2º seminario-química
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Biomoléculas: Carbono y OxigenoTRANSCRIPT
CARBONOESTRUCTURA ATÓMICA:El carbono tiene dos electrones en su capa interna y cuatro en la más externa.
El carbono es el principal elemento que interviene en la química orgánica , es
un elemento ampliamente distribuido en la naturaleza, aunque solo constituya
el 0.027% de la corteza terrestre , o sea 0.09% en masa.
PROPIEDADES FÍSICAS DEL CARBONO:
Estructura cristalina: hexagonal
Estructura electrónica: [He ]2 s22 p2
Pertenece a la familia IV A
N0 atómico Z=6
Masa atómica 12.011
Oxidación 4+2
Electronegatividad 2.5
Punto de fusión 3727 C
Punto de ebullición 4230 C
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PROPIEDADES QUÍMICAS DEL CARBONO:
Se une consigo mismo y con otros elementos particularmente la unión
carbono-hidrogeno, sobre to en la química orgánica con una unión
covalente (no hay cesión de electrones, se comparten)
Tiene la capacidad de formar cadenas muy estable de átomos de
carbono entre si con uniones simple, dobles o triples, por que se deriva
la posibilidad de un enorme numero de compuesto s orgánicos.
Se combina con los metales dando carburos.
Con los halógenos solo con el flúor.
El carbono se quema en el aire y al rojo descompone al vapor de agua a
temperaturas elevadas y en presencia de poco oxigeno formando CO,
pero cuando hay presencia de oxigeno da CO2, simplemente a
temperaturas bajas.
El CO es combustible y tiene un carácter muy reductor, muy toxico.
En presencia de pentoxido de yodo reduce al yodo asta yodo metálico.
ESTADOS ALOTRÓPICOS DEL CARBONO:
Se conocen cinco formas alotrópicas del carbono, además del amorfo: grafito,
diamante, fullerenos, nanotubos y carbinos.
Una de las formas en las cuales se encuentra el carbono es el grafito, que es el
material del cual está hecha la parte interior de los lápices de madera. El grafito
tiene exactamente los mismos átomos del diamante, pero por estar dispuestos
en diferente forma, su textura, fuerza y color son diferentes.
Los diamantes naturales se forman en lugares donde el carbono ha sido
sometido a grandes presiones y altas temperaturas. Los diamantes se pueden
crear artificialmente, sometiendo el grafito a temperaturas y presiones muy
altas. Su precio es menor al de los diamantes naturales, pero si se han
elaborado adecuadamente tienen la misma fuerza, color y transparencia.
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A presión normal, el carbono adopta la forma del grafito, en la que cada átomo
está unido a otros tres en un plano compuesto de celdas hexagonales; este
estado se puede describir como 3electrones de valencia en orbitales híbridos
planos sp² y el cuarto en el orbital p.
Las dos formas de grafito conocidas alfa (hexagonal) y beta (romboédrica)
tienen propiedades físicas idénticas. Los grafitos naturales contienen más del
30 % de la forma beta, mientras que el grafito sintético contiene únicamente la
forma alfa. La forma alfa puede transformarse en beta mediante procedimientos
mecánicos, y esta recristalizar en forma alfa al calentarse por encima de
1000 °C.
Debido a la deslocalización de los electrones del orbital pi, el grafito
es conductorde la electricidad, propiedad que permite su uso en procesos
de electroerosión. El material es blando y las diferentes capas, a menudo
separadas por átomos intercalados, se encuentran unidas por enlaces de Van
de Waals, siendo relativamente fácil que unas deslicen respecto de otras, lo
que le da utilidad como lubricante.
Los fullerenos tienen una estructura similar al grafito, pero el empaquetamiento
hexagonal se combina con pentágonos (y en ciertos casos, heptágonos), lo que
curva los planos y permite la aparición de estructuras de
forma esférica,elipsoidal o cilíndrica. El constituido por 60 átomos de carbono,
que presenta una estructura tridimensional y geometría similar a un balón de
fútbol, es especialmente estable. Los fulerenos en general, y los derivados del
C60 en particular, son objeto de intensa investigación en química desde su
descubrimiento a mediados de los 1980.
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A esta familia pertenecen también los nanotubos de carbono, que pueden
describirse como capas de grafito enrolladas en forma cilíndrica y rematadas
en sus extremos por hemiesferas (fulerenos), y que constituyen uno de los
primeros productos industriales de la nanotecnología.
APLICACIONES:
El isótopo radiactivo carbono-14, descubierto el 27 de febrero de 1940,
se usa en la datación radiométrica.
El grafito se combina con arcilla para fabricar las minas de los lápices.
