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1
UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
COLEGIO DE CIENCIAS Y HUMANIDADES
PLANTEL SUR
ÁREA DE CIENCIAS EXPERIMENTALES
GUÍA Y MATERIAL DE AUTO – ESTUDIO PARA
PREPARAR EL EXAMEN EXTRAORDINARIO de
QUÍMICA II
Coordinadoras y autoras:
Espinosa Pérez Areli
Román Guerrero María del Pilar
Autores:
Zenteno Mendoza Blanca Estela
Navarro León Francis
Guzmán Flores Guadalupe
López Gómez Luz María del Refugio
Sánchez Ornelas Andrés Roberto
Córdova Zwanziger Sofía
Castillo Urueta Pável
Mayo 2016
2
INDICE
Página
2
PRESENTACIÓN
4
OBJETIVO GENERAL
4
SUGERENCIAS
4
RECOMENDACIONES GENERALES
5
PRIMERA UNIDAD. SUELO, FUENTE DE NUTRIMENTO PARA LAS PLANTAS 6
¿Por qué es importante el suelo?
8
¿Qué es el suelo?
9
¿Cómo se clasifican los componentes sólidos del suelo?
11
¿De qué está formada la parte inorgánica del suelo?
11
¿Qué son las sales y qué propiedades tienen?
13
¿Cómo se representan y nombran las sales en el lenguaje de la química?
23
¿Cuál es el alimento para las plantas?
35
¿Cómo mejorar un suelo deficiente en sales?
36
¿Cómo se obtienen las sales?
37
¿Cómo ayuda la química a determinar la cantidad de sustancias que intervienen en las reacciones de obtención de sales?
39
¿Qué importancia tiene conocer la acidez del suelo?
49
SEGUNDA UNIDAD. ALIMENTOS, PROVEEDORES DE SUSTANCIAS ESENCIALES PARA LA VIDA
56
¿Por qué comemos?
58
¿Qué tipo de sustancias constituye a los alimentos?
59
¿Por qué el carbono es el elemento predominante en los alimentos?
60
¿Qué grupos funcionales están presentes en los nutrimentos orgánicos?
69
¿Cuál es la función en el organismo de los nutrimentos?
79
¿Hay entre la estructura de los nutrimentos y su función en el organismo?
81
Y tú, ¿cómo te alimentas?
108
¿Cómo se conservan los alimentos? 109
3
TERCERA UNIDAD. MEDICAMENTOS, PRODUCTOS QUÍMICOS PARA LA SALUD
115
¿Qué son los medicamentos?
118
¿Cómo se obtienen los medicamentos?
123
¿Cómo se sintetiza un principio activo?
132
¿Cómo ayuda la química a combatir las enfermedades?
135
¿Cómo ayuda la Química a mejorar tu forma de vida?
137
Prueba tipo extraordinario
141
4
PRESENTACIÓN
La presente guía fue elaborada basándose en los planes y programa de estudios
vigentes a la fecha con la finalidad de proporcionar un material didáctico de apoyo
para la preparación del examen extraordinario de Química II. Esta guía contiene
información teórica con ejemplos ilustrativos y ejercicios denominados “A
practicar ” con la finalidad de que identifiques el avance en tu estudio. Al final
de la guía viene un examen tipo extraordinario con el cuál pondrás a prueba los
conocimientos adquiridos y de este modo podrás ahondar en aquellos temas que
así lo requieran.
UNIDADES TEMATICAS DE QUÍMICA IV
PRIMERA UNIDAD. SUELO, FUENTE DE NUTRIMENTOS PARA LAS
PLANTAS
SEGUNDA UNIDAD. ALIMENTOS, PROVEEDORES DE SUSTANCIAS
ESENCIALES PARA LA VIDA
TERCERA UNIDAD. MEDICAMENTOS, PRODUCTOS QUÍMICOS PARA
LA SALUD
OBJETIVO GENERAL
Apoyar al alumno en su etapa de preparación para presentar el examen
extraordinario de Química II
SUGERENCIAS
Esta guía comprende temas y conceptos que se revisan a lo largo de un
semestre, por lo que cuál debes planear tus actividades a lo largo del día para que
dediques una buena parte de tu tiempo a su estudio, por lo que te sugerimos:
1.- Leer la información proporcionada, realiza notas propias sobre cada tema
revisado para que vayas reforzando los aprendizajes abordados.
2.- Responde por escrito de manera ordenada y sistemática cada uno de los
ejercicios propuestos basándote en el contenido de la guía
3.- Verifica que cada una de las respuestas con la finalidad de detectes el nivel de
avance que llevas.
4.- Una vez que hayas terminado de estudiar todos los temas de la guía y
completado los ejercicios propuestos, es momento de que realices el prototipo de
examen extraordinario para que te des cuenta de cuáles son tus fortalezas y
debilidades.
5
Recuerda que si quieres profundizar en algún tema puedes utilizar la bibliografía
propuesta para tal fin, además puedes acudir con los asesores de la asignatura
para que te brinden su apoyo en los temas que te sean más difíciles de
comprender.
RECOMENDACIONES GENERALES
1.- Consulta en la Secretaría de Servicios Estudiantiles o en la Jefatura del Área
de Ciencias Experimentales los requisitos y trámites a seguir para tu inscripción al
examen.
2.- Anota y recuerda la fecha del examen extraordinario.
3.- El día del examen debes presentar la credencial que te acredite como alumno
del Colegio, o en su defecto una constancia expedida por Servicios Estudiantiles
(no podrás presentar tu examen, si no cuentas con cualquiera de las dos
identificaciones mencionadas)
4.- La revisión del examen solo podrá ser atendida por los profesores que lo
evaluaron, por lo que es importante que anotes y recuerdes el nombre del sinodal
asignado.
6
Primera unidad.
Suelo, fuente de nutrimentos para las
plantas
7
8
¿Por qué es importante el suelo?
Los seres humanos siempre han tenido una relación cercana con el suelo. Aún
antes del inicio de la agricultura sedentaria, los suelos eran reconocidos como
fuentes importantes de alimentos, fibras y combustibles. La evidencia de prácticas
agrícolas más antigua de que se tiene registro se encontró en un lugar cercano a
la actual ciudad de Jarmo en Iraq aproximadamente 11,000 años A. C
La función más universalmente reconocida del suelo es su apoyo a la producción
alimentaria. Es la base para la agricultura y el medio en que crecen casi todas las
plantas de las que obtenemos alimentos. Se estima, que el 95% de nuestros
alimentos se produce directa o indirectamente de nuestros suelos. Los suelos
sanos suministran los nutrientes esenciales, agua, oxígeno y el soporte para las
raíces que nuestras plantas productoras de alimentos necesitan para crecer y
prosperar. Los suelos también sirven como protección para las delicadas raíces de
las plantas frente a las fuertes fluctuaciones de temperatura.
Los suelos sanos mantienen una comunidad variada de organismos que ayudan a
controlar las enfermedades de las plantas, insectos y malezas, forman
asociaciones simbióticas beneficiosas con las raíces, reciclan nutrientes
esenciales para las plantas, mejoran la estructura del suelo con efectos positivos
para el agua del suelo y la capacidad de retención de nutrientes, y en última
instancia mejoran la producción agrícola. Un suelo sano también contribuye a la
mitigación del cambio climático, manteniendo o aumentando su contenido de
carbono.
La disponibilidad de alimentos depende de los suelos: los alimentos nutritivos y de
buena calidad y el forraje para los animales solo pueden producirse si nuestros
suelos están sanos. Por tanto, un suelo vivo y sano es un aliado crucial para la
seguridad alimentaria y la nutrición.
Además de su importante papel en la producción de alimentos, los suelos son un
componente esencial de los ecosistemas y, por esta razón, brindan una gran
cantidad de beneficios a los seres humanos entre los que vale la pena resaltar:
Funciones de abastecimiento. Además de la producción de alimentos, los
9
suelos permiten el abastecimiento de agua dulce, combustibles, minerales, fibras para la producción textil y diferentes principios activos utilizados en la producción de medicamentos.
Funciones de regulación. Los suelos contribuyen a regular el clima y almacenar y purificar el agua dulce.
Funciones culturales. Los suelos permiten una serie de actividades turísticas y de recreación, espirituales y religiosas.
¿Qué es el suelo?
El término suelo, que deriva del latín solum, y significa piso, puede definirse como
la capa superior de la Tierra que se distingue de la roca sólida y en donde las
plantas crecen. Con este enfoque, los suelos deben considerarse como
formaciones geológicas naturales desarrolladas bajo condiciones muy diversas de
clima y materiales de origen, lo cual justifica su continua evolución y, en
consecuencia, su gran variedad.
Pero, tal como ocurre con muchas palabras que corrientemente se utilizan, el
suelo puede definirse de formas diferentes. Esto depende del criterio que se
adopte en lo que respecta a su utilización, formación, origen, constitución o
función. Para un ingeniero de caminos, por ejemplo, el suelo puede ser el material
donde construir una carretera. Un ingeniero de minas lo puede considerar como el
conjunto de restos diversos que cubren las rocas y minerales que él debe estudiar.
Y para un agricultor, por no citar más ejemplos, el suelo puede ser exclusivamente
el lugar donde crecen sus cultivos.
Bajo el punto de vista menos aplicado y general, y más científico, también se
pueden encontrar otras orientaciones. Así, existe una dirección o criterio geológico
que define el suelo en función de su formación a partir de las rocas originarias. Y
en este sentido, el suelo
puede definirse como el
producto de erosión de las
rocas, evidenciado en las
partes superficiales de la
corteza terrestre y que
contiene en ocasiones
restos de materia orgánica
descompuesta o en
descomposición. Pero el
suelo, independientemente
de su origen tiene una
10
función: soportar una vegetación, y en él se deben dar las condiciones necesarias
para el desarrollo de las plantas. Con este enfoque, nos encontramos con una
concepción fisiológica vegetal que define el suelo como la mezcla de partículas
sólidas pulverulentas, de agua y de aire que, provista de los elementos nutritivos
necesarios para las plantas, puede servir como sustentadora de una vegetación.
El siguiente mapa conceptual muestra las fases que constituyen el suelo.
El suelo, sin embargo, como parte de la biosfera, está poblado de organismos. El
suelo respira, nitrifica, origina humus. Nos encontramos también con un criterio
biológico, donde se da prioridad para su definición a los organismos que en él
habitan y a las transformaciones o procesos que realizan.
Las definiciones expuestas ponen claramente en evidencia que el concepto de
suelo puede ser diferente. Y ello dependerá de la disciplina que lo estudie.
Bajo el punto de vista químico y agrícola también es aceptable su correspondiente
orientación. Y en este sentido, el suelo puede considerarse como una mezcla
heterogénea constituida por tres fases: sólida, líquida y gaseosa, que constituye el
soporte mecánico y, en parte, el sustento de las plantas.
La composición de las tres fases puede variar con el tiempo y de un lugar a otro,
sin embargo, de manera general se puede considerar que la fase gaseosa está
conformada por aire y la fase líquida por agua, en tanto que la fase sólida contiene
materia orgánica (restos de plantas y animales) y materia inorgánica (diferentes
minerales)
11
¿Cómo se clasifican los componentes sólidos del suelo?
Los componentes sólidos del suelo son una mezcla formada por materiales
orgánicos e inorgánicos (minerales); estos se encuentran en distintas
proporciones, dependiendo del tipo de suelo y de la región de origen.
Material Orgánico
Este componente del suelo está formado por restos vegetales y
animales en diferente estado de descomposición de estos restos se
forma el “humus”, que es el que le da el color oscuro al suelo.
La última etapa de la descomposición de la materia orgánica, llamada
“mineralización” consiste en la destrucción total de los restos orgánicos que se
transforman en compuestos inorgánicos sencillos debido a la actividad de los
microorganismos (hongos y bacterias).
Los organismos que viven en el suelo son factores determinantes para la
circulación de nutrientes y del carbono en el suelo. Una gran parte de la materia
orgánica originada por la descomposición de los residuos vegetales se acumula
en la superficie del suelo y se consume casi por completo por los microorganismos
creando así una reserva de carbono con una rápida tasa de renovación.
La vegetación fija el carbono de la atmósfera por fotosíntesis transportándolo a
materia viva y muerta de las plantas. Los organismos del suelo descomponen esta
materia transformándola a materia orgánica del suelo. El carbono se libera de la
biomasa para la materia orgánica, en organismos vivos por un cierto tiempo o se
vuelve a emitir para la atmósfera por respiración de los organismos (organismos
del suelo y raíces) en forma de dióxido carbono, CO2 o metano CH4, en
condiciones de encharcamiento en el suelo.
La materia orgánica del suelo está compuesta en su mayoría de carbono, tiene
una capacidad de retener una gran proporción de nutrientes, cationes y
oligoelementos esenciales para el crecimiento de las plantas.
¿De qué está formada la parte inorgánica del suelo?
La parte inorgánica del suelo está formada por partículas de roca finamente
partidas que contienen minerales. Los compuestos que la forman son algunos
elementos en pequeñas cantidades, como hierro (Fe), oro (Au), manganeso (Mn),
azufre (S) y los óxidos de esos elementos. Un componente importante son los
silicatos, que constituyen el 75% de la corteza terrestre.
12
También existe el espacio poroso del suelo se refiere al porcentaje del volumen
del suelo no ocupado por sólidos. En general el volumen del suelo está constituido
por 50% materiales sólidos (45% minerales y 5% materia orgánica) y 50% de
espacio poroso.
La cantidad de nutrientes presente en el suelo determina su potencial para
alimentar organismos vivos. Los 16 nutrientes esenciales para el desarrollo y
crecimiento de las plantas se suelen clasificar entre macro y micro nutrientes
dependiendo de su requerimiento para el desarrollo de las plantas.
a) Los macronutrientes se requieren en grandes cantidades e incluyen
Carbono(C), Hidrógeno (H), Nitrógeno(N), Fósforo (P), Potasio (K), Calcio (Ca),
Magnesio (Mg), Azufre(S).
b) Los micronutrientes por otro lado se requieren en pequeñas cantidades, su
insuficiencia puede dar lugar a carencia y su exceso a toxicidad, se refieren a
Hierro (Fe), Zinc (Zn), Manganeso (Mn), Boro (B), Cobre (Cu), Molibdeno (Mo),
Cloro (Cl).
Todas las plantas necesitan tomar del suelo 13 elementos minerales, de tal
manera que si en un suelo no hubiese nada, cero gramos, de cualquiera de ellos,
la planta moriría, porque todos son imprescindibles.
• Un suelo rico en materia orgánica (humus) es rico en Nitrógeno (N). Cuanto más
estiércol se agregue más Nitrógeno tendrá y por supuesto, más humus.
Cuando se aporta materia orgánica a un suelo estás consiguiendo dos cosas:
1. Humus
2. Nutrientes minerales (nitrógeno, fósforo, potasio, azufre,...) de la
descomposición de esta materia orgánica.
A practicar
Cuestionario
1. ¿Qué es el suelo?
2. ¿Cuál es la importancia del suelo como recurso natural?
1. ¿Por qué se considera que la principal función del suelo es la de productor
de alimentos?
2. ¿Cuál es la relación entre el suelo y las plantas?
3. Además de la producción de alimentos, ¿qué otros beneficios aporta el
suelo a los seres humanos?
13
4. Desde el punto de vista químico, ¿qué es el suelo?
5. ¿Cuáles son las tres fases que conforman el suelo?
3. Elabora un diagrama en el que señales los diferentes componentes del
suelo
4. El suelo está formado tanto por sustancias orgánicas como inorgánicas
¿cuáles son las características físicas y químicas que permiten diferencias
estos dos tipos de compuestos?
5. Explica la importancia de los siguientes minerales en el suelo y cuál es su
función en las plantas
6. Sodio b) manganeso c) fósforo
7. ¿Para qué emplean las plantas el dióxido de carbono que absorben del
aire?
8. ¿Por qué el agua es indispensable para los seres vivos?
9. ¿Cuáles son los principales compuestos inorgánicos que forman el suelo?
¿Qué son las sales y qué propiedades tienen?
Los minerales en el suelo.
Como recordarás, la fase sólida del suelo está formada
principalmente por minerales los cuales son producto de la intemperización de la
roca madre principalmente óxidos de silicio (SiO2), aluminio (Al2O3) y hierro
(Fe2O3) las sales que las conforman son compuestos químicos formado por
cationes (iones con carga positiva) enlazados a aniones (iones con carga
negativa) mediante enlace iónico. Éstos tienen entre otras funciones dar soporte al
suelo y aportar los nutrientes necesarios a las plantas, para ello tienen que ser
solubles en agua para poder ser asimilable, se componen de iones positivos
metálico combinados con iones negativos no metálicos.
Las sales que son solubles en agua por lo general contienen al menos uno de los
siguientes iones: Li+ (litio), Na+(sodio), K+(potasio), NH41+(amonio), NO3
1- (nitrato).
Solo una sal que contenga un catión o anión soluble se disolverá en agua.
En la tabla se presenta un resumen de los iones solubles en agua para los
compuestos iónicos comunes. La tabla está organizada con base en el anión del
compuesto, pero revela muchas cosas importantes acerca de los cationes.
Observe que todos los compuestos iónicos comunes de los iones de metales
alcalinos (grupo 1A de la tabla periódica) y del ion amonio (NH41+) son solubles en
agua.
14
Ejemplos de iones solubles en agua
Compuestos iónicos solubles Excepciones importantes
Compuesto que contienen: *ion nitrato NO3
1-
Ninguna
* Iones cloruro Cl1-
Bromuro Br1-
Ioduro I1-
Compuestos de Ag1+, Hg2
2+ y Pb2+
* Sulfato SO4
2- Compuestos de Sr2+, Ba2+ , Hg2
2+ y Pb2+
A la fuerza que mantiene unidos a dos o más átomos para formar compuestos o
moléculas se le conoce como enlace, los átomos que participan se estabilizarán
tendiendo a lograr una configuración electrónica similar a la de un gas noble, para
cumplir con la regla del octeto.
En general, podemos decir que las fuerzas que mantienen unidos a los átomos
son de origen eléctrico.
La formación de un enlace químico entre dos o más átomos se producirá
básicamente por ceder, aceptar o compartir electrones; los cuales pueden o no
provenir de un mismo elemento. Los electrones de valencia, que están más
alejados del núcleo en un átomo, serán los responsables de la formación del
enlace excepto para el helio, que sólo tienen dos, por lo que los enlaces se
forman mediante la atracción entre núcleos (positivos) y electrones (negativos) o
mediante la atracción entre un ion positivo y uno negativo.
La denominación “regla del octeto” surgió en razón de la cantidad necesaria de
electrones para lograr la estabilidad de un elemento, es decir, el átomo queda
estable cuando presenta en su capa de valencia (última capa de valencia) 8
electrones. Enunciada en 1916 por Walter Kossel y Gilbert N. Lewis.
Propiedades de los compuestos iónicos
Las propiedades de los compuestos iónicos pueden explicarse por el acomodo de
los iones en una red cristalina, por ejemplo, el cloruro de sodio tiene un punto de
fusión alto, debido a que cada catión sodio Na1+, rodea y es rodeado por 6
aniones cloruro Cl1- así para pasar del estado sólido al líquido no basta romper un
enlace hay que romper 6, este costo extra de energía se traduce en una
temperatura de fusión alta.
15
Cl
Los compuestos iónicos usualmente son sustancias muy duras, pero
quebradizas. Esto también es consecuencia del arreglo cristalino, romper
mecánicamente el enlace de un ion sujeto por varios iones de carga opuesta no es
fácil, sin embargo, si se aplica la fuerza suficiente para desplazar ligeramente a los
iones al acercarse los de cargas iguales las fuerzas de atracción se convierten en
repulsión y el cristal se rompe.
La representación de modelos atómicos de Bohr y Lewis para los elementos sodio
(Na) y cloro (Cl) como se muestran en la siguiente imagen.
Representación
Na (sodio) Cl (cloro)
Modelo de Bohr
2 e- 8e- 1e-
2e- 8 e- 7 e-
Representación de
Lewis
Na ×
Notarás que el sodio con número atómico 11, tiene 2 electrones en su primer
orbital, 8 en el segundo y solo 1 electrón en el último orbital, por lo que para formar
compuestos y cumplir con la regla del octeto cede ese último electrón y se carga
positivamente, formando un catión (Na1+), mientras que el cloro con número
atómico 17, tiene 2 electrones en el primer orbital, 8 electrones en el segundo y 7
en el último orbital, por lo que para cumplir la regla del octeto y formar un
compuesto, acepta el electrón del sodio y se carga negativamente formando un
anión (Cl1-), formando así el enlace iónico del cloruro de sodio (NaCl).
2 e- 8 e- 1 e-
16
La formación de iones que forman una sal sucede debido a la gran diferencia de
electronegatividad entre ambos elementos catión -anión, por ello como se muestra
en el ejemplo del modelo de Bohr, el electrón del átomo de sodio pasa a formar
parte del átomo de cloro para formar un catión Na1+ (metal) y un anión Cl1- (no
metal).
La representación de Lewis muestra únicamente los electrones de valencia de
cada uno de los átomos, en ella se utilizan puntos para representar los electrones
de uno de los átomos y cruces para el otro, esto es sólo para diferenciar su origen.
En el siguiente esquema se muestra el diagrama de Lewis para las familias de los
elementos representativos
A practicar
Escribe el diagrama de Lewis para los elementos:
Elemento Diagrama de Lewis
Elemento Diagrama de Lewis
Rubidio Arsénico
Estroncio Selenio
Galio Bromo
Estaño Kriptón
Las propiedades y formación de los compuestos con enlace iónico se forman
cuando existe una diferencia considerable en la electronegatividad( propiedad
17
periódica que nos ayuda a reconocer el modelo de enlace que forman los
elementos cuando se combinan), Linus Pauling definió el concepto de
electronegatividad como una representación del grado de atracción de un par de
electrones en un enlace covalente y estableció una escala de valores de
electronegatividad para diferentes elementos asignándole al flúor el valor máximo
de 4 y al cesio un valor mínimo de 0.7. En la siguiente escala se muestran los
intervalos de la diferencia de electronegatividad para los diferentes tipos de
enlaces.
Diferencia de electronegatividad Tipo de enlace
Superior a 1.7 iónico
entre 0.5 y 1.6 covalente polar
entre 0 y 0.4 covalente no polar
Analizando el siguiente ejemplo:
Elemento Electronegatividad
Na 0.9
Cl 3.0
Diferencia de electronegatividad
2.1
Por lo tanto como 2.1 >1.9, el enlace que se forma entre un átomo de cloro y uno
de sodio es iónico.
A practicar
De acuerdo a los valores de electronegatividad de la tabla determina qué tipo de
enlace presentan las siguientes sustancias:
Sustancia Diferencia de Electronegatividades
Tipo de enlace
BaO
Na2O
NaF
AlBr3
H2O
N2
18
Tabla de valores de electronegatividad de Pauling
La sal cloruro de sodio NaCl no solo se puede hablar de moléculas sencillas, en
realidad es una combinación de muchos iones sodio Na+, con muchos iones
cloruro Cl1-, formando una red cristalina, en estado sólido se encuentran
acomodados de tal forma, que cada catión sodio está rodeado por seis aniones
cloruro y a su vez cada anión cloruro está rodeado por seis cationes sodio como
se muestra en el siguiente modelo:
La solubilidad de las sales se explica mediante las
interacciones electrostáticas que ocurren entre el disolvente y
el soluto. Se dice que el agua es un disolvente polar porque sus
moléculas actúan como pequeños dipolos, en los que la carga
negativa está situada en el oxígeno y la positiva en el átomo de
hidrógeno.
