Átomos y moléculas:
Los fundamentos
químicos de la vida
Semejanzas químicas constituyen pruebas del surgimiento de todos los organismos a partir de un ancestro común. Los principios físicos básicos que rigen a los organismos no son exclusivamente de los seres vivos, pues se aplican también a los sistemas inanimados.
LOS ELEMENTOS QUÍMICOS NO CAMBIAN
EN LAS REACCIONES QUÍMICAS NORMALES
elementos sustancias que no se pueden descomponer en otras mas sencillas mediante reacciones químicas ordinarias.
Oxigeno, carbono, hidrógeno y nitrógeno--- constituyen mas de 96% de la masa de mayor parte de los organismos. Algunos elementos, se denominan oligoelementos por estar presentes en cantidades diminutas.
LOS ÁTOMOS SON PARTÍCULAS
BÁSICAS DE LOS ELEMENTOS
Un átomo es la porción mas pequeñas de un elementos que retiene las propiedades químicas de este. Los átomos son mucho menores que la partícula mas diminuta visible con un microscopio óptico.
Partículas Subatómicas: protones, neutrones y electrones. Electrón partícula que tiene una unidad de carga positiva negativa; protón tiene una unidad de carga eléctrica positiva; neutrón partícula sin carga.
Protones y neutrones se concentran en el núcleo atómico. Sin embargo, los electrones no tienen posiciones fijas y se desplazan con rapidez en el espacio que rodea al núcleo atómico.
Un átomo se identifica de manera
inequívoca por su numero de protones
Cada elemento tiene un numero fijo de protones en el núcleo atómico, que se denomina numero atómico y se escribe como un indice a la izquierda del simbolo quimico.
La tabla periodica grafica en la cual los elementos se ordenan confrme a su numero atomico.
Modelos Bohr, ilustran los electrones dispuestos en una serie de circulos cencentricos alrededor del nucleo, son faciles de usar pero inexactos. Los electrones no orbitan alrededor del nucleo en trayectorias concentricas fijas.
La masa atomica es determinada por
el numero de protones y de neutrones
La masa de una particula subatomica, se utilizala unidad de masa atomica (uma) o dalton.
La masa atómica de un elemento es un numero que indica cuán masivo es un átomo de ese elemento en comparación con el otro elemento. Este valor se encuentra sumando el numero de protones y el de neutrones y expresando el resultado en unidades de masa atómica o daltons.
La masa atómica se indica con un superíndice a la 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 numero de neutrones y, por lo tanto, de masa distinta, que se denominan isótopos.
Todos los isótopos de un elemento dando poseen, en lo fundamental, las mismas características químicas. Sin embargo, algunos isotopos son inestables y tienen a desintegrarse o decaer en otro isotopo mas estable (por lo general, con su conversión en otro elemento).
Se denominan radioisótopos (o radionúclidos) porque emiten radiación al desintegrarse.
La desintegración radiactiva también puede detectarse por un método llamado autorradiografía, en el cual la radiación produce el aspecto de granos plateados oscuros en película especial 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 radionúclidos se utilizan para estudiar muchos aspectos de funcionamiento y la química corporales, los radioisótopos se han utilizado en el tratamiento del cáncer, enfermedad que a menudo se caracteriza por división celular rápida.
Los electrones ocupan orbitales que corresponden a niveles de energía.
Los electrones se desplazan con rapidez en regiones características del espacio atómico llamadas orbitales. Cada orbital contiene un máximo de dos electrones.
Los electrones situados en orbitales con energía similar estan al mismo nivel de energia pricipal, y constituyen una capa electrónica.
Los electrones que se hallan en una capa distante del núcleo tienen mayor energía que los localizados en una capa cercana al núcleo.
Los cambios de nivel energético de los electrones son importantes en las conversiones de energía de los organismos.
LOS ÁTOMOS EXPERIMENTAN REACCIONES QUÍMICAS
El comportamiento químico de un átomo es determinado principalmente por el numero y la disposición de los electrones de valencia. Cuando dicha capa no esta completa, el átomo tiende a perder, ganar o compartir electrones para completarla. (La capa de valencia es la misma para todos los isotopos de un elemento, por tal motivo estos tienen propiedades químicas similares y pueden sustituirse mutuamente en las reacciones químicas.)
