Compuestos químicos Compuestos químicos de la vidade la vida

Toda la materia viva está compuesta Toda la materia viva está compuesta por por 

agua (hasta 70-80% del peso celular), agua (hasta 70-80% del peso celular),  bioelementos primarios como bioelementos primarios como C, O, N, H, C, O, N, H,

P P yy S S, imprescindibles para formar los , imprescindibles para formar los principales tipos de moléculas biológicas principales tipos de moléculas biológicas (glúcidos, lípidos, proteínas y ác. nucléicos)(glúcidos, lípidos, proteínas y ác. nucléicos)

bioelementos secundarios: todos los bioelementos secundarios: todos los restantes; algunos son imprescindibles como restantes; algunos son imprescindibles como el Ca, Na, Cl, K, Mg, Fe, etc., otros sólo son el Ca, Na, Cl, K, Mg, Fe, etc., otros sólo son fundamentales para especies determinadas.fundamentales para especies determinadas.

Para entender la vida tal como la Para entender la vida tal como la conocemos, primero debemos entender conocemos, primero debemos entender un poco de química orgánica. Las un poco de química orgánica. Las moléculas orgánicas contienen moléculas orgánicas contienen carbonocarbono e e hidrógeno hidrógeno básicamente. Mientras que básicamente. Mientras que muchos químicos orgánicos también muchos químicos orgánicos también contienen otros elementos, es la unión del contienen otros elementos, es la unión del carbono - hidrógeno lo que los define carbono - hidrógeno lo que los define como orgánicos.como orgánicos.

Algunas de esta moléculas, como los hidratos Algunas de esta moléculas, como los hidratos de carbono, las proteínas y los ácidos de carbono, las proteínas y los ácidos nucleicos pueden ser poliméricas. Se nucleicos pueden ser poliméricas. Se denomina denomina polímeropolímero a toda macromolécula a toda macromolécula constituida por la unión de muchas moléculas constituida por la unión de muchas moléculas pequeñas similares, las que reciben el nombre pequeñas similares, las que reciben el nombre de de monómerosmonómeros. Cuando dos monómeros . Cuando dos monómeros similares se unen forman un similares se unen forman un dímerodímero, si son , si son tres un tres un trímerotrímero. Hasta diez se lo nombran . Hasta diez se lo nombran genéricamente genéricamente oligómerooligómero..

Estructura atómicaEstructura atómica

Cada elemento químico está constituido Cada elemento químico está constituido por unidades más pequeñas por unidades más pequeñas denominadas átomos. Cada átomo está denominadas átomos. Cada átomo está formado por un núcleo central y 1 o más formado por un núcleo central y 1 o más capas de electrones. Dentro del núcleo capas de electrones. Dentro del núcleo residen partículas subatómicas: protones residen partículas subatómicas: protones (de carga positiva) y neutrones (de carga positiva) y neutrones (partículas del mismo peso, pero sin (partículas del mismo peso, pero sin carga).carga).

El número de protones del núcleo es característico de El número de protones del núcleo es característico de cada elemento y es llamado cada elemento y es llamado número atómiconúmero atómico, Ej: , Ej: Hidrógeno: 1, Carbono: 6, Fósforo : 15. Sin embargo, Hidrógeno: 1, Carbono: 6, Fósforo : 15. Sin embargo, diferentes átomos de un mismo elemento pueden tener diferentes átomos de un mismo elemento pueden tener distinto número de neutrones en el núcleo, llamándose distinto número de neutrones en el núcleo, llamándose isótoposisótopos..

Los electrones giran alrededor del núcleo en regiones Los electrones giran alrededor del núcleo en regiones del espacio denominadas órbitas, los átomos grandes del espacio denominadas órbitas, los átomos grandes albergan a varias órbitas o capas de electrones, el albergan a varias órbitas o capas de electrones, el orbital más externo se llama la orbital más externo se llama la capa de valenciacapa de valencia, porque , porque determina cuantos enlaces puede formar un átomo. determina cuantos enlaces puede formar un átomo. Debido a su repulsión mutua, solo un determinado Debido a su repulsión mutua, solo un determinado número de electrones puede ocupar el espacio cercano número de electrones puede ocupar el espacio cercano al núcleo, la capa más cercana solo puede tener dos al núcleo, la capa más cercana solo puede tener dos electrones, la segunda capa puede tener hasta 8 e- en electrones, la segunda capa puede tener hasta 8 e- en varios orbitales.varios orbitales.