Cuando una sal entra en el seno del líquido las moléculas de agua rodean a
los aniones y cationes, se orientan según la carga del ion. Aunque el efecto de un
solo dipolo no es significativo en conjunto separan al ion de su red cristalina
dejándolo rodeado (solvatación) y lo disuelve.
En la disolución de cloruro de sodio NaCl, las partículas cargadas se
mueven libremente para conducir una corriente eléctrica. En estado sólido, los
compuestos iónicos no son conductores de electricidad debido a la posición fija en
19
los iones. No obstante, en estado líquido, o cuando se disuelven en agua, los
compuestos iónicos son conductores eléctricos porque los iones se mueven
libremente, como se muestra en el siguiente modelo de disolución o solvatación de
cloruro de sodio NaCl en agua.
Para determinar si una sustancia en disolución es un
electrólito o un no electrólito (no conduce), se utiliza un
sencillo aparato, constituido por un par de electrodos
conectados a un foco, una pila y un vaso de precipitados, si el
foco enciende se trata de un electrólito, en caso contrario es
un no electrólito.
Svante Arrhenius explicó que cuando un electrólito se disuelve en agua se disocia
dando lugar a partículas, unas con carga negativa y otras con carga positiva,
denominadas iones. Al pasar una corriente eléctrica a través de la disolución, los
iones se mueven hacia los electrodos de carga opuesta, de tal manera que los
iones positivos, llamados cationes, se dirigen hacia el electrodo negativo o
cátodo porque atrae los cationes hacia él y los
iones negativos llamados aniones, se dirigen hacia
el electrodo positivo o ánodo, este movimiento
permite el flujo de la corriente eléctrica, como se
muestra en el siguiente esquema conocido como
celda electrolítica
En los electrodos se produce transferencia de
electrones proceso conocido como oxidación–
reducción (redox) donde la oxidación representa la
pérdida de electrones (el número de oxidación aumenta de reactivos a productos)
y reducción representa ganancia de electrones (el número de oxidación
disminuye de reactivos a productos).
20
El número de oxidación de cada elemento estará definido por el número de
electrones que se encuentren en el último nivel de energía, que a su vez está
asociado con el grupo en el que se ubica cada elemento en la tabla periódica en la
que podemos observar que algunos elementos poseen más de un número de
oxidación.
Para ejemplificar, se muestran los números de oxidación de los elementos del
período 1.
Grupo 1 2 3 4 5 6 7 8
Elemento Li Be B C N O F Ne
Número de
oxidación
1 2 3 2,+ - 4 2, +-3,4,5
-2 -1 0
El cálculo del número o estado de oxidación está determinado por las siguientes
reglas básicas:
1. Los átomos de un elemento puro tienen número de oxidación igual a cero.
2. La suma de los números de oxidación para los átomos de elementos que
forman un compuesto estable es igual a cero.
3. La carga de un ion es igual a la suma de los números de oxidación.
Como se muestra en los siguientes ejemplos:
Compuesto
Número de oxidación Elemento 1 Elemento 2
Carga neta
Na3N Nitruro de sodio +1×3 átomos de sodio (Na) + -3 × 1átomos de nitrógeno (N)=
0
MnCl2 Cloruro de manganeso II
+2×1 átomos de manganeso + -1 ×2 átomos de cloro=
0
A practicar
Calcula el número de oxidación de las siguientes sales
Compuesto
Número de oxidación Elemento 1 Elemento 2
Carga neta
CuH
NaCl
Al2O3
MgS
21
Los iones negativos o aniones ceden electrones al ánodo (oxidación) y los iones
positivos o cationes toman electrones del cátodo (reducción). Lo que ha ocurrido
es una reacción de tipo óxido-reducción o redox donde la fuente de alimentación
eléctrica ha sido la encargada de aportar la energía necesaria.
A la producción de una reacción química mediante la energía eléctrica se le
denomina electrólisis, y tiene múltiples aplicaciones, por ejemplo, en la
purificación de metales como el cobre, la electrólisis del agua, la obtención de
aluminio a partir de bauxita (Al2O3•2H2O) como se muestran en los siguientes
ejemplos:
Cuando se someten a electrólisis soluciones concentradas de cloruro de sodio, los
productos son hidróxido de sodio, hidrógeno y cloro.
La reacción general es:
2NaCl + 2H2O(l) 2Na+(ac) + 2OH1-
(ac) + H2(g) + Cl2(g) Electrólisis
La reacción puede escribirse en forma gradual como semirreacciones
Cl1- Cl20 + 2 e- semirreacción de oxidación (ánodo)
Número de oxidación de 1- a 0 en productos (oxidación) en reactivos
Durante la electrolisis, los iones sodio Na+ se desplazan hacia el cátodo y los
iones cloruro Cl- hacia el ánodo, aun cuando los iones Na+ son atraídos hacia el
cátodo, los hechos demuestran que ahí se libera hidrógeno. No se encuentra
ninguna evidencia de que haya sodio metálico, pero el área que rodea al cátodo
da prueba de ser alcalina a causa de los iones OH1- acumulados. La reacción en
el cátodo es:
2H2O(l) + 2e- H2(g) + 2OH1-(ac)
H1+ → H20 semirreacción de reducción (cátodo)
Número de oxidación de 1+ en reactivos a 0 en productos (reduce)
Si la electrólisis prosigue hasta que reaccione todo el cloruro Cl1-, la solución que
queda contendrá sólo hidróxido de sodio NaOH y por evaporación se obtendrá en
estado sólido. Mediante este proceso se preparan grandes cantidades de
hidróxido de sodio NaOH y cloro Cl2(g).
22
Cuando se somete a electrólisis el cloruro de sodio NaCl(l) fundido (sin agua) se
forman sodio metálico Na(l) y cloro gaseoso Cl2(g). Como se muestra en la siguiente
reacción:
2NaCl (l) → 2 Na(l) + Cl2(g)
Electrólisis
2Na+(l) + 2 Cl1-
(l) → 2Na(l) + Cl2(g)
Electrólisis
Semirreacciones:
Oxidación (ánodo): Cl1- → Cl2
0 número de oxidación 1- a 0
Reducción (cátodo): Na1+ → Na0 número de oxidación de 1+ a 0
A practicar
1.- Para las siguientes semirreacciones describe si hay ganancia o pérdida de
electrones y concluye si se trata de un proceso de oxidación o de reducción, sigue
el ejemplo.
Semirreacción Descripción del proceso Conclusión
Fe2+ →Fe3+ + 1 e- El hierro pierde 1 electrón Se oxida
F20 + 2 e- → 2 F1-
N5+ → N3+ + 2e-
Al3+ + 3e- → Al0
O20 + 4e- → 2O2-
S2- → S0 + 2 e-
23
2.-En los siguientes ejemplos identifica si en la semirreacción es de tipo redox o no redox, analiza el ejemplo. Ba 2+ Ba0
F0 F1- Ca0 Ca0 Mn7+ Mn7+ Au1+ Au1+
C2+ C4+
Na1+ Na0 Br1- Br1- V5+ V5+ N0 N0
O2- O20
Cl 20 Cl 1- Al 3+ Al 3+ Mg0 Mg2+ Hg2+ Hg2+
¿Cómo se representan y nombran las sales en el lenguaje de la química?
Nomenclatura de los compuestos químicos según la IUPAC
La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) se formó en 1919 por químicos pertenecientes a diferentes ramas de la industria, personal académico e investigadores. Este organismo se encarga de definir las reglas para nombrar a los diferentes compuestos químicos. A continuación se describirán las reglas básicas de nomenclatura para los compuestos de origen inorgánico, en esta guía se detallara principalmente la nomenclatura de tipo Stock.
redox
No
redox
24
Nomenclatura Stock Este sistema se basa en la representación del nombre genérico (catión) más el específico (anión) y a continuación, si el elemento tiene más de un número de oxidación se indica el correspondiente con números romanos, sin signo y entre paréntesis. Número de oxidación Para definir el nombre de algunos compuestos es necesario tener claro el concepto de valencia o número de oxidación y su determinación en las fórmulas. Este número es importante, ya que determina la capacidad de combinación de los átomos.
El número de oxidación de cada elemento es un número entero que representa el número de electrones que un átomo pone en juego cuando forma un compuesto determinado.
El número de oxidación es positivo si el átomo pierde electrones, o los comparte con un átomo que tenga tendencia a captarlos. Y será negativo cuando el átomo gane electrones, o los comparta con un átomo que tenga tendencia a cederlos.
La capacidad de combinación para formar compuestos dependerá de la configuración electrónica de los átomos y del elemento o elementos que se combinen químicamente. En la tabla periódica se indica el número de oxidación o valencia para cada uno de los diferentes elementos y se puede observar que algunos poseen más de uno. Se han mencionada anteriormente las reglas para determinar el número oxidación o valencia.
Cuando nos refiramos al número de oxidación el signo positivo (+) o negativo (-) lo escribiremos a la izquierda del número, como en los números enteros. Por otra parte la carga de los iones, o número de carga, se debe escribir con el signo a la derecha del dígito: Ca+2, ión (catión) calcio (2+), CO3
-2, ión (anión) carbonato (2-). Por lo que la fórmula resultante es: carbonato de calcio CaCO3, podemos darnos cuenta que el compuesto formado no tendría carga, es decir los iones neutralizarían su carga.
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Recuerda algunos números de oxidación que están en la siguiente tabla Números de oxidación de elementos
Elementos Número de oxidación más frecuente
H +1, excepto en hidruros metálicos (-1)
O -2, excepto en los peróxidos (-1)
Grupo 1 (metales alcalinos) +1
Grupo 2 (metales alcalino-térreos) +2
Grupo 13 (térreos) +3
Grupo 14 (carbonoideos, excepto Si, Ge = +4) +2, +4, en los Carburos (-4)
Grupo 15 (nitrogenoideos) +1, +3, +5 en los Nitruros (-3), Fosfuros
(-3)
Grupo 16 (anfígenos, excepto O) +2, +4, +6, en los óxidos (-2)
Grupo 17 (halógenos, excepto F = -1) +1, +3, +5, +7
Metales
de
transición
Grupo 6 Cr +2, +3, +6,
Grupo 7 Mn +2, +4, +6, +7
Grupos 8,9,10 Fe, Co, Ni +2, +3
Grupo 10 Pt +2, +4
Grupo 11 Ag +1
Grupo 11 Au +1,+3
Grupos 11, 12 Cu, Hg +1, +2
Grupo 12 Zn, Cd
+2 +2, +4
Números de oxidación de elementos en compuestos
Compuesto Catión Anión
Números de oxidación de los
elementos del anión
Fórmula
Bromato de calcio Ca2+ BrO31- Br5+ O-2 Ca(BrO3)2
Hipoclorito de sodio Na+ ClO1- Cl1+ O-2
NaClO
Sulfato de aluminio Al3+ SO42-
S6+ O-2 Al2(SO4)3
Fosfato de magnesio Mg2+ PO43-
P5+ O-2 Mg3(PO4)2
Nitrato de hierro(III) Fe3+ NO3 1-
N5+ O-2 Fe(NO3)3
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A practicar
Determina el número de oxidación de los elementos en las siguientes sales
Compuesto Número de oxidación Carga neta
AlCl3 Al= Cl=
MnO2 Mn= O=
K2S K= S=
.
Compuesto Número de oxidación Carga neta
Na3PO4 Na= P= O=
Co(NO3)3 Co= N= O=
K2SO4 K= S= O=
Compuesto Número de oxidación Carga neta
CaHSO4 Ca= H= S= O=
KLiSO3 K= Li= S= O=
Ca(HCO3)2 Ca= H= C= O=
Descripción de los sistemas de nomenclatura Una vez que hemos analizado el sistema de asignación de números de oxidación o valencia podemos iniciar con la descripción de los sistemas de nomenclatura.
Ácidos (hidrácidos y oxiácidos) Describiremos la nomenclatura clásica o tradicional, todos los ácidos tienen en su estructura al menos un átomo de hidrógeno que se representará a la izquierda en la fórmula. El nombre comenzará siempre con la palabra ácido, seguido de la raíz del nombre del elemento base, el cual generalmente será un no metal o un metal de transición, luego, se escribirá el prefijo o sufijo correspondiente, y éste dependerá del número de valencia u oxidación que posea el elemento base. Para esto último se deben considerar las siguientes reglas: 1.- La terminación hídrico, correspondiente a los ácidos que no poseen oxígenos en sus estructuras y siempre serán compuestos binarios. 2.- La terminación oso corresponderá a los ácidos con el menor número de oxidación y la terminación ico corresponde a los del mayor número de oxidación del no metal o metal, lo cual dependerá del número de oxígenos presentes en la fórmula. 3.- Los prefijos Hipo y Per, se utilizarán para diferenciar entre dos números de oxidación bajos, Hipo para el más bajo y Per para el más alto. En general tenemos la siguiente tabla:
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Prefijo y sufijo
Número de oxidación
Hipo______oso
1,2
________oso
3,4
________ico
5,6
Per _____ico
7
Hidrácidos
Para nombrar el ácido formado por cloro e hidrógeno, se antepondrá la palabra ácido seguida de la raíz del nombre del elemento base y la terminación hídrico. HCl ácido clorhídrico Oxiácidos
Este grupo de ácidos contienen al menos un átomo de oxígeno en su estructura, el cual se representará siempre a la derecha. H2MnO2 ácido hipomanganoso
A practicar Completa la siguiente tabla; para ello, escribe las fórmulas de los compuestos faltantes, considerando los números de valencia de los elementos y el número de átomos de oxígenos presentes.
Acido+ Cl Br I N C Mn S P
____hídrico
HCl ---------- ----------- ---------
Hipo______oso
HClO --------- --------
________oso
HClO2 ---------
________ico
HClO3
Per _____ico
HClO4 -------- ---------- ------- ---------
clor brom yod nitr carbon mangan sulfur fosfor
Puedes practicar la nomenclatura tradicional y la de IUPAC, para los oxiácidos y algunos compuestos inorgánicos, la siguiente página electrónica.
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http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_informaticos/proyectos2003/quimica/quim_ino.html
Clasificación de sales Una vez que has comprendido el mecanismo de nomenclatura para los ácidos, te será más fácil entender el proceso de nomenclatura de las sales. Una sal se forma cuando el o los hidrógenos del ácido son sustituidos por un metal. En otras palabras, el anión que forma el compuesto proviene de un ácido. Un ejemplo sencillo de la formación de una sal se da cuando en el ácido clorhídrico (HCl) se cambia el H+1 por Na+1 y entonces se formará cloruro de sodio (NaCl). Para nombrar a estos compuestos, siguen las siguientes reglas: 1.- Se suprime la palabra ácido y se toma como base el nombre del elemento central en la fórmula del ácido. 2.- La terminación hídrico se sustituirá por la terminación uro. 3.- La terminación oso se sustituirá por la terminación ito. 4.- La terminación ico se sustituirá por la terminación ato. 5.- Las prefijos hipo y per se conservan 6.- Se termina con el nombre del metal que sustituye al hidrógeno. De manera que al aplicar las reglas tenemos lo siguiente.
Ácido Nombre Ejemplo de elemento que sustituye al H
Sal Nombre
HCl Ácido clorhídrico Na NaCl Cloruro de sodio
HF Ácido fluorhídrico Li LiF Fluoruro de litio
HCIO Ácido hipocloroso K KClO Hipoclorito de potasio
H2MnO2 Ácido hipomanganoso Ca CaMnO2 Hipomanganito de calcio
HNO2 Ácido nitroso Na NaNO 2 Nitrito de sodio
H2SO3 Ácido sulfuroso Be BeSO3 Sulfito de berilio
H3PO4 Ácido fosfórico Ca Ca3(PO4)2 Fosfato de calcio
H2CO3 Ácido carbónico Mg MgCO3 Carbonato de magnesio
HClO4 Ácido perclórico Na NaClO4 Perclorato de sodio
Aquellas sales que contienen hidrógeno en sus estructuras se nombran como sales ácidas, por ejemplo:
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Ácido Nombre Ejemplo de elemento
que sustituye
al H
Sal Nombre
H3PO4 Ácido fosfórico Na Na2HPO4 Fosfato ácido de sodio H2CO3 Ácido carbónico Li LiHCO3 Carbonato ácido de
litio H2MnO2 Ácido hipomanganoso K KHMnO2 Hipomanganito ácido
de potasio
A practicar Completa la siguiente tabla, asignando el nombre o representando la fórmula para cada uno de los siguientes ácidos, posteriormente sustituye al menos un hidrógeno por los elementos metálicos para formar una sal binaria o una sal ácida y escribe el nombre de la sal que se forma.
Ácido Nombre Elemento que sustituye al H
Sal Nombre
HClO2
HBrO2
HIO3
HI
HBrO4
HNO2
Ácido selenioso
Ácido fluorhídrico
Ácido sulfúrico
Ácido clórico
Ácido nítrico
Ácido permangánico
Ácido carbónico
Ácido selénico
Ácido fosforoso
Es necesario indicar que en las fórmulas de sales, se escribe primero el catión y después el anión, además, en todas las fórmulas debe cumplirse que la carga neta del compuesto debe ser igual a cero. Para formar diferentes tipos de compuestos en las siguientes tablas se muestran las fórmulas de algunos cationes y aniones presentes en el suelo.
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Tabla de cationes
Na+ Sodio* B3+ Boro* 1 Pb2+ Plomo (II)
K+ Potasio* Mo6+ Molibdeno* 2 Pb4+ Plomo (IV)
NH41+ Amonio Fe3+ Hierro (III) * Cu+ Cobre (I)
Mg2+ Magnesio* Fe2+ Hierro (II) Al3+ Aluminio
Ca2+ Calcio* Ag+ Plata Hg2+ Mercurio (II)
Cu2+ Cobre (II)* Au3+ Oro Li+ Litio
Zn2+ Zinc (II)* Cr3+ Cromo (III) Cd2+ Cadmio
Mn2+ Manganeso (II)* Cr6+ Cromo (VI) Co2+ Cobalto (II)
* Son los cationes presentes en el suelo, 1 como Borato, 2 como Molibdato
Tabla de Aniones
CO3-2 Carbonato* BO3
3- Borato* I1- Ioduro
S-2 Sulfuros* BO22- Metaborato ClO 1- Hipoclorito
SO4-2 Sulfato* B4O7
2- Tetraborato ClO2 1- Clorito
SO3-2 Sulfito B2O5
4- Diborato ClO31- Clorato
PO4-3 Fosfato* B3O7
5- Triborato ClO41- Perclorato
PO3-3 Fosfito MoO4
1- Molibdato* IO31- Iodito
Cl 1- Cloruro* SeO32- Selenito IO4
1- Iodato
NO3-1 Nitrato* SeO4
2- Selenato AsO43- Arseniato
NO2-1 Nitrito CrO4
2- Cromato AsO2- Arsenito
MnO4 -1 Permanganato Cr2O7
2- Dicromato C2O42- Oxalato
H1- Hidruro N3- Nitruro P3- Fosfuro *Aniones presentes en el suelo
A practicar
1.- Escribe la fórmula de las sales que se forman al combinar los siguientes iones.
Anión vs Catión
Br1-
O2-
S2-
CO3-2
CrO42-
PO3-3
ClO41-
Ca2+
1 2 3 4 5 6 7
Al
3+
8
AlBr3
9 10 11 12 13 14
Fe
2+
15 16 17 18 19 20 21
Fe
3+
22 23 24 25
Fe2(CO3)3
26 27 28
Na
1+
29 30 31 32 33 34 35
31
Br1-
O2-
S2-
CO3-2
CrO42-
PO3-3
ClO41-
Mn
7+
36 37 38 39 40 41 42
V
5+
43 44 45 46 47 48 49
2.- Escribe el nombre químico según la nomenclatura tipo Stock de los compuestos
formados en la tabla anterior
Br1-
O
2- S
2- CO3
-2 CrO4
2- PO3
-3 ClO4
1-
Ca2+
1 2 3 4 5 6 7
Al
3+
8
Bromuro de
aluminio
9 10 11 12 13 14
Fe
2+
15 16 17 18 19 20 21
Fe
3+
22 23 24 25
Carbonato de hierro (III)
26 27 28
Na
1+
29 30 31 32 33 34 35
Mn
7+
36 37 38 39 40 41 42
V
5+
43 44 45 46 47 48 49
Óxidos metálicos y no metálicos (O2-) A los compuestos binarios que contienen oxígeno se les conoce como óxidos y pueden estar enlazados a un metal o un no metal. En la fórmula de estos compuestos el oxígeno aparece siempre a la derecha. Su nombre se formará con la palabra óxido de más el nombre del elemento metálico o no metálico. En el caso de la nomenclatura Stock se indicará el número de oxidación o valencia con números romanos entre paréntesis como se muestran los siguientes ejemplos:
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Fórmula Nomenclatura Stock
FeO Óxido de hierro (II)
Co2O3 Óxido de cobalto (III)
Hg2O Óxido de mercurio (I)
PtO2 Óxido de platino (IV)
A practicar
Completa la siguiente tabla, asignando el nombre o representando la fórmula del compuesto para cada uno de los siguientes óxidos. Fórmula Nomenclatura Stock
Al2O3
MnO
HgO
BaO
Au2O3
Óxido de potasio
Óxido de cobre (II)
Óxido de cromo (III)
Óxido de hierro (III)
Óxido de cobalto (II)
Óxido de plata
Hidruros metálicos (H1-) Cuando se enlaza un metal con hidrógeno se forma un compuesto binario que recibirá el nombre de hidruro. El nombre se forma con la palabra hidruro más el nombre del elemento, en esta representación el hidrógeno debe aparecer a la derecha en la fórmula. Se aplican las reglas antes descritas para la nomenclatura Stock, como se ejemplifica en la siguiente tabla:
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Fórmula Nomenclatura Stock
CuH Hidruro de cobre (I)
AlH3 Hidruro de aluminio
SnH4 Hidruro de estaño (IV)
FeH3 Hidruro de hierro (III)
A practicar Completa la siguiente tabla, asignando el nombre o representando la fórmula del compuesto para cada uno de los siguientes hidruros metálicos.
Fórmula Nomenclatura Stock
NaH
KH
CaH2
BeH2
MnH3
FeH2
Hidruro de titanio (II)
Hidruro de manganeso (IV)
Hidruro de Litio
Hidruro de vanadio (IV)
Hidruro de Plomo (IV)
Hidruro de aluminio
Hidruro de mercurio (II)
Hidróxidos (OH-) Este grupo está formado por compuestos ternarios, cuya composición básica estará dada por un anión hidróxido y un metal (catión). Su nombre se compone
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por la palabra hidróxido de más el nombre del metal. En este caso también se aplican las reglas antes descritas como se muestran en los siguientes ejemplos:
Fórmula Nomenclatura Stock
LiOH Hidróxido de litio
NaOH Hidróxido de sodio
Ba(OH)2 Hidróxido de bario
Fe(OH)3 Hidróxido de hierro (III)
A practicar Completa el siguiente cuadro y asigna el nombre o la fórmula que corresponde a cada uno de los siguientes compuestos.
Fórmula Nomenclatura Stock
Hg(OH)2
KOH
Ca(OH)2
Al (OH)3
Fe(OH)2
Hidróxido de níquel (II)
Hidróxido de Plata
Hidróxido de bario
Hidróxido de manganeso (VII)
Hidróxido de magnesio
Hidróxido de vandio (IV)
Oxisales Son compuestos ternarios formados por un metal, un no metal y oxígeno. Se forman al neutralizar una base con un oxiácido. Ejemplos:
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Fórmula Nomenclatura Stock
Na2CO3 Carbonato de sodio
AlPO4 Fosfato de aluminio
Ca(NO3)2 Carbonato de calcio
K2Cr2O7 Dicromato de potasio
A practicar Completa el siguiente cuadro y asigna el nombre o la fórmula que corresponde a cada uno de los siguientes compuestos.
