Introducción
Los seres vivos estamos formados por materia, con un alto grado de organización. En la composición
química de los seres vivos, más del 90% del peso de los mismos está representado tan solo por
cuatro elementos, los bioelementos principales: Oxígeno, Carbono, Hidrógeno y Nitrógeno, con las
contribuciones que se especifican en la siguiente tabla.
Bioelemento Porcentaje del peso de
organismos
Oxígeno 63%
Carbono 20%
Hidrógeno 9,5%
Nitrógeno 3%
Los cuatro bioelementos principales son los componentes primordiales de las sustancias orgánicas,
así llamadas porque en la naturaleza se encuentran como producto de la actividad de los organismos
vivos. Las
sustancias orgánicas de mayor importancia en los seres vivos se agrupan en cuatro familias: los
glúcidos o hidratos de carbono, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos. Los seres vivos
también contienen sustancias inorgánicas, entre ellas, la más abundante de todas, el agua, que
representa alrededor del 70% del peso corporal. Además del agua, otros minerales forman en
conjunto entre el 4 y el 5% del peso corporal. Los macrominerales, o minerales más abundantes,
son el Calcio, el Fósforo, el Magnesio, el Sodio, el Cloro, el Potasio y el Azufre. Entre los
microminerales, también llamados oligoelementos, por su pequeña proporción en el organismo, se
encuentran: Hierro, Zinc, Cobre, Yodo, Fluoruro, Manganeso, Cromo, Cobalto, Selenio y Molibdeno.
Composición química Sustancias Agua
los seres vivos inorgánicas
Minerales Macrominerales
Microminerales
Sustancias Glúcidos
orgánicas
Lípidos
Proteínas
Ácidos nucleicos
Agua
,El agua: puentes de hidrógeno, cohesión molecular y propiedades del agua
El agua es la sustancia más abundante en los seres vivos. Si bien es una sustancia muy común, debido
a su abundancia, no es una sustancia ordinaria, pues reúne una serie de propiedades que la hacen
especial y determinan el papel que desempeña en los organismos. Las moléculas de agua (H2O)
están formadas por un átomo de oxígeno ligado a dos átomos de hidrógeno, que quedan separados
entre sí por un ángulo de 105º.
El agua es un compuesto polar: los enlaces entre oxígeno e hidrógeno son uniones covalentes
polares. La diferencia de electronegatividad entre estos dos elementos hace que las cargas positivas
y negativas no se distribuyan de manera uniforme, sino asimétricamente, formando polos o zonas
de densidad eléctrica positiva y negativa. Al compartir sus electrones con el oxígeno (muy
electronegativo), los dos átomos de hidrógeno dejan sus núcleos virtualmente desnudos. Dado que
cada núcleo de hidrógeno es un protón, quedan así dos cargas positivas expuestas. Estas cargas
positivas ejercen una fuerza de atracción sobre cualquier electrón no compartido. Como puede
observarse en la representación de Lewis de la molécula de agua, el átomo de oxígeno posee dos
pares de electrones no compartidos. Por lo tanto, las moléculas de agua se atraen unas a otras; los
hidrógenos de una molécula se unen a los electrones desapareados de los átomos de oxígeno de
otras moléculas. Cada molécula de agua presenta cuatro de estos sitios de unión, dos positivos (los
núcleos de los hidrógenos) y dos negativos (los pares de electrones no compartidos del oxígeno). Es
decir que una molécula de agua puede unirse de esta manera a otras cuatro.
Las uniones así formadas son un tipo de unión intermolecular denominado unión puente de
hidrógeno. Dichas uniones no ocurren solamente entre las moléculas de agua, sino que se
producen entre muchos compuestos diferentes, siempre que
éstos sean polares. Las uniones puente de hidrógeno son enlaces
más débiles que los enlaces interatómicos, como los covalentes
o los iónicos; sin embargo, en conjunto, ejercen una influencia
muy importante, tanto en las propiedades del agua como en
otras sustancias que forman parte de los seres vivos. La
capacidad de las moléculas de agua para formar puentes de
hidrógeno entre sí es responsable de la fuerte unión o cohesión
molecular que se verifica entre ellas. La alta cohesión de las
moléculas de agua explica muchas de sus propiedades, tales
como: altos puntos de
fusión y ebullición, flotabilidad del hielo, alto calor de vaporización, alto calor específico y alta
tensión superficial.
Es sabido que el agua se presenta en estado natural en nuestro planeta, al mismo tiempo y en
abundancia, en tres estados: sólido, líquido y gaseoso, mientras que otras sustancias permanecen
en uno solo de estos estados (aunque en otra parte del universo, o en condiciones de laboratorio
sea factible el cambio de fase).
, Recordemos que un sólido se caracteriza por
su forma y volumen propios; un líquido no
tiene forma propia, pero sí un volumen
definido; mientras que un gas no tiene forma
ni volumen propios, sino que adopta los del
recipiente que lo contiene. El estado físico o
de agregación depende de las fuerzas de
atracción y repulsión que hay entre las
partículas que forman una sustancia. Si
predominan las fuerzas de atracción, el
estado es sólido, si predominan las de
repulsión, el estado es gaseoso y si ambos
tipos de fuerza están equilibrados, el estado
es líquido.
Los estados de agregación son función de la temperatura y se suceden unos a otros a medida que
la temperatura aumenta o disminuye en una sustancia dada. Si se eleva la temperatura de un sólido,
hasta un determinado punto (punto de fusión) éste funde, convirtiéndose en líquido. Si se aumenta
después la temperatura del líquido hasta cierto valor (punto de ebullición), entra en ebullición; más
allá de este punto, la sustancia pasa al estado gaseoso. La temperatura es una medida del grado de
agitación de las partículas que forman una sustancia, y por eso aumenta cuando éstas absorben
calor, que es una forma de energía. Ahora volvamos al agