Los
seres vivos compartimos características químicas en nuestra composición y
metabolismo, lo anterior es muestra de
que tenemos un ancestro en común. Además los principios físicos que rigen a los
seres vivos también lo hacen en seres inanimados. Esto se comprende a través de
la estructura de los átomos y sus enlaces.
Los
elementos no se pueden reducir en otras sustancias más simples por reacciones
químicas normales, a los anteriores se les ha asignado un símbolo que los
diferencia de forma sistemática.
Los elementos O, C, H
y N tienen mayor presencia en los organismos. Los átomos que conforman a seres
vivos en pequeñas porciones son conocidos como oligoelementos.
El
átomo es la unidad mínima en que un elemento mantiene sus propiedades químicas.
Las partículas subatómicas que lo componen son: un electrón, partícula que tiene una carga negativa; un
protón, unidad que tiene carga positiva; y un neutrón, partícula sin carga.
Los protones y neutrones se concentran en el núcleo atómico.
Cuando el número de electrones es el mismo que el de protones en el átomo, este
es eléctricamente neutro.
La
tabla periódica es una grafica en que los elementos están acomodados de acuerdo
a su número atómico. El número de protones en cada elemento es considerado su
número atómico.
La masa de un elemento es en extremo
pequeña para expresarla en gramos, por lo que usamos unidades de masa atómica
(uma) o dalton. Esta unidad nos indica cuán masivo es un átomo de cierto
elemento en comparación al de otro elemento. Se obtiene sumando protones y
neutrones.
Casi
todos los elementos presentan átomos con distinto número de neutrones
denominados isótopos, que no difieren en el número de protones y electrones
pero si en masa.
La masa de un elemento es el
promedio de las masas de sus isótopos. Estos poseen en lo fundamental las
mismas características químicas. Algunos isótopos son inestables y tienden a
desintegrarse en otros isótopos más estables.
Ejemplo de ello son los radioisótopos que emiten radiación al
desintegrarse.
Los
electrones se desplazan en zonas bien definidas conocidas como orbitales. La
energía de un electrón, depende del orbital que ocupe y aquellos en un orbital
de energía similar están en el mismo nivel de energía principal, constituyendo
una capa electrónica.
Los electrones en capas distantes del núcleo tienen mayor
energía debido a la menor atracción por la carga positiva del núcleo. Los
electrones de más alta energía son los de la capa de valencia, es decir, los
situados en el orbital más externo.
El
comportamiento químico de un átomo se debe al número y disposición de los
electrones de valencia. La mayoría de los elementos llenan su capa de valencia
con ocho electrones. Cuando dicha capa no esta llena, el átomo tiende a perder
o ganar electrones para completarla.
Los elementos que se encuentran en
la misma columna de la tabla periódica pertenecen a un grupo, esto indica a su
vez que comparten propiedades químicas similares debido a la similitud de sus
capas de valencia, con tendencias a perder, ganar o compartir electrones.
Los
átomos de un mismo elemento tienden a combinarse con otros para formar
moléculas. Cuando átomos de diferentes elementos se combinan forman compuestos
o sustancias químicas. El anterior se constituye de porciones fijas de los
elementos que lo conforman.
Las propiedades de los compuestos
pueden ser muy distintas a las de los elementos que los forman.
A la
abreviatura de un compuesto químico se le conoce como fórmula química. Nos
indican los átomos presentes y los subíndices de las porciones de los átomos.
En las fórmulas moleculares los
subíndices nos indican el número real de cada átomo. En la fórmula estructural
se muestra además de lo anterior, la disposición de los átomos.
La masa molecular de un compuesto es
la suma de las masas atómicas de los
átomos que conforman una molécula. Un mol es el equivalente de la masa atómica
en gramos. En toda sustancia un mol tiene el mismo número de unidades que es
6.02 x 10 y es conocido como número de Avogadro.
Las
ecuaciones químicas se pueden representar con ecuaciones químicas. Los
reactivos son las sustancias que participan en la reacción, los productos las sustancias que se forman. La flecha nos
indica lo que se produce mostrando una dirección.
Los
átomos se unen a través de fuerzas conocidas como enlaces químicos,
equivalentes a cierta cantidad de energía.
Los
enlaces covalentes son aquellos en que los átomos comparten electrones para llenar
su capa de valencia. Cuando los átomos comparten un par de electrones es un
enlace covalente sencillo. Cuando se comparten dos o tres pares de electrones
son covalente doble y triple respectivamente.
Una manera de representar los
electrones de la capa de valencia es escribiendo puntos alrededor del símbolo
del elemento, este método es conocido como la estructura atómica de Lewis.
En cada
elemento los átomos poseen una afinidad con los electrones. La
electronegatividad es la atracción que un átomo ejerce sobre los electrones en los
enlaces. Cuando los átomos de un una molécula tienen una electronegatividad semejante, comparten
electrones por igual y se dice que el enlace covalente es no polar. Cuando la
electronegatividad es diferente y los electrones son atraídos con mayor fuerza
al núcleo del átomo más afín a los electrones, entonces el enlace es covalente
polar. El anterior tiene una carga positiva parcial y otra negativa parcial. Al
igual sucede en una molécula polar.
Un
átomo que acepta o dona uno o más electrones se conoce como ion. Los que tienen
1, 2, 3 o 4 de valencia donan electrones y adoptan una carga positiva debido a
que su núcleo tiene más protones que electrones. Se llaman cationes. Los átomos
con 5, 6 o 7 de valencia aceptan
electrones y adoptan una carga negativa, se llaman aniones.
Un enlace iónico se forma de la
unión de un catión y un anión.
El
enlace de hidrógeno se forma a partir de un átomo de carga negativa parcial y
uno de H, unido en forma covalente a O o
a N.
Cuando
en las reacciones se transfiere un electrón de una sustancia a otra, también lo
hace su energía. Se conoce como una reacción de óxido – reducción o redox.
La reducción se da cuando el átomo,
ión o molécula recibe electrones. La oxidación es el proceso en que el átomo,
ión o molécula cede electrones. El agente reductor cede electrones y se oxida,
el agente oxidante, acepta electrones y se reduce.
El
agua presenta fuerzas de adhesión (se adhieren entre si) y cohesivas (se
adhieren a sustancia con carga en su superficie). Las sustancias que interactúan
fácilmente con el agua se denominan como hidrófilas, aquellas que la repelen
son conocidas como hidrófobas.
El
calor se refiere a la cantidad de energía en una sustancia, la temperatura a la
cantidad promedio de energía cinética en las moléculas.
Una caloría es la unidad de energía térmica
necesaria para aumentar un grado Celsius
la T de 1 g. de agua.
Un
ácido es un donador de protones. Las sustancias ácidas presentan mayor número
de hidrogeniones que de iones hidróxido. Una base es un aceptador de protones y
presenta más iones hidroxilo que hidrogeniones.
El grado de acidez se expresa como
pH y refiere a al concentración de hidrogeniones.
Cuando se mezclan un ácido y una
base se forma una molécula de agua y una sal (compuesto en que el átomo de
hidrógeno de un ácido es sustituido por un catión).
Cuando un ácido, una base o una sal
se disuelven en agua disocian electrones que conducen electrones, a estas
sustancias s eles conoce como electrólitos.
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