfobas explican de porqu

el aceite forma glbulos cuando se aade agua. Sustancias hidrfobas son los cidos grasos y el

colesterol.


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Los enlaces del H explican como el aguaresponde a cambios en la temperatura.

El agua se encuentra en tres formas que difierenen el grado de formacin de enlaces de H.

Gas, lquido y hielo, un slido cristalino.

Cuando el agua cambia de estado se forman o serompen los puentes de H.


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Para elevar la temperatura de una sustanciaes necesario agregar energa calorfica.

Las molculas se muevan ms rpido al

incrementar la energa cintica de lasmolculas. Para que las molculas se muevan ms

libremente se debe romper algunos de los

puentes de H. La mayora de la energa aadida al sistema

se utiliza en romper estos enlaces


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Una porcin de la energa calorfica es paraacelerar el movimiento molecular.

Aumentando de ese modo la temperatura del

agua. Para que el H2Ol lquida se convierta en H2Os,

deben formarse puentes de H adicionales.

Hace que las molculas tengan menoslibertad de movimiento.

Libera gran cantidad de calor al entorno.


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El calor de vaporizacin: cantidad de energacalorfica necesaria para convertir 1 g de unasustancia en fase lquida a su fase gaseosa(caloras.)

Una calora (cal): la cantidad de energacalorfica necesaria para aumentar en un gradoCelsius (1C) la temperatura de 1 g de agua.

Equivalente a 4.184 julios (J)

El calor de vaporizacin del agua es 540 cal/gr.Debido a los puentes de H. El calor de vaporizacin de la mayora de las

sustancias lquidas es mucho menor.


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Al calentar una muestra de sangre, algunasmolculas se mueven ms rpido que otras. Estas molculas escapan a la fase lquida y entran

en la fase gaseosa.

Al hacerlo llevan consigo el calor que provoca unadisminucin de temperatura. Ejemplos Esto se denomina enfriamiento por

evaporacin. El cuerpo humano puede disipar el calor excesivo

cuando el sudor se evapora de la piel. La hoja de un vegetal se mantiene fresca bajo la

luz solar intensa al evaporarse el agua.


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Los puentes de H son responsables del elevado calorespecfico del agua. Cantidad de energa necesaria para elevar la temperatura de

1 g a un Celsius. La mayora de las sustancias tienen valores de calor

especfico muchos menores. Metales, vidrio o el alcohol etlico tienen valores de calor

especfico muchos menores. Debido a que se necesita un gran consumo de calor para

elevar la temperatura del agua. Tambin se pierde mucho calor cuando disminuye la

temperatura. Los ocanos y las grandes masas de agua tienen

temperaturas relativamente constantes. Los organismos que viven en el agua cuentan con

temperaturas relativamente constantes.


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Las propiedades del agua estabilizan latemperatura de la superficie de la Tierra.

Aunque el agua de la superficie es una fina capa

en relacin con el volumen del planeta. Su cantidad es enorme en comparacin con lamasa de tierra expuesta.

Esta masa de agua es resistente al efecto de

calentamiento. Generado por el calor como al efecto deenfriamiento debido a las bajas temperaturas


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Los enlaces de H hacen que el hielo poseapropiedades. En estado lquido se expande cuando se congela

debido a que los puentes de H. Una cuadrcula cristalina conferir al hielo una

densidad 10% menor del agua lquida. Cuando el hielo se calienta hasta que la temperaturase aproxima a 0C.

Los enlaces de hidrgeno se rompen y las molculasse aproximan unas con otros.

De esta forma la densidad del agua es mayor a 4C. Encima de 4C el se expande a medida que aumenta

la velocidad molecular. Como resultado, el hielo flota sobre el agua fra que es

ms densa.


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Esta propiedad ha sido importante para laevolucin de los seres vivos.

Si el hielo tuviera mayor densidad que el agua sehundira.

Toda masa liquida acabara congelndose desdeel fondo hasta la superficie. Esto hara imposible la vida en ellos. Cuando una densa masa de agua se enfra.

Se cubre de hielo flotando en su superficie. Asla el agua lquida que est por debajo. Permitiendo a los organismos vivir por debajo de

la misma.


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El alto contenido de agua de los seres vivosayuda a conservar constante la temperaturainterna.

