Química elemental

La química trata sobre la estructura, disposición y composición de las sustancias y de las reacciones que experimentan.

-Química elemental:

Elementos y compuestos: Materia, es todos los materiales o sustancias que nos rodean. Todo lo que tiene masa y ocupa espacio. Sustancia: son elementos o compuestos. Se dice que el elemento es “puro” es decir que no puede ser desdoblado ni descompuesto en dos o más sustancias distintas. Cuando dos o más elementos se unen forman combinaciones químicas denominadas compuestos, estos pueden desdoblarse o descomponerse en los elementos que contiene. El cuerpo humano contiene 26 elementos, a 11 se los denomina elementos principales, 4 de ellos constituyen aproximadamente el 96% de la materia del cuerpo humano. Los 15 restantes están presentes en cantidades inferiores y se denominan oligoelementos.

Elementos principales:

Oxígeno: 65% necesario para la respiración celular; componente del agua.

Carbono: 18% columna vertebral de las moléculas orgánicas.

Hidrógeno: 9% componente del agua y de casi todas las Ms orgánicas; necesario para el transporte de energía y la respiración.

Nitrógeno: 3% componente de todas las proteínas y ácidos nucleicos.

Calcio: 1,5% componente de los huesos y los dientes; desencadena la contracción muscular.

Fósforo: 1% principal componente de la columna vertebral de los ácidos nucleicos; es importante para el transporte de energía.

-Átomos: toda la materia está formadas por unidades llamadas átomos, éstos pueden dividirse en partículas todavía más pequeñas, o subatómicas. Estructura atómica: los átomos contienen diferentes clases de partículas menores que se encuentran en un núcleo central. Los más importantes son: protones- neutrones- electrones. Como los protones llevan la carga positiva y los neutrones son neutros, el núcleo de un átomo lleva una carga eléctrica positiva igual al número de protones presentes en él. Los electrones se mueven alrededor del núcleo del átomo en lo que se puede representar como una nube o campo electrónico. El número de e- con carga negativa que giran alrededor del núcleo del átomo es igual al número de protones con carga positiva del núcleo. El número de cargas opuestas se anula o neutraliza recíprocamente, de modo que los átomos son partículas eléctricamente neutras. Número y peso atómicos: el núm de p+ del núcleo de un átomo es el número atómico, es decisivo ya que identifica la clase de elemento de que se trata. El peso atómico se refiere a la masa de un átomo aislado. Es igual al número de p+ más el número de neutrones del núcleo atómico.

Capas de electrones: el núm total de e- de un átomo es igual al núm de p+ de su núcleo. Los e- están en capas o círculos concéntricos a una relativa distancia del núcleo, lo rodean. Cada anillo o capa representa un nivel de energía concreto y puede contener un núm máximo de e-. El número y disposición de éstos determinan si el átomo es químicamente activo o no lo es. En las reacciones químicas entre átomos, los que participan en la formación de uniones químicas son los e- de la capa más externa. En cada capa, los e- tienden a agruparse por parejas. Si la capa externa contiene e- aislados, no emparejados, el átomo será químicamente activo. Los átomos con menos o más de ocho e- en su capa externa tratarán de perder, ganar o compartir e- con otros átomos para lograr estabilidad. Esta tendencia se denomina regla del octeto.

-Isótopos: todos los átomos del mismo elemento contienen idéntico número de protones, pero no necesariamente de neutrones. Los isótopos contienen el mismo número de protones, pero tienen cantidades distintas de neutrones, esto hace que su peso atómico sea diferente.

-Radiactividad: es la emisión de radiaciones por el núcleo de un átomo. Los tres tipos de radiación son las partículas alfa, las beta y los rayos gamma. La radiactividad altera la identidad química del átomo. Al modificar el número de protones del núcleo, transforma el átomo de un elemento en un átomo de otro elemento distinto.

-Interacciones entre átomos: uniones químicas: las interacciones se producen en gran parte como consecuencia de la actividad entre los electrones de la capa más externa. El resultado, denominado reacción química, es la formación de una molécula. Si se combinan los átomos de más de un elemento, el resultado es un compuesto. Hay dos tipos de uniones químicas que unen a los átomos para formar moléculas, las uniones iónicas o electrovalentes y las uniones covalentes.

Uniones iónicas o electrovalentes: es la unión química formada por el traspaso de e- de un átomo a otro. Se produce como resultado de la atracción entre los átomos que han quedado eléctricamente cargados por la pérdida o ganancia de e-. Estos átomos se denominan iones, pueden estar cargados positiva o negativamente y los iones con cargas opuestas se atraen entre sí.