Fórmula Nomenclatura Stock
CuCrO4
Ba(MnO4)2
Mg(IO3)2
Na2SO3
CaSO4
Clorato de potasio
Sulfato de titanio (III)
Carbonato de cobre (II)
Nitrito de sodio
Clorito de potasio
Perclorato de calcio
¿Cuál es el alimento para las plantas?
Los vegetales a diferencia de los animales son capaces de fabricar su propio alimento a partir de:
Agua y sales minerales que toman del suelo a través de sus raíces
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Gases que toman del aire
La luz del sol Con estos componentes las plantas producen otras sustancias más complejas que utilizan para crecer y realizar sus funciones vitales, la fotosíntesis es el mecanismo por el que se producen estas sustancias complejas Las plantas se nutren de sales minerales (conocidos como fertilizantes) disueltas en agua, las cuales se dividen en macronutrientes, los cuales la planta los requiere en mayores cantidades (niveles de 11 kg por hectárea para el N2 nitrógeno o 10 kg por hectárea para el P fósforo) y micronutrientes, en cantidades mucho menores (niveles de 500 g por hectárea para el Fe hierro de 10 mg por hectárea para el Mo molibdeno).
Algunos de los factores que afectan la cantidad de nutrientes, para las plantas, disponibles en el suelo son:
La calidad del suelo
La calidad del agua
El tipo de planta
En el siguiente esquema se muestran los macro y micro nutrientes en su forma asimilable por las planteas.
¿Cómo mejorar un suelo deficiente en sales? Un suelo puede perder sus nutrientes al no ser explotado de forma adecuada, por ejemplo usar un solo cultivo y no rotarlos, también por salinización o acidificación
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(lluvia acida) de los mismos, por erosión ocasionada por agua (inundaciones) o por el viento, por uso ganadero, también por ser sobreexplotados, etc. Se recomienda rotar los cultivos, que consiste en alternar las familias de cultivos con diferentes necesidades de nutrición en un mismo lugar. Normalmente con el tiempo los suelos al ser cultivados suelen ser deficientes en nutrientes, esta situación se debe adicionalmente al intemperismo y a los procesos microbiológicos para recuperarlos son muy lentos. Para reponer los nutrientes de un suelo, se adicionan sustancias químicas, como las sales, que se conocen como fertilizantes, los cuales se obtienen por dos tipos de reacciones químicas: reacciones redox y reacciones no redox (ácido – base). Para estas situaciones se utilizan los llamados fertilizantes químicos, los cuales proporcionan los nutrientes requeridos para el desarrollo de las plantas.
¿Cómo se obtienen las sales?
Se dice que un suelo es pobre en sales, cuando las plantas extraen esos nutrimentos; para reponer éstas sustancias químicas se aplican los fertilizantes químicos. Un fertilizante es un material que proporciona uno o más nutrientes que necesitan los vegetales para su crecimiento y desarrollo. Como se ha mencionado anteriormente, las sales son los compuestos químicos obtenidos de la combinación de un elemento metálico con un elemento no metálico. No olvides que los fertilizantes se aplican al suelo con el propósito de incrementar el crecimiento de las plantas y el rendimiento de las cosechas. Ahora vas a conocer los diferentes tipos de reacciones químicas que existen para la obtención o síntesis de las sales (fertilizantes); en párrafos anteriores se mencionó que pueden ser por reacciones redox o por reacciones no redox. Reacciones químicas de obtención de sales A) Síntesis o combinación.
La reacción de un metal y un no metal, reacción Redox (cambios en el número de oxidación de reactivos a productos)
Metal + No metal Sal (binaria)
Ca + Cl2 CaCl2 Calcio + cloro cloruro de calcio
B) De desplazamiento simple
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La reacción de un metal con un ácido, reacción Redox ( hay cambios en
el número de oxidación de reactivos a productos)
Metal + Acido Sal (binaria) + Hidrógeno
Zn + 2HCl ZnCl2 H2 Zinc + ácido clorhídrico cloruro de zinc + hidrógeno
Doble sustitución, reacción no Redox ( No hay cambios en el número de
oxidación de reactivos a productos)
C) Ácido + Base Sal (binaria) + Agua (neutralización)
2HCl + Mg(OH)2 MgCl2 + H2O Ácido clorhídrico + hidróxido de magnesio cloruro de magnesio + agua
La reacción entre dos sales, reacción no Redox ( No hay cambios en el
número de oxidación de reactivos a productos)
D) Sal 1 + Sal 2 Sal 3 + Sal 4
CaCl2 + Na2SO4 2NaCl + CaSO4 Cloruro de calcio + sulfato de sodio cloruro de sodio + sulfato de calcio
A practicar En la primera columna de la siguiente tabla encontrarás una serie de reacciones de obtención de sales. Clasifícalas como de síntesis, descomposición de sustitución sencilla o sustitución doble o de neutralización e indícalo en la segunda columna.
Reacción Tipo de reacción
2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3
HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O
2AlCl3 + 3Na2S → 6NaCl + Al2S3
2NaCl → 2Na + Cl2
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2
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¿Cómo ayuda la química a determinar la cantidad de
sustancia que intervienen en las reacciones de obtención de
sales?
¿Qué nos dicen las ecuaciones?
Las reacciones químicas que se llevan a cabo en la vida cotidiana o en el
laboratorio, pueden ser representadas mediante ecuaciones, las cuales utilizan
una simbología que nos proporciona información acerca del estado de agregación
de las sustancias reaccionantes y sobre las condiciones en las que se efectúa la
reacción
Sin embargo, una ecuación química no está completa en tanto no esté
balanceada, porque una ecuación química balanceada cumple con la ley de
conservación de la materia y en ella podemos observar que durante el proceso los
átomos y la masa se conservan.
El procedimiento general para balancear ecuaciones es el siguiente:
Paso 1 Identificación de la reacción. Escribe una descripción o ecuación en
palabras de la reacción; por ejemplo, considera la descomposición del óxido de
mercurio II en mercurio y oxígeno.
Óxido de mercurio II mercurio + oxígeno
Paso 2. Escritura de la ecuación (el esqueleto) sin balancear, asegúrate de que la
fórmula de cada sustancia esté correcta y de que los reactivos estén escritos a la
izquierda y los productos a la derecha de la flecha. En nuestro ejemplo
HgO Hg + O2
Se deben conocer las fórmulas correctas o deducirlas consultando la tabla
periódica, listas de iones o datos experimentales.
Paso 3. Balanceo de la ecuación. Utiliza el siguiente procedimiento cuando sea
necesario:
cuenta y compara la cantidad de átomos de cada elemento en cada miembro de la ecuación y determina los que se deben balancear: el Hg está balanceado (1 de cada lado), el oxígeno necesita balancearse (1 en el lado de los reactivos, 2 en el lado de los productos).
Balancea cada elemento, uno a la vez, escribiendo números enteros
(coeficientes) antes de las fórmulas donde aparezca el elemento sin
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balancear. De ordinario, lo más conveniente es balancear los metales, después los no metales y luego el hidrógeno y el oxígeno. Selecciona los coeficientes mínimos que den la misma cantidad de átomos del elemento en cada lado. Un coeficiente antes de una fórmula indica que debes multiplicar cada átomo de la fórmula por ese número (por ejemplo, 2H2SO4
representa dos moléculas de ácido sulfúrico y también cuatro átomos de H, dos átomos de S y ocho átomos de O).
Coloca un 2 antes de HgO para balancear el O:
2HgO Hg + O2
Comprueba que los demás elementos queden balanceados, para ver si al balancear un elemento dado quedan sin balancear otros. Efectúa los ajustes necesarios. Ahora el mercurio (Hg) no está balanceado. Para ajustarlo escribimos el coeficiente estequiométrico 2 antes del Hg:
2HgO 2Hg + O2 balanceada
haz una comprobación final, asegurándote que cada elemento y/o ion poliatómico esté balanceado y de que hayas empleado el conjunto mínimo posible de coeficientes enteros. 2HgO(s) 2Hg (l) + O2(g)
A practicar Balancea por el tanteo o inspección las siguientes ecuaciones químicas.
Al2(CO3)3 → Al2O3 + CO2
FeCl3 + NaOH → Fe(OH)3 + NaCl
Bi2S3 + HCl → BiCl3 + H2S
K3PO4 + BaCl2 → KCl + Ba3(PO4)2
Fe + Cl2 → FeCl3
Estequiometría
Estequiometría es la rama de la química que estudia la relación entre la cantidad
de reactivos y productos. Es decir da cuenta de la proporción en la que se
combinan los reactivos para producir una determinada cantidad de productos. Así
que si conocemos la cantidad de reactivos que se combinan y si podemos
expresar la reacción que se efectúa, mediante una ecuación química balanceada,
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podremos calcular la cantidad de productos que se obtiene, deduciendo la relación
estequiométrica que guardan reactivos y productos en dicha reacción química. La
cantidad de reactivos y/o productos pueden estar dadas en mol, en masa (gramos)
o en volumen (litros).
Para deducir la relación estequiométrica es necesario calcular la masa molar de
cada término de la ecuación balanceada, a partir de las masas atómicas y masas
moleculares.
Pero, ¿Cuál es el significado de estos términos y cómo podemos realizar su
cálculo?
Masa atómica y masa molecular
Sabemos que cuando hablamos de masa atómica nos estamos refiriendo a la
masa de un átomo. La masa de un átomo es muy pequeña para medirla
individualmente en una balanza, la masa del átomo de hidrógeno es de
1.6736*10-24g. Sin embargo, no es conveniente ni práctico comparar las masas
reales de los átomos, expresadas en gramos; esa es la razón por la que se
inventó una tabla de masas atómicas relativas, en la que se usan unidades de
masa atómica (uma).
Para realizar el cálculo de masas atómicas relativas, se tomó como patrón de
referencia al isótopo carbono 12. A este isotopo se la asignó un valor exactamente
igual a 12 veces la unidad de masa atómica. Por lo que se define la unidad de
masa atómica (uma) igual a 1/12 de la masa de un átomo de carbono 12.
Una analogía sencilla ayudará a ilustrar este punto. Supongamos que
deseamos relacionar el peso de cada una de las personas del salón de clases al
de una sola persona como patrón de referencia. A esta persona la llamaremos
Julio Ramos. Este preciso día, Julio pesa 200 libras y vamos a asignarle una masa
relativa de 12 unidades en una escala arbitraria. Ya que el peso de una persona
varía diariamente, debemos elegir un día en particular. Podríamos hablarle
asignado un valor de 10, 15, 20 o cualquier otro, pero en forma arbitraria
seleccionamos un valor de 12.
Ahora otra persona del mismo salón pesa 266 libras o 1.33 (266/200) veces lo que
pesa Julio Ramos, por lo tanto, estas personas tendrán una masa relativa de 16
unidades (1.33*12). Una relación similar se podría aplicar a cada integrante de la
clase para asignarle una masa relativa, con base en el peso de Julio de ese día en
particular.
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Como la mayor parte de los elementos son mezclas de isótopos con diferente
masa, el peso atómico determinado para un elemento representa la masa relativa
promedio de todos los isótopos naturales del dicho elemento.
De igual forma, cuando se habla de la masa molecular se refiere a la masa de
una molécula la cual también se expresa en uma. Para tener una idea de lo
pequeño que es esta unidad baste decir que 1 uma es igual a 1.660 x 10 -24g, ya
que la unidad de masa atómica se refiere a la doceava parte (1/12) de la masa del
átomo de carbono 12.
El mol
En nuestra vida cotidiana, compramos naranjas por docenas, bolsas por cientos,
tabiques por millares, calcetines por pares etc. Frecuentemente utilizamos
unidades para contar y para cada unidad, tenemos en mente un valor numérico;
por ejemplo: ya sea que contemos una docena de naranjas, una docena de
guayabas o una docena de huevos, numéricamente tendremos 12 piezas de cada
especie.
De forma análoga, los químicos también se ven en la necesidad de contar con la
única diferencia de que lo que cuentan es infinitamente pequeño, porque así lo
son los átomos y las moléculas.
Estos tienen una tamaño aproximado a 1x10-9 m, son más pequeños que los
microorganismos cuyo tamaño es del orden de 1x10-5 m.
Para tener una idea de lo pequeño que son los átomos basta decir que si
comparamos la relación que guarda un átomo, una pelota de golf y la tierra. La
pelota de golf es tantas veces mayor que un átomo como la tierra lo es respecto a
la pelota de golf.
Para contar partículas, los químicos utilizan como unidad al mol. El mol es la
unidad de la magnitud fundamental denominada cantidad de sustancia, esto en el
Sistema Internacional de medidas. La cantidad de sustancia expresa el número de
átomos, iones, moléculas, electrones presentes en una muestra.
Sistema Internacional de unidades
Magnitud fundamental Unidad en la que se expresa
Masa kilogramo (kg)
Tiempo segundos (s)
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Temperatura kelvin (K)
Intensidad luminosa candela (cd)
Intensidad de corriente amperio (A)
Cantidad de sustancia mol (mol)
El mol tiene un valor numérico igual a 6.023x1023 átomos, moléculas, que se
conoce como el número de Avogadro y así como una docena de naranjas tiene
doce naranjas y una docena de guayabas tiene 12 guayabas, un mol de moléculas
de agua tiene 6.023x1023 moléculas de agua como un mol de átomos de oro tiene
6.023x1023 átomos de oro.
Ahora bien, las naranjas son diferentes a las guayabas en varias de sus
características, entre ellas la masa, por lo que 12 naranjas no tendrán la misma
masa que 12 guayabas. De forma análoga, un mol de moléculas de agua tendrá
una masa diferente a la que tiene un mol de átomos de oro.
Masa Molar (M.M)
Si se conoce la fórmula de un compuesto su masa molar (M.M) se puede
determinar sumando las masas atómicas de todos los átomos de la fórmula, si hay
más de un átomo de cualquier elemento, su masa se debe sumar tantas veces
como aparezca en el compuesto.
A practicar 1.- Consulta la tabla periódica la masa atómica de los siguientes elementos.
a. Sodio Na=_____
b. Cloro Cl =_____
c. Fósforo = _____
d. Calcio=______
e. Plata=_____
f. Estroncio=_____
44
Ejemplo: calcula la masa molar (M.M) del HNO3 (ácido nítrico), a partir de su
masa atómica.
H = 1 uma, N = 14 uma, O = 16 uma
Masa atómica átomos en la fórmula
H 1 X 1 = 1 uma
N 14 X 1 = 14 uma
O 16 X 3 = 48 uma
Masa molar = 63 uma
A practicar 1.- Calcula la masa molar (M.M) de las siguientes sales
a. Al2O3______________
b. Ca (OH)2___________
c. Al2(SO4)3__________
d. Mg(NO3)2 _________
En reacciones químicas de obtención de sales como las de sustitución doble se
puede calcular la masa molar de las sustancias involucradas una vez que se ha
balanceado la reacción.
La masa molar (M.M) será entonces la masa de un mol de partículas (sean
átomos, moléculas, iones) y se expresa en gramos. Al realizar los cálculos y la
conversión de unidades resulta que es numéricamente igual a la masa atómica si
hablamos de un mol de átomos o numéricamente igual a la masa molecular si
hablamos de un mol de moléculas, pero expresada en gramos. De aquí que 1mol
de átomos de oro tendrá un valor en número de partículas y un
valor en masa.
6.023x1023 átomos de oro = 1 Mol de átomos de oro = 197g de
oro(masa atómica).
El mol viene a ser el puente entre el mundo macroscópico (el mundo de lo que
percibimos con los sentidos) y el mundo nanoscópico o subatómico que no vemos.
45
Ejemplo:
3Mg(NO3)2 + 2AlCl3 3MgCl2 + 2Al(NO3)3
3mol 2 mol 3 mol 2 mol
3Mg(NO3)2 2AlCl3 3MgCl2 2Al(NO3)3
Masa atómica × número de
átomos
Mg= 24 ×3 = 72
Masa atómica × número de
átomos
Al= 27 × 2 = 54
Masa atómica × número de
átomos
Mg = 24 × 3 = 72
Masa atómica × número de
átomos
Al = 27 × 2 = 54
N= 14 × 6 = 84
Cl= 35 × 6 = 210
Cl= 35 × 6 = 210
N= 14 × 6= 84
O= 16 × 18 = 288
O= 16 × 18 = 288
suma= 444 g Suma= 264 g Suma= 282 g Suma= 426 g
Masa molar o molecular (M.M)
444 g + 264 g = 708 g/ mol reactivos
Masa molar o molecular (M.M)
282 + 85 = 708 g / mol productos
Masas atómicas Mg = 24 g/ mol O= 16 g/ mol N= 14 g/ mol Cl= 35 g/ mol
Al= 27 g/ mol
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A practicar Cuestionario
1. Calcula cuantas moléculas de agua ingieres cuando bebes 1Lt de agua.
Recuerda que la densidad del agua es 1g/mL.
2. ¿Cuántos átomos de oro conforman una moneda de oro puro cuya masa es
de 50g?
3. ¿Qué masa tendrá dos mol de plata?
4. Calcula la masa molar de la sacarosa (C12H22O11)
5. ¿Calcula cuanto mol de azúcar tienes en una taza que contiene 500g de
azúcar?
6. Si adicionas un cubito de azúcar a tu café cuya masa es de 5g ¿qué
cantidad de moléculas endulzan tú café?
7. Sí te pidieran mostrar un mol de sal (NaCl) en un salero, ¿Qué cantidad en
masa de sal pondrías?
Relación mol-mol y masa-masa
Una ecuación balanceada cumple con la ley de la conservación de la materia, lo
que permite establecer las relaciones estequiométricas que rigen los procesos
industriales. Con frecuencia necesitamos calcular la cantidad de una sustancia
que se produce a partir de, o que necesita reaccionar con una cantidad dada de
otra sustancia.
El método de relación molar es generalmente el mejor para resolver problemas de
estequiometria; para calcular la relación entre la cantidad de mol de dos especies
cualesquiera que participan en una reacción química y poder determinar la
cantidad que se requiere por ejemplo: para la reacción de obtención de antimonio
a partir del mineral antimonita (Sb2O3), según la siguiente reacción balanceada.
2Sb2O3(s) + 3C(s) 4Sb(s) + 3CO2(g)
2 mol 3mol 4mol 3mol
Es posible representar doce relaciones molares en base a la reacción anterior:
2 mol de Sb2O3
3 mol de C
2 mol de Sb2O3
4 mol de Sb
2 mol de Sb2O3
3 mol de CO2
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3 mol de C
2 mol de Sb2O3
3 mol de C
4 mol de Sb
3 mol de C
3 mol de CO2
4 mol de Sn
3 mol de C
4 mol de Sn
2 mol de Sb2O3
4 mol de Sn
3 mol de CO2
3 mol de CO2
4 mol de Sn
3 mol de CO2
3 mol de C
3 mol de CO2
2 mol de Sb2O3
Relación mol-mol
Utilizamos la relación molar de cualquier reacción balanceada, para convertir el
número de mol de una sustancia en el número correspondiente de mol de otra
sustancia en una reacción química, como se representa en la siguiente ecuación
de obtención de aluminio a partir de óxido de aluminio anhidro por electrólisis.
electrólisis
2Al 2O3(s) 4Al(s) + 3O2(g)
Ejemplo: A nivel industrial el óxido de aluminio (Al2O3) mediante electrolisis se
obtiene aluminio. ¿Cuántas mol de aluminio se producirán en la reacción, si
reaccionan 7.0 mol de óxido de aluminio?
Según la reacción balanceada establece que se producirán 4 mol de aluminio a
partir de 2 mol de óxido de aluminio, usando el método de relación molar tenemos:
2Al 2O3(s) 4Al(s) + 3O2(g)
7 mol Al 2O3 × 4 mol Al = 14 mol de átomos de aluminio (Al)
2 mol Al 2O3
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A practicar Relación mol - mol
1.- Calcula la cantidad de mol que se producen en la reacción de obtención de
vanadio, donde se ponen a reaccionar 0.55 mol de calcio, según la siguiente
reacción balanceada.
V2O5 + 5Ca 2V + 5CaO
2.- ¿Cuántos moles de cloruro de sodio se requieren para obtener 2.45 mol de
cloruro de aluminio de acuerdo con la siguiente reacción balanceada.
3NaCl + AlPO4 AlCl3 + Na3PO4
3.- ¿Cuántos moles de cloruro de potasio y de agua se obtendrán si se hacen
reaccionar 0.876 mol de hidróxido de sodio de acuerdo con la siguiente reacción.
KOH + HCl KCl + H2O
Relación masa – masa
Esta relación nos permite determinar las masas de los reactivos o productos
utilizando las ecuaciones balanceadas, la relación molar y el número de moles de
cada sustancia, en los procesos industriales se hace uso de esta relación debido a
que es más fácil medir en gramos que medir números de moles.
Por ejemplo en la reacción de obtención de cobre a partir de sulfuro de cobre (I)
por el método de tostación (calentar a altas temperaturas en presencia de un gas
como el oxígeno); una vez balanceada la reacción tenemos:
Cu2S(s) + O2(g) 2Cu(s) + SO2(g)
Si a partir de 100 g de Cu2S ¿Qué masa de Cu obtendremos?
La sustancia inicial es 100 g de Cu2S se transforma a moles usando la masa
molar del compuesto:
100 g Cu2S × 1 mol Cu2S =0.628 mol Cu2S
159.14 g Cu2S
Calculamos el número de mol de Cobre (Cu) por el método de la relación molar de
la ecuación balanceada:
49
0.628 mol Cu2S × 2 mol de Cu = 1.25 mol de Cu
1 mol Cu2S
Convertir mol de Cobre (Cu) en gramos de Cobre (Cu)
1.25 mol de Cu × 63.54 g de Cu =
1 mol de Cu Se obtendrán 79.42 g de cobre
A practicar Cuestionario
1.- El hidróxido de sodio se prepara haciendo reaccionar al carbonato de sodio con hidróxido de Calcio, obteniéndose además carbonato de Calcio.
a. Escribe la reacción involucrada y balancéala
b. ¿Cuántos gramos de hidróxido de sodio se obtienen a partir de 250 g de hidróxido de calcio?
c. ¿Cuántos kilogramos de hidróxido de sodio se obtienen a partir de 3 Kg de carbonato de sodio?
2.- La reacción entre aluminio y óxido de hierro III puede producir temperaturas cercanas a los 3000 ºC, lo que se utiliza para soldar metales.
Aluminio + óxido de hierro III óxido de aluminio + hierro metálico
Ecuación química:______________________________________________
a) En un proceso industrial se hicieron reaccionar 550 Kg de aluminio. b) ¿Con cuántos kilogramos de óxido de hierro III reaccionaron?
¿Qué importancia tiene conocer la acidez del suelo?
El desarrollo de los cultivos se encuentra estrechamente relacionado con la acidez
de un suelo, debido a que la disponibilidad y asimilación de los nutrientes
depende en gran medida de este parámetro.
Desafortunadamente el proceso de degradación de suelos más importante en
México es la erosión hídrica, la cual afecta al 37% del territorio nacional. Las
intensas lluvias, producen el “lavado” de los suelos y por percolación o lixiviación
se van perdiendo los nutrientes de este, en especial los elementos que le
proporcionan alcalinidad. De aquí que en regiones donde llueve mucho, los suelos
50
tienden a ser ácidos y en zonas áridas donde no se dan este tipo de lavados, los
suelos son alcalinos.