Los átomos forman moléculas y compuestos
Dos o mas átomos se combinan químicamente para formar unidades llamadas moléculas. Los átomos de diferentes elementos pueden combinarse para formar compuestos o sustancias químicas. Un compuesto químico consiste en dos o mas elementos combinados en una porción fija. No todos los compuestos están constituidos por moléculas.
Una sustancia es descrita por su formula quimica
Formula química modo abreviado de representar la composición química de un compuesto. Hay varios tipos de formulas químicas, y cada uno ofrece tipos específicos de información.
Formula molecular, los subíndices indican el numero real de cada tipo de átomo en una molécula.
Formula estructural, se muestra 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 molecular en un mol.
Un mol de cualquier sustancia siempre tiene exactamente el mismo numero de unidades. El gran numero de unidades contenidas en un mol, 6.02 x 1023, se conoce como numero de Avogadro. El numero de Avogadro permite a los científicos realizar dicho conteo de manera indirecta con solo pesar una muestra.
Las ecuaciones químicas describen reacciones químicas
En una ecuación química, los reactivos (sustancias que participan en la reacción) por lo general 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 ÁTOMOS SE UNEN POR UN MEDIO DE ENLACES QUÍMICOS
Los átomos de un compuesto se mantienen unidos por fuerzas de atracción denominadas enlaces químicos. Cada enlace equivale a determinada cantidad de energía química. La energía de enlace es la necesaria para romper el enlace mismo. Los electrones de valencia determinan en cuantos enlaces puede participar un átomo. Los dos tipos principales de enlaces 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. Compuesto covalente consiste en enlaces covalentes.
Cuando dos átomos comparten un par de electrones, el enlace se denomina enlace covalente sencillo.
Enlace covalente doble se comparten dos pares de electrones de la manera recién descrita; esto se representa con dos lineas continuas paralelas. Enlace covalente triple cuando dos átomos comparten tres pares de electrones.
La función de una molécula guarda relación con su forma
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 optima entre los átomos para contrarrestar la repulsión de los pares de electrones.
Los enlaces covalentes son no polares o polares
La electronegatividad es una medida de la atracción que un átomo ejerce sobre los electrones en enlaces químicos. Cuando los átomos d una molécula poseen electronegatividad similar, comparten por igual los electrones y se dice que el enlace covalente es no polar.
En un enlace covalente entre dos elementos distintos, la electronegatividad de los átomos suele ser diferente. Los electrones son atraídos mas cerca al núcleo atómico del elemento con mayor afinidad por los electrones. Un enlace covalente entre átomos de electronegatividad diferente se califica como polar.
Una molécula polar tiene carga positiva parcial en un extremo y carga negativa parcial en el otro.
Los enlaces iónicos se forman entre cationes y aniones.
Algunos átomos o grupos de átomos no son electricamente neutros. Una partícula con una o mas unidades de carga eléctrica se denomina ion. Cuando un átomo acepta o dona uno o mas electrones, se convierte en un ion. 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.
Carga eléctricas son fundamentales para muchas interaccione, cationes y aniones participan en transformaciones energéticas dentro de la célula, la transmisión de impulsos nerviosos, la contracción muscular y muchos otros procesos biológicos.
Un enlace iónico se forma como consecuencia de las atracciones 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 opuestas.
El agua es un extraordinario solvente, o sea un liquido que puede disolver muchas sustancias, en particular las que son polares o iónicas. Esto se debe a la polaridad de las moléculas de agua. Una sustancia disuelta se denomina soluto.
Cada catión y cada anión del compuesto iónico quedan rodeados por los extremos con carga opuesta de las moléculas de agua, proceso que se denomina hidratación. Los iones hidratados siguen interactuando entre si en alguna medida, pero los enlaces iónicos transitorios formados son mucho mas débiles que en un cristal solido.
Los enlaces de hidrógeno son atracciones débiles
Los enlaces de hidrógeno tienden a formarse entre un átomo con carga negativa parcial y uno de hidrógeno unido en forma covalente a oxigeno o a nitrógeno.
Los enlaces de hidrógeno se forman y rompen con facilidad. Tienen orientación y longitud especificas. Características revisten suma importancia en su función determinante de la estructura tridimensional de moléculas grandes, como el DNA y las proteínas.
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