Estructura del AtomoEstructura del Atomo

Así como los átomos son las menores partículas de un Así como los átomos son las menores partículas de un elemento, una molécula es la menor partícula de un elemento, una molécula es la menor partícula de un compuesto; consta de dos o más átomos, iguales o compuesto; consta de dos o más átomos, iguales o diferentes, que se mantienen unidos mediante las diferentes, que se mantienen unidos mediante las interacciones o interacciones o enlacesenlaces de los electrones de las capas de los electrones de las capas mas externas. Los principios básicos de la reactividad mas externas. Los principios básicos de la reactividad atómica son:atómica son:

un átomo es estable (no reaccionará con otros) cuando un átomo es estable (no reaccionará con otros) cuando su capa externa de electrones esté completamente su capa externa de electrones esté completamente ocupada o completamente vacía.un átomo es reactivo ocupada o completamente vacía.un átomo es reactivo cuando su capa externa de electrones externa solo está cuando su capa externa de electrones externa solo está parcialmente llena, y puede lograr estabilidad al perder parcialmente llena, y puede lograr estabilidad al perder electrones, al ganarlos o compartirlos con otro átomo, electrones, al ganarlos o compartirlos con otro átomo, esto da como resultado fuerzas llamadas esto da como resultado fuerzas llamadas enlaces enlaces químicosquímicos que mantiene juntos los átomos en la que mantiene juntos los átomos en la molécula. Los enlaces pueden ser iónicos o covalentesmolécula. Los enlaces pueden ser iónicos o covalentes

Enlaces iónicos Enlaces iónicos 

En este enlace uno de los átomos toma un electrón de la capa de En este enlace uno de los átomos toma un electrón de la capa de valencia del otro, quedando el primero con carga negativa por el valencia del otro, quedando el primero con carga negativa por el electrón adicional y el segundo con carga positiva al perderlo; el electrón adicional y el segundo con carga positiva al perderlo; el enlace se debe a una ley de la física ampliamente conocida: los enlace se debe a una ley de la física ampliamente conocida: los polos opuestos se atraen. Cuando un átomo o molécula tiene polos opuestos se atraen. Cuando un átomo o molécula tiene carga eléctrica se le conoce como ión, de aquí el nombre.carga eléctrica se le conoce como ión, de aquí el nombre.

Por ejemplo un átomo de  Cloro al aceptar 1 e- del Sodio queda Por ejemplo un átomo de  Cloro al aceptar 1 e- del Sodio queda cargado negativamente, forma el ión Cloruro cargado negativamente, forma el ión Cloruro Cl-Cl-, (anión) mientras , (anión) mientras que el Sodio queda con un electrón menos y forma el catión que el Sodio queda con un electrón menos y forma el catión Na+Na+ (cargado positivamente). Los iones cargados de manera opuesta (cargado positivamente). Los iones cargados de manera opuesta se atraen entre ellos a través de fuerzas electroestáticas que son se atraen entre ellos a través de fuerzas electroestáticas que son la base del enlace iónico, en el ejemplo anterior la sustancia la base del enlace iónico, en el ejemplo anterior la sustancia resultante es el resultante es el Cloruro de SodioCloruro de Sodio ClNaClNa (sal común). (sal común).

Por ejemplo, durante la Por ejemplo, durante la reacción del sodio con el reacción del sodio con el cloro: sodio (en la cloro: sodio (en la izquierda) pierde su única izquierda) pierde su única valencia de electrones al valencia de electrones al cloro (a la cloro (a la derecha), resultando en derecha), resultando en un ión de sodio cargado un ión de sodio cargado positivamente (izquierda) positivamente (izquierda) y un ión de cloro cargado y un ión de cloro cargado negativamentenegativamente

Características del enlace Características del enlace iónicoiónico. .

