COMPUESTOS
INORGAICOS
La
materia viva está constituida por unos 70 elementos. Estos elementos se llaman
bioelementos o elementos biogénicos.
Propiedades
por las que el C, H, O, N, P y S componen los bioelementos mayoritarios
(bioelementos que se encuentran en mayor proporción):
Tienen
capas electrónicas externas incompletas
y pueden formar enlaces covalentes y dar lugar a las biomoléculas que
constituirán las estructuras biológicas
y llevarán a cabo las funciones vitales.
Como
el O y el N son electronegativos, algunas biomoléculas son polares y
por ello solublesen agua.
Pueden
incorporarse a los seres vivos desde el medio externo (CO2 , H2O, nitratos).
Clasificación
de los bioelementos.
Primarios: están formados por C, H, O, N, P y S que constituyen el
99% de la materia viva y son los componentes fundamentales de las biomoléculas.
Secundarios: están formados por Na, K, Ca, Mg y Cl.
Oligoelementos: están formados por el Fe, Cu, Zn, Mn, I, Ni y Co
(aparecen en la mayoría de los organismos) y Si, F, Cr, Li, B, Mo y Al (sólo
están presentes en grupos concretos). Constituyen menos del 0,1% y son
esenciales para desempeñar procesos bioquímicos y fisiológicos.
Biomoléculas
Los
elementos biogénicos se unen por enlaces químicos para formar las moléculas
constituyentes de los organismos vivos, que se denominan biomoléculas o
principios inmediatos. Mediante la filtración, la destilación, la
centrifugación y la decantación se separan las biomoléculas de un ser vivo.
Biomoléculas:
Inorgánicas:
Agua
Sales
minerales
Orgánicas:
Glúcidos
Lípidos
Proteínas
El
agua.
Es la
sustancia química más abundante en la materia viva. El agua se encuentra en la
materia viva en tres formas:
Agua
circulante (sangre, savia)
Agua
intersticial (entre las células, tejido conjuntivo)
Agua
intracelular (citosol e interior de los orgánulos celulares)
La
cantidad de agua presente en los seres vivos depende de tres factores:
Especie:
los organismos acuáticos contienen un porcentaje muy elevado de agua mientras
que las especies que viven en zonas desérticas tienen un porcentaje muy bajo.
Edad del individuo: las estructuras biológicas de los organismos jóvenes
presentan una proporción de agua mayor que las de los individuos de más edad.
Tipo de tejido u órgano: dado que las reacciones biológicas
se llevan a cabo en un medio acuoso, los tejidos con una gran actividad
bioquímica contienen una proporción de agua mayor que los más pasivos.
Estructura química del agua
La
electronegatividad del O es mayor que la del H por lo que los electrones
compartidos se desplazan hacia el átomo de O.
El O
posee cuatro electrones más sin compartir, lo que tiene dos consecuencias:
La
geometría triangular de la molécula.
La
presencia de una carga negativa débil en la zona donde se sitúan los electrones
no compartidos.
Esto
último junto con la menor electronegatividad de los átomos de H, crea una
asimetría eléctrica en la molécula de agua que provoca la aparición de cargas
eléctricas parciales opuestas (
), de manera que la zona de los electrones no compartidos del O es negativa y la zona donde se sitúan los H es positiva. Por eso, la molécula de agua tiene carácter dipolar.
Esta
polaridad favorece la interacción entre las moléculas de agua (la zona con
carga eléctrica parcial negativa de una de ellas es atraída por la zona con
carga parcial positiva de otra), estableciéndose entre ambas un puente de
hidrógeno.
Estos
puentes de hidrógeno se dan entre el H y átomos electronegativos (O y N). Son
enlaces más débiles que los covalentes, se forman y se rompen constantemente
(en el agua líquida cada enlace dura 10-11 seg.). Presentan una gran cohesión
molecular y una gran estabilidad molecular.
Propiedades y funciones del agua
Poder disolvente.
Debido
a la polaridad de su molécula, el agua se puede interponer entre los iones de
las redes cristalinas de los compuestos iónicos.
Puede
formar puentes de hidrógeno con otras moléculas no iónicas.
Una
forma de medir la capacidad de una sustancia para disolver compuestos iónicos
consiste en calcular el valor de su constante dieléctrica. Esto da lugar a un
proceso de disolución en el que la molécula de agua se dispone alrededor de los
grupos polares del
soluto, llegando a desdoblarlos en aniones y cationes, que quedan así rodeados
por moléculas de agua. Esto se denomina solvatación iónica.
Debido a la existencia de puentes de
hidrógeno.
Estado
líquido del agua a temperatura ambiente.
Gracias
a esto el agua actúa como medio de transporte de las sustancias, como función
de amortiguación mecánica y como líquido lubricante.
Líquido
incompresible.
Esta
propiedad controla las deformaciones citoplasmáticas y permite que el agua
actúe como esqueleto hidrostático en las células vegetales.
Capilaridad
o fuerzas de adhesión.