La temperatura constante es importante paralas reacciones biolgicas sea posibles.


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Objetivos de aprendizaje Comparar cidos y bases y estudiar sus

propiedades.

Convertir la concentracin de iones hidrgeno(moles por litro) de una solucin en un valor depH, y describir cmo los amortiguadores ayudan aminimizar los cambios de pH.

Describir la composicin de una sal y explicar porqu las sales son importantes para losorganismos.


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Agua tienen una leve tendencia a ionizarse,en iones H+ e hidrxido OH-.

El H+ se combina con otra molcula de aguapara formar un ion hidronio H30+.

Por convencin H+ en lugar de la expresinms exacta H30+. El agua pura se ioniza muy poco. Esta ionizacin es contrarrestada por iones

hidrgeno e hidrxido a unirse y formaragua:

HOH H++OH-


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Las concentraciones de estos iones es 0.0000001 10-7 mol por litro de cada ion.

Se dice que una solucin como sta es neutra, nicida ni bsica.

Un cido es una sustancia que se disocia ensolucin para producir H+ y aniones:

cido H+ + Anin

Un cido es un donadorde protones. El cido clorhdrico, HCl, es un ejemplo de cidoinorgnico.


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Una base se define como un aceptordeprotones.

Las bases se disuelven en agua dando OH- y uncatin.

NaOH Na++OH-OH-+H+ H20

Un ion OH-puede actuar como base al aceptar

un protn H+

para formar agua. El hidrxido sdico, NaOH, es una baseinorgnica comn.


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Algunas bases no se disocian directamenteen iones hidrxido.

Amoniaco, NH3, acta como base aceptandoun protn del agua dando el ion amonio,NH4+ y OH-.

NH3+H20NH4+

+OH-


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El grado de acidez de una solucin se expresarseen trminos de pH.

Se define como el logaritmo negativo de base 10

de la concentracin de iones de H (moles/litro):pH = -log10[H

+] Los corchetes indican concentracin [H+]

significa moles por litro (mol/L). El pH es una escala logartmica: una diferencia

entre unidades sucesivas de 10 veces.


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Las concentraciones de iones hidrgeno casisiempre son menores de 1 mol/L.

Un gramo de iones H disuelto en 1 litro de

agua (1 M) es extraordinariamente cido. El log de un nmero menor que 1 es negativo;

el log negativo da un pHpositivo

Hay valores de pH inferiores a 0 pero no sedan en condiciones biolgicas.


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Clculo pH. La concentracin de iones hidrgeno de lagua

es 0.0000001 (10-7

) mol/L. El logaritmo es 7. El logaritmo negativo es 7; por tanto el pH es 7.


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Sustancia [H+]* log [H+] pH [OH-]

Jugo

gstrico 0.01, 10-2 -2 2 10-12

Agua pura 0.0000001, 10-7 -7 7 10-7

Amoniaco 0.00000000001, 10-11 -11 11 10-3

[H+] = concentracin de iones hidrogeno (mol/L).

[OH-] = concentracin de iones hidroxilo (mol/L).


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El producto de la [] de iones H y de iones OH[H+][OH-] = 1 X 10-14 El agua pura con un pH de 7 tiene concentraciones

iguales de iones H+ que de iones hidrxido: 10-7mol/L).

Una solucin cida tiene una concentracin deiones hidrgeno mayor que la de su concentracinde iones hidrxido y un valor de pH inferior a 7.

Por ejemplo, la concentracin de iones hidrgeno deuna solucin con pH de 1 es 10 veces la de una

solucin con pH de 2. Una solucin bsica tiene ms iones OH- que

iones hidrgeno y tiene un pH mayor de 7.


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Existen ciertos compartimentos muy cidosdentro de las clulas.

La mayor parte del interior de las clulas no esmuy cido ni muy bsico.

Algunas bacterias estn adaptadas a la vida enambientes cidos

Cualquier cambio sustancial en el pH es

incompatible con la vida para la mayor parte delas clulas. El pH de casi todos los tipos de clulas y entorno

por lo comn vara entre 7.2 y 7.4.


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Existen ciertos compartimentos muy cidosdentro de las clulas.

La mayor parte del interior de las clulas no esmuy cido ni muy bsico.