Además se utiliza como aditivo en lubricantes.
Las pinturas anti-radar utilizadas en el camuflaje de vehículos y aviones
militares están basadas igualmente en el grafito, intercalando otros
compuestos químicos entre sus capas. Es negro y blando. Sus átomos
están distribuidos en capas paralelas muy separadas entre sí. Se forma
a menos presión que el diamante. Aunque parezca difícil de creer, un
diamante y la mina de un lapicero tienen la misma composición química:
carbono.
El diamante es transparente y muy duro. En su formación, cada átomo
de carbono está unido de forma compacta a otros cuatro átomos. Se
originan con temperaturas y presiones altas en el interior de la tierra. Se
emplea para la construcción de joyas y como material de corte
aprovechando su dureza.
Como elemento de aleación principal de los aceros.
En varillas de protección de reactores nucleares.
Las pastillas de carbón se emplean en medicina para absorber las
toxinas del sistema digestivo y como remedio de la flatulencia.
El carbón activado se emplea en sistemas de filtrado y purificación de
agua.
El carbón amorfo ("hollín") se añade a la goma para mejorar sus
propiedades mecánicas. Además se emplea en la formación de
electrodos (p. ej. de las baterías). Obtenido por sublimación del grafito,
es fuente de los fulerenos que pueden ser extraídos con disolventes
orgánicos.
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La fibra de carbono (obtenido generalmente por termólisis de fibras de
poliacrilato) se añade a resinas de poliéster, donde mejoran mucho la
resistencia mecánica sin aumentar el peso, obteniéndose los materiales
denominados fibras de carbono.
Las propiedades químicas y estructurales de los fulerenos, en la forma
de nanotubos, prometen usos futuros en el incipiente campo de la
nanotecnología.
CICLO DEL CARBONO:
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OXÍGENO
En condiciones normales de presión y temperatura, el oxígeno es
un gas incoloro e inodoro con fórmula molecular O2, en el que dos átomos de
oxígeno se enlazan con una configuración electrónica en estado triplete. Este
enlace tiene un orden de enlace de dos y se suele simplificar en las
descripciones como un enlace doble o como una combinación de un enlace de
dos electrones y dos enlaces de tres electrones.
El oxígeno es el elemento químico más abundante, por masa, en la biosfera, el
aire, el mar y el suelo terrestres. Es, asimismo, el tercero más abundante en el
universo, tras el hidrógeno y el helio. Alrededor del 0,9 % de la masa del Sol es
oxígeno, que constituye también el 49,2 % de la masa de la corteza terrestre y
es el principal componente de los océanos de la Tierra (88,8 % de su masa
total). El oxígeno gaseoso es el segundo componente más abundante en
la atmósfera terrestre, ya que supone un 20,8 % de su volumen y el 23,1 % de
su masa (unas 1015 toneladas). La Tierra es una excepción entre los planetas
del Sistema Solar por la alta concentración de oxígeno gaseoso en su
atmósfera; por ejemplo, Marte (con un 0,1 % de O2 del total de su volumen)
y Venustienen concentraciones mucho menores. Sin embargo, el O2 que rodea
a estos planetas proviene exclusivamente de la reacción que sufren moléculas
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que contienen oxígeno, como el dióxido de carbono, por efecto de la radiación
ultravioleta.
EFECTOS DEL OXÍGENO SOBRE LA SALUD:Todo ser humano necesita oxígeno para respirar, pero como ocurre con
muchas sustancias un exceso de oxígeno no es bueno. Si uno se expone a
grandes cantidades de oxígeno durante mucho tiempo, se pueden producir
daños en los pulmones. Respirar un 50-100% de oxígeno a presión normal
durante un periodo prolongado provoca daños en los pulmones. Las personas
que en su trabajo sufren exposiciones frecuentes o potencialmente elevadas a
oxígeno puro, deben hacerse un chequeo de funcionamiento pulmonar antes y
después de desempeñar ese trabajo. El oxígeno es normalmente almacenado
a temperaturas muy bajas y por lo tanto se deben usar ropas especiales para
prevenir la congelación de los tejidos corporales.