Es la
capacidad de unirse a moléculas de otras sustancias. Esto permite que el agua
ascienda por conductos estrechos (acción capilar) y la penetración en algunas
sustancias como las semillas (imbibición).
Elevada
tensión superficial.
Esto
quiere decir que la superficie ofrece resistencia a romperse y actúa como una
membrana elástica.
Elevado
calor específico.
Cuando
se aplica calor al agua, parte de la energía comunicada se emplea en romper los
puentes de hidrógeno.
El
agua tiene una función termorreguladora, es decir, mantiene estable la
temperatura corporal.
Elevado
calor de vaporización.
Para
pasar del estado líquido al gaseoso es necesario que los puentes de hidrógeno
se rompan.
La
extensión de una película de agua sobre una superficie biológica provoca su
refrigeración, ya que al evaporarse tomando energía térmica del medio provoca
el enfriamiento del conjunto.
Densidad.
El
agua alcanza un volumen mínimo y la máxima densidad a los 4ºC.
Cuando
el hielo tiene una temperatura de 0ºC se forma un retículo molecular muy
estable que tiene mayor volumen que el agua líquida, por lo que el hielo es
menos denso que el agua líquida a una temperatura menor de 4ºC y flota sobre
ella. Esto produce un aislamiento térmico que permite la vida acuática.
Ionización del agua.
Algunas
moléculas de agua sufren un proceso de ionización cuando un átomo de H de una
de ellas se une, mediante un enlace covalente, al átomo de O de otra molécula:
(H2O + H2O ! H3O+ (ión hidronio) + OH- (ión hidróxido)).
La
concentración de moléculas ionizadas en el agua pura es muy baja: a 25ºC es de
10-14 mol/l, y, por tanto, H3O+ = OH- = 10-7 ( Neutralidad).
H+ = 10-7 ! neutra ! pH = 7
H+ > 10-7 ! ácida ! pH < 7
H+
< 10-7! básica ! pH > 7
Intervienen
los sistemas tampón, buffer o amortiguadores que actúan como aceptores o
dadores de H+ para compensar el exceso o el déficit de estos iónes en el medio
y mantener constante su pH. Los más comunes son el tampón fosfato, el tampón bicarbonato
y las proteínas.
Reacciones enzimáticas.
Destacan:
Hidrólisis
: una molécula de agua lleva a cabo la rotura de una molécula orgánica
(procesos digestivos).
Condensación
: las moléculas sencillas se unen para obtener otras mayores.
Fotosíntesis
: proporciona H+ para realizar la síntesis de moléculas orgánicas.
Sales minerales.
Las
sales minerales se pueden encontrar en los seres vivos de tres formas:
Precipitadas
(constituyen estructuras sólidas):
Silicatos:
caparazones de algunos organismos (diatomeas), espículas de algunas esponjas y
estructura de sostén en algunos vegetales (gramíneas).
Carbonato
cálcico: caparazones de algunos protozoos marinos, esqueleto externo de
corales, moluscos y artrópodos, y estructuras duras
(espinas de erizos de mar, dientes y huesos).
Fosfato
cálcico: esqueleto de vertebrados.
Disueltas
(dan lugar a aniones y cationes):
Éstas
intervienen en la regulación de la actividad enzimática y biológica, de la
presión osmótica y del pH en los medios biológicos; generan potenciales
eléctricos y mantienen la salinidad.
Asociadas
a moléculas orgánicas (fosfoproteínas, fosfolípidos y agar-agar).
Funciones de las sales minerales
Constitución de estructuras de sostén y
protección duras.
Funciones fisiológicas y bioquímicas.
Sistemas tampón.
Mantenimiento de concentraciones osmóticas
adecuadas.
Los
procesos biológicos dependientes de la concentración de soluto en agua se
denominan osmóticos y tienen lugar cuando dos disoluciones de diferente
concentración separadas por una membrana semipermeable que no deja pasar el
soluto pero sí el disolvente. Se observa el paso del disolvente desde la
disolución más diluida (hipotónica) hacia la más concentrada (hipertónica) a
través de la membrana. Cuando el agua pasa a la disolución hipertónica, ésta se
diluye, mientras que la disolución hipotónica se concentra al perderla. El
proceso continúa hasta que ambas igualan su concentración, es decir, se hacen
isotónicas. Para evitar el paso de agua sería necesario aplicar una presión (presión
osmótica).
Turgencia:
si la concentración del medio intracelular es mayor que la extracelular, la
entrada excesiva de agua producirá un hinchamiento.
Plasmólisis:
si la concentración del medio intracelular es menor que la extracelular, la
célula pierde agua y disminuye de volumen.
Estos
dos procesos pueden producir la muerte celular.
Mantenimiento del pH en estructuras y medios
biológicos.
Compuestos orgánicos naturales:
Se denomina compuesto químico inorgánico a todos aquellos compuestos que están formados por distintos elementos, pero en los que su componente principal no siempre es elcarbono, siendo el agua el más abundante. En los compuestos inorgánicos se podría decir que participan casi la totalidad de elementos conocidos.