Se rompe con facilidad obteniéndose los iones Se rompe con facilidad obteniéndose los iones que lo forman, generalmente basta disolver la que lo forman, generalmente basta disolver la substancia. Las substancias con enlaces substancia. Las substancias con enlaces iónicos son solubles en solventes polares.iónicos son solubles en solventes polares.Cloruro de sodio disuelto en H2OCloruro de sodio disuelto en H2OCloruro de sodio disuelto en H2OCloruro de sodio disuelto en H2O

Enlaces CovalentesEnlaces Covalentes

El segundo tipo de enlace atómico ocurre El segundo tipo de enlace atómico ocurre cuando los átomos comparten electrones. Al cuando los átomos comparten electrones. Al contrario de los enlaces iónicos en los cuales contrario de los enlaces iónicos en los cuales ocurre una transferencia completa de ocurre una transferencia completa de electrones, el enlace covalente ocurre cuando electrones, el enlace covalente ocurre cuando dos (o más) elementos comparten electrones. dos (o más) elementos comparten electrones. Esto ocurre comúnmente cuando dos no Esto ocurre comúnmente cuando dos no metales se enlazan. Ya que ninguno de los metales se enlazan. Ya que ninguno de los elementos que participan en el enlace querrán elementos que participan en el enlace querrán ganar electrones, estos elementos compartirán ganar electrones, estos elementos compartirán electrones para poder llenar sus envolturas de electrones para poder llenar sus envolturas de valencia. valencia. 

La distribución de e- compartidos y no compartidos es lo La distribución de e- compartidos y no compartidos es lo que determina la estructura tridimensional de las que determina la estructura tridimensional de las moléculasmoléculas

Un buen ejemplo de un enlace covalente es el que Un buen ejemplo de un enlace covalente es el que ocurre entre dos átomos de hidrógeno. Los átomos de ocurre entre dos átomos de hidrógeno. Los átomos de hidrógeno (H) tienen un electrón de valencia en su hidrógeno (H) tienen un electrón de valencia en su primera capa. Puesto que la capacidad máxima de esta primera capa. Puesto que la capacidad máxima de esta capa es de capa es de dos electronesdos electrones, cada átomo  de hidrógeno , cada átomo  de hidrógeno ""querráquerrá" tomar un segundo electrón. En un esfuerzo por " tomar un segundo electrón. En un esfuerzo por conseguir un segundo electrón, el átomo de hidrógeno conseguir un segundo electrón, el átomo de hidrógeno reaccionará con átomos H vecinos para formar el reaccionará con átomos H vecinos para formar el compuesto H2. De esta manera, ambos átomos compuesto H2. De esta manera, ambos átomos comparten la estabilidad de una envoltura de valencia. comparten la estabilidad de una envoltura de valencia. Lo mismo ocurre con el oxígeno, solo que tiene un Lo mismo ocurre con el oxígeno, solo que tiene un enlaceenlace doble, con 2 enlaces covalentes. doble, con 2 enlaces covalentes.

Enlaces Polares y No-PolaresEnlaces Polares y No-Polares

En realidad, hay dos sub-tipos de enlaces covalentes. La En realidad, hay dos sub-tipos de enlaces covalentes. La molécula H2 es un buen ejemplo del primer tipo de enlace molécula H2 es un buen ejemplo del primer tipo de enlace covalente: el enlace covalente: el enlace no polarno polar. Ya que ambos átomos en la . Ya que ambos átomos en la molécula H2  tienen una igual atracción (o afinidad) hacia los molécula H2  tienen una igual atracción (o afinidad) hacia los electrones, los electrones que se enlazan son igualmente electrones, los electrones que se enlazan son igualmente compartidos por los dos átomos, y se forma un enlace covalente compartidos por los dos átomos, y se forma un enlace covalente no polar.  Siempre que dos átomos no polar.  Siempre que dos átomos del mismo elementodel mismo elemento se se enlazan, se forma un enlace no polar . Los enlaces O-O y C-H enlazan, se forma un enlace no polar . Los enlaces O-O y C-H son no polares.son no polares.