PROPIEDADES FÍSICAS DEL OXÍGENO:
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CARACTERÍSTICAS DEL OXÍGENOSímbolo químico ONúmero atómico 8
Grupo 16Periodo 2Aspecto incoloroBloque p
Densidad 1.429 kg/m3Masa atómica 15.9994 uRadio atómico 60 (48) pm (Radio de Bohr)
Radio covalente 73 pmRadio de van der Waals 152 pm
Configuración electrónica 1s22s22p4Estados de oxidación -2, -1 (neutro)Estructura cristalina cúbica
Estado gaseosoPunto de fusión 50.35 K
Punto de ebullición 90.18 KCalor de fusión 0.22259 kJ/molVolumen molar 17,36×10-3m3/mol
Electronegatividad 3,44Calor específico 920 J/(K·kg)
Conductividad térmica 0,026 74 W/(K·m)
El oxígeno es más soluble en agua que el nitrógeno; esta contiene
aproximadamente una molécula de O2 por cada dos moléculas de N2,
comparado con la proporción en la atmósfera, que viene a ser de 1:4. La
solubilidad del oxígeno en el agua depende de la temperatura,
disolviéndose alrededor del doble (14,6 mg•L−1) a 0 °C que a 20 °C
(7,6 mg•L−1). A 25 °C y 1 atmósfera de presión, el agua dulce contiene
alrededor de 6,04 mililitros (ml) de oxígeno por litro, mientras que el
agua marina contiene alrededor de 4,95 ml por litro. A 5 °C la solubilidad
se incrementa hasta 9,0 ml (un 50 % más que a 25 °C) por litro en el
agua y 7,2 ml (45 % más) en el agua de mar.
El oxígeno se condensa a 90,20 K (−182,95 °C, −297,31 °F) y se
congela a 54,36 K (−218,79 °C, −361,82 °F). Tanto el O2 líquido como
el sólido son sustancias con un suave color azul cielo causado por
la absorción en el rojo, en contraste con el color azul del cielo, que se
debe a la dispersión de Rayleigh de la luz azul.
El O2 líquido de gran pureza se suele obtener a través de la destilación
fraccionada de aire licuado. El oxígeno líquido también puede producirse
por condensación del aire, usando nitrógeno líquido como refrigerante.
Es una sustancia altamente reactiva y debe separarse de materiales
inflamables.
ALÓTROPOS:
El alótropo más normal del oxígeno elemental es el llamado dioxígeno (O2),
que tiene una longitud de enlace de 121 pm y una energía de enlace de
498 kJ•mol−1. Esta es la forma que usan las formas de vida complejas, como
los animales, en su respiración celular y es la forma que tiene una gran
importancia en la composición de la atmósfera terrestre.
El trioxígeno (O3) se conoce habitualmente como ozono y es un alótropo muy
reactivo, dañino para el tejido pulmonar. El ozono se produce en la atmósfera
superior cuando el O2 se combina con el oxígeno atómico a causa de la
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división del O2 por la radiación ultravioleta. Ya que el ozono es un poderoso
absorbente en la región ultravioleta del espectro electromagnético, la capa de
ozono de la atmósfera superior funciona como un escudo protector de la
radiación que recibe el planeta. Cerca de la superficie terrestre, no obstante, es
un contaminante formado como subproducto de las emisiones de automóviles.
La molécula metaestable del tetraoxígeno (O4) no fue descubierta hasta
2001, y se dio por descontado que existía en una de las seis fases del oxígeno
sólido. En 2006 se demostró que esta fase, creada mediante la presurización
del O2 a 20 GPa, es, de hecho, un clúster O8 de sistema trigonal. Este clúster
tiene potencial para ser un oxidante mucho más potente que el O2 y el O3 y
podría, por tanto, ser usado como propulsor de cohetes. En 1990 se descubrió
una fase metálica cuando el oxígeno sólido se somete a una presión superior a
96 GPa y se demostró en 1998 que a temperaturas muy bajas se convierte en
superconductor.
USOS:
Obviamente, el oxígeno es importante para la respiración humana. Por
lo tanto, la terapia de oxígeno se utiliza para las personas que tienen
dificultad para respirar debido a alguna condición médica (como
enfisema o neumonía).
El oxígeno gaseoso es venenoso para las bacterias que causan
gangrena. Por lo tanto, se utiliza para matarlos.
El envenenamiento por monóxido de carbono se trata con gas oxígeno.
En los trajes espaciales se utiliza oxígeno de un alto grado de pureza
para que los astronautas pueden respirar. Los tanques de buceo
también contienen oxígeno, aunque por lo general se mezcla con aire
normal.
Los aviones y los submarinos también cuentan con bombonas de
oxígeno (para emergencias).
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El oxígeno se utiliza en la producción de polímeros de poliéster y los
anticongelantes. Los polímeros se utilizan para hacer plástico y telas.
Los cohetes usan el oxígeno para quemar el combustible líquido y
generar sustentación.
La mayoría de oxígeno producido comercialmente se utiliza para
convertir el mineral de hierro en acero.
Los científicos usan la proporción de dos isótopos de oxígeno (oxígeno-
18 y oxígeno-16) en los esqueletos para investigar el clima de hace
miles de años.
