FACULTAD DEMEDICINA HUMANA

Curso: Química Seminario

Trabajo: ORIGEN Y EVOLUCIÓN DE LOS ELEMENTOS Y LAS MOLÉCULAS. ELEMENTOS QUIMICOS EN LOS ORGANISMOS VIVOS.

Profesor(es): HELDA DEL CASTILLO COTILLO HELMER LEZAMA VIGO HUGO VILLANUEVA DANILO BARRETO YAYA ROXANA SIFUENTES VÁSQUEZ CARLOS ORÉ ORIHUELA

Alumno: José Jacir Hoyos Rojas

PRIMER AÑOI-SEMESTRELIMA - PERÚ

2009

ORIGEN Y EVOLUCIÓN DE LOS ELEMENTOS Y LAS MOLÉCULAS

1. ¿Qué son las partículas elementales?

Las partículas elementales son los objetos más simples que se pueden concebir. En general no tienen partes ni se pueden dividir en componentes más sencillas.

2. ¿Cuáles son las partículas elementales?

Dependiendo del tipo de interacciones que pueden tener, las partículas se clasifican en dos grandes grupos: los quarks y los leptones. Un tercer grupo lo forman las partículas portadoras de fuerzas.

3. ¿Cuáles son las partículas subatómicas?

Una partícula subatómica es una partícula más pequeña que el átomo. Puede ser una partícula elemental o una compuesta. Ejemplos de partículas subatómicas son las que constituyen los átomos: protones, electrones y neutrones.

4. ¿Cómo están conformadas las partículas subatómicas?

Transcurrido un tiempo de aproximadamente 6·10-6 s desde el Big-Bang se cree que la temperatura era de ≈1,4·1012 K, los quarks en estas condiciones interaccionan entre sí y forman protones, neutrones y después se estabilizan los electrones.

Electrón: Se encuentra en la corteza. Su masa aproximadamente es de 9,1*10-31 kg. Tiene carga eléctrica negativa (-1.602*10-19 C).

Protón: Se encuentra en el núcleo. Su masa es de 1,6. 10-27 kg. Tiene carga positiva igual en magnitud a la carga del electrón. El número atómico de un elemento indica el número de protones que tiene en el núcleo. Por ejemplo el núcleo del átomo de hidrógeno contiene un único protón, por lo que su número atómico (Z) es 1.

Neutrón: Se encuentra en el núcleo. Su masa es casi igual que la del protón. No posee carga eléctrica.

5. ¿Qué procesos dieron origen a los elementos?

Hasta hace poco tiempo se consideraba que estos más que ser el producto de reacciones nucleares internas de las estrellas que actualmente observamos, ya estaban presentes en los comienzos del Universo.Sin embargo, de acuerdo con los estudios más recientes de cosmología y de astrofísica, la formación de los elementos ha sido lenta y gradual.

6. ¿Qué átomos se crearon inicialmente?

Al principio sólo se han originaron los más livianos. De acuerdo con la teoría del Big Bang, que hoy representa el punto de vista más acreditado sobre el origen del Universo, los procesos de fusión nuclear que se llevaron a cabo después de la gran explosión primordial, sólo produjeron hidrógeno y helio.

QUARKS LEPTONES

U Electrón

D Neutrino electrón

S Muón

C Neutrino muón

B Tau

T Neutrino tau

7. ¿Qué es la nucleosíntesis?

La nucleosíntesis es el proceso de creación de nuevos núcleos atómicos a partir de los nucleones preexistentes (protones y neutrones) para llegar a generar el resto de los elementos de la tabla periódica.

8. ¿Qué átomos se crearon por combustión nuclear?

Fue necesario esperar el agregado de hidrógeno y helio primordiales en estrellas para ver instaurar, en su interior, nuevos y más duraderos procesos de fusión nuclear y para asistir, por consiguiente, al nacimiento de elementos cada vez más pesados: berilio, carbono, oxígeno, neón, magnesio, silicio, hierro, etc.

9. ¿Qué elementos conforman en mayor porcentaje el núcleo de las estrellas

La composición química de una estrella varía según la generación a la que pertenezca. Cuanto más antigua sea más baja será su metalicidad. Al inicio de su vida una estrella similar al Sol contiene aproximadamente 75% de hidrógeno y 23% de helio. El 2% restante lo forman elementos más pesados, aportados por estrellas que finalizaron su ciclo antes que ella. Estos porcentajes son en masa; en volumen, la relación es 90% de hidrógeno y 10% de helio.

Componentes químicos   Símbolo   % 

Hidrógeno   H   49 

Helio   He   49 

Oxígeno   O   0,061 

Carbono   C   0,03 

Nitrógeno   N   0,0084 

Neón   Ne   0,0076 

Hierro   Fe   0,0037 

Silicio   Si   0,0031 

Magnesio   Mg   0,0024 

Azufre   S   0,0015 

Otros      0,0015

10.¿Qué son isótopos?

Se dice que dos átomos son isótopos o presentan una relación de isotopía cuando teniendo el mismo número atómico, es decir, el mismo número de protones en su núcleo, poseen distinto número másico, es decir, distinto número de neutrones en su núcleo.

