Química Orgánica

Química Orgánica

La ciencia que estudia las estructuras, reacciones y síntesis de los compuestos del

Carbono

 Para comprender lo que implica la importancia del elemento CARBONO, considero relevante estudiar la cronología del origen del universo, lo que nos ayudará a conocer el origen de dicho elemento entre otros.

Evolución química del Universo;

Formación de las moléculas fundamentales para la vida en las nubes moleculares interestelares.

Factorías de elementos pesados y de polvo interestelar

Todo comenzó hace unos 14.000 millones de años, con la gran explosión que dio origen al Universo con las leyes físicas que lo rigen. Cuando el Universo tenía unos 300.000 años y unos 4.000 grados de temperatura se produjo un hecho importantísimo para la química: los núcleos de hidrógeno, helio, litio y berilio capturaron los electrones y dieron lugar a los primeros átomos. En esta época el Universo era químicamente demasiado pobre como para que se pudieran formar moléculas complejas relacionadas con la vida. Sin embargo, a medida que el Universo siguió expandiéndose y enfriándose tuvo lugar un fenómeno extraordinario y fundamental para la aparición de la vida: la formación de la primera generación de estrellas. En el interior de estas estrellas se generaron, por primera vez, los elementos químicos relevantes para la vida, tales como el carbono, el oxígeno, el nitrógeno y otros elementos minoritarios fundamentales para la formación de los planetas sólidos. En tan sólo diez millones de años estas estrellas explotaron, como las supernovas que observamos hoy en día, expulsando ingentes cantidades de elementos pesados al medio circundante. Se piensa que en la muerte de estas estrellas se produjo otro hecho fundamental, la formación de los primeros granos de polvo. Al expandirse las capas eyectadas, estas se enfriaron formando en su interior unos minúsculos granos de polvo compuestos fundamentalmente por grafito y silicatos. Los procesos que condujeron a la formación de los granos de polvo en la materia eyectada en las explosiones de supernova son, por el momento, desconocidos. Los granos de polvo, extraordinariamente pequeños, menores que una milésima parte de un milímetro, son los grandes almacenes de material orgánico. Se estima que contienen el 20% del oxígeno, el 50% del carbono y prácticamente todo el silicio y el hierro de la materia interestelar.

El nacimiento de la química en las nubes moleculares

Los minúsculos granos de polvo, los átomos de carbono, el oxígeno y el nitrógeno generados en las primeras estrellas se incorporan a la materia interestelar, cambiando radicalmente la composición química de las aglomeraciones de gas donde tiene lugar la formación de la nueva generación de estrellas y planetas. Los pequeños granos de polvo absorben la radiación ultravioleta de las estrellas de manera que esta no penetra en las partes más internas de las nubes de gas y polvo. Así, estas aglomeraciones de gas aparecen como zonas oscuras en las que no se observan estrellas debido a que los granos de polvo absorben la radiación e impiden su observación en el dominio óptico. Solo se puede penetrar en el interior de las zonas más oscurecidas de estas nubes escudriñándolas en emisión de microondas con grandes radiotelescopios. Los trabajos pioneros en radioastronomía en 1968 detectaron, de manera inesperada, las primeras moléculas triatómicas del espacio interestelar. Moléculas como el amoníaco, el formaldehído y, sobre todo, el vapor de agua, son de hecho de gran relevancia en la química prebiótica. La detección de estas moléculas supuso un gran cambio en nuestra idea sobre la complejidad química en el Universo y un reto para establecer los procesos químicos que tienen lugar en el espacio interestelar. En los laboratorios terrestres las reacciones químicas más importantes se producen debido a las colisiones entre tres cuerpos. Esto es posibles gracias a que las densidades alcanzan el trillón de partículas por centímetro cúbico, muchísimo mayores que las existentes en el medio interestelar, que son del orden de diez mil partículas por centímetro cúbico. La gran pregunta es: ¿qué mecanismo produce una química interestelar tan rica en las inmensas y frías nubes oscuras -con temperaturas de unos 260 grados bajo cero, y prácticamente en el vacío en regiones protegidas de la radiación ultravioleta?