El oxígeno puro se utiliza para asegurar la combustión completa de los
productos químicos.
El oxígeno se utiliza para tratar el agua, y también para cortar y soldar
metales.
CICLO DEL OXÍGENO:
El oxígeno es un componente muy importante del aire y que se requiere para
mantener la vida. El oxígeno participa en muchas reacciones fundamentales
para sostener la vida, es el aceptor final de los electrones en
la cadena respiratoria que es la máxima suministradora de energía en
los organismos aerobios (son los que consumen oxígeno).
La fotosíntesis es el proceso fundamental por el que los vegetales producen su
propio alimento (es decir son autótrofos). Para poder llevar a cabo
la fotosíntesis, los cloroplastos (en las plantas verdes), captan bióxido de
carbono (que contiene oxigeno y carbono) del medio ambiente, agua, y
finalmente, utilizando enzimas y la energía luminosa, producen: oxígeno y
glucosa.
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El oxígeno producido en la fotosíntesis sale en forma de gas y es el que se
encuentra en el aire. Es introducido por todos los organismos aerobios,
donde entra en la cadena respiratoria como aceptor final de electrones para
formar agua que es llamada agua de oxidación y es eliminada por los seres
vivos en el sudor, la orina, las lágrimas etc. El bióxido de carbono (que también
contiene oxígeno), es producto de reacciones catabólicas aerobias y es
expulsado por los organismos aerobios y reciclado por las plantas de la
forma antes vista.
Este oxígeno que se encuentra en el aire, también es utilizado por el hombre
en sus reacciones de combustión, que como se había visto anteriormente,
producen bióxido de carbono que también se recicla en la fotosíntesis. De
esta forma existe una circulación constante de oxígeno y una especie de
simbiosis entre los organismos que respiran oxígeno y las plantas, donde los
organismos aerobios utilizan el oxígeno de las plantas para su metabolismo
y producen bióxido de carbono que es aprovechado por las plantas para
producir oxígeno y nutrientes.
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FREE RADICALS
Los radicales libres son átomos o grupos de átomos que tienen un electrón(e-)
desapareado en capacidad de aparearse, por lo que son muy reactivos. Estos
radicales recorren nuestro organismo intentando robar un electrón de las
moléculas estables, con el fin de alcanzar su estabilidad electroquímica.
Una vez que el radical libre ha conseguido robar el electrón que necesita para
aparear su electrón libre, la molécula estable que se lo cede se convierte a su
vez en un radical libre, por quedar con un electrón desapareado, iniciándose
así una verdadera reacción en cadena que destruye nuestras células.
Los radicales libres se forman en muchos procesos del cuerpo, por ejemplo por el metabolismo o por el sistema inmune para atacar virus y bacterias. Sin embargo, existen factores ambientales -contaminación, cigarrillo, mala alimentación- que aumenta la dosis de radicales libres que hay en nuestro cuerpo. El cuerpo maneja los radicales libres que se producen de forma natural, pero si la producción de los mismos es excesiva, se producen daños en el cuerpo.
ENFERMEDADES QUE PUEDEN PRODUCIR LOS RADICALES LIBRES
Los radicales libres son los encargados del envejecimiento. Personas menos expuestas al exceso de radicales libres envejecerán más tardíamente. Pero además, los radicales libres pueden causar enfermedades cardiovasculares aumentando considerablemente los niveles de colesterol malo, además de aumentar el riesgo de cáncer, en particular de boca, faringe y esófago. Los radicales libres también están involucrados en la enfermedad de Parkinson, el Alzheimer, la arterioesclerosis y la diabetes.
LAS SITUACIONES QUE AUMENTAN LA PRODUCCIÓN DE RADICALES LIBRES SON:
La contaminación ambiental. El tabaquismo. Las dietas ricas en grasas. Exposición excesiva a las radiaciones solares. La ingesta de aceites "vegetales" que fueron refinados, ya que estos
contienen radicales libres al ser sometidos a altas temperaturas.
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ALIMENTOS QUE AYUDAN A COMBATIRLOS RADICALES LIBRES:
Son los antioxidantes aquellos que ayudan a frenar el proceso de los radicales libres. Una buena forma de consumir antioxidantes es mediante la alimentación. Manteniendo un consumo adecuado de alimentos con vitaminas como la C y la E y betacarotenos, ya que se encargan de neutralizar los radicales libres donando uno de sus electrones, y poniendo fin a la cadena de robos.
Ahora sabemos qué son los radicales libres y los enormes daños que pueden producir en nuestro cuerpo. Por eso, no solo es importante la alimentación sino también cuidar el estilo de vida que llevemos.
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