El término “reacción del suelo” hace referencia al grado de acidez o alcalinidad
presente en el sistema suelo-agua.
La acidez de una solución acuosa depende de la concentración de iones
hidrógeno [H+], la escala de pH nos da una forma numérica sencilla y conveniente
para establecer la acidez de una solución. Los valores de la escala de pH se
obtienen mediante una conversión matemática de concentraciones de iones [H+]
protones o iones hidrógeno a unidades y matemáticamente lo expresa como el
logaritmo negativo (base diez) de la concentración de iones [H+], la ecuación:
pH = - log [H+]
El cálculo del valor de pH de la concentración de iones [H+] requiere el uso de
logaritmos decimales, los cuales son exponentes. El logaritmo decimal (log) de un
número es, sencillamente, la potencia a la cual se debe elevar 10 para obtener
ese número. Así, el log de 100 es 2, porque 100= 102, y el log de 1000 es 3,
porque 1000 = 103. El log de 500 es 2.70, pero no se puede determinar este valor
fácilmente sin ayuda de una calculadora científica. Por ejemplo:
Determinar el pH de una muestra acuosa de suelo cuya [H+] = 2× 10-5 con una
calculadora. Teclea 2× 10-5 y después la tecla log. El número -4.69…aparecerá
en la pantalla. Entonces, el pH es:
pH = - log [H+] = -(-4.69…)= 4.7
A practicar
1.-Calcula el pH de las siguientes soluciones cuyas concentraciones de [H+] son:
a) [H+] = 1.0 ×10-11
b) [H+] = 6.0 ×10-4
c) [H+] = 3.9 ×10-12
d) [H+] = 61.3 ×10-3
e) [H+] = 3.72 ×10-6
2.- Completa la siguiente información calculando el valor de pH o de concentración
de protones [H+]
Carácter de la solución pH [H+]
51
Ácida / básica o neutra
3.6×10-13
7.0
7.1×10-8
3.1
De acuerdo al valor de pH, los suelos pueden ser ácidos (si el pH es menor a 7),
neutros (si pH=7) o básicos (si el pH es mayor a 7).
La mayoría de los cultivos crecen en un intervalo de pH que va de 5.5 a 7.5, sin
embargo, existen plantas que se desarrollan mejor a un pH ácido y otras a un pH
básico (alcalino).
Por ejemplo:
Cultivo Intervalo de pH
mínimo máximo
arroz 5.0 6.5
caña de azúcar 6.0 8.0
papa 4.8 6.5
Plátano 6.0 7.5
Vid 5.4 6.8
maíz 5.5 7.5
52
Los efectos que ejerce el pH del suelo son diversos:
De él depende los procesos de humificación, lo que determina los distintos
tipos de materia orgánica.
Determina la movilidad de los iones al hacerlos más o menos solubles, lo
que con lleva a que la disponibilidad de los elementos (como nutrientes)
cambie dependiendo de la acidez o alcalinidad del suelo.
El pH del suelo influye en el proceso de intercambio catiónico al permitir la
solubilidad de ciertos iones.
Por ejemplo el hierro, cobre y manganeso, no son solubles en medio ácido lo que
implica que los cultivos que requieren estos nutrientes se encuentren a pH
ligeramente alcalinos. Por otro lado, el nitrógeno, fósforo, potasio y azufre, están
disponibles a pH cercano a la neutralidad.
El fenómeno de acidez en el suelo, impide el desarrollo adecuado de los cultivos
debido a que este fenómeno:
Reduce el crecimiento de las plantas.
Disminución en la disponibilidad de nutrientes como el Ca, Mg, K, P.
Favorece la solubilidad de elementos tóxicos para las plantas como el Al y
Mn.
Para modificar el pH de un suelo y adecuarlo a las condiciones que los cultivos
requieren, se adicionan sustancias que poseen propiedades acido-base.
Propiedades de los ácidos y las bases
En la siguiente tabla se describen algunas características de los ácidos y las
bases.
53
Ácidos Bases
Sabor agrio Sabor amargo o cáustico
Cambian el color del tornasol de azul a rojo
Cambian el color del tornasol de rojo a azul
Reaccionan con los metales como el hierro, magnesio y zinc produciendo hidrógeno gaseoso para producir hidrógeno
No reaccionan con los metales
Para explicar el comportamiento de los ácidos y las bases, en 1887
el químico noruego Svante Arrhenius tomó en cuenta una propiedad
común a los ácidos y las bases: la conductividad eléctrica que
presentan cuando están en disolución acuosa, sugirió que los
ácidos son compuestos que se disocian al disolverse en agua, produciendo iones
hidrógeno o protones H+ y un ion negativo correspondiente. El ion hidrógeno que
se genera no existe aislado en disolución acuosa, sino que se une a una molécula
de agua formando al ion llamado hidronio (H3O+). De acuerdo con este modelo,
del cloruro de hidrógeno (HCl) es un ácido, porque al disolverse en agua se ioniza
formando iones hidrógeno (H+) o (H3O+) y iones cloruro (Cl-). La disociación se
expresa de la siguiente forma:
HA(ac) → H+(ac) + A-
(ac)
ácido
HCl(ac) + H2O(l) → H+(ac) + Cl-(ac)
De la misma forma el modelo de Arrhenius define a las bases como sustancias
que al disolverse en agua forman iones hidróxido (OH1-), además de un catión
correspondiente. El hidróxido de sodio es una base de Arrhenius, ya que al
disolverse en agua forman iones Na1+ y OH1- .
MeOH(ac) → Me+ (ac) + OH-(ac)
NaOH(ac) → Na1+(ac)
+ OH1-(ac)
Desafortunadamente este modelo tiene limitaciones porque únicamente explica el
comportamiento ácido-base de sustancias disueltas en agua (disolución acuosa) y
no en otro tipo de disolvente. Por otro lado, el modelo de Arrhenius no explica el
comportamiento básico del amoniaco que carece de grupos OH- en su estructura.
En esencia, las limitaciones del modelo de Arrhenius son las siguientes:
54
No explica reacciones en otros medios diferentes al acuoso como las que
ocurren en fase gaseosa, medio sólido o en disoluciones no acuosas.
Asume que el carácter ácido-base de las sustancias depende de la
presencia de iones hidrógeno y iones oxhidrilo.
Asume que el ion hidronio (H+) es la partícula que se intercambia cuando
termodinámicamente se ha demostrado la improbabilidad de su existencia
como ion libre.
No explica adecuadamente el comportamiento ácido-base de diversas
sustancias como el amoniaco (NH3), el carbonato ácido de sodio (NaHCO3),
el óxido de calcio (CaO).
Tiene dificultades para explicar el comportamiento ácido-base de algunas
sustancias que teniendo hidrógeno en su fórmula se comportan como
bases
Cuando llama a las reacciones entre un ácido y una base “neutralización”
induce la idea de que la disolución resultante siempre será neutra.
Sugiere que en una reacción de neutralización el ácido y la base se
consumen mutuamente.
No explica las reacciones ácido-base a elevadas temperaturas como las
que se llevan a cabo en la fabricación del cemento y del vidrio.
55
Referencias
Dingrado, L; Greg, K; (2002). Química, materia y cambio, Mc Graw Hill, Columbia. Garritz, Andoni, Chamizo, José Antonio (2001). Tú y la química, Pearson Educación, México. W.R. Peterson; (2013).Nomenclatura de las sustancias químicas; Reverte, Barcelona, España. Castillejos, A.(coord.), (2006). Conocimientos fundamentales de química. Vol. I, México, UNAM/Pearson Educación, Colección Conocimientos Fundamentales
Brown, L, LeMay, Jr., E. Bursten (2004) Química la ciencia central, Pearson,
México
Hein,M & Arena.S. (2005). Fundamentos de Química. México: Thomson.
Ocampo, O. (2013). Química 2. México: Oxford.
Timberlake, K. (2013). Química general, orgánica y biológica.. México: Person.
Daub,W, & Seese, G,. (2015). Química. México: Person.
56
Segunda unidad.
Alimentos, proveedores de sustancias
esenciales para la vida
57
58
¿Por qué comemos?
¿Te has hecho esta pregunta alguna vez? Pensamos que sí, por tal motivo te
diremos que nuestro cuerpo necesita el aporte constante de materia y energía
para su buen funcionamiento, ya que nuestro organismo no es capaz de sintetizar
muchos compuestos que requiere y por ello los debe adquirir del medio ambiente.
La forma y manera de proporcionar al organismo los alimentos que le son
indispensables es lo que entendemos por alimentación, este proceso finaliza en
el instante de la introducción de los alimentos en la cavidad bucal. Lo importante
de este proceso es que es educable, consciente y voluntario. Desde el instante en
el que finaliza la alimentación comienza la nutrición.
La nutrición se define entonces como el conjunto de procesos mediante los
cuales el organismo vivo transforma e incorpora una serie de sustancias que
recibe del mundo exterior y que forma parte de los alimentos con objeto de
suministrar energía, construir y reparar estructuras orgánicas, así como regular los
procesos biológicos. A diferencia de la alimentación, presenta las características
de no ser educable y ser inconsciente e involuntaria.
El suministro de nutrientes debe realizarse en unas cantidades tales que se
consigan las siguientes finalidades:
a) Evitar la deficiencia de nutrientes
b) Evitar exceso de nutrientes
c) Mantener el peso adecuado
d) Impedir la aparición de enfermedades relacionadas con la nutrición.
Con base en lo anterior podemos decir que comer no es garantía de buena salud,
ya que se pueden estar ingiriendo una gran cantidad de alimentos cuyos
componentes no sean benéficos para el organismo, más aun que generen
sobrepeso, estamos hablando entonces de una malnutrición. Por el contrario si la
cantidad de alimentos ingeridos es insuficiente y además carecen de los nutrientes
necesarios estamos hablando de desnutrición.
Los nutrientes se pueden clasificar en tres grandes grupos, revisa la siguiente
tabla.
1.- Macronutrientes 2.- Micronutrientes 3.- Agua
Hidratos de carbono, lípidos y proteínas
Vitaminas y minerales En ella se encuentran los electrolitos sodio, potasio y cloro.
Tabla 1.- Clasificación de nutrientes
59
El cuerpo requiere de los macronutrientes en grandes cantidades mientras que los
micronutrientes se deben consumir en bajas dosis.
Ahora si te pones a pensar te darás cuenta que hay un elemento presente tanto en
los macro como en los micronutrientes, nos referimos al carbono. Observa las
siguientes estructuras y verás que es cierto.
Ejemplo de carbohidrato Ejemplo de lípido
Glucosa, fuente de energía para las células
Ácido linoleico
Vitamina A
Figura 1.- El carbono presente en biomoléculas
¿Qué tipo de sustancias constituye a los alimentos?
En el punto anterior habrás notado que en los alimentos se encuentran mezclados
macro, micronutrientes y agua en diferentes proporciones, más aun y en términos
generales es una mezcla de compuestos orgánicos e inorgánicos.
Por compuestos orgánicos entendemos que son aquellos que contienen en sus
moléculas átomos de carbono, en base a esto se define a la química orgánica
como parte de la química que se encarga del estudio de los compuestos del
carbono. Algunos compuestos del carbono que pertenecen al campo de estudio de
la química inorgánica son: monóxido de carbono (CO), dióxido de carbono (CO2)
y los carbonatos (CO3-2).
El número de compuestos que forma el carbono es muy grande, y aunque no
existe una barrera como tal entre los compuestos orgánicos e inorgánicos, estos
últimos representan una cantidad mucho menor en relación con la totalidad de los
compuestos químicos existentes.
De modo muy general en la siguiente tabla podrás encontrar las principales
diferencias entre ambos tipos de compuestos.
60
Compuestos orgánicos Compuestos inorgánicos
Presentan enlaces covalentes Muchos de los compuestos presentan enlaces iónicos
Tienen bajo punto de fusión Tienen puntos de fusión altos (a veces hasta de 1000oC)
No son buenos conductores de la corriente eléctrica
Conducen la electricidad
La mayoría son combustibles No son combustibles
Generalmente no se disuelven en agua Son solubles en agua
Tabla 2.- Comparación entre compuestos orgánicos e inorgánicos
¿Por qué el carbono es el elemento predominante en los
alimentos?
Comenzaremos esta sección mencionándote que los compuestos orgánicos no sólo se encuentran en los alimentos, están presentes en muchos otros productos que empleamos en forma cotidiana, como los plásticos y las medicinas o los combustibles, como la gasolina, entre otros. Pero la increíble cantidad de compuestos del carbono existentes se deben a sus propiedades. Recordemos que el átomo de carbono es un elemento que se ubica en el grupo IV A y segundo periodo de la tabla periódica, observa la siguiente tabla para que conozcas más de él.
Tabla 3.- Propiedades del Carbono
Ahora observa la siguiente tabla de valores de electronegatividad de los elementos correspondientes al segundo periodo:
Elemento Li Be B C N O F Ne
Electronegatividad 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 ---
Tabla 4.- Valores de electronegatividad de los elementos del segundo periodo
61
Notaras que el carbono tiene un valor intermedio y por esta razón atraerá con más fuerza a los electrones cuando se enlace con otro átomo en comparación con los elementos Litio, Berio, y Boro; pero lo hará con menor fuerza en comparación con los elementos Nitrógeno, Oxígeno y Flúor. Entonces cuando el carbono se enlace con algún otro elemento le será más fácil compartir sus cuatro electrones de valencia y completar así su octeto, que ganando o perdiendo electrones. Por lo anterior es que se dice que el carbono es tetravalente, es decir tiene la capacidad de formar cuatro enlaces covalentes. Observa la siguiente figura del gas metano, en la primera estructura se observan los cuatro electrones de valencia del carbono unidos covalentemente a un electrón de valencia de cada átomo de hidrógeno, en la segunda se muestra el mismo compuesto representando los enlaces por medio de líneas:
Figura 2.- Metano
Pero el átomo de carbono tiene otra peculiaridad, la de poder formar enlaces simples, dobles y triples con otros átomos, veamos el siguiente esquema:
Figura 3.- Enlaces del carbono Por todo lo anterior el carbono es un elemento que puede formar una gran cantidad de compuestos y esto se debe principalmente a que los átomos de carbono pueden formar enlaces covalentes con: 1.- átomos de hidrógeno. 2.- otros átomos de carbono para formar cadenas cuya longitud en principio no tiene límite (concatenación).
3.- otros elementos, en especial con oxígeno, nitrógeno, azufre y halógenos.
62
A practicar
Después de haber leído la información anterior y para reforzar tu conocimiento te pedimos que contestes las siguientes preguntas: 1.- ¿Cuál es la principal diferencia entre alimentación y nutrición? 2.- ¿Cuáles son las principales diferencias entre compuestos orgánicos e inorgánicos? 3.- ¿Cuáles son las características que hacen al carbono un elemento tan singular?
PROPIEDADES ESTRUCTURALES DE LOS HIDROCARBUROS Para hacer el estudio gradual iniciaremos con hidrocarburos, que son los compuestos más simples del carbono, ya que se forman solo por los elementos carbono e hidrógeno. En este tipo de compuestos los átomos de carbono satisfacen su tetravalencia formando enlaces con átomos de hidrógeno, o bien con otros átomos de carbono, al formar cadenas o anillos. Los hidrocarburos los podemos clasificar de varias formas, una de ellas se basa en el tipo de enlace que se forma entre los átomos de carbono:
a) Saturados: cuando todos los átomos de carbono presentan un enlace simple
b) Insaturados o no saturados: cuando hay al menos un enlace doble o triple. También se pueden clasificar de acuerdo a la forma de la cadena de átomos de carbono, puede ser de cadena abierta (aciclíca): lineal o ramificada, y de cadena cerrada (cíclica). Tipos de Fórmulas para representar a los compuestos orgánicos En química orgánica se utilizan varios tipos de fórmulas: a) Desarrolladas: indican en un plano la estructura de la molécula, además representan el modo de agrupación de todos los átomos que las forman, y los enlaces se señalan con guiones b) Semidesarrollada: cada átomo de carbono y sus átomos de hidrogeno se describen en forma de grupo, añadiendo subíndices al hidrógeno para indicar el número de átomos de este elemento que se unen con cada carbono. Tanto en las formulas desarrolladas como en las semidesarrolladas se señala el ordenamiento de los átomos de carbono en la molécula.
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c) Molecular o Condensada: muestra solo el número total de átomos de cada elemento que hay en la molécula utilizando subíndices. d) Estructuras de enlace línea: cada uno de los enlaces de carbono-carbono se representan por medio de líneas, cada uno de los extremos de la línea representa a un átomo de carbono, de tal modo que el metano no tiene representación, Para que te queden más claras las descripciones anteriores te pediremos que observes la siguiente tabla donde se presentan algunos hidrocarburos mediante las cuatro formas descritas con anterioridad:
ALCANOS
Tabla 5. -Representación de los compuestos orgánicos
Alcanos Los átomos de carbono que forman las moléculas de los hidrocarburos saturados de cadena lineal que están unidos mediante enlaces sencillos reciben el nombre de alcanos.
Figura 4.- Formula de los alcanos
En 1979 la IUPAC establece ciertas recomendaciones para la nomenclatura de compuestos orgánicos, mismas que en la mayoría de los textos aún se pueden encontrar plasmadas y la que se detallaran con más interés en esta guía, sin embargo, en 1993 se modifican estas recomendaciones en varias familias de compuestos por mencionar algunos se resaltaran estos ejemplos en negritas.
64
A continuación te presentamos las reglas para nombrar a los alcanos: 1) Seleccione la cadena continua más larga de átomos de carbono como la cadena principal del hidrocarburo base. Si dos cadenas tienen la misma longitud aquella que tenga más cadenas laterales es la principal. Entonces se da nombre al alcano como derivado de este hidrocarburo base. 2) Para nombrar a la cadena principal se usan los prefijos numéricos mostrados en la siguiente tabla y la terminación “ano” según el número de átomos de carbono que conforman las moléculas.
Tabla 6- Prefijos numéricos (n representa al número de átomos de carbono)
3) Las cadenas laterales se consideran como sustituyentes o ramificaciones que reemplazan hidrógenos en la cadena principal. Sus posiciones se indican por números asignados a los carbonos del hidrocarburo base. Se numeran consecutivamente los átomos de carbono de la cadena principal a partir de uno de sus extremos de tal forma que la posición de los sustituyentes se indique con los números más pequeños posibles. Cuando se compara las series de números que compiten, la que tenga el número menor en el primer punto de diferencia es la que se escoge. 4) El nombre de los sustituyentes se pone antes del nombre del hidrocarburo base, en orden alfabético. El nombre del último sustituyente se liga con el nombre del hidrocarburo base como una sola palabra. Al ordenar alfabéticamente los
N Alcano n Alcano
1 Met 21 Henicos
2 Et 22 Docos
3 Prop 23 Tricos
4 But 24 Tetracos
5 Pen 25 Pentacos
6 Hex 26 Hexacos
7 Hep 27 Heptacos
8 Oct 28 Octacos
9 Non 29 Nonacos
10 Dec 30 Triacont
11 Undec 31 Hentriacont
12 Dodec 32 Dotriacont
13 Tridec 40 Tetracont
14 Tetradec 50 Pentacont
15 Pentadec 57 Pentaheptacont
16 Hexadec 60 Hexacont
17 Heptadec 70 Heptacont
18 Octadec 80 Octacont
19 Nonadec 90 Nonacont
20 Icos 100 Hect
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sustituyentes no se consideran los prefijos escritos en cursiva (n-, sec-, ter-, etc.), ni los prefijos di-, tri- tetra-, etc., a menos que el prefijo multiplicador sea parte de un radical complejo encerrado entre paréntesis. 5) Cada sustituyente se precede de un número que denota su posición en la cadena principal. Siempre se separan los números del nombre del sustituyente con guiones y para separar dos números se utiliza una coma. 6) Los sustituyentes idénticos se indican por los prefijos: di-, tri- tetra-, etc. Esos prefijos se hacen preceder de números consecutivos que designan la posición de cada uno de los sustituyentes idénticos. Los números se ordenan en orden creciente de magnitud y se separan por comas. 7) Las reglas de IUPAC permiten el uso de nombres comunes de los alcanos sustituidos tales como: isobutano, isopentano, neopentano, isohexano y de los grupos alquilo sustituidos tales como: isopropil (metiletil o 1-metiletil), sec-butil (1-metilpropil), isobutil (2-metilpropil), ter-butil (dimetiletil), isopentil (3-metilbutil), neopentil (2,2-dimetilpropil), ter-pentil (1,1- dimetilpropil), isohexil (4-metilpentil).
Fórmula desarrollada Nombre común Nombre IUPAC
Isobutano 2-metilpropano
Isopentano 2-metilbutano
Neopentano 2,2-dimetilpropano
Isohexano 2-metilpentano
Tabla 7.- Nombres comunes de alcanos sustituidos
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Revisa los siguientes ejemplos: Figura 5.- Alcanos sustituidos (o ramificados) Entonces los alcanos son hidrocarburos saturados, pues la tetravalencia del carbono se satisface con hidrógeno u otros átomos de carbono. Debido a esto no son activos químicamente y, por ello, también se les llama parafinas. Isómeros Los isómeros son compuestos que tienen la misma composición química, pero el orden de los átomos en las moléculas de estos compuestos es diferente, y por ende, sus características físicas y químicas también. Un ejemplo de estos isómeros son los estructurales en los que lo único que cambia entre un compuesto y otro es su estructura. Observa los siguientes ejemplos:
Figura 7.- Isómeros estructurales
Nota en la tabla 7 que tanto el butano y el 2-metilpropano (isobutano) tienen ambos cuatro átomos de carbono y diez de hidrógeno pero su estructura es completamente diferente, esto explica porque el butano hierve a -0.5oC y el
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isobutano a -12oC. Por otro lado el etanol y el éter dimetílico poseen ambos dos átomos de carbono, seis de hidrógeno y uno de oxígeno, la diferencia la hace de nuevo su estructura, y ello confiere una función completamente diferente, ya que el primero es un alcohol y el otro es un éter, cuyas propiedades físicas y químicas son totalmente distintas. Cicloalcanos A los hidrocarburos saturados cíclicos se le llama cicloalcanos o compuestos alicíclicos. Debido a que los cicloalcanos consisten en unidades de anillos de –CH2–, tienen formula general (CH2)n o CnH2n, y pueden ser representados por polígonos en las estructuras de líneas. Para nombrarlos debemos seguir los siguientes pasos: 1.- Encontrar la cadena o ciclo principal. Contar el número de átomos de carbono en el anillo y en la cadena sustituyente más larga. Si el número de átomos de carbono en el anillo es igual o mayor que en el sustituyente, el compuesto se nombra como un cicloalcano, sustituido con alquilos, pero si el número de átomos de carbono en el sustituyente más grande es mayor que en el anillo, el compuesto se nombra como un alcano susutituido con cicloalquilo. 2.- Numerar los sustituyentes y escribir el nombre. Para un cicloalacano sustituido con halógenos, seleccione el punto de unión como el carbono 1 y numere los sustituyentes en el anillo de tal manera que el segundo sustituyente tenga el número más bajo posible. Si sigue existiendo ambigüedad, numere de tal manera que el tercero o cuarto sustituyente tenga el número más bajo posible, hasta que se encuentre un punto de diferencia. Cuando estén presentes dos o más grupos alquilo diferentes que potencialmente puedan recibir el mismo número, númerelos por prioridad alfábetica ignorando los prefijos númericos como di y tri.