Algunas bacterias estn adaptadas a la vida enambientes cidos Cualquier cambio sustancial en el pH es

incompatible con la vida para la mayor parte de

las clulas. El pH de casi todos los tipos de clulas y entornopor lo comn vara entre 7.2 y 7.4.


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Mecanismos homeostticos mantienen losvalores de pH adecuados.

El pH de la sangre humana est prximo a 7.4. Sangre demasiado cida causa coma y muerte. Alcalinidad excesiva causar hiperexcitabilidad

del SN/convulsiones.

Los organismos contienen muchosamortiguadores naturales.


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Amortiguador es una sustancia que resiste loscambios del pH.

Cuando se agrega un cido o una base. El amortiguador incluye un cido o una base

dbil. Slo una fraccin de las molculas est ioniza;

la mayora no se disocia.


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El CO2 del metabolismo celular ingresa en lasangre y reacciona con H2O.

Se forma H2CO3: un cido dbil que se disocia en

un ion H y un ion HCO-2

. La siguiente expresin describe este sistema:

CO2+H2OH2CO3H++HCO-2

Las flechas dobles indican reaccionesreversibles.


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El cido carbnico es dbil. El sistema se encuentra en equilibrio dinmico. Las velocidades de reaccin hacia derecha e

izquierda son iguales.

Las concentraciones relativas de loscomponentes no cambian.


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CO2+H2OH2CO3H++HCO-2 Un sistema en equilibrio dinmico contina

siempre que no se aplique un elemento de estrs.

El estrs se debe reducir hasta conseguir un nuevoequilibrio dinmico. Un estrs puede ser un cambio en la concentracin

de cualquier componente. El sistema se desplaza a la derecha agregando

reactivos o retirando productos. A la inversa, se desplaza a la izquierda agregando

productos retirando reactivos.


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CO2+H2OH2CO3H++HCO-2 Los iones hidrgeno son el producto importante de este

sistema. Un exceso de iones H desplaza el sistema a la izquierda. El ion H se combina con los iones bicarbonato para

formar cido carbnico. Finalmente, establece un nuevo equilibrio.

En ese punto la [C] de ion H es similar a la [C] original. El producto de las [C] de iones H y de iones OH recupera

valor de 1x10-14.


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Si adicionamos iones OH se combinan con los

iones H y forma agua. De esta forma se elimina el producto y el

sistema se desplaza a la derecha.

Se ioniza ms cido carbnico y se repone losiones de H extrados.


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Los organismos contienen muchos cidos ybases dbiles.

De modo que mantienen una reserva esencial

de capacidad amortiguadora. Se evita los extremos de pH.


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Cuando se mezclan un cido y una base, el H+ delcido se une al OH- de la base forma agua.

El resto del cido (un anin) se combina con elresiduo de la base (un catin) para formar una sal.

El cido clorhdrico reacciona con el hidrxidosodio y se forman agua y cloruro de sodioHCl+ NaOH NaCl + H2O

Una sal es un compuesto en que el tomo de

hidrgeno de un cido sustituye por otro catin. El NaCl es una sal en la que ion H del HCl ha sidosustituido por un catin Na+.

Cuando una sal/cido/base se disuelven en agua.


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Los iones que se disocian conducen lacorriente elctrica.

Estas sustancias se denominan electrlitos. Azcares/alcoholes/otras sustancias no

forman iones en agua. Tampoco conducen la corriente elctrica.

Se denominan no electrlitos o no-electrolticas.


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Clulas/lquidos extracelulares contienen diversassales en disolucin.

Son fuente de iones minerales importantesesenciales para los equilibrios hdricos y

acidobsico. Los iones nitrato y amonio del suelo son las

fuentes importantes de nitrgeno para las plantas. Los iones son necesarios para el funcionamiento:

De nervios y msculos. Coagulacin sangunea. Formacin de huesos.


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Sodio, potasio, calcio y magnesio son loscationes principales.

Cloruro, bicarbonato, fosfato y sulfato son los

aniones importantes. [C] y cantidades de cationes y aniones se

mantienen bastante constantes.

Cambios que obstaculizan las funcionescelulares puede causar la muerte.


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Quimica Basica Para Biologia_Somon Unidad 2

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