Mientras que un compuesto orgánico se forma de manera natural tanto en animales como en vegetales, uno inorgánico se forma de manera ordinaria por la acción de varios fenómenos físicos y químicos: electrólisis, fusión, etc. También podrían considerarse agentes de la creación de estas sustancias a la energía solar, el agua, el oxígeno.
Ejemplos de compuestos inorgánicos:
- Cada molécula de cloruro de sodio (NaCl) está compuesta por un átomo de sodio y otro de cloro.
- Cada molécula de agua (H2O) está compuesta por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.
- Cada molécula de amoníaco (NH3) está compuesta por un átomo de nitrógeno y tres de hidrógeno.
- El anhídrido carbónico se encuentra en la atmósfera en estado gaseoso y los seres vivos aerobios lo liberan hacia ella al realizar la respiración. Su fórmula química, CO2, indica que cada molécula de este compuesto está formada por un átomo de carbono y dos de oxígeno. El CO2 es utilizado por algunos seres vivos autótrofos como las plantas en el proceso de fotosíntesis para fabricar glucosa. Aunque el CO2 contiene carbono, no se considera como un compuesto orgánico porque no contiene hidrógeno.
Elementos químicos
Aunque en su composición intervienen los 93 elementos naturales de la tabla periódica, los compuestos inorgánicos existen en menor medida que los orgánicos en cantidad y variedad.
Los compuestos orgánicos, formados mayoritariamente por C, H, O, N, S, por este orden y con mucha menor presencia de otros elementos en su composición, se cuentan entre los más numerosos. Esto se debe a la asombrosa capacidad del carbono de formar cadenas larguísimas y ramificadas.Formulación y nomenclatura de los compuestos inorgánicos
Los compuestos inorgánicos presentan gran variedad de estructuras.
Según el número de átomos que componen las moléculas, estas se clasifican en:- Monoatómicas: constan de un sólo átomo, como las moleculas de gases nobles (He, Ne, Ar, Xe y Kr)
- Diatómicas: constan de dos átomos. Son diatómicas las moléculas gaseosas de la mayoría de elementos químicos que no forman parte de los gases nobles, como eldihidrógeno (H2) o el dioxígeno (O2); así como algunas moléculas binarias (óxido de calcio).
- Triatómicas: constan de tres átomos, como las moléculas de ozono (O3), agua (H2O) o dióxido de carbono (CO2).
- Poliatómicas: contienen cuatro o más átomos, como las moléculas de fósforo (P4) o de óxido férrico (Fe2O3).
Compuesto binario
Los compuestos binarios son aquellos compuestos secundarios es como en el alfa y beta estos.Óxidos[editar]
Los óxidos son compuestos que resultan de la unión de oxígeno (O2) con cualquier elemento de la tabla periódica sea metal (óxidos básicos) o no metal (óxidos ácidos). Las nomenclaturas son las comunes, la Stock y la IUPAC.Ejemplos de óxidos:- Óxido de cloro (VII): Cl2O7
- Óxido de boro: B2O3
- Dióxido de carbono: CO2
- Dióxido de silicio: SiO2
- Peróxidos
Los peróxidos son compuestos que resultan de la unión del grupo peróxido (-O-O- o O2-2) con un metal. En los peróxidos, el oxígeno tiene un número de oxidación o valencia -1. Se nombran utilizando el término «peróxido» seguido del nombre del metal. Se formula nombrando el metal(se simplifica si se puede) y se le añade una molécula de oxígeno y no se simplifica:Ejemplos de peróxidos:- Peróxido de oro (III): Au2(O2)3
- Peróxido de plomo (IV) : Pb(O2)2
- Peróxido de estaño (IV) : Sn(O2)2
- Peróxido de litio : Li2O2
Hidruros[editar]
Los hidruros son compuestos que resultan de la unión del anión hidruro (H-) con un catión metálico. Se nombran con la palabra «hidruro» seguida del nombre del metal.Ejemplos de hidruros:- Hidruro de litio: LiH
- Hidruro de berilio: BeH2
Sales binarias[editar]
Los iones son átomos o conjuntos de átomos cuya carga eléctrica no es neutra. Pueden ser cationes, si tienen carga positiva; o aniones, si su carga es negativa.Ejemplos de sales binarias:- Cloruro de calcio: CaCl2
- Bromuro de hierro (III): FeBr3
Compuestos ternarios
Hidróxidos
Los hidróxidos son los resultantes de la unión de un grupo hidróxido o hidroxilo con un metal. Se nombran usando el término «hidróxido» (OH-) seguido del nombre del metalmediante la nomenclatura de todos los elementos.- Hidróxido de sodio: NaOH
- Hidróxido de cobalto (III): Co(OH)3
- Hidróxido de germanio (IV): Ge(OH)4
Oxácidos
Los oxácidos son compuestos ternarios que se forman al combinarse un anhídrido (óxido ácido) con el agua. La mayoría de ellos responden a la fórmula general x= a*2*HaXbOc, donde X es ordinariamente un no-metal, aunque también puede ser un metal de transición con número de oxidación superior a 5.