Uniones covalentes: es la unión química formada al compartir uno o más pares de e- entre las capas externas de dos átomos. Enlace único al compartir un solo par de e-, y dobles por compartir dos pares.

Uniones de hidrógeno: son más débiles que los otros dos, ya que necesitan menos energía para romperse. Estos enlaces se deben a la desigual contribución de la carga en la molécula. Estas Ms, se denominan polares. Es importante para las propiedades únicas del agua que las convierten en un medio ideal para la química de la vida. También son importantes para mantener la estructura tridimensional de las proteínas y de los ácidos nucleicos.

-Reacciones químicas: implican interacciones entre átomos y Ms, que llevan a su vez a la formación o rotura de enlaces químicos. Tres tipos básicos de reacciones:

Reacciones de síntesis: dos o más sustancias, llamadas reactivas, se combinan para formar una sustancia más compleja denominada producto. Dan lugar a la formación de nuevos enlaces, hace falta energía.

Reacciones de descomposición: dan lugar al desdoblamiento de una sustancia compleja en dos o más, más sencillas. En este tipo de reacción, las uniones químicas se rompen, liberándose energía, esta se puede liberar en forma de calor o bien captarse para su almacenamiento y uso futuro. Las de síntesis y de descomposición son opuestas, pero van muchas veces acopladas entre si.

Reacciones de intercambio: descomponen dos compuestos, a cambio de lo cual sintetizan otros dos nuevos.

-Compuestos orgánicos e inorgánicos: los orgánicos suelen definirse como compuestos de Ms que contienen enlaces covalentes carbono-carbono o enlaces covalentes carbono-hidrogeno o ambos. Pocos compuestos inorgánicos contienen átomos de carbono y ninguno tiene enlaces C-C o C-H. Las Ms orgánicas suelen ser más grandes y complejas que las inorgánicas. El cuerpo humano tiene ambos tipos de compuestos ya que los dos son igualmente importantes para la química de la vida.

Inorgánicas:

Agua: tiene una estructura atómica que es el resultado de combinar dos enlaces covalentes entre un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno. Las Ms del agua son polares; tienen un extremo cargado positivamente y otro lo está negativamente, esto le permite actuar como un disolvente muy eficaz. Debido a su naturaleza polar el agua tiene tendencia a ionizar las sustancias en solución. El papel fundamental que desempeña como disolvente permite el transporte de muchas materias esenciales al interior del cuerpo. Otra función se deriva del hecho de que absorbe y libera calor lentamente, permite al cuerpo mantener una temperatura relativamente constante. El elevado calor de evaporación precisa la absorción de importante cantidades de calor para que pase de líquido a gas. Por esto, siempre se produce un exceso de calor, el cuerpo puede dispararlo y mantener una temperatura normal gracias a la evaporación del agua de la superficie cutánea. Además tiene papeles químicos esenciales por si misma.

Oxígeno y dióxido de carbono: son importantes e íntimamente relacionadas con la respiración celular. El oxígeno es necesario para completar las reacciones de descomposición necesarias para liberar la energía de los nutrientes quemados por la C. El CO2 participa en la respiración celular, se produce como un desecho durante el desdoblamiento de los nutrientes complejos y también desarrolla un importante papel en el mantenimiento de un adecuado equilibrio acidobásico.

Electrólitos: ácidos, bases y sales. Son sustancias que se descomponen o disocian en solución para formar iones. Los iones con carga positiva se denominan cationes y los de carga negativa aniones.

Ácidos: es cualquier sustancia que libere un ion hidrógeno (o protón desnudo) cuando está en solución. La concentración de iones hidrógeno explica las propiedades químicas de los ácidos. El grado de acidez de una solución depende del número de iones de hidrógeno que un determinado ácido va a liberar. Ácido fuerte: se disocia completamente formando iones H. Ácido débil: apenas se disocia y produce un pequeño exceso de iones H en solución.

Bases: o compuestos alcalinos son electrólitos que, cuando se disocian en solución, desvían el equilibrio H/OH (oxidrilo) a favor de OH. Como los ácidos, las bases se dividen en fuertes o débiles, según la facilidad y totalidad con que se disocian en iones.

La escala del pH: medida de la acidez y la alcalinidad de una solución. A medida que aumenta la concentración de iones H, disminuye el pH y la solución se hace más ácida, la disminución de la concentración de iones H hace más alcalina a la solución y el pH aumenta. Un pH de 7 indica neutralidad, uno inferior indica acidez y otro mayor es signo de alcalinidad.

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