Los enlaces covalentes son muy fuertes y su estabilidad poco se Los enlaces covalentes son muy fuertes y su estabilidad poco se afecta por la presencia de solventes. Un ejemplo típico de enlace afecta por la presencia de solventes. Un ejemplo típico de enlace covalente es el enlace Carbono-Carbono que se presenta en gran covalente es el enlace Carbono-Carbono que se presenta en gran número de compuestos orgánicos.número de compuestos orgánicos.

En la práctica, los orbitales compartidos no se En la práctica, los orbitales compartidos no se encuentran repartidos de manera equivalente, encuentran repartidos de manera equivalente, ya que los átomos más electronegativos tienden ya que los átomos más electronegativos tienden a mantener a los electrones en su cercanía y, a mantener a los electrones en su cercanía y, por lo tanto, el orbital molecular de enlace por lo tanto, el orbital molecular de enlace presenta mayor volumen en la vecindad del presenta mayor volumen en la vecindad del átomo electronegativo. Los enlaces covalentes átomo electronegativo. Los enlaces covalentes en los que ambos átomos participantes poseen en los que ambos átomos participantes poseen una electronegatividad semejante (como en los una electronegatividad semejante (como en los enlaces C-C), no presentan diferencias en la enlaces C-C), no presentan diferencias en la carga electrónica a lo largo de la molécula, por carga electrónica a lo largo de la molécula, por tanto su carga eléctrica es también uniforme y tanto su carga eléctrica es también uniforme y se dice que se dice que no poseen polaridad.no poseen polaridad.

Un Un enlace polar enlace polar se forma cuando los electrones se forma cuando los electrones son desigualmente compartidos entre dos son desigualmente compartidos entre dos átomos, o difieren en su electronegatividad átomos, o difieren en su electronegatividad (poder del átomo en una molécula para atraer (poder del átomo en una molécula para atraer electrones). Los enlaces covalentes polares electrones). Los enlaces covalentes polares ocurren porque un átomo tiene una mayor ocurren porque un átomo tiene una mayor afinidad hacia los electrones que el otro (sin afinidad hacia los electrones que el otro (sin embargo, no tanta como para empujar embargo, no tanta como para empujar completamente los electrones y formar un ión). completamente los electrones y formar un ión). En un enlace polar  los electrones que se En un enlace polar  los electrones que se enlazan pasarán un mayor tiempo alrededor del enlazan pasarán un mayor tiempo alrededor del átomo que tiene la mayor afinidad hacia los átomo que tiene la mayor afinidad hacia los electrones. Un buen ejemplo del enlace polar electrones. Un buen ejemplo del enlace polar covalente es el enlace H-O en la molécula de covalente es el enlace H-O en la molécula de agua. agua. 

Sin embargo, en muchos casos el enlace Sin embargo, en muchos casos el enlace covalente se forma entre átomos de distinta covalente se forma entre átomos de distinta electronegatividad y en consecuencia los electronegatividad y en consecuencia los electrones se agrupan más cerca de aquel electrones se agrupan más cerca de aquel átomo electronegativo, como consecuencia un átomo electronegativo, como consecuencia un lado de la molécula es electrodeficiente (posee lado de la molécula es electrodeficiente (posee carga parcial positiva) y el otro es electrodenso carga parcial positiva) y el otro es electrodenso (posee carga parcial negativa). Este tipo de (posee carga parcial negativa). Este tipo de enlaces se designan como enlaces se designan como enlaces covalentes enlaces covalentes polarespolares y las moléculas con este desbalance de y las moléculas con este desbalance de cargas se designan como cargas se designan como dipolares.dipolares.

