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Una gran cantidad de insectos y microorganismos, comparten características fundamentales en su composición química, y sus procesos metabólicos básicos. Además, los principios físicos básicos se aplican también a los sistemas inanimados. Se dedica mucha atención a la biología molecular. Bases para comprender cómo la estructura de los átomos produce compuestos complejos. Se centra en sustancias simples llamadas compuestos inorgánicos, así también, los compuestos orgánicos, donde los átomos de carbono se unen entre sí, para formar el esqueleto o cadena principal de la molécula.
Los elementos químicos, no cambian en las reacciones químicas normales.
Elemento, sustancia que no se puede descomponer en otra más sencilla. Símbolo químico. Sólo cuatro elementos C,H,O,N constituyen más del 96% de la masa de los organismos. Oligoelementos, son escasos, pero aún así, indispensables.
Los átomos son las partículas básicas de los elementos.
Un átomo es la porción más pequeña de un elemento, que tiene las propiedades químicas de éste. Para nuestros fines, solo necesitamos 3. Protones, neutrones y electrones. El electrón, tiene carga negativa, el proton positiva y el neutron es una partícula sin carga. Protones y neutrones en el núcleo atómico.
Un átomo se identifica d manera inequívoca por su número de protones.
Cada elemento, tiene un número fijo de protones, llamado número atómico. La tabla periódica es una gráfica en la cuál los elementos se ordenan conforme a su número atómico.
La masa atómica es determinada por el número e protones y neutrones.
La masa de una partícula es en extremos pequeña, por lo que se utiliza la unidad de masa atómica o dalton. Protones y neutrones constituyen casi toda la masa de un átomo. La masa atómica de un elemento es un número que indica cuán masivo es un átomo en comparación con el de otro elemento.
Los isótopos difieren en el número de electrones.
La mayor parte de los elementos consisten en mezclas de átomos con diferentes números e neutrones, y por lo tanto, de masa distinta, que se denominan isótopos. Los del mismo elemento, sólo difieren en el número de neutrones. Poseen en lo fundamental, las mismas características físicas. Algunos son inestables y tienden a desintegrarse o decaer en otro más estable.
Los electrones ocupan orbitales ocupan orbitales que corresponden a niveles de energía.
los electrones se desplazan con rapidez en regiones características del espacio atómico llamadas orbitales. Cada orbital contiene un máximo de dos electrones. La energía de un electrón depende del orbital que ocupa. Los electrones situados en orbitales con energía están al mismo nivel de energía principal, y constituyen una capa electrónica. Los electrones de más alta energía, llamados electrones de valencia.
Los átomos experimentan reacciones químicas.
El comportamiento químico de un átomo es determinado principalmente por el número y la disposición de los electrones de valencia. La capa de valencia de cualquier átomo que no sea hidrógeno ni helio, está completa cuándo tiene ocho electrones. Los elementos que se encuentran en la misma columna, tienen propiedades químicas similares en virtud de sus capacidades de valencia., tienen tendencias similares a perder, ganar o compartir electrones.
Los átomos forman moléculas y compuestos.
Dos o más átomos se combinan químicamente para formar unidades llamadas moléculas. Los átomos de diferentes elementos, pueden combinarse para formar compuestos. Un compuesto químico consiste en dos o más elementos combinados en una proporción fija.
Una sustancia es descrita por su fórmula química.
Una fórmula química es un modo abreviado de representar la composición química de un compuesto. Una fórmula molecular, los subíndices indican en número real de cada tipo de átomo en una molécula.
Un mol de cualquier sustancia contiene el mismo número de unidades.
La masa molecular de un compuesto es la suma de las masas atómicas de los átomos constituyentes de una sola molécula. La cantidad de un elemento o compuesto cuya masa en gramos equivale a su masa atómica o molecular es un mol. Un mol de cualquier sustancia siempre tiene exactamente el mismo número de unidades,se trate de átomos pequeños o de moléculas grandes. El gran número de unidades contenidas en un mol 6.02x1023 se conoce cómo número de Avogadro.
Las ecuaciones químicas describen reacciones químicas.