ELEMENTOS QUIMICOS EN LOS ORGANISMOS VIVOS

1. ¿Cómo se originó la materia orgánica en el sistema solar?

Para un tiempo de 11,3 minutos la mitad del universo eran protones y la temperatura era de 5·108 ºK.

Pasado otro tiempo de 30 a 60 minutos los núcleos formados eran los siguientes: 2H; 3He; 4He; 5He. Este

último tiene una vida media corta que es de 2,1·10-21, transformándose en el anterior átomo. En este

tiempo los núcleos formados son establecidos hasta el 4He. Van evolucionando a átomos y en las estrellas

tiene lugar reacciones nucleares que dan lugar a los elementos químicos.

2. ¿Qué elementos son casi constantes y predominantes en todos los sistemas biológicos?

Elementos Biológicos abundantes: oxígeno, carbono, hidrógeno, nitrógeno, calcio, fósforo, potasio, azufre, sodio, cloro, hierro

3. ¿Qué elementos se encuentran en mayor cantidad, por qué?

El carbono El hidrógeno

El oxígeno Nitrógeno

Azufre Fósforo

4. Esquematice la tabla periódica de los elementos y resalte sólo aquellos elementos que son esenciales para la vida.

H 

He

Li Be 

B C N O F Ne

Na Mg 

Al Si P S Cl Ar

K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe

Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn

Fr Ra Ac 

 

Elemento Elemento Esencialidad

mayoritario traza discutida

5. ¿Qué puede Ud. concluir a partir del esquema que acaba de realizar?

En la vida existe una gran cantidad de elementos los cuales tienen un grado específico de esencialidad en el ser humano y en la vida.

6. ¿Cuáles son los átomos más abundantes en el cuerpo humano? ¿En qué porcentajes se encuentran?

Presencia en el cuerpo humano

(%) Elemento Presente en:

65 Oxígeno Todos los líquidos y tejidos, los huesos, las proteínas

18 Carbono Todas partes

10 Hidrógeno Todos los líquidos y tejidos, los huesos, las proteínas

3 Nitrógeno Todos los líquidos y tejidos, las proteínas

1,5 Calcio Los pulmones, riñones, hígado, tiroides, cerebro, músculos, corazón, huesos

1 Fósforo La orina, los huesos

0,35 Potasio Los enzimas

0,25 Azufre Las proteínas

0,15 Sodio Todos los líquidos y tejidos (en forma de sal)

0,05 Magnesio Los pulmones, riñones, hígado, tiroides, cerebro, músculos, corazón

7. El hidrógeno es un elemento muy especial en química y biología:

a. ¿Cuáles son los isótopos de hidrógeno y en qué porcentajes se encuentran en la naturaleza?

El hidrógeno posee tres isótopos naturales que se denotan como 1H, 2H y 3H. Otros isótopos altamente inestables (del 4H al 7H) han sido sintetizados en laboratorio, pero nunca observados en la naturaleza.8 9

1H, conocido como protio, es el isótopo más común del hidrógeno con una abundancia de más del 99,98%. Debido a que el núcleo de este isótopo está formado por un solo protón se le ha bautizado como protio, nombre que a pesar de ser muy descriptivo, es poco usado.

2H, el otro isótopo estable del hidrógeno, es conocido como deuterio y su núcleo contiene un protón y un neutrón. El deuterio representa el 0,0026% o el 0,0184% (según sea en fracción molar o fracción atómica) del hidrógeno presente en la Tierra, encontrándose las menores concentraciones en el hidrógeno gaseoso, y las mayores (0,015% o 150 ppm) en aguas

oceánicas. El deuterio no es radiactivo, y no representa un riesgo significativo de toxicidad. El agua enriquecida en moléculas que incluyen deuterio en lugar de hidrógeno 1H (protio), se denomina agua pesada. El deuterio y sus compuestos se emplean en marcado no radiactivo en experimentos y también en disolventes usados en espectroscopia 1H - RMN. El agua pesada se utiliza como moderador de neutrones y refrigerante en reactores nucleares. El deuterio es también un potencial combustible para la fusión nuclear con fines comerciales.

3H se conoce como tritio y contiene un protón y dos neutrones en su núcleo. Es radiactivo, desintegrándose en 3

2He+ a través de una emisión beta. Posee un periodo de semidesintegración de 12,33 años.7 Pequeñas cantidades de tritio se encuentran en la naturaleza por efecto de la interacción de los rayos cósmicos con los gases atmosféricos. También ha sido liberado tritio por la realización de pruebas de armamento nuclear. El tritio se usa en reacciones de fusión nuclear, como trazador en Geoquímica Isotópica, y en dispositivos luminosos auto - alimentados. Antes era común emplear el tritio como radiomarcador en experimentos químicos y biológicos, pero actualmente se usa menos.

b. ¿En qué estados puede encontrarse el hidrógeno?

Solido, liquido, gaseoso, plasmático

c. ¿Qué roles cumple el hidrógeno en los sistemas vivos?