Figura 6.- Nomenclatura cicloalcanos
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ALQUENOS y ALQUINOS Los alquenos y los alquinos se identifican usando prácticamente las mismas reglas que se emplearon para asignar nombres a los alcanos pero hay algunas modificaciones: 1) Se selecciona como cadena principal del hidrocarburo base la cadena continua más larga que contenga la unión C=C o C≡C. 2) El nombre del hidrocarburo base se caracteriza por la terminación -eno si tiene un enlace doble (-C=C-) y por la terminación -ino si tiene un enlace triple (-C≡C-). 3) Se enumera la cadena principal de átomos de carbono que contiene el enlace múltiple, comenzando por el extremo más cercano a dicha unión. De esta forma, se asigna el número más bajo posible a la posición del enlace múltiple. 4) El más bajo de los números asociados con los dos carbonos de la unión múltiple se escoge para indicar la posición del enlace y este número aparece inmediatamente antes del nombre del alqueno o del alquino. Para los compuestos complejos el número que designa un doble enlace se puede colocar entre el prefijo (alc-) y el sufijo (eno- o ino-).
5) Cuando existen dos o más uniones de C=C o C≡C en la cadena continua más larga que contiene tales enlaces se usa las terminaciones:-adieno, -atrieno, etc. o -adiino, atriino, y se indica cada una de las posiciones múltiples por un número, por ejemplo: 2-metil-1,3-butadieno.
Figura 7.- 2-metil-1,3-butadieno o 2 –metil-buta-1,3-dieno
6) Cuando en el mismo compuesto existen enlaces C=C y C≡C se escoge como cadena principal aquella que contenga el número máximo de esas uniones. Los dobles enlaces tienen preferencia sobre los triples al asignar el nombre. Se asignan los números más pequeños posibles a las uniones múltiples aunque en algunos casos esto hace que un enlace C≡C sea localizado por un número más pequeño que un enlace C=C. Sin embargo, cuando hay posibilidad de elección a los dobles enlaces se les asigna los menores números. 7) Los sustituyentes y sus posiciones se indican en la forma usual.
Formula general de
los alquenos
CnH2n
Formula general de
los alquinos
CnH2n-2
Donde n es el
número de átomos
de carbono
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Veamos los siguientes ejemplos:
ó 3-propilhexa-1,4-dieno ó 6- metiloct-3-ino
Figura 8.- Alquenos y alquinos
A practicar Escribe la formula desarrollada y semidesarrollada de los siguientes alcanos: a) 2-metilheptano b) 4-etil-2-hexeno o 4-etilhexa-2-eno c) 4-propil-3-nonino o 4-propilnon-3-ino d) 2-metil-1,5-hexadieno o 2-metilhexa-1,5-dieno e) 1-buteno o but-1-eno Escribe el nombre de los siguientes compuestos: a) b) c) __________________________ ____________________ __________________________ d) e) d) ______________________ ___________________ _________________
¿Qué grupos funcionales están presentes en los compuestos
orgánicos?
La gran mayoría de las moléculas orgánicas contienen otros elementos además
de carbono e hidrógeno. Sin embargo, pueden considerarse como derivados de
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hidrocarburos, esto es que son fundamentalmente hidrocarburos que contienen
átomos adicionales, o grupos de átomos denominados grupos funcionales.
Un grupo funcional es un conjunto de átomos ordenados de una manera
determinada, que tienen cierta reactividad asociada y que, al estar presentes en
una molécula, le imprimen a ésta propiedades comunes que caracterizan a un
conjunto de sustancias con estructura análoga.
En la tabla 7 se presentan algunos de los grupos funcionales ordenados de
acuerdo a su prioridad en orden descendente. Las letras R y R´ representan una
cadena o anillos de carbonos cualesquiera.
Alcoholes
Un alcohol es un compuesto que posee el grupo -OH unido a un átomo de
carbono que puede pertenecer a un grupo alquilo o a un grupo aromático.
La mayor parte de los alcoholes son líquidos a temperatura ambiente y a una
atmosfera de presión. Su temperatura de ebullición es apreciablemente mayor que
la de los alcanos de igual número de átomos de carbono. Todos los alcoholes de
hasta tres átomos de carbono son miscibles en agua en todas las proporciones. La
solubilidad en agua disminuye bruscamente al aumentar el largo de la cadena
hidrocarbonada.
Las reglas IUPAC para nombrar a los alcoholes son las siguientes:
1.- Para nombrar a los alcoholes se sustituye la terminación –ano del alcano por
–anol.
2.- Se debe indicar el número de carbono que contiene el grupo –OH, cuidando
que siempre sean las posiciones más bajas (con excepción del etanol y metanol
por solo poseer uno y dos átomos de carbono).
Observa los siguientes ejemplos:
Figura 9.- Ejemplos de alcoholes
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Tabla 7.- Grupos funcionales
Grupo funcional
Formula Sufijo Cuando el grupo es un sustituyente se nombra como
Ácidos carboxílicos
La palabra ácido se escribe antes que el nombre de la cadena principal cuya terminación es -ico
carboxi-
Ésteres
-ato de alquilo alcoxi- carbonil-
Amidas
-amida carbamoil-
Aldehídos
-al Formal- (carbaldehído)
Cetonas
-ona oxo-
Alcoholes
R – OH
-ol hidroxi-
Amina
R – NH2 -amima amino-
Éteres R' – O –R'' -éter
alcoxi-
Hidrocarburos insaturados
R' – CH=CH –R'' R' – CHΞCH –R''
-eno -ino
-enilo -inilo
Hidrocarburos saturados
R' – CH2-CH2–R''
-ano
-ilo
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Figura 10.-
Grupo carbonilo
Aldehídos y cetonas
Tanto los aldehídos como las cetonas contienen el grupo
funcional carbonilo y este es uno de los grupos más importantes
en química orgánica y bioquímica. La palabra aldehídos
significa “alcohol deshidrogenado”. Los aldehídos se forman
cuando al grupo funcional de un alcohol se le eliminan dos
átomos de hidrógeno:
Figura 11.- Aldehídos
Los aldehídos que tienen hasta cuatro átomos de carbono son solubles en agua y
conforme aumenta los átomos de carbono en la molécula son insolubles en agua.
Los aldehídos son menos densos que el agua.
Para nombrar a los aldehídos de acuerdo con la IUPAC se otorgará el número uno
al carbono que soporta al grupo carbonilo, empleando luego el nombre de la
cadena con la terminación “-al” o “-dial” si hubiera dos grupos carbonilo, uno al
principio y otro al final de la cadena carbonada. Observa los siguientes ejemplos:
Figura 12.- Ejemplos de aldehídos
Los aldehídos se oxidan con más facilidad y suelen ser más reactivos que las
cetonas. Estos compuestos tienen una amplia aplicación tanto como reactivos y
disolventes, asimismo se utilizan en la fabricación de telas, perfumes, plásticos y
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medicinas. En la naturaleza se encuentran ampliamente distribuidos en moléculas
como las proteínas, carbohidratos y ácidos nucleicos.
El grupo carbonilo de las cetonas a diferencia de los aldehídos se encuentra
unido a dos átomos de carbono.
Por lo general las cetonas son líquidas, pero a partir de la que tiene 16 átomos de
carbono son sólidas. Su olor es agradable, son solubles en alcohol, éter, y
cloroformo. La acetona es un eficaz disolvente de gran cantidad de materiales
orgánicos.
Para nombrar a las cetonas de acuerdo a la IUPAC se denomina agregando la
terminación “ona” al nombre del hidrocarburo correspondiente; su posición se fija
por medio de un número, que debe ser el menor posible. Observa los siguientes
ejemplos:
Figura 13.- Ejemplos de cetonas
A practicar Relaciona el nombre de los compuestos con su respectiva estructura:
( ) 5-metil-3-hexanol
ó 5 metilhexa-3-ol
a)
( ) 3-metilpentanal b)
( ) 6-etil-2-octanona
o 6-etiloctan-2-ona
c)
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( ) butanal d)CH3CH2CH CH2CH2CH2CCH3
CH2CH3 O
( ) 3-metilciclohexanol e)
( ) 4-metil-2-heptanona
ó 4-metilheptan-2-ona
f) CH3CH2CHCH2CHO
CH3
Ácidos Carboxílicos
Los ácidos carboxílicos o ácidos orgánicos resultan de la contracción de dos
grupos uno es el carbonilo (-C=O) y el otro es el hidroxilo (-OH). Se representa
como R-COOH, observa la figura 13 donde se encuentra la formula general.
De acuerdo con la IUPAC, para nombrar a los ácidos carboxílicos se le agrega al
nombre del alcano del que provienen la terminación –ico, y se antepone la palabra
ácido. Si en la molécula existen dos o más grupos carboxílicos (-COOH) se
antepone a la terminación –oico y el prefijo di-, tri-, etc.
Figura 14.- Ejemplo de Ácidos carboxílicos
Los ácidos metanoico, etanoico y propanoico son totalmente solubles en agua.
Esta solubilidad disminuye a medida que aumenta la cadena de átomos de
carbono. La densidad de los ácidos carboxílicos es inferior a la del agua, con
excepción de los ácidos metanoico y etanoico. El punto de ebullición de los ácidos
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aumenta conforme aumenta el número de átomos de carbono. Los ácidos
carboxílicos son ácidos débiles.
Ésteres
Son sales de los ácidos carboxílicos que resultan de la combinación de un ácido
carboxílico con un alcohol, dando como productos un éster y agua. La
representación general de los ésteres es R-COO-R'.
Figura 15.- Formación de ésteres
Para nombrar a los ésteres se sustituye la terminación –ico del ácido del que
provienen por –ato y al final se indica el nombre del radical alquilo (R). Analiza los
siguientes ejemplos:
Figura 16.- Ejemplos de Esteres
Los esteres son muy abundantes en la naturaleza, y son los componentes
principales de los aromas y sabores de las flores y frutas.
Amidas
Una amida es un derivado de un ácido carboxílico que se forma por reacción con
el amoníaco o una amina, con la eliminación de una molécula de agua.
Para nombrar a las amidas se sustituye la terminación –ico del nombre del ácido
del que proviene el por –amida. Observa los siguientes ejemplos:
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Figura 17.- Ejemplos de amidas
A practicar Relaciona el nombre de los compuestos con su respectiva estructura:
( ) Ácido nonanodioico
CH3CH2CH2CH2CH2CH3CH2NH2
I
CH2CH3
( ) octanamida
( ) 5-etilheptanamina
CH3CH2CH2CH2CH2CH3CH2CONH2
( ) metanoato de propilo
( ) propanoato de etilo
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Aminas
Se forman cuando se sustituyen uno, dos o tres átomos de hidrógeno del
amoniaco (NH3), por radicales alquilo (R).
Para nombrar a las aminas de acuerdo a la IUPAC se denomina agregando la
terminación “amina” al nombre del hidrocarburo correspondiente. Si en la molécula
existen dos o más grupos amino se antepone a la terminación –amina, el prefijo
di-, tri según sea el caso. Observa los siguientes ejemplos:
A practicar Dibuja la estructura de los siguientes compuestos:
a) 2-pentanona b) 5-Metilhexanal c) Heptanol d) Ácido pentanoico
e) Hexanamina f) Propanoato de metilo g) 2-Metilhexanamida
Escribe el nombre de los siguientes compuestos:
a) b) c)
d) CH3CH2CH2CHO e) f)
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Referencias
Ascencio P.C. (2012) Fisiología de la nutrición. México D.F. McGraw Hill
McMurry, John (2012) Química orgánica. 8ª. Edición. México D.F.. CENGAGE
Primo E. (2007) Química Orgánica Básica y Aplicada. De la molécula a la
Industria. Barcelona España. Editorial Reverté.
Bruice. Y.(2008) Química orgánica. Barcelona España. Perason Education .
Naranjo G. (2012). Química Orgánica. Recuperado el 15 junio del 2015 de
http://repositorio.ub.edu.ar:8080/xmlui/bitstream/handle/123456789/3341/3966%20
-%20quimica%20org%C3%A1nica%20-
%202012%20bio%20y%20tecno%20alimentos.pdf?sequence=1
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¿Cuál es la función en el organismo de los nutrimentos? ¿Sabías que tu cuerpo consume energía en grandes cantidades durante el desarrollo de tus actividades diarias, y que los alimentos son quienes suministran esta energía? Para llevar a cabo todos los procesos que nos permiten estar vivos (metabolismo), el organismo humano necesita un suministro continuo de nutrimentos, razón por la cual nos tenemos que alimentar todos los días. Se define como metabolismo al conjunto de todas las reacciones químicas metabólicas que se producen en el interior de las células de un organismo, para transformarlas en moléculas nutritivas y transportarlas por la sangre. Las dos funciones más importantes del metabolismo son obtener energía química que utiliza la célula y se almacena en forma de ATP (adenosín trifostato) y fabricar sus propios compuestos, a partir de los nutrientes, que serán utilizados para crear sus estructuras o para almacenarlos como reserva.
El número de nutrimentos que el ser humano puede utilizar es limitado. Sólo existen unas pocas sustancias que nos sirven como combustible (energía) o para incorporarlos a nuestras estructuras celulares.
Los nutrimentos no se encuentran aislados, sino formando mezclas llamadas alimentos. Gracias a las múltiples combinaciones en que la naturaleza nos ofrece los diferentes nutrimentos, se puede tener una amplia variedad de alimentos que el ser humano puede consumir. Para poder estudiar con mayor facilidad los nutrimentos presentes en los alimentos, estos se pueden clasificar en primera instancia con base en la cantidad presente de ellos. Por lo tanto, nombraremos macronutrimentos (macro = grande), a aquellos que ocupan la mayor proporción de los alimentos, micronutrimentos (micro = pequeño), a los que sólo están presentes en pequeñísimas proporciones. Los macronutrimentos son compuestos químicos que van desde sencillos hasta muy complejos, son los únicos que nos proporcionan energía, sirven como material plástico para formar nuevas estructuras y tienen funciones específicas dentro del metabolismo. Los macronutrimentos están formados por los carbohidratos, proteínas y lípidos. El grupo de los micronutrimentos está conformado por las vitaminas y los minerales, que son imprescindibles para el mantenimiento de la vida. Una característica importante de este grupo es que las cantidades requeridas por los humanos son muy pequeñas. Los requerimientos van desde los microgramos (µg) hasta los miligramos (mg). Debido a ello, también se les denominan elementos traza u oligoelementos.
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El agua y la fibra, son considerados nutrimentos por muchos autores, están presentes en cantidades considerables en la mayoría de los alimentos. Pero éstos no proporcionan calorías, por lo que no suelen considerarse nutrimentos. Sin embargo, el agua es muy importante en el organismo ya que actúa como disolvente de otras sustancias, participa en las reacciones químicas más vitales y, además, es el principal medio de eliminación de los productos de desecho del organismo.
En la siguiente tabla se muestran diferentes grupos de alimentos y el tipo de nutrimento que contienen.
Nutrimento Grupo de alimentos que los contiene principalmente
Carbohidratos Los carbohidratos complejos se encuentran principalmente en los
cereales y tubérculos. Todos los derivados de ellos contienen
carbohidratos como son las pastas, pan, harinas, almidones. También
podemos encontrar carbohidratos simples en frutas, dulces y miel.
Proteínas Las proteínas se encuentran en alimentos de origen animal y en los
cereales y leguminosas. Para una buena nutrición se debe combinar
un cereal con una leguminosa y juntos deben ser el aporte mayoritario
de proteína en la dieta. La proteína de origen animal debe consumirse
en menor cantidad.
Lípidos Los lípidos los encontramos generalmente como grasas en los
alimentos de origen animal y como aceites en los de origen vegetal.
Por ejemplo la mantequilla, los quesos, el huevo, carne contienen
grasas. En las semillas como nueces, cacahuates, almendras,
aguacate podemos encontrar aceites.
Vitaminas Las vitaminas se encuentran tanto en alimentos de origen animal como
en los procedentes de vegetales. En general las vitaminas
liposolubles se encuentran en alimentos y derivados de animales,
mientras que las hidrosolubles las vamos a encontrar en las
legumbres, hortalizas y frutas.
Minerales El principal aporte de minerales a la dieta es el agua, sin embargo las
frutas y verduras y los cereales integrales son una excelente fuente de
minerales. En el caso de México, la principal fuente de calcio es la
tortilla.
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Referencias
1. Badui D.S. (2006) Química de los alimentos. 4ª ed. Ed. Pretince - Hall. México, D.F., México. 736 pp.
2. Dingrando. Gregg. Hainen y Wistrom (2003) Química Materia y cambio. Ed, Mc Graw Hill. México, D. F. 774-784
3. Phillips, Strozak y Winstrom. (2000) Química Conceptos y aplicaciones 1ª
ed. Ed, Mc Graw Hill. México, D. F. 669-691
4. Sodhi, N.S., and Narpinder S. (2005) Characteristics of acetylated starches prepared using starches separated from different rice cultivars. Journal of Food Engineering, 70: 117–127.
¿Hay relación entre la estructura de los nutrimentos y su
función en el organismo?
Las actividades que cotidianamente realizas, consumen parte de la energía que te proporcionan los alimentos que constituyen tu dieta diaria, la que debe incluir diversas cantidades de carbohidratos, lípidos, proteínas, vitaminas y minerales. Cada uno de estos nutrimentos presenta estructura y propiedades características que dan lugar a funciones específicas en el desarrollo de tu organismo. Iniciemos el estudio de estos nutrimentos.
CARBOHIDRATOS
Los carbohidratos, azúcares o glúcidos son biomoléculas orgánicas formadas por una cadena de átomos de carbono unidos a átomos de Hidrógeno y Oxígeno en proporción de 1:2:1, cuya fórmula general es: Cn(H2O)n. Actúan como reserva de energía o como formadores de estructuras, tanto a nivel molecular (forman nucleótidos), como a nivel celular (pared vegetal) o tisular (tejidos vegetales de sostén, con celulosa).
Clasificación de carbohidratos Este tipo de compuestos es muy variado por lo que su clasificación fundamentalmente depende de tres características: el grupo funcional presente en su estructura molecular, el tamaño o número de átomos de carbono y la función que desempeñan en el organismo.
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Desde el punto de vista químico pueden presentar los grupos funcionales aldehídos o cetonas polihidroxiladas. Esto significa que en su estructura tienen un grupo aldehído o un grupo cetona y varios grupos hidroxilo (alcohol), como se muestra en las siguientes imágenes
Figura 1.- Grupos funcionales presentes en los carbohidratos
Figura 2.- Grupos funcionales en los carbohidratos
De acuerdo al tamaño, estructural y función de la molécula, los carbohidratos se clasifican en simples y complejos.
CARBOHIDRATOS SIMPLES O MONOSACÁRIDOS
Los carbohidratos simples también llamados monosacáridos se caracterizan por su sabor dulce, se disuelven en agua, forman cristales y no pueden dividirse (hidrolizarse) en carbohidratos más pequeños, generalmente se encuentran en frutas, leche, hortalizas, dulces y miel. Los monosacáridos son las unidades más simples de carbohidratos formados por una sola molécula de azúcar y por lo tanto son los azúcares más sencillos.
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En los anteriores ejemplos de monosacáridos (azúcares como galactosa, glucosa y fructuosa) puedes observar la presencia de un grupo carbonilo (formado por un átomo de carbono unido a un átomo de oxígeno mediante un doble enlace) en uno de sus carbonos y grupos hidroxilos (-OH) en la mayoría de los otros átomos de carbono.
Figura 3.- Grupo carbonilo
Los monosacáridos en solución acuosa pueden adoptar una forma cíclica cuando uno de sus grupos hidroxilo reacciona con el grupo carbonilo, ya sea aldehído o cetona, de su misma molécula, y formar así un enlace. De tal modo que los azúcares de seis o más carbonos adoptan una forma de anillo de seis miembros. Los azúcares de seis carbonos cuyo grupo funcional es una cetona formarán anillos de cinco miembros al igual que azúcares con cinco átomos de carbono cuyo grupo funcional es un aldehído. Para representar lo anterior podemos hacer uso de dos tipos de estructuras, las proyecciones de Fisher donde los azucares se presentan en forma abierta (y que hemos mostrado desde el principio), mientras que las proyecciones de Haworth representan estructuras cerradas (en forma de anillo).
Figura 4.- Proyecciones de Fisher y Haworth (los números rojos muestran la forma correcta de numerar al monosacárido).
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Clasificación de los monosacáridos (Fórmula general (CH2O)n) De acuerdo con el grupo funcional que presenten, los monosacáridos se clasifican en dos grupos: aldosas si en su estructura contienen un grupo aldehído y cetosas si en su estructura presenta un grupo cetona. Observa e identifica ambos grupos en los siguientes ejemplos:
Figura 5.- Aldosa y cetosa
En la siguiente tabla se muestran los grupos funcionales presentes en los
monosacáridos
Tipo de compuesto Grupo Funcional
Nombre Estructura
Alcoholes Hidroxilo
Cetonas Oxo
Aldehídos Formilo
Tabla 1.- Grupos funcionales presentes en los carbohidratos
a) Con base en el número de átomos de carbono los monosacáridos se clasifican en:
R OH
R1 R2
O
R H
O
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Tipo Número de átomos de carbono
Ejemplo
Triosa 3 Gliceraldehído Tetrosa 4 Eritrosa
Pentosas 5 Ribosa Hexosa 6 Fructosa
Tabla 2. Carbohidratos en función del número de átomos de carbono
Figura 6.- Carbohidratos de acuerdo a su número de átomos de carbono
ENLACES GLUCOSÍDICOS Y REACCIONES DE CONDENSACIÓN PARA LA FORMACIÓN DE DISACÁRIDOS Y POLISACÁRIDOS. Las macromoléculas (polímeros) como los disacáridos o polisacáridos se forman a partir de dos o más unidades de monosacáridos de glucosa unidas a través de un átomo de oxígeno (enlaces glucosídicos), formando moléculas más complejas y una molécula de agua que se forma por el desprendimiento de un hidrógeno y un hidroxilo (-OH). El proceso de polimerización por el cual se obtienen disacáridos y polisacáridos con la pérdida de una molécula de agua, se conoce como reacción de condensación (reacción de polimerización). La reacción inversa de la
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condensación se le conoce como hidrólisis, es decir se adiciona agua y se obtienen las moléculas originales. Veamos la siguiente imagen donde podemos apreciar la reacción de condensación de cualquier monosacárido para formar un disacárido.
Figura 7.- Formación del enlace Glucosídico En la siguiente imagen se representa la formación del disacárido maltosa cuando se unen dos moléculas de glucosa, date cuenta que la reacción sucede entre el grupo hidroxilo del carbono 1 y el hidroxilo del carbono 4 de la otra molécula de glucosa, eliminándose de esta forma una molécula de agua.
Figura 8.- Formación de la maltosa
Si observas con cuidado notaras que el grupo funcional que se forma cuando se unen dos monosacáridos es un éter (R´– O – R¨).
DISACÁRIDOS Y POLISACÁRIDOS
Los carbohidratos (también llamados glúcidos) se encuentran principalmente en alimentos que contienen almidón y azúcares como pastas, pan, harinas, cereales, maíz y papas; se clasifican en disacáridos y polisacáridos y se forman cuando dos o más monosacáridos se unen mediante enlaces glucosídicos a través de reacciones de condensación, como la polimerización de la glucosa.
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Disacáridos Los disacáridos están formados por dos monosacáridos y los polisacáridos se forman por más de diez monosacáridos. Cuando dos monosacáridos se unen se produce un disacárido como la sacarosa y lactosa. ¿Sabías que la leche y las galletas contienen los disacáridos conocidos como lactosa y sacarosa?
Observa con atención las siguientes figuras.
Figura 7.- Estructura química de la lactosa
Figura 8.- Estructura química de la Sacarosa
Como habrás notado cada uno de estos disacáridos se forma por la unión de dos
moléculas diferentes, ya que la lactosa se forma por la unión de una molécula de
galactosa y una de glucosa, mientras que la sacarosa es el resultado de unir una
molécula de glucosa y una de fructuosa.