Las moléculas de agua Las moléculas de agua contienen dos átomos de contienen dos átomos de hidrógeno (dibujados en rojo) hidrógeno (dibujados en rojo) enlazados a un átomo de enlazados a un átomo de oxígeno (en azul). El oxígeno, oxígeno (en azul). El oxígeno, con seis electrones de valencia, con seis electrones de valencia, necesita dos electrones necesita dos electrones adicionales para completar su adicionales para completar su envoltura de valencia. Cada envoltura de valencia. Cada hidrógeno contiene un electrón. hidrógeno contiene un electrón. Por consiguiente el oxígeno Por consiguiente el oxígeno comparte los electrones de dos comparte los electrones de dos átomos de hidrógeno para átomos de hidrógeno para completar su propia envoltura completar su propia envoltura de valencia, y en cambio, de valencia, y en cambio, comparte dos de sus propios comparte dos de sus propios electrones con cada hidrógeno, electrones con cada hidrógeno, completando la envoltura de completando la envoltura de valencia H.valencia H.

Características del enlace Características del enlace covalente.covalente.

Es muy fuerte y se rompe con dificultad. Si la Es muy fuerte y se rompe con dificultad. Si la diferencia de electronegatividades entre los 2 diferencia de electronegatividades entre los 2 átomos es marcada, tenemos un enlace átomos es marcada, tenemos un enlace polarpolar y se favorecerá la solubilidad de la sustancia y se favorecerá la solubilidad de la sustancia en solventes polares. Ejemplo: un enlace O-H en solventes polares. Ejemplo: un enlace O-H

Si la diferencia de electronegatividad es poca, Si la diferencia de electronegatividad es poca, tenemos un enlacetenemos un enlace no polar no polar y se favorecerá la y se favorecerá la solubilidad de la sustancia en solventes no solubilidad de la sustancia en solventes no polares. Ejemplo: un enlace C-H o C-C.polares. Ejemplo: un enlace C-H o C-C.

Puentes HidrógenoPuentes Hidrógeno

La presencia de cargas parciales sobre los átomos de oxígeno e La presencia de cargas parciales sobre los átomos de oxígeno e hidrógeno de la molécula del agua hace posible que entre ellas hidrógeno de la molécula del agua hace posible que entre ellas mismas se formen enlaces débiles debido a la atracción mismas se formen enlaces débiles debido a la atracción electrostática, llamados electrostática, llamados puentes de hidrógenopuentes de hidrógeno. Dada la . Dada la estructura de la molécula de agua, se pueden formar hasta 4 estructura de la molécula de agua, se pueden formar hasta 4 puentes de H, dos a través del átomo de Oxígeno y uno por cada puentes de H, dos a través del átomo de Oxígeno y uno por cada átomo de Hidrógeno.átomo de Hidrógeno.

Son interacciones polares y su intensidad es cerca de 5-10% de Son interacciones polares y su intensidad es cerca de 5-10% de enlace covalente. En el enlace por puente de hidrógeno los tipos enlace covalente. En el enlace por puente de hidrógeno los tipos más importantes de fuerzas de atracción son débiles y estos más importantes de fuerzas de atracción son débiles y estos enlaces son los causantes de que el agua sea un líquido a enlaces son los causantes de que el agua sea un líquido a temperatura ambiente en lugar de un gas. Donde existe un temperatura ambiente en lugar de un gas. Donde existe un hidrógeno unido a un elemento fuertemente electronegativo se hidrógeno unido a un elemento fuertemente electronegativo se establece una unión intermolecular, precisamente entre el H de establece una unión intermolecular, precisamente entre el H de una molécula y el elemento fuertemente negativo de la otra.una molécula y el elemento fuertemente negativo de la otra.

Este enlace se puede establecer además entre Este enlace se puede establecer además entre el agua y cualquier otra molécula. Si el puente el agua y cualquier otra molécula. Si el puente se establece entre dos moléculas diferentes ya se establece entre dos moléculas diferentes ya sea de la misma o de diferente especie se le sea de la misma o de diferente especie se le denomina enlace denomina enlace intermolecularintermolecular, por ejemplo la , por ejemplo la molécula de agua, el ácido fluorhídrico etc.molécula de agua, el ácido fluorhídrico etc.

Si el puente se estable entre dos elementos Si el puente se estable entre dos elementos electronegativos de una misma molécula, el electronegativos de una misma molécula, el enlace se llama enlace se llama intramolecularintramolecular, por ejemplo O- , por ejemplo O- hidroxibenzaldehido, O- clorofenol etc.hidroxibenzaldehido, O- clorofenol etc.