En una ecuación química los reactivos por lo general se escriben en el miembro de la izquierda de la ecuación, y los productos, en el miembro de la derecha. La flecha "Produce" e indica la dirección en que tiende a ocurrir la reacción. Lo compuestos químicos reaccionan entre sí, de modos cuantitativmente precisos.
Los átomos se unen por medio de enlaces químicos.
Los átomos de un compuesto se mantienen unidos, por fuerzas de atracción denominadas enlaces químicos. La energía de enlace es necesaria para romper el enlace mismo. Los tipos principales de enlaces son los covalentes y iónicos.
En los enlaces covalentes se comparten electrones.
En los enlaces covalentes se comparten electrones entre átomos, cada uno de los cuáles queda con su capa de valencia completa. Cuándo los átomos comparten un par de electrones,el enlace se denomina enlace covalente sencillo, enlace covalente doble, cuándo se comparten dos pares de electrones, enlace covalente triple cuándo dos átomos comparten tres pares de electrones.
La función de una molécula guarda relación con su forma.
Cada tipo de molécula posee forma y tamaño característicos. Las funciones de las moléculas en las células dependen en gran parte de su forma geométrica, ésta proporciona la distancia óptima entre los átomos para contrarrestar la repulsión de los pares de electrones.
Los enlaces covalentes son no polares o polares.
La electronegatividad es una medida de la atracción que un átomo ejerce sobre los electrones en enlaces químicos. Cuándo los átomos de una molécula poseen electronegatividad similar, y comparten por igual el número de electrones, se dice que el enlace es no polar. Un enlace covalente entre 2 átomos de electronegatividad diferente se califica cómo polar. Tal enlace tiene dos extremos distintos, uno con carga positiva parcial., y oro con carga negativa parcial.
Los enlaces iónicos se forman entre cationes y aniones.
Una partícula con una o más unidades de carga eléctrica se denomina ión. Cuándo un átomo acepta o dona uno o más electrones se convierte en un ión. Los iones con carga positiva se denominan cationes. Los átomos con seis, o siete electrones de valencia tienden a aceptar electrones de otros átomos y convertirse en aniones, de carga negativa. Un enlace iónico se forma cómo consecuencia de la atracción de la carga positiva de un catión, con la carga negativa de un anión.
Los enlaces de hidrógeno, son atracciones débiles.
El enlace de hidrógeno o puente de hidrógeno, se forma cuándo se combina éste elemento con oxígeno, u otro átomo altamente electronegativo, adquiriendo carga positiva parcial, porque su electrón pasa más tiempo cerca del átomo electronegativo. Se rompen con facilidad. En lo individual son débiles, pero en conjunto son fuertes cuándo se encuentran en grandes cantidades.
Los electrones y energía se transfieren en REDOX.
Muchas de las conversiones de energía que ocurren en una célula implican reacciones en las cuales se transfiere un electrón de una sustancia a otra. Este proceso, es una reacción de oxidación-reducción o reacción redox. Oxidación y reducción siempre ocurren juntas. Oxidación es un proceso químico en que un átomo, ión o molécula, cede electrones. En la reducción, cualquiera de éstos mismos, reciben electrones. Estas reacciones son simultáneas. En una reacción redox el componente, el agente oxidante, acepta uno o más electrones y se reduce. El agente reductor, cede uno o más electrones y se oxida el proceso.
El agua es indispensable para la vida.
Gran parte e la masa de la mayor parte de los organismos consiste en agua. En los tejidos humanos, el porcentaje de ésta varia, representa alrededor del 70% del peso corporal. A través de la fotosíntesis, le agua es la fuente del oxígeno contenido en el aire que respiramos. Muchos de los organismos viven en el mar o en los ríos, así cómo en los lagos o estanques de agua dulce. La combinación única de propiedades físicas y químicas del agua, ha permitido que los seres vivos aparezcan, sobrevivan y evolucionen en el planeta tierra.
Las molécula de agua son polares.