La aparición de los hielos en el Universo

El polvo no solo apantalla el interior de las nubes oscuras de la radiación ultravioleta, tan dañina para las moléculas, sino que, a tan bajas temperaturas, los granos de polvo son pegajosos y pueden actuar como catalizadores de reacciones químicas. Todo átomo que choque con un grano de polvo se queda adherido a él. En las condiciones típicas de una nube interestelar, a cada grano de polvo se le pueden pegar unas cien moléculas en tan solo unos diez mil años. Estos átomos pueden moverse sobre la superficie de los granos y encontrarse con otros átomos, fundamentalmente de hidrógeno, para formar la molécula más abundante del Universo, el hidrógeno molecular; además, gracias a la hidrogenación del carbono, del oxígeno y del nitrógeno, se generan también otras moléculas simples como el CH4 (metano), el NH3 (amoníaco) y el H2O (agua). Estas moléculas recubren el grano de un manto de hielo de agua, amoníaco, metano y monóxido de carbono. Así lo demuestran los espectros observados por el satélite infrarrojo Infrared Space Observatory de la Agencia Espacial Europea en la dirección de estrellas recién formadas. En este estadio de evolución la complejidad química de las nubes moleculares era ya extraordinaria. Existían moléculas de más de tres átomos, granos de polvo y mantos de hielos tremendamente ricos en compuestos moleculares. Los radiotelescopios han detectado que una complejidad química similar a la hasta ahora descrita podría existir cuando el Universo tenía tan solo unos mil millones de años.

La aparición de alcoholes en el Universo

Otro paso de gran importancia para la evolución hacia un incremento de la complejidad química es la formación y evolución de nuevas estrellas en el seno de estas nubes con una gran riqueza química. Las estrellas de gran masa, como las que se observan en Orión, emiten mucha radiación ultravioleta que altera drásticamente la composición química del gas que las rodea. En el entorno más cercano a la estrella, la radiación ultravioleta fotodisocia las moléculas, ioniza los átomos, evapora los mantos helados de los granos de polvo e incluso destruye parcialmente el núcleo de los granos. Sin embargo, en las zonas de las nubes un poco más alejadas de la estrella, donde penetra solo una parte de la radiación ultravioleta, los mantos helados están también sometidos a ciertas dosis de radiación ultravioleta. Esta radiación disocia las moléculas de los hielos de agua, amoníaco y metano y propicia la formación sobre los granos de moléculas orgánicas mucho más complejas. Este estado de evolución del Universo fue de gran importancia, ya que se pudieron formar los alcoholes, no sólo el más simple, el alcohol metílico, sino también más complejos como el alcohol etílico. Actualmente se han identificado más de 130 moléculas, algunas de ellas con más de trece átomos. De ellas cabe destacar el amoníaco, el agua, el ácido cianhídrico, el formaldehído y el cianoacetileno.

Nacimiento de las estrellas de tipo solar y sus planetas

En el seno de estas nubes moleculares tiene lugar el colapso de la materia para formar las estrellas de tipo solar. La formación de una estrella no es el resultado de un proceso simple, sino que viene acompañada de la presencia de un disco de acrecimiento en rotación y de un flujo bipolar que expulsa materia. Dentro de los discos que giran alrededor de las protoestrellas se forman grandes conglomerados, de aproximadamente un kilómetro de tamaño, de material rocoso en su parte interna y de hielos, granos de polvo y gas en la parte externa, conocidos como planetesimales. Objetos similares a estos conglomerados se pueden observar ahora en el Sis- tema Solar. Concretamente, los asteroides podrían considerarse como planetesimales rocosos y los cometas como planetesimales helados. Los estudios de los cometas muestran que las moléculas que se evaporan de sus núcleos tienen abundancias muy similares a las encontradas en el medio interestelar, e incluso en algún cometa se han detectado moléculas complejas orgánicas como el metanol.

Los meteoritos y la complejidad química prebiótica en el espacio

Hemos visto que las nubes moleculares son inmensos laboratorios que generan los compuestos moleculares básicos que, disueltos en agua, pueden dar lugar a las moléculas esenciales de la vida: los aminoácidos y las bases nitrogenadas. Afortunadamente, la constante aportación de material orgánico desde el espacio nos permite profundizar aún más en la composición química de la materia interestelar y de la materia del Sistema Solar. En la actualidad caen a la Tierra varios cientos de toneladas de material extraterrestre, la mayoría en forma de pequeñas partículas de polvo y de meteoritos. Estos meteoritos de tamaños intermedios permiten analizar con detalle la composición química orgánica de la materia extraterrestre. Los meteoritos como el Murchison, el Orgueil y el Allende muestran una gran riqueza de compuestos químicos formados en condiciones abióticas. Concretamente, en el meteorito Murchison se han identificado un gran número de compuestos orgánicos, entre los que cabe destacar al menos 79 aminoácidos, ocho de ellos correspondientes

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