El hidrógeno puede formar compuestos con la mayoría de los elementos y está presente en el agua y en la mayoría de los compuestos orgánicos. Desempeña un papel particularmente importante en la química ácido - base, en la que muchas reacciones conllevan el intercambio de protones entre moléculas solubles. Puesto que es el único átomo neutro para el cual la ecuación de Schrödinger puede ser resuelta analíticamente, el estudio de la energía y del enlace del átomo de hidrógeno ha sido fundamental para el desarrollo de la mecánica cuántica.

8. Respecto al oxígeno:

a. ¿Cuáles son los isótopos del oxígeno y en qué porcentajes se encuentran en la naturaleza?

El oxígeno tiene tres isótopos estables y diez radioactivos. Todos sus isótopos radioactivos tienen un periodo de semidesintegración de menos de tres minutos.

b. ¿Qué roles desempeña el oxígeno en los sistemas vivos?

Es un elemento muy electronegativo que permite la obtención de energía mediante la respiración aeróbica. Además, forma con el hidrógeno enlaces polares, dando lugar a moléculas polares solubles en agua.

9. Respecto al carbono:

Isótopos más estables

iso. AN Periodo de semidesintegración

MD ED M eV

PD

16O 99,762% O es estable con 8 neutrones17O 0,038% O es estable con 9 neutrones18O 0,2% O es estable con 10 neutrones

a. ¿Cuáles son los isótopos del carbono y en qué porcentajes se encuentran en la naturaleza?

En 1961 la IUPAC adoptó el isótopo 12C como la base para la masa atómica de los elementos químicos.

El carbono-14 es un radioisótopo con un periodo de semidesintegración de 5730 años que se emplea de forma extensiva en la datación de especímenes orgánicos.

Los isótopos naturales y estables del carbono son el 12C (98,89%) y el 13C (1,11%). Las proporciones de estos isótopos en un ser vivo se expresan en variación (±‰) respecto de la referencia VPDB (Vienna Pee Dee Belemnite, fósiles cretácicos de belemnites, en Carolina del Sur). El δC-13 del CO2 de la atmósfera terrestre es -7‰. El carbono fijado por fotosíntesis en los tejidos de las plantas es significativamente más pobre en 13C que el CO2 de la atmósfera.

La mayoría de las plantas presentan valores de δC-13 entre -24 y -34‰. Otras plantas acuáticas, de desierto, de marismas saladas y hierbas tropicales, presentan valores de δC-13 entre -6 y -19‰ debido a diferencias en la reacción de fotosíntesis. Un tercer grupo intermedio constituido por las algas y líquenes presentan valores entre -12 y -23‰. El estudio comparativo de los valores de δC-13 en plantas y organismos puede proporcionar información valiosa relativa a la cadena alimenticia de los seres vivos.

b. ¿Qué roles desempeña el carbono en los sistemas vivos?

Tiene la capacidad de formar largas cadenas (macromoléculas), con una gran variabilidad de moléculas de diferentes formas. Los enlaces que forma son lo suficientemente fuerte como para formar compuestos estables, y a la vez son susceptibles de romperse sin excesiva dificultad. Por esto, la vida está constituida por carbono y no por silicio, un átomo con la configuración electrónica de su capa de valencia igual a la del carbono. El hecho es que las cadenas de silicio no son estables y las cadenas de silicio y oxígeno son prácticamente inalterables, y mientras el dióxido de carbono, CO2, es un gas soluble en agua, la sílice, SiO2, es un cristal sólido, muy duro e insoluble.

10.Respecto al nitrógeno:a. ¿Cuáles son los isótopos del nitrógeno y en qué porcentajes se

encuentran en la naturaleza?

Existen dos isótopos estables del nitrógeno, N-14 y N-15, siendo el primero —que se produce en el ciclo carbono-nitrógeno de las estrellas— el más común sin lugar a dudas (99,634%). De los diez isótopos que se han sintetizado, uno tiene un periodo de semidesintegración de nueve minutos (el N-13), y el resto de segundos o menos.

Las reacciones biológicas de nitrificación y desnitrificación influyen de manera determinante en la dinámica del nitrógeno en el suelo, casi siempre produciendo un enriquecimiento en N-15 del sustrato.

b. ¿Qué roles desempeña el nitrógeno en los sistemas vivos?

También es muy electronegativo y permite la obtención de energía mediante la respiración anaeróbica (fermentación). Además, forma parte de las proteínas, está presente en todos los aminoácidos. También está presente en las bases nitrogenadas de los ácidos nucléicos. Prácticamente todo el nitrógeno es incorporado al mundo vivo como ion nitrato, por las plantas. El gas nitrógeno solo es aprovechado por algunas bacterias del suelo, algunos hongos y algunas cianobacterias.

Isótopos más estables

iso. AN (%)Periodo de

semidesintegraciónMD

ED (MeV)

PD

13N Sintético 9,965 min ε 2,220 13C14N 99,634 N es estable con 7 neutrones15N 0,366 N es estable con 8 neutrones

Bibliografía:

http://www.textoscientificos.com/quimica/inorganica/origen-elementos

http://es.wikipedia.org/wiki/Bioelementos

http://www.astromia.com/glosario/elementosorigen.htm

http://www.uv.es/~jaguilar/elementos/elementos.html