En el agua líquida y en el hielo, las moléculas se mantienen unidas en parte, por enlaces de hidrógeno, el átomo de oxígeno de una molécula de agua tiene dos regiones de carga negativa parcial, y cada uno de los hidrógenos tiene una carga positiva parcial. Por tanto, cada molécula de agua, puede formar enlaces de hidrógeno, con un máximo de 4 moléculas adyacentes.
El agua es el principal solvente en los organismos.
El agua, es u solvente insuperable, un líquido capaz de disolver muchos tipos de sustancias. Sus propiedades de solvente, y la tendencia de los átomos de determinados compuestos a formar iones cuándo están en solución, hacen que el agua tenga una importante función facilitadora, en las reacciones químicas. Las sustancias que interactúan con ella son hidrófilas & las hidrófobas son las que se repelen al agua.
La formación de enlaces de hidrógeno hacen al agua cohesiva y adhesiva.
La moléculas de agua, tienen una fuerte tenencia a adherirse entre sí, ésto es, son cohesivas, tal efecto se debe a la presencia de enlaces de hidrógeno entre ellas. Las moléculas de agua también se adhieren a muchos tipos de sustancias, estas fuerzas adhesivas e
xplican el que el agua humedezca las cosas. Una combinación de fuerzas adhesivas y cohesivas se llama capilaridad. También, el agua tiene un alto grado de tensión superficial, debido a la cohesividad de sus moléculas.
El agua ayuda a conservar estable la temperatura.
Para elevar la temperatura de una sustancia, se necesita incrementar la energía cinética. El término calor, se refiere a la cantidad total, de energía cinética en una muestra de sustancia. La temperatura se refiere a la cantidad promedio de energía cinética de las partículas. El agua posee un calor específico elevado, la cantidad de agua necesaria para aumentar la temperatura del agua es muy grande. Una caloría es una unidad de energía térmica equivalente a 4.184kJ. Y corresponde a la cantidad de calor necesaria para aumentar un grado Celsius la temperatura de un gramo de agua. El hecho de que las moléculas de agua se mantengan unidas por enlaces de hidrógeno, hacen que tenga un alto calor de vaporización.
Los ácidos son donadores de protones, las bases, son aceptores de protones.
Un ácido es una sustancia que se disocia en una solución de manera que se generan hidrogeniones, y un anión. Ácido-> H* + anión. Un ácido es un donador de protones. Una base se define cómo un aceptor de protones. La mayor parte de las bases son sustancias que se disocian en un ión hidróxido.
El pH es una medida conveniente de acidez.
El grado de acidez de una solución suele expresarse en términos de pH, que se define cómo el logaritmo negativo (base 10) de la concentración de hidrogeniones. Las soluciones ácidas, tienen valores de pH menores de 7. Y las básicas, tienen pH mayor de 7.
Los amortiguadores minimizan los cambios de pH.
Muchos mecanismos homeostásicos operan para conservar los valores de pH adecuados. Los organismos contienen muchos amortiguadores naturales. Un amortiguador, llamado buffer o solución tampón, es una sustancia, o combinación de sustancias que resiste los cambios del pH, cuándo se agrega un ácido o una base. Un sistema amortiguador incluye un ácido o una base débiles, los cuales no se ionizan por completo. Esto es, en cualquier instante dado, sólo una fracción de las moléculas está ionizada, la mayor parte se encuentra no disociadas. Los organismos contienen muchos ácidos y muchas bases débiles, de modo que mantienen una reserva esencial de capacidad amortiguadora y evitan los extremos de pH.
Un ácido y una base reaccionan formando una sal.
Cuándo se mezclan un ácido y una base, el H* del ácido se une al OH de la base, y se forma una molécula de agua. El resto del ácido, se combina con el residuo de la base, y se forma una sal. Una sal es un compuesto, en que el átomo de hidrógeno de un ácido es sustituido por otro catión. Una sal, un ácido o una base, que se disuelven en agua se disocian en iones que pueden conducir la corriente eléctrica, y tales sustancias se denominan electrolitos. Muchos otros componentes no forman iones al disolverse con agua, y tampoco conducen corriente eléctrica, se denominan no electrolitos o sustancias no electrolíticas.