Polisacáridos Los polisacáridos son polímeros que no tienen sabor dulce, no cristalizan y no tienen poder reductor; estos polisacáridos se producen cuando varias unidades de monosacáridos (monómeros) se unen mediante enlaces glucosídicos.
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Es necesario recordar, en el caso de los carbohidratos, que la polimerización es el proceso mediante el cual se unen pequeñas unidades llamados monómeros (monosacáridos) para obtener una molécula de mayor tamaño y complejidad. Los polisacáridos más importantes son el almidón presente en las papas, la celulosa contenida en los vegetales verdes como la lechuga y el glucógeno que tiene la carne. En general, la importancia biológica de estos tres polisacáridos complejos reside en que pueden servir como reservas energéticas o pueden conferir estructura al ser vivo que los contiene; sin embargo, la función que cumplan estará determinada por el tipo de enlace que se establezca entre los monosacáridos que lo forman. Veamos algunos ejemplos de polisacáridos.
Almidón Fórmula molecular (C6H10O5)n
El almidón se encuentra en los cereales como el maíz, arroz y en las papas; es un polímero de glucosa que se puede separar en dos fracciones, la amilosa que representan aproximadamente el 20-30% de la estructura y la amilopectina que constituye el 70-80% de la estructura. Su función en las plantas es de reserva energética.
Figura 9.- Estructura química de la amilosa
Los humanos y animales superiores sí podemos digerir el almidón ya que nuestras enzimas están diseñadas para reconocer la posición del carbono 1 y 4 denominada alfa.
Celulosa Fórmula: (C6H10O5)n
La celulosa esta formada por monómeros de glucosa que se unen mediante enlaces entrecruzados formando una estructura lineal sin ramificaciones, principalmente se encuentra en paredes celulares vegetales.
Su importancia biológica reside en que proporciona estructura al tejido vegetal que la contiene otorgándole resistencia y dureza. Las cadenas de celulosa se
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unen entre sí, mediante puentes de hidrógeno, formando fibras más complejas y más resistentes.
Figura 10.- Estructura química de la celulosa
Aunque la celulosa es un polímero lineal de la glucosa al igual que la amilosa (presente en el almidón) donde participan los átomos de carbono 1 y 4 de cada molécula de glucosa, los humanos no podemos digerirla, debido a que la orientación del carbono 1 (beta) de la celulosa es diferente a la del carbono 1 (alfa) de la amilosa, y este pequeño cambio hace que las enzimas del organismo no puedan digerirla. Observa con atención la figura 10 para que la compares con la de la amilosa de la figura 09 y te des una idea del porque las enzimas no pueden reconocerla y cortarla en pequeñas unidades.
Glucógeno
La principal función del glucógeno es de reserva energética, se acumula en el tejido muscular esquelético y en el hígado; está formado por monómeros de glucosa que se unen mediante enlaces entrecruzados.
Figura 10.- Estructura química del glucógeno
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A practicar
I. Da respuesta a las siguientes preguntas de opción múltiple.
1. La lactosa es: a) Un disacárido formado por fructosa y glucosa. b) Un disacárido formado por glucosa y fructosa. c) Un disacárido formado por galactosa y glucosa. d) Un monosacárido formado por glucosas.
2. La siguiente estructura molecular corresponde a:
a) Maltosa. b) Glucosa. c) Lactosa. d) Sacarosa.
3. La maltosa se encuentra en:
a) El almidón. b) La leche. c) La glucosa. d) La celulosa. e)
4. La sacarosa está formada por: a) Glucosa y fructosa. b) Glucosa y galactosa. c) Glucosas. d) Galactosa.
5. El azúcar que se usa en la cocina es:
a) Fructosa. b) Glucosa. c) Maltosa. d) Sacarosa.
6. El almidón se encuentra en: a) Animales y plantas. b) Animales y hongos. c) Animales. d) Plantas.
7. En el enlace glucosídico se :
a) Unen dos aminoácidos entre sí. b) Libera una molécula de agua. c) Unen dos carbonos de cualquier molécula.
91
d) Permite ciclar la glucosa. 8. Los carbohidratos guardan una relación estructural al estar formados por los
grupos: a) Hidróxido, carboxílico b) Aldehído, cetona c) Carbonilo, Aldehído, éster
9. La estructura molecular de la fructosa representa a una:
a) Cetopentosa b) Aldohexosa c) Cetohexosa d) Aldopentosa
10.-Los monosacáridos se unen para formar disacáridos y oligosacáridos mediante el enlace denominado como:
a) Iónico b) Peptídico c) Metálico d) Glucosídico
11. El enlace glucosídico conduce a la formación del grupo funcional
a) Amida b) Éter c) Amina d) éster
II. Relaciona el polisacárido con su función y escribe dentro del paréntesis la letra que indique la respuesta correcta.
Polisacárido Función
1. Almidón ( ) Glúcido con función estructural en vegetales
2. Glucógeno ( ) Glúcido con función de reserva energética en vegetales
3. Celulosa ( ) Glúcido con función de reserva energética en animales
LIPIDOS Y GRASAS
Los lípidos son biomoléculas orgánicas no polares formadas por Carbono, Hidrógeno y Oxígeno. Las grasas, los aceites y las ceras son lípidos.
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Son un grupo de moléculas con composición, estructura y funciones muy diversas, son solubles en solventes no polares como el tetracloruro de carbono (CCl4), benceno (C6H6) y éter (CH3-CH2-O-CH2-CH3), por tanto son insolubles en agua. Presentan dos funciones importantes en los organismos vivos: son componentes estructurales de la membrana celular y almacenan energía. Las cubiertas protectoras de las hojas de las plantas y la piel de los animales, están compuestas de varios lípidos. A diferencia de los carbohidratos y de las proteínas, los lípidos no forman polímeros, pero en el extremo de sus largas cadenas tienen un grupo carboxilo (-COOH) como grupo funcional, que es el ácido graso ÁCIDOS GRASOS La mayoría de los ácidos grasos son largas cadenas que contienen entre 12 y 14 átomos de carbono, su fórmula general es CH3(CH2)nCOOH
Figura 12.- Grupo funcional Ácido
Carboxílico
Dependiendo de la presencia o ausencia de enlaces dobles entre los átomos de carbono, los ácidos grasos se agrupan en dos categorías, los que no contienen enlaces dobles se llaman ácidos grasos saturados, mientras que aquellos que tienen uno o más enlaces dobles se les conoce como ácidos grasos no saturados, también conocidos como insaturados.
Figura 13.- El Ácido palmítico es un buen ejemplo de ácido graso saturado.
93
Figura 14.- El ácido palmitoleico es un buen ejemplo de ácido graso insaturado
Figura 15.- El ácido linoleico presenta dos insaturaciones una en el carbono 9
y otra en el 12.
El ácido esteárico es un ácido graso saturado, mientras que el ácido oléico es un ácido graso no saturado. En las siguientes imágenes (Figura 16 y 17) puedes observar dos ácidos que están presentes en nuestra dieta, ambos ácidos tienen 18 átomos de carbono, sin embargo la presencia de un enlace doble en el ácido oléico hace diferente su estructura molecular y por lo tanto sus propiedades son diferentes a las del ácido esteárico.
94
Figura 16.- Ácido esteárico
El ácido oleico (ácido graso no saturado o “insaturado”) tiene cadenas de la misma longitud que el ácido esteárico pero con dos hidrógenos menos, es decir no saturado.
Figura 17.-Ácido oléico
LOS GLICÉRIDOS
¿Sabías que los lípidos que se encuentran en el cuerpo y en la mayoría de los alimentos son triglicéridos?
Los triglicéridos son el tipo más común de grasas o lípidos transportados en nuestra sangre, depositados en nuestras células y presentes en los alimentos.
Al igual que en la reacción para la formación de un polisacárido (molécula más compleja) para obtener un triglicérido se unen moléculas pequeñas como la glicerina y los ácidos grasos.
La cadena carbonada de un ácido graso puede variar en longitud.
Los ácidos grasos, aunque son abundantes en los organismos vivos, rara vez se encuentran solos, con frecuencia se da la unión de tres moléculas de ácidos grasos con una molécula de glicerol (o glicerina), mediante la reacción de esterificación, produciendo el triglicérido, que es la molécula básica de los lípidos.
95
Figura 18.- Reacción de esterificación. Nótese que esta reacción al igual que la del enlace glucosídico es una reacción de condensación.
Cuando se une el glicerol al ácido graso se forma un grupo éster en donde el grupo hidroxilo reacciona con el grupo carbonilo del ácido y se desprenden moléculas de agua. De esta manera se producen las moléculas base de las grasas. Cuando los ácidos grasos son saturados se forman las grasas y cuando hay presencia de ácidos grasos insaturados se producen los aceites. La diferencia en la estructura del ácido graso por la presencia o ausencia de dobles enlaces tiene impacto sobre propiedades físicas como el punto de fusión.
Los triglicéridos pueden ser sólidos o líquidos a temperatura ambiente, si son líquidos, generalmente se llaman aceites y si son sólidos se les llaman grasas.
El punto de fusión es muy importante pues con él se define si un lípido es una
grasa o un aceite. Así un aceite es un éster de glicerol con ácidos grasos
insaturados cuyo punto está por debajo de la temperatura ambiente; mientras una
grasa es un éster de glicerol pero con los ácidos grasos saturados cuyo punto de
fusión se encuentra sobre la temperatura ambiente.
El 90% de las grasas contenidas en los alimentos y de las grasas depositadas en nuestro cuerpo se encuentran en forma de triglicéridos.
Existen unos 20 diferentes ácidos grasos que pueden unirse a la glicerina. Éstos difieren en la longitud de sus cadenas de carbono y en el número de átomos de hidrógeno de las mismas.
Triestearina
Otro triglicérido importante es la Triestearina que se encuentra en las carnes rojas y se forma a partir de tres moléculas de ácido esteárico que se encuentra en las grasas animales.
96
CH2
CH
CH2
O
O
OC
O
C
O
C
O
CH2
CH2CH2
CH2CH2
CH2CH2
CH2CH2
CH2CH2
CH2CH2
CH2CH2
CH2CH2
CH3
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH3
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH3
Figura 19.- Triestearina formada por tres moléculas de ácido esteárico y una de glicerol
A practicar
I. Selecciona la respuesta correcta
1. Los enlaces de unión que forman un triglicérido se llaman: a) Peptídico. b) Fosfolipídico. c) Éster. d) Glucosídico.
2. Los ácidos grasos a) Se llaman saturados si no existen dobles enlaces entre carbonos. b) Se llaman saturados si contienen dobles enlaces en su estructura c) Son ácidos fuertes. d) Siempre están formados por un número de carbonos impar.
3. Los ácidos grasos saturados solidifican a:
a) Baja temperatura porque forman muchas interacciones débiles entre las moléculas.
b) Altas temperaturas porque forman pocas interacciones débiles entre sus moléculas.
c) Altas temperaturas porque forman muchas interacciones débiles entre sus moléculas.
d) Baja temperatura porque forman pocas interacciones débiles entre las moléculas
4. Los ácidos grasos insaturados solidifican a:
a) Baja temperatura porque forman pocas interacciones débiles entre las moléculas.
b) Baja temperatura porque forman muchas interacciones débiles entre las moléculas.
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c) Altas temperaturas porque forman muchas interacciones débiles entre sus moléculas.
d) Altas temperaturas porque forman pocas interacciones débiles entre sus moléculas.
5. ¿Cuántos átomos de carbono hay en el ácido oleico según la siguiente
estructura? a) 18 átomos b) 17 átomos c) 16 átomos d) 15 átomos
6. El ácido oleico es un ácido graso de tipo: a) Saturado b) Di-insaturado c) Monoinsaturado d) poliinsaturado
7. ¿Qué grupo funcional forma la unión del glicerol con los ácidos grasos?
a) Amida b) Éter c) Amina d) éster
PROTEINAS ¿Te has preguntado porque el pollo, los frijoles y el pescado son tan nutritivos? Efectivamente, porque contienen proteínas que son biomoléculas importantes para las células vivas. Las proteínas son biomóleculas formadas básicamente por los elementos carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Pueden además contener azufre y en algunos tipos de proteínas fósforo, hierro, magnesio y cobre entre otros elementos.
Las proteínas se pueden considerar polímeros que se forman a partir de pequeñas moléculas (monómeros) que reciben el nombre de aminoácidos, compuestos químicos que contienen nitrógeno, carbono, hidrógeno, oxígeno y algunos azufre.
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Figura 20.- Formula general de un aminoácido
Todos los aminoácidos tienen en común que poseen un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH) unidos a un mismo carbono central al que se le denomina alfa (α). Como puedes observar en la figura anterior a este carbono también se encuentra unido un hidrógeno y un grupo R.
Figura 21.- Identificación de grupos funcionales en los aminoácidos
Es importante resaltar que los radicales (R, cadenas de carbono) o cadenas laterales confieren al aminoácido las propiedades que los caracterizan. Por ello, estos radicales se utilizan como criterio de clasificación de los aminoácidos.
Se han identificado 20 aminoácidos que están presentes prácticamente en todas las proteínas y se les consideran aminoácidos esenciales porque son indispensables y deben consumirse durante la dieta. Entre éstos se encuentran ocho aminoácidos que el organismo no es capaz de sintetizar: Isoleucina Fenilalanina, Leucina, Treonina, Lisina, Triptófano, Metionina y Valina
A practicar
I. En cada estructura Identifica el grupo amino, el grupo carboxilo y la cadena lateral o radical. Como se muestra en el ejemplo, encierra en color rojo el grupo amino, en azul el grupo carboxilo y en verde la cadena lateral.
99
Alanina (Ala)
* Lisina (Lys)
Glicina (Gli)
**Arginina (Arg)
* Valina(Val) * Fenilalanina
(Fen)
* Leucina (Leu)
** Histidina (His)
* Isoleucina (Ile)
Asparagina (Asn)
* Triptófano (Trp)
Glutanina (Gln)
* Treonina (Tre)
Serina (Ser)
100
Tirosina (Tyr)
Ácido aspártico (Asp)
Ácido glutámico (Glu)
* Metionina
Cisterna (Cys) Prolina (Pro)
Propiedades químicas de los aminoácidos Los aminoácidos presentan cargas eléctricas, es decir, pueden ganar o ceder protones al medio, dependiendo del pH de la disolución en la que se encuentren. Si la disolución es ácida, los aminoácidos ganan protones y se comportan como una base. Si la disolución es básica, ceden protones y se comportan como un ácido. Por tener este comportamiento, se dice que los aminoácidos son anfóteros.
Enlace peptídico Las cadenas de las proteínas, son una sucesión de aminoácidos, los cuales se unen químicamente mediante un enlace peptídico. En el siguiente ejemplo se muestra el enlace peptídico entre dos aminoácidos.
Figura 22.- Formación del enlace peptídico
Este enlace se establece entre el grupo carboxilo (-COOH) del primer aminoácido y el grupo amina (-NH2) del segundo aminoácido con la eliminación
101
de una molécula de agua, como se puede ver la unión de estos dos grupos funcionales terminales da como resultado un grupo funcional amida (-CO-NH2). La característica principal de este enlace radica en que no permite el giro de los elementos unidos por él, por lo que es un enlace rígido. La rigidez de este enlace se debe a que los electrones del doble enlace, que posee el carbono del grupo carboxilo con el oxígeno, se movilizan hacia la unión entre el carbono carboxilo y el nitrógeno del grupo amina.
Las proteínas se encuentran en sangre, músculos, cerebro, e incluso en el
esmalte dental; son sustancias centrales de casi todos los procesos
bioquímicos, como las reacciones que ocurren en los seres vivos. Alimentos fuente de proteínas. Una proteína adecuada proporciona todos los aminoácidos esenciales en las cantidades necesarias para el crecimiento y reparación de los tejidos corporales. La mayor parte de las proteínas de origen vegetal son deficientes en uno o más aminoácidos. Por ejemplo, la proteína del maíz carece de suficiente lisina y triptófano; las proteínas del arroz no contienen suficiente lisina, ni treonina; la proteína de soya, tal vez la mejor proteína no animal, carece de suficiente metionina. Por el contrario, las proteínas de origen animal contienen todos los aminoácidos indispensables en cantidades suficientes. La carne, la leche, el pescado, los huevos y el queso, proporcionan proteínas adecuadas. Es interesante conocer el hecho de que diversos platillos étnicos, como los siguientes, proporcionan proteínas relativamente buenas al combinar un cereal con una legumbre (chícharos, frijoles, etc.). El grano es deficiente en triptófano y lisina, pero tiene suficiente metionina. Las legumbres son deficientes en metionina, pero tienen suficiente triptófano y lisina. Clasificación de las proteínas Dada la variedad de las funciones de las proteínas, para clasificarlas se aplican varios criterios, uno de ellos es de acuerdo al número de unidades que las constituyen, y el otro es con base en su composición química. Clasificación con base al número de unidades. Como ya mencionamos antes, las unidades estructurales de las proteínas son los aminoácidos, por tanto, en base al número de aminoácidos que tiene la cadena proteica, las proteínas de clasifican en:
102
Dipéptidos Son cadenas proteínicas formadas por dos aminoácidos.
Tripéptidos Cadenas formadas por tres aminoácidos.
Oligopéptidos Cadenas con menos de 10 aminoácidos.
Polipéptidos Cadenas con más de10 y hasta 30 o 40 aminoácidos.
En la siguiente tabla se muestran las principales funciones de las proteínas
Función Ejemplos
Estructural Las glucoproteínas forman parte de la membrana celular,
facilitando el transporte de sustancias.
El colágeno, la elastina y la queratina le proporcionan elasticidad
y resistencia a órganos y tejidos.
Enzimática La saliva contiene la enzima amilasa, la cual se encarga de
iniciar la hidrólisis del almidón.
Hormonal La insulina y el glucagón regulan los niveles de glucosa en la
sangre.
Defensiva La trombina y el fibrinógeno contribuyen a la formación de
coágulos sanguíneos para evitar hemorragias. Las mucinas
tienen un efecto germicida y protector de las mucosas.
Transporte La hemoglobina se encarga del transporte de oxígeno en la
sangre. Los citocromos se encargan del transporte de electrones
en la cadena respiratoria.
Contráctil La miosina y la actina son responsables de la contracción
muscular.
Reserva La ovoalbúmina de la clara de huevo constituye la reserva de
aminoácidos para el desarrollo del embrión.
Tabla .- Principales funciones de las proteínas
103
A practicar
I. Selecciona la respuesta correcta para cada pregunta
1. El enlace que se forma entre dos aminoácidos recibe el nombre de:
a) Éster. b) Glucosídico c) Peptídico. d) Aminoacídico.
2. El enlace entre dos aminoácidos se forma con:
a) El carbono asimétrico del primer aminoácido y el grupo carboxilo del siguiente aminoácido.
b) El grupo carboxilo del primer aminoácido y el grupo amina del siguiente aminoácido.
c) Los radicales de los aminoácidos correspondientes. d) El grupo amina del primer aminoácido y el grupo carboxilo del siguiente
aminoácido.
3. El enlace peptídico es:
a) Doble, pero puede rotar. b) Sencillo, por lo que puede rotar. c) Sencillo, pero rígido. d) Doble, por lo que puede rotar.
VITAMINAS Las vitaminas a diferencia de las proteínas, carbohidratos y lípidos, son un grupo heterogéneo de sustancias que intervienen en la regulación de diferentes reacciones metabólicas, son compuestos esenciales para nuestro organismo y deben aportarse diariamente en la dieta ya que nuestro organismo no los puede sintetizar (o lo hace en cantidades insuficientes). Su función primordial junto con los minerales es "participar" en el control del metabolismo lipídico, proteico y glucídico. Estos compuestos no nos proporcionan energía, lo que hacen es ayudarnos a convertir los alimentos de la dieta en energía. Las vitaminas también están formadas esencialmente por los elementos carbono, hidrógeno y oxígeno. Observa la siguiente imagen e identifica los diferentes grupos funcionales presentes en algunas vitaminas:
104
Figura 23.- Identificación de grupos funcionales en vitaminas
Son diversas las vitaminas necesarias por el hombre y en consecuencia sus estructuras químicas son diferentes. La solubilidad de las vitaminas es una propiedad importante que se considera para su clasificación en dos grandes grupos: las hidrosolubles (solubles en agua) y las liposolubles (solubles en lípidos). Las vitaminas liposolubles son aquéllas que son insolubles en agua, pero solubles en solventes no polares como el tetracloruro de carbono, cloroformo, benceno, etc. Las vitaminas liposolubles son: Vitamina “A” (Retinol) Vitamina “D” (Calciferol) Vitamina “E” (Tocoferol) Vitamina “K” Las vitaminas hidrosolubles son la vitamina “C” y el complejo B. Estas vitaminas que se disuelven en agua, no se almacenan en el organismo por lo que deben aportarse regularmente a través de los alimentos, su exceso se elimina por la orina y no tienen efecto tóxico. Además las vitaminas hidrosolubles además constituyen un grupo de coenzimas (moléculas pequeñas de naturaleza orgánica que actúan como transportadores de
105
grupos químicos) de gran importancia en numerosas reacciones del metabolismo intermediario en las que producen oxidación, reducción y transferencia de grupos químicos.
A practicar
I. Selecciona la respuesta correcta
1. Las vitaminas son sustancias orgánicas con función: a) Estructural b) Biocatalizadora c) Energética
2. Un ejemplo de vitamina hidrosoluble es:
a) Vitamina D b) Vitamina E c) Vitamina C
3. En cuanto a las vitaminas liposolubles, es cierto que:
a) Todas son de naturaleza lipídica. b) Todas son de naturaleza protéica. c) Algunas son de naturaleza glucídica
4. Tienen capacidad antioxidante, las vitaminas:
a) K, W y H b) D, PP y B c) A, E y C.
MINERALES COMO NUTRIENTES Los minerales es un grupo de nutrimentos que no aportan energía al organismo pero tienen una función reguladora en el organismo de los seres vivos, además de formar parte de la estructura de muchos tejidos (huesos, dientes). La mayoría de los elementos minerales se aportan al organismo a través de la alimentación diaria, a excepción del calcio, hierro, yodo y flúor, si la alimentación no los aporta en concentraciones adecuadas, se puede producir alteraciones más o menos graves en nuestro metabolismo provocando desequilibrio y trastornos orgánicos. En función de las cantidades que necesita tu organismo a los minerales se les clasifica en tres grupos. Macroelementos o macronutrimentos son los minerales sodio (Na), potasio (K), calcio (Ca), fósforo (P), magnesio (Mg), cloro (Cl) y azufre (S) si tu organismo necesita 100 mg/día.
106
Si tu organismo requiere muy pequeñas cantidades (no superiores de unos mg/día) de hierro (Fe), flúor (F), yodo (I), manganeso (Mn), cobalto (Co), cobre (Cu), cinc (Zn) se les conoce como microelementos. Y como su nombre lo indica, serán elementos traza el silicio (Si), niquel (Ni), cromo (Cr), litio (Li) molibdeno (Mb) y selenio (Se). Los minerales son micronutrimentos inorgánicos que forman parte de algún órgano o elemento del cuerpo, como son los huesos o la sangre y se adquieren a través de algunas frutas, vegetales y otros alimentos. Estos elementos mantienen saludables y funcionando bien a las células de cada uno de los órganos del cuerpo, activan la producción de líquidos y sustancias del cuerpo, como las hormonas o las enzimas y ayudan en la realización de varios procesos vitales como la respiración, la digestión o la circulación. Los minerales forman parte de las frutas, vegetales y otros alimentos y vienen en diminutas cantidades en ellos, pero en cantidad suficiente para los requerimientos humanos. Entre los más importantes para el cuerpo están: hierro, zinc, calcio, potasio, sodio, yodo, magnesio y otros más. En la siguiente tabla se muestran algunas de las funciones que desempeñan estos elementos en el organismo humano.
Hierro Sirve para producir hemoglobina y transportar oxígeno a todo el cuerpo. Su falta provoca: Anemia, fatiga, depresiones y favorece las infecciones. Viene en: Higos, vegetales de hoja verde, dátiles, cereales, leguminosas, pepitas, yema de huevo, hígado, carnes, sardinas.
Magnesio Sirve para: Ayudar al funcionamiento de los músculos, conservar sanos los huesos, dientes y articulaciones. Su falta provoca problemas en músculos y nervios, debilidad y convulsiones. Viene en: Germen de trigo, habas, frijoles, maíz, avena, almendras, azúcar morena, nueces, higos, verduras de hoja verde.
Calcio Sirve para la formación y cuidado de huesos y dientes, participa en la coagulación de la sangre, ayuda a las funciones musculare y es necesario para el sistema nervioso. Su falta provoca: Reblandecimiento y debilidad en los músculos, raquitismo, osteoporosis y favorece las caries y la debilidad de las uñas. Viene en: Hortalizas de hoja verde, berros, verdolagas, semillas de ajonjolí y perejil, leche, queso, mantequilla, tortillas, sardinas y charales.
Fósforo Sirve para: La formación de huesos y dientes y produce energía para la formación de células. Su falta provoca: Debilidad y anorexia. Viene en: Cereales, frijoles, lentejas, habas, carnes, pescados, pollo, huevo, yogurt.
Selenio Sirve para: Es antioxidante, protege contra en cáncer, ayuda al buen funcionamiento del corazón, el hígado y los órganos reproductivos. Su falta provoca: Dolores musculares. Viene en: Cereales integrales, verduras, carne, pescado, leche, queso.
Potasio Sirve para: Ayudar al funcionamiento de los riñones y del corazón, ayuda en la transmisión de impulsos nerviosos, controla el nivel de agua corporal. Su falta provoca: Debilidad muscular y mareos. Viene en: Vegetales de hoja verde, fruta en general, papas.
107
Sodio Sirve para el funcionamiento de los músculos y nervios, regula los líquidos del cuerpo; y contribuye en la digestión. Su falta causa: Deshidratación; mareos y baja de presión. Viene en: Cereales, sal de mesa, pan, queso, carnes y pescados ahumados.
Yodo Sirve para la formación de hormonas, su falta provoca Bocio. Este mineral lo encontramos en: Sal de mesa yodatada, pescados y mariscos.
Flúor Sirve para: formar huesos y dientes y protege contra las caries. Su falta provoca caries. Su exceso provoca: manchas en los dientes. Viene en: Agua, mariscos, frutas, verduras y hojas de té.
Zinc Contribuye a un adecuado crecimiento, ayuda en el desarrollo sexual, en el crecimiento del cabello, en el cuidado de la piel. Su falta provoca: problemas en el crecimiento, disminución de las defensas del cuerpo, anemia, problemas en la piel, disminución de la sensibilidad de los sentidos del gusto y del olfato. Viene en: Legumbres, frutos secos, cacahuates, cereales, semillas de girasol, carne roja, huevos y mariscos Sola, 2012.
A practicar
Da respuesta a las siguientes preguntas. 1. ¡Qué son los minerales?
2. ¿Por qué y para qué son útiles al organismo 3. ¿Cómo se clasifican a los minerales? 4. Para cada tipo de minerales, selecciona al menos tres elementos y responde a
las siguientes preguntas:
a) ¿Qué es?
b) ¿Qué importancia tiene?
c) ¿Qué sucede si hay carencia?
d) ¿En qué alimentos se encuentran
108
Y tú, ¿cómo te alimentas?
Las actividades diarias de todos los seres vivos requieren de energía, todos los
procesos biológicos para que se lleven a cabo como: respirar, pensar, moverse,
vivir.
Las necesidades nutricionales son específicas para cada individuo, cada quién
debe de seleccionar que es bueno y que no para mantenerse sano.
En el cuerpo se llevan a cabo un conjunto de reacciones químicas que son
posibles debido a la fuente principal de energía, los alimentos.
Para lograr lo anterior lo primero que debemos de comprender es la palabra dieta,
que es la cantidad de alimento que se le proporciona a un organismo en un
periodo de 24 horas, sin importar si cubre o no sus necesidades de
mantenimiento, en resumen es el conjunto de nutrientes que se absorben luego
del consumo habitual de alimentos.
Cuando hablamos de una dieta balanceada está deberá contener todos los
nutrientes requeridos para llevar acabo las funciones necesarias para vivir, mismo
que ya revisamos en los apartados anteriores.
¿Cuáles son esos nutrientes? El gran número de elementos químicos en el cuerpo humano se encuentra principalmente en forma de agua, proteína, grasas, sales minerales y carbohidratos, en los porcentajes indicados en la siguiente tabla.
Componentes Porcentaje de peso
corporal
Agua 61,6
Proteína 17,0
Grasas 13,8
Minerales 6,1
Carbohidratos 1,5
Tabla 1- Composición química de un cuerpo humano que pesa 65 kg
Como ya vimos el ser humano ingiere alimentos y no nutrientes individuales. En su mayoría los alimentos básicos como arroz, maíz y trigo, suministran principalmente carbohidratos para energía pero también importantes cantidades de proteína, un poco de grasa o aceite y micronutrientes útiles. Pero debemos recordar que para que el cuerpo obtenga constituyentes necesarios para su energía, desarrollo, mantenimiento y reparación corporal debe de consumir granos.
109
En el caso de los humanos la leche materna suministra todos los macro y micronutrientes necesarios para satisfacer las necesidades totales del recién nacido hasta los seis meses de edad.
Componente Función
Agua Aporta líquido al cuerpo y ayuda a regular la temperatura corporal
Carbohidratos Como combustible y energía para el calor corporal y el trabajo
Grasas Combustible energético y producción de ácidos grasos esenciales
Proteínas Crecimiento y reparación
Minerales Desarrollo de tejidos corporales, procesos metabólicos, y protección
Vitaminas Procesos metabólicos y de protección
Partículas indigeribles y no absorbibles, incluyendo fibra
Forma un vehículo para otros nutrientes, agregan volumen a la dieta, suministran un hábitat para la flora bacteriana y ayudan a la eliminación adecuada de desechos.
Tabla 2.- Clasificación simple de los componentes dietéticos
¿Cómo se conservan los alimentos?
La operación de conservar los alimentos ocurre desde tiempo inmemorial y ha tenido como fundamento la finalidad de frenar el desarrollo tanto de reacciones enzimáticas como oxidativas, así como destruir la población microbiana contaminante, o al menos inhibir su crecimiento. Algunas veces las estrategias adoptadas tenían un fundamento físico, como ocurre con el aprovechamiento de los efectos del frío, del calor, la elevada concentración de sales, etc. En otras ocasiones se buscó el empleo de sustancias que por sus actividades eran capaces de impedir la proliferación bacteriana. En la siguiente tabla encontrarás resumidos algunos métodos de conservación de alimentos y las condiciones bajo las cuales se lleva a cabo
110
FACTOR MÉTODO CONDICIONES
Calor
Pasteurización
Ultrapasteurización
Esterilización
Temperatura inferiores
a 100°C durante pocos
segundos
Temperatura de 140°C
durante tiempos muy
cortos (2 segundos)
Altas temperaturas
(120°C) durante un
largo período de
tiempos (20 min)
Frío
Refrigeración
Congelación
Ultracongelación
Se mantiene el
alimento a bajas
temperaturas (entre 2 y
8°C) sin alcanzar la
congelación.
Temperaturas
inferiores al punto de
congelación (-18°C)
Se manejan
temperaturas entre -
35°C y -150°C.
111
Deshidratación
Secado
Salado
Liofilización
Pérdida de agua parcial
en condiciones
ambientales naturales,
o con una fuente de
calor suave y corrientes
de aire.
La adición de sal evita
el crecimiento de
microorganismos
Eliminación total de
agua mediante una
congelación rápida
seguida de una
sublimación
Irradiación Exposición de algunos alimentos a radiaciones
ionizantes.
Tabla 3 .- Métodos de conservación de alimentos
Razones por las cuales se adicionan aditivos a los alimentos Los aditivos alimentarios son considerados ingredientes agregados intencionalmente, sin el propósito de nutrir, con el objeto de modificar las características físicas, químicas, biológicas o sensoriales, durante el proceso de elaboración y/ó envasado y/ó acondicionado, almacenado, transporte o manipulación de un alimento. Es decir en general se utilizan para aumentar la
112
estabilidad o capacidad de conservación, incrementar la aceptabilidad de alimentos genuinos, pero faltos de atractivo, permitir la elaboración más económica y en gran escala de alimentos de composición y calidad constante en función del tiempo. Como puedes ver los aditivos alimentarios desempeñan un papel muy importante en el complejo abastecimiento alimenticio de hoy en día. Nunca antes, ha existido una variedad tan amplia de alimentos, en cuanto a su disponibilidad en supermercados, tiendas alimenticias especializadas y cuando se come fuera de casa. Mientras que una proporción cada vez menor de la población se dedica a la producción primaria de alimentos, los consumidores exigen que haya alimentos más variados y fáciles de preparar, y que sean más seguros, nutritivos y baratos. En la siguiente tabla se muestra los principales tipos de aditivos.
Tipo Función Ejemplos
Antioxidantes Evitan la oxidación de los alimentos e impiden el enranciamiento y la decoloración. Se utilizan en productos horneados, cereales, grasas y aceites, y en aderezos para ensaladas.
-Tocoferoles, BHA y BHT -Ácido ascórbico y ácido cítrico
Conservantes Limitan, retardan o previenen la proliferación de microorganismos (p. Ej. bacterias, levadura, moho) que están presentes en los alimentos o acceden a ellos, y evitan que se deterioren o se vuelvan tóxicos.
El dióxido de azufre y los sulfitos Propionato cálcico Nitratos y nitritos
Aditivos que aumentan o potencian cualidades sensoriales
Los aditivos también se utilizan para conferir ciertas características a los alimentos, que mejoran su textura y facilitan su procesamiento
Emulsionantes, espesantes y estabilizantes.
Colorantes Los colorantes se emplean en los alimentos para añadir o restaurar color, con el objetivo de mejorar su aspecto visual y poder dar respuesta a las expectativas del consumidor.
Varios
Tabla 4.- Aditivos
113
A practicar
Cuestionario
1.- Investiga dos productos en los que se hayan aplicado cada uno de los métodos de conservación de alimentos mencionados en la Tabla 3
2.- Trata de definir qué es un aditivo
3.- ¿Qué es un antioxidante?
4.- ¿Para qué sirve un conservador?
5.- ¿Cuál es la función de los colorantes?
114
Referencias
Badui D.S. (2006) Química de los alimentos. 4ª ed. Ed. Pretince - Hall. México, D.F. Calvo, M. (2006). Bioquímica de los alimentos. Recuperado el día 15 octubre del 2016 de http://milksci.unizar.es/bioquimica/temas/azucares/almidon.html
Dingrando. G. (2003) Química Materia y cambio. Ed, Mc Graw Hill. México, D. F. Hill, J. W (1999) Kolb, D. K. Química para el nuevo milenio. Prentice Hall, México.
Moore, J. (2000) El mundo de la Química: conceptos y aplicaciones, Addison Wesley Longman, México D. F..
Phillips, Strozak y Winstrom. (2000) Química Conceptos y aplicaciones 1ª ed. Ed, Mc Graw Hill. México. Timberlake, K. C. (1997) Química. Introducción a la química general, a la orgánica y a la bioquímica. Oxford University Press – Harla. México,.
115
Tercera unidad:
Medicamentos,
productos químicos
para la salud
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117
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¿Qué son los medicamentos?
Medicamentos
Son una mezcla de sustancias químicas que son útiles en el diagnóstico,
tratamiento y prevención de enfermedades, de síntomas o signos patológicos y
que es capaz de modificar los ritmos biológicos. Posee de uno o varios principios
activos (sustancia responsable del efecto curativo que daña al agente agresor)
destinadas a ser utilizadas en personas o animales, con efectos terapéuticos.
Observa el siguiente mapa donde se muestran los conceptos relacionados con las
mezclas homogéneas y heterogéneas para que podamos continuar con el tema.
Los medicamentos de acuerdo a su presentación y composición, también los podemos clasificar en mezclas homogéneas y heterogéneas, como ejemplos tenemos:
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Preparados sólidos:
Polvos: compuestos por una o varias sustancias mezcladas y
finamente molidas; pueden ser empleados para aplicación externa o
interna.
Cápsulas:fármacos envueltos en un envase de gelatina, generalmente ,
para mitigar su sabor desagradable, pueden ser sólidos o líquidos.
Tabletas o comprimidos: fármacos obtenidos por compresión
constituidos por polvos medicamentosos y un excipiente que se mezcla con el
fármaco para darle la forma o calidad necesaria para su uso.
Píldoras: son sólidos esféricos preparados por compresión, son pequeños y
suelen llevar una capa protectora azucarada.
Grageas: similares a las píldoras pero de mayor tamaño.
Supositorios, preparados sólidos de forma cónica o de bala.
Preparados semisólidos
Pomadas: preparados para uso externo, de consistencia blanda untosa y
adherente a la piel y mucosas (incorporan más grasa en el excipiente).
Cremas: emulsiones con más agua en el excipiente, de consistencia más
líquida y viscosa; para uso externo.
Preparados líquidos
Soluciones: fármacos obtenidos por disolución de sustancias químicas
en medios aceitosos o acuosos; se pueden utilizar para uso externo o interno.
Colirios o soluciones oftálmicas: utilizados para instilaciones oculares.
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Lociones: soluciones para aplicaciones sobre la piel sin fricción.
Jarabes: soluciones acuosas de fármacos y concentrados azucarados
para uso oral.
Preparados gaseosos
Inhalaciones: soluciones de fármacos que se administran mediante
nebulizaciones; requieren un envase especial con presión para pulverizar la
solución.
Aerosoles: precisan un aparato que produce una dispersión muy fina
del líquido.
A estas presentaciones se les conoce como formas farmacéuticas.
A practicar
En el siguiente cuadro identifica de qué tipo de mezcla se trata (homogénea o
heterogénea) los ejemplos de medicamentos y regístralas en la columna
correspondiente.
Tipos de mezclas
Mezcla
Homogénea Heterogénea
Tabletas efervescentes Solidos o líquídos
Cremas
Pomadas
Suspensiones (antibióticos)
Geles
Las suspensiones de hidróxido de magnesio e
hidróxido de aluminio
Las suspensiones de penicilina
Píldoras
Supositorios
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Los medicamentos, sin embargo, no sólo están formados por sustancias
medicinales, a menudo van acompañados de otras sustancias que no tienen
actividad terapéutica, se denominan excipientes, algunos de ellos son de
declaración obligatoria, mientras que las sustancias medicinales, que son las que
tienen actividad terapéutica, se denominan principios activos.
Los excipientes c.b.p (cuanto baste para) son los componentes del medicamento
diferentes al principio activo (sustancia responsable del efecto farmacológico).
Estos se utilizan para conseguir la forma farmacéutica deseada en cada caso
como pueden ser en presentaciones de cápsulas, comprimidos, soluciones etc,
facilitan la preparación, conservación y administración de los medicamentos.
Los colorantes, los conservantes, las sustancias aromáticas, los diluyentes, los
saborizantes, los compuestos que se utilizan para recubrir las cápsulas o los
reguladores de pH son algunos ejemplos de los excipientes que se utilizan en la
formulación de los medicamentos.
A continuación se muestran las partes que constituyen un medicamento.
En el diseño de las formas farmacéuticas se consideran, entre otros aspectos, las
barreras biológicas que debe atravesar el fármaco, la vía de administración, la
urgencia de la situación médica, el efecto de primer paso y la estabilidad del
principio activo.
Es importante evitar la automedicación ya que conlleva una serie de riesgos para
la salud que en muchos casos son desconocidos por los ciudadanos, algunos de
estos riesgos son:
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Toxicidad: efectos secundarios, reacciones adversas y en algún
caso de intoxicación.
Falta de efectividad porque se utilizan en situaciones en las que no están
indicados. Por ejemplo, a veces se toman antibióticos para tratar procesos víricos
ante los que no son efectivos.
Dependencia o adicción.
Enmascaramiento de procesos clínicos graves y por tanto retraso en el
diagnóstico y tratamiento.
Interacciones con otros medicamentos o alimentos que la persona está
tomando. Puede haber una potenciación o disminución del efecto del
medicamento.
Resistencias a los antibióticos. El uso excesivo de antibióticos puede
hacer que los microorganismos desarrollen mecanismos de defensa ante
estos medicamentos de forma que dejen de ser eficaces.
También es importante considerar la fecha de vencimiento o caducidad del
medicamento ya que esta se basa en la estabilidad del fármaco en su envase o
recipiente original, no abierto ni manipulado.
La fecha de caducidad no implica que el fármaco sea inestable, debemos tener en
cuenta que cuando se alcanza la fecha de caducidad, pueden resultar afectadas
las propiedades del medicamento, ya sean estas químicas, físicas, terapéuticas,
toxicológicas o microbiológicas.
Aunque la mayoría de los estudios afirman que consumir un medicamento que ha
caducado hace pocos meses no conlleva un peligro real para nuestra salud, lo
más aconsejable es deshacernos de dicho fármaco para evitar posibles efectos
adversos.
La estabilidad de un medicamento depende, entre otros factores, de su forma
farmacéutica. Por ejemplo, las formas farmacéuticas líquidas, tales como las
soluciones, suspensiones o jarabes, no son tan estables como las formas sólidas.
En estas últimas debemos fijarnos si hay algún cambio en el color o aspecto físico:
aunque suele ser un signo de la degradación del excipiente y no del principio
activo, debemos desechar ese fármaco como precaución. Lo mismo ocurriría en el
123
caso de que notáramos cualquier grado de turbiedad, cambios de color o aspecto
en una solución inyectable.
No obstante, uno de los factores que más afecta a la conservación de un un
medicamento es la temperatura y la humedad, es por ello que siempre
ese aconseja almacenarlos en lugares frescos y secos y asegurarse de que no
sufran cambios bruscos de temperatura.
Cuando se presenta resistencia bacteriana (la incapacidad de un antibiótico para
actuar contra una bacteria), esta resistencia puede ser natural, es decir, cuando la
bacteria es por naturaleza insensible a un antibiótico como la Mycobacterium
tuberculisis es resistente de forma natural a las penicilinas, o adquirida, originada
como mecanismo de defensa de la bacteria frente a un antibiótico al que
previamente era sensible.
Las bacterias tienden a tener una ligera resistencia a los antibióticos logran
sobrevivir, se replican y así transmiten sus genes a otras generaciones, con el
tiempo surgen cepas que son totalmente resistentes.
¿Cómo se obtienen los medicamentos?
Etapas importantes en el desarrollo de medicamentos
La industria farmacéutica actual se ha basado en los conocimientos científicos
modernos para la síntesis (proceso por el cual se producen compuestos químicos
a partir de precursores). La elaboración de algunas moléculas farmacológicas
análogas que se encuentran presentes en diferentes especies vegetales o
animales, muchas de estas sustancias forman parte de los principios activos de
medicamentos modernos.
La obtención de principios activos a partir de sus fuentes naturales comprende
varias etapas. Cada etapa se lleva a cabo mediante la aplicación de una o más
operaciones siguiendo la metodología establecida para tales fines:
I. Operaciones preliminares a la preparación de extractos
II. Métodos de extracción
III. Fraccionamiento de los extractos
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IV. Separación de los constituyentes de las fracciones
V. Purificación de los pr¿Cómo seincipios activos.
VI. Identificación de los principios activos
I. Operaciones preliminares a la preparación de extractos
1. Recolección del material vegetal consiste en tomar de
la naturaleza el material vegetal que contiene el principio activo.
2. Limpieza del material recolectado (consiste
eliminar tierra y sustancias extrañas).
3. Desecación del material vegetal (tiene como objeto eliminar el
agua de vegetación que contenga el material recolectado y
limpio.
4. Estabilización (consiste en la destrucción irreversible de las
enzimas sin que se alteren o extraigan los principios activos
presentes en las plantas.
5. Curación (consiste en dejar almacenado el material vegetal por lo
menos un año, en condiciones controladas de humedad y
temperatura.
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6. Fragmentación. Consiste en la desintegración y/o división del
material vegetal y tiene la finalidad de facilitar la extracción de los
constituyentes del mismo, se utilizan molinos mecánicos.
II. Métodos de extracción
La extracción es el proceso de separación de los principios solubles de
las materias primas de origen natural, mediante la acción de un
disolvente, la selección del disolvente se realiza considerando, en primer
término, la actividad biológica que presenten los extractos obtenidos y,
en segundo término, el rendimiento que se obtenga. La selección del
método se realiza con base en la naturaleza de los constituyentes
(propiedades físicas y químicas).
Entre los métodos más utilizados se encuentran los siguientes:
1. Percolación (el material vegetal fragmentado y empacado en
capas se colocan en un recipiente denominado percolador o
lixiviador, es sometido a la acción de porciones frescas y
sucesivas de un disolvente.
Percolador
2. Maceración (consiste en dejar en contacto, por un tiempo
determinado y a temperatura ambiente, el material vegetal con un
disolvente adecuado).
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3. Método de extracción continua (una misma cantidad de un
determinado disolvente actúa continuamente sobre el material
objeto de extracción, gracias a un proceso de evaporación –
condensación repetitivo. Para ello se utilizan los aparatos
extractores como el soxhlet
4. Destilación se utiliza fundamentalmente para
la obtención de aceites esenciales. Es una técnica
que se basa en los puntos de ebullición de los componentes
presentes en el material vegetal, lo cual permite la separación de
componentes volátiles de otros que son menos o nada volátiles.
5. Digestión es una forma de maceración con calor controlado.
6. Infusión. es un proceso que consiste en verter sobre el material
vegetal fresco o desecado, un disolvente (generalmente agua) a
ebullición, para extraer los compuestos solubles.
7. Decocción. Se pone a hervir simultáneamente el material vegetal,
fresco o seco, con el disolvente (generalmente agua)
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Fraccionamiento de los extractos, consiste en la separación de los
constituyentes presentes en un extracto, los diferentes compuestos se separan
en grupos en función de las diferencias o similitudes en sus propiedades
fisicoquímicas (solubilidad, tamaño, polaridad,
reactividad)
III. Separación de los constituyentes de las fracciones, consiste en
obtener de manera individual los constituyentes de las fracciones
generadas durante el proceso de fraccionamiento.
IV. Purificación de los principios activos, una vez separados los
constituyentes de las diferentes fracciones es necesario purificarlos, es
decir, eliminar cualquier posible impureza que contenga y para ello se
utilizan las técnicas convencionales de purificación de compuestos
orgánicos: recristalización, cromatografía, destilación, sublimación etc.
Sublimación cromatografía cristalización
V. Identificación de los principios activos, es el proceso de establecer la
estructura molecular de los constituyentes aislados de una fuente
natural y para ello se emplean métodos físicos, espectroscópicos,
difracción de rayos X y métodos químicos, entre otros.
Importancia de la estructura molecular en los medicamentos
El mundo de los medicamentos ha constituido en el pasado y constituye en la
actualidad una parte importante de la investigación y el desarrollo de productos
derivados del carbono. Su importancia radica en mejorar la esperanza de vida de
los seres humanos y sus condiciones sanitarias, hace de esta área del
conocimiento científico una herramienta imprescindible para la medicina.
128
Los fármacos actúan en el organismo a nivel molecular y es precisamente el
acoplamiento entre la molécula del fármaco y el receptor biológico, es decir, el sitio
de la célula o del microorganismo sobre el cual aquél actúa, el último responsable
de su acción curativa. Pero para que ese acoplamiento sea posible ambos
agentes, fármaco y receptor, tienen que presentar una cierta complementariedad.
Los receptores biológicos suelen ser moléculas de gran tamaño y por este motivo
son las cadenas carbonadas de los compuestos orgánicos las que pueden poseer
una estructura geométrica que mejor se adapte a la porción clave del receptor; tal
hecho, junto con la presencia de grupos funcionales con acciones químicas
definidas, son responsables de la abundancia de sustancias orgánicas entre los
productos farmacéuticos.
Los principios activos de los medicamentos por lo general son sustancias
orgánicas, que están constituidas principalmente por carbono e hidrógeno además
de tener otros elementos en sus estructuras como oxígeno, azufre, nitrógeno,
halógenos entre otros.
Importancia del análisis y síntesis químicos en la obtención de productos
químicos
El objetivo principal de la síntesis química, además de producir nuevas sustancias
químicas, es el de desarrollar métodos más económicos y eficientes para sintetizar
sustancias naturales ya conocidas, como por ejemplo el ácido acetilsalicílico
(presente en las hojas del sauce) o el ácido ascórbico o vitamina
C, que ya se encuentra de forma natural en muchos vegetales.
La síntesis química permite obtener productos que no existen de
forma natural a partir de elementos o compuestos para obtener sustancias de
origen sintético. La industria farmacéutica, depende de complejos compuestos
químicos, que se encuentran en el petróleo crudo para obtener mediante síntesis
productos como los medicamentos.
Relación entre la estructura molecular y las propiedades de los compuestos
La estructura química aporta información sobre la forma en que se enlazan los
diferentes átomos o iones que forman una molécula, o agregado atómico, la
estructura química que posee el mismo grupo funcional ( átomos o grupos de
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átomos unidos a cadenas de hidrocarburos alifáticas o aromáticas que representa
la zona de reactividad de las moléculas), comparte similitudes.
Por lo que requerimos de estudiar la estructura de cada sustancia con actividad
farmacológica que influirá en la acción de tratar una enfermedad. Por ejemplo: la
benzocaína y la lidocaína se emplean como anestésicos locales que puede causar
pérdida de sensación en el área en la cual se aplica, en sus principios activos hay
semejanzas entre sí, no obstante en la estructura de la lidocaína posee dos
grupos amino y carece de un grupo éster en su estructura, por lo que se utiliza
como anestésico local más potente y de larga duración, usado para tratamientos
odontológicos, mientras que la benzocaína es de menor duración.
Identificación de los grupos funcionales en moléculas de algunos principios
activos presentes en medicamentos.
La estructura química de una sustancia que sea capaz de modificar la estructura
y/o las funciones de un organismo vivo con actividad farmacológica tendrá efectos
en la interacción en las células a nivel molecular en un área fisiológica concreta
para la acción del fármaco.
La presencia de grupos funcionales en los medicamentos tiene su
efecto, pasando del estómago a los intestinos, y luego al hígado antes de circular
por el resto del cuerpo. Los grupos funcionales presentes en los medicamentos
son los responsables de cómo actúan éstos sobre los órganos y las células.
Por ejemplo, el ácido acetilsalicílico comúnmente conocido como aspirina alivia
dolores leves y es un antiinflamatorio eficaz. Actúa inhibiendo la
producción de prostaglandinas, que son compuestos que
intervienen en la transmisión de las señales de dolor al cerebro.
130
El grupo éster del ácido acetilsalicílico es el responsable de inhibir a las enzimas,
las cuales posteriormente se transforman en un grupo alcohol.
Algunas personas que son alérgicas a la aspirina, pueden tomar sin peligro otras
medicinas de efecto similar, la más común es el acetaminofén o paracetamol.
El descubrimiento y desarrollo de nuevos medicamentos es una actividad que solo se lleva a cabo en países económicamente poderosos y con gran desarrollo tecnológico e industrial como en los EE.UU, Alemania y Japón. La investigación preclínica se lleva a cabo en animales de laboratorio y su propósito es descubrir, evaluar y caracterizar las propiedades biológicas de las sustancias químicas que pueden tener significado terapéutico y, al mismo tiempo, identificar y cuantificar los efectos colaterales y tóxicos a que puede dar lugar se administración. A continuación se mencionan las etapas de la investigación preclínica para el desarrollo de nuevos medicamentos:
Identificación de alguna actividad biológica
Confirmación de la actividad biológica detectada en los estudios iniciales
Bioensayo
Efectos biológicos generales
Farmacocinética
Estudios especializados (mecanismo de acción).
Los resultados de estos estudios permiten conocer la dosis letal del compuesto,
los efectos colaterales o tóxicos y los distintos márgenes de seguridad. Los
resultados de estos estudios permiten anticipar los riesgos potenciales de las
personas que participarán en los estudios clínicos.
A practicar
Escribe en los recuadros correspondientes los grupos funcionales presentes en la
estructura química de los siguientes medicamentos.
131
132
¿Cómo se sintetiza un principio activo?
Grupos funcionales presentes como la parte reactiva de las
moléculas orgánicas
Historia de la aspirina
Conocida desde la antigüedad No fue hasta las primeras décadas del siglo XIX
que los científicos descubrieron que un compuesto llamado salicina, que estaba
presente en los sauces y era eficaz para aliviar los dolores desde épocas antiguas.
Basta revisar los registros históricos dejados por Hipócrates para saber que, 4
siglos antes de nuestra era, ya se usaba polvo de la corteza y las hojas del árbol
de sauce para ayudar a calmar dolores y bajar la fiebre.
Entonces, volviendo al siglo XIX, no pasó mucho tiempo más para que los
hombres de ciencia consiguieran separar el ingrediente activo presente en la
corteza de dicho árbol. Así, en 1828, un profesor de farmacia de la Universidad de
Munich aisló una pequeña cantidad de cristales de color amarillo y sabor amargo a
los que bautizó con el nombre de salicina.
Dos científicos italianos lo habían conseguido dos años antes, pero en estado
puro. En 1929, el francés Henri Leroux obtuvo, mediante un nuevo procedimiento
de extracción, 30 gramos de salicina de un kilo y medio de corteza.
Un largo camino hasta las tabletas
En el año 1838, el químico italiano Rafael Piria, que trabajaba en ese entonces en la
Universidad de la Sorbona, en París, Francia, fue quien dividió la salicina en un azúcar y
en un componente aromático llamado salicilaldehído para obtener luego del segundo,
mediante hidrólisis y oxidación, un ácido de agujas cristalizadas incoloras al que bautizó
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con el nombre de “ácido salicílico”. El problema se presentó al notar que el nuevo ácido
obtenido era muy fuerte para que el estómago los soportara.
Las investigaciones continuaron y en 1853 el químico francés Charles Gerhardt
consigue neutralizarlo agregándole sodio (con el cual se forma salicilato de sodio y
cloruro de acetilo, dando origen así al ácido acetilsalicílico.
A pesar de la importancia de su hallazgo, Gerhardt no sintió deseos de
comercializarlo y abandonó su gran descubrimiento. Entonces, la idea la tomó
alguien más: corría el último año del siglo XIX, cuando el químico alemán Felix
Hoffmann, que trabajaba en la empresa Bayer, redescubrió la fórmula y los
convenció de fabricarla. De esta manera, se patentó la fórmula de la aspirina en
febrero del año 1900, que primero se vendió en polvo y finalmente en tabletas
hacia 1915.
Cambios químicos
Reacción química: obtención del
ácido acetilsalicílico (aspirina)
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Condiciones de reacción:
Presencia de catalizador
Factor energético
Medió ácido
Tiempo de reacción
A practicar
Identifica los grupos funcionales que se encuentran encerrados en el círculo,
presentes en los siguientes compuestos orgánicos para la síntesis de la aspirina
A practicar
Escribe en el siguiente cuadro las condiciones de reacción que indica la
siguiente reacción de obtención del paracetamol.
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El paracetamol, también conocido como acetaminofén. Actúa inhibiendo la
síntesis de prostaglandinas, mediadores celulares responsables de la aparición
del dolor. Es un medicamento con propiedades analgésicas, se presenta
habitualmente en forma de cápsulas, comprimidos, supositorios o gotas de
administración oral.
Fue sintetizado en 1873 por Harmon Morse, mediante la reducción del p- nitro
fenol en ácido acético glacial.
En el laboratorio se puede sintetizar a través de la nitración de un anillo
aromático y la posterior reducción del grupo nitro para dar acceso a
aminas aromáticas. La reducción puede llevarse a cabo con zinc en
medio ácido, posteriormente el producto es tratado con anhídrido acético,
obteniendo el paracetamol.
¿Cómo ayuda la química a combatir las enfermedades?
Importancia socioeconómica de la síntesis de medicamentos
El objetivo principal de cualquier síntesis orgánica es la obtención de un
compuesto determinado, realizando combinaciones de métodos complicados que
en algunas ocasiones producen rendimientos bajos. Por ejemplo, en la década de
1930 a 1940, muchas compañías farmacéuticas deseaban sintetizar hormonas
sexuales como el estradiol (utilizó para tratar los síntomas de la menopausia la
prevención de la osteoporosis en mujeres posmenopáusicas y la sustitución de
136
estrógeno en las mujeres con falla ovárica u otras condiciones que causen la
pérdida de estrógeno natural en el cuerpo).
La progesterona (se usó en mujeres no embarazadas con un retraso en la
menstruación de una o más semanas, a fin de que el endometrio engrosado se
desprenda).
Los intentos para obtener estos compuestos de fuentes animales mostraron que
estos procedimientos eran muy costosos y laboriosos; a partir de 80 000 vacas se
podía obtener solo 12 miligramos de estradiol.
Por lo que se pensó que estas hormonas podrían obtenerse de manera
conveniente a partir de un compuesto de esqueleto similar de átomos de carbono
que es abundante como el colesterol, sin embargo, se necesitaba una tonelada de
colesterol para obtener 10 kilos del material inicial con el que se podía obtener la
progesterona.
Aunque la progesterona podía sintetizarse en el laboratorio, el costo de producción
en 1940 era de 200 dólares por gramo.
Con el avance de mejores técnicas de obtención, materias primas disponibles y
procesos químicos y físicos eficientes se fueron mejorando la síntesis de muchos
compuestos y mejorando su costo.
137
En el caso de progesterona, las mejoras que se habían logrado en1945 habían
reducido el costo de 200 a 80 dólares por gramo, así se fue mejorando el
conocimiento acerca de la composición del cuerpo humano y animal,
indispensable para poder estudiar sus alteraciones por los distintos
medicamentos.
Por otro lado, significó un gran avance en el campo del aislamiento de los
principios activos. Se produjo una larga carrera entre los químicos, farmacéuticos
y médicos por hallar los componentes realmente activos de los extractos vegetales
y animales.
La síntesis orgánica y la analítica farmacéutica son pilares del mejoramiento de
nuestra calidad y expectativa de vida. La primera permite proveer herramientas
terapéuticas al arsenal farmacológico, mientras que la segunda es garante de su
calidad e integridad.
¿Cómo ayuda la química a mejorar tu forma de
vida?
La química ha desempeña un papel importante en la búsqueda de nuevas
sustancias para mejorar el mundo donde vivimos, los avances en la medicina con
el desarrollo de nuevos fármacos, han prolongado la vida y aliviado el sufrimiento
humano.
Más del 90% de los medicamentos y productos farmacéuticos que hoy su usan, se
han desarrollado comercialmente en los últimos 50 años.
Algunos medicamentos fueron descubiertos accidentalmente como es el caso de
la penicilina desarrollada por el bacteriólogo escocés Alexander Fleming
138
(1881 – 1955), mientras hacía experimentos sobre la gripe, observó que el moho
contaminaba uno de los cultivos y había destruido una bacteria (estafilococo)
aparecido en él. El hongo era el Penicillium notatum.
Fleming trabajó como médico militar en la primera guerra mundial, donde
comprobó las heridas letales que provocaban las nuevas armas y la dificultad que
entrañaba frenar dichas infecciones producidas por la metralla.
En la posguerra comenzó sus investigaciones para encontrar un antiséptico capaz
de frenar el proceso infeccioso. Tras descubrir la penicilina en septiembre de
1928, Fleming lo comunicó al British Journal of Experimental Pathology, pero sus
colegas no dieron mucha trascendencia a su hallazgo.
Tuvieron que pasar diez años hasta que el bioquímico británico Ernest Boris Chain
y el patólogo Howard Walter Florey descubrieron la manera de purificar y fabricar
la penicilina de forma industrial.
Dado que los laboratorios ingleses estaban saturados por el esfuerzo de la guerra,
los dos científicos se trasladaron a Estados Unidos para poner en marcha plantas
de producción dedicadas exclusivamente a la penicilina. La fantástica herramienta
médica llegó el momento preciso para ser utilizada todavía en la segunda guerra
mundial.
Observó que cuando se contaminaban las placas de cultivo con un hongo
filamentoso del género Penicillium (penicillium notatum), este inhibía el
crecimiento de las bacterias que se encontraban alrededor donde el hongo había
crecido. Concluyó que la reacción fue debida a la producción de una toxina por
parte de Penicillium, a la cual llamó penicilina, fue el primer antibiótico (sustancia
139
química que sirve para destruir microorganismos patógenos), utilizado para tratar
muchas enfermedades.
Otro ejemplo de antibióticos eficaz es la estreptomicina, el cual actúa contra la
tuberculosis, la tos ferina y algunas formas de pulmonía. Un gran número se han
desarrollado, muchos de ellos son del tipo denominados tetraciclinas.
Fleming compartió el premio nobel de medicina con Chain y Florey en1945.
A practicar
De acuerdo a la lectura anterior del descubrimiento de la penicilina contesta las
siguientes preguntas.
1. ¿Cómo fue el descubrimiento de la penicilina?
2. Describe lo que sucedió cuando el hongo Penicillium fue contaminado con
bacterias
3. ¿Qué es un antibiótico?
4. ¿Qué es un microorganismo patógeno?
5. ¿A qué se le conoce como antibiótico ideal?
140
Referencias
Jiménez, M. A. (2012). Herbolaria mexicana. México. Biblioteca básica de
agricultura.
Jiménez, J. (2004). Panorama Actual de la química farmacéutica. Sevilla, España.
Universidad de Sevilla.
Spancer, J (2000). Química Estructura y dinámica. (1ª. Ed.) México, CECSA.
Rodríguez R (2014) Guía de farmacología y terapéutica (3ª Ed.) México,
ELSEVIER.
Ramírez R. M. (2006). La Prescripción de medicamentos y su repercusión social.
Revista Cubana de Salud Pública. Recuperado el 22 de noviembre del 2015, de
bvs.sld.cu/revistas/spu/vol32_4_06/spu16406.htm
141
142
Estimado alumno te felicitamos porque has llegado a la parte
final de la guía, sabemos que has estudiado con dedicación y
esfuerzo, pero ha llegado el momento de poner a prueba tus
conocimientos adquiridos. A continuación te presentamos un
prototipo de examen extraordinario con el que podrás notar
tus fortalezas y debilidades alcanzadas, para su realización
te sugerimos lo siguiente:
Haber realizado todas las actividades de cada tema revisado a lo largo de
la guía
Haber aclarado las dudas con los asesores de química
Que has cubierto todos los aprendizajes de la asignatura de Química II
Toma el tiempo que te llevas en responder este prototipo, ya que solo
dispones de dos horas para la realización de un examen extraordinario
Ten a la mano una calculadora para que realices las operaciones
necesarias
Finalmente recuerda que este es solo un ejemplo de extraordinario, no
significa que si te lo aprendes acreditaras la materia.
143
Unidad 01
Reactivos tipo examen extraordinario
1.- Calcula la cantidad de cal viva (CaO) que se puede preparar, calentando 200
Kg de caliza (CaCO3). La ecuación que representa a la reacción es:
CaCO3 CaO + CO2
masa atómicas Ca = 40 g/ mol C = 12 g/ mol O = 16 g/mol
A) 112 Kg B) 144 Kg C) 88 Kg D) 78 Kg
2.- Los coeficientes que balancean la siguiente ecuación son:
NaOH + H2SO4 Na2SO4 + H2O
A) 1,1,1,1 B) 2,1,2,2 C) 2,1,1,2 D) 2,2,2,1
3.- Los suelos ácidos se pueden lograr alcalinizar adicionando:
A) agua B) cal C) vinagre D) ácido
4.- En las reacciones de neutralización se obtienen principalmente:
A) ácidos B) hidróxidos C) anhídridos D) sales
5.- El factor de conversión que permite calcular el número de moles a partir de
gramos es:
A) la masa molar B) el número de Avogadro
144
C) la masa relativa D) el mol
6.- ¿Qué tipo de enlace está representado en la siguiente figura?
A) iónico
B) metálico
C) covalente polar
D) covalente no polar
7.- Es la fuerza que mantiene unidos a los átomos en un compuesto:
A) enlace
B) radio atómico
C) electronegatividad
D) conductividad eléctrica
8.- Elige el inciso que contenga solo cationes:
A) Cl1-, N5+, O2-
B) K1+, Ca2+, Al3+
C) S2-, Cl1-, N3-
D) O2-, Mg2+, Se2-
9.- Cuando el cloro gana un electrón, se forma el ion:
A) Cl1+
B) Cl1-
C) Cl5+
D) Cl3+
10.- Son propiedades características de los compuestos iónicos.
A) dúctiles y maleables
B) bajos puntos de fusión y solubles en agua
C) sólidos cristalinos y con altos puntos de fusión
D) insolubles en agua y no conducen la electricidad
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11.- Si los valores de electronegatividad para los elementos que forman un
compuesto son: 3.5 y 1.0, entonces se trata de un compuesto con enlace:
A) iónico
B) metálico
C) covalente polar
D) covalente no polar
12.- Son sustancias que en disolución permiten el paso de la corriente eléctrica:
A) anión
B) catión
C) electrólito
D) no electrólito
13.- En un reacción química, es el proceso en donde un átomo gana electrones:
A) oxidación
B) reducción
C) electrólisis
D) conductividad eléctrica
14.- En la semirreacción: Al3+ + 3e- → Al0 , el aluminio:
A) pierde 3 e- y se oxida.
B) gana 3 e- y se reduce.
C) pierde 3 e- y se reduce.
D) gana 3 e- y se oxida.
15.- En la siguiente ecuación química: Zn + S → ZnS
A) el zinc pierde electrones, se reduce y el azufre gana electrones, se
oxida.
B) el zinc gana electrones, se oxida y el azufre pierde electrones, se
reduce.
C) el zinc pierde electrones, se oxida y el azufre gana electrones, se
reduce.
D) el zinc gana electrones, se reduce y el azufre pierde electrones, se
oxida.
16.- Selecciona la opción que indique solo sales
A) NaCl, KClO, HCl
B) NaClO, H2S, Li2SO4
C) KBr, NaCl, Li2S
D) Li2SO4, NaClO, HClO
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17.- El nombre de la sal MgS es:
A) Sulfato de magnesio
B) Sulfato de magnesio (II)
C) Sulfuro de magnesio
D) Sulfuro de magnesio (II)
18.- La sal CaCO3 se clasifica como:
A) primaria
B) Binaria
C) Terciaria
D) Cuaternaria
19.- Inciso que representa solo oxisales
A) MgCl2, CaO, Li2SO4
B) Na2O, AlPO4, NaNO3
C) NaNO3, Li2SO4, AlPO4
D) Na2O, Li2SO4, NaNO3
Unidad 02
20.- Relaciona cada característica de acuerdo al tipo de compuesto.
I.- Compuesto orgánico II.- Compuesto inorgánico
a.- Presentan enlaces covalentes b.- Presentan enlaces iónicos c.- Tienen puntos de fusión altos d.- Tienen bajo punto de fusión e.- No son combustibles f.- La mayoría son combustibles
A) I.-b, d, f; II.- a, c, e
B) I.-a, d, f; II.- b, c, e
C) I.-b, c, e; II.- a, d, f
D) I.-a, c, e; II.- b, d, f
21.- Un ejemplo de macronutriente son:
A) Los lípidos
B) Los minerales
147
C) Las vitaminas
D) Los electrolitos
22.- La tetravalencia del carbono se refiere a:
A) La capacidad de formar dobles y triples enlaces
B) La capacidad de formar cuatro enlaces covalentes
C) La capacidad de unirse consigo mismo en largas cadenas
D) La poca capacidad de atraer electrones en su última orbita
23.- La siguiente estructura representa a una formula
A) Desarrollada
B) Semidesarrollada
C) Condensada
D) Enlace-línea
24.- La siguiente representación corresponde al grupo funcional:
R-CONH2
A) Amina
B) Ester
C) Alcohol
D) Aldehído
25.- El nombre del siguiente compuesto es:
148
A) Butanol
B) Butanona
C) Butanoico
D) Butanal
26.- El grupo funcional presente en el siguiente triglicérido es el:
A) Éter
B) Alcohol
C) Aldehído
D) Éster
27.- El recuadro rojo de la siguiente estructura resaltan el enlace:
A) Peptídico
B) Hidrofílico
C) Glucosídico
D) Nucleico
149
28.- Unidades estructurales formadoras de las proteínas:
A) Monosacáridos
B) Lípidos
C) Nucleótidos
D) Aminoácidos
29.- La siguiente estructura corresponde a una:
A) Sacarosa
B) Celobiosa
C) Cetohexosa
D) Aldohexosa
30.- Método de conservación que se basa en la eliminación total de agua mediante
una congelación rápida seguida de una sublimación
A) Secado
B) Liofilización
C) Pasteurización
D) Esterilización
31.- Cuando la glucosa se combina con el oxígeno se produce agua y energía.
¿qué tipo de reacción se lleva a cabo?
150
A) Condensación B) Hidrólisis C) Oxidación D) Descomposición
32.- La siguiente ecuación es un ejemplo de una reacción de:
A) eliminación
B) neutralización
C) adición
D) condensación
UNIDAD 03
33.- El principio activo de la aspirina es:
A) Ácido carboxílico
B) Ácido acetilsalicílico
C) Ácido ascórbico
D) Ácido fórmico
34.- El grupo funcional del ibuprofeno que se encuentra en el círculo es:
151
A) Alcohol
B) Aldehído
C) Ácido carboxílico
D) cetona
35.- Es la parte del medicamento que inhiben la multiplicación y desarrollo de los
microorganismos:
A) El excipiente cbp B) El principio activo C) La forma farmacéutica D) El analgésico
36.- Es eficaz contra la tos ferina y algunas formas de pulmonía.
A) Penicilina B) Aspirina C) Ibuprofeno D) Estreptomicina
37.- son sustancias que inhiben la multiplicación y desarrollo de los
microorganismos patógenos.
A) Analgésicos B) Antiinflamatorios C) Antibióticos D) Antipiréticos
38.- Las ____________ pueden causar reacciones alérgicas si no se usan
correctamente.
A) Pastillas B) Soluciones C) Medicinas D) Plantas
152
39.- La ____________ es la cantidad de un medicamento que se administra para
lograr su eficacia terapéutica.
A) Concentración B) Disolución C) Medicación D) Fórmula
40.- El mundo de los medicamentos ha permitido obtener productos derivados del:
A) Azufre
B) Nitrógeno
C) Oxígeno
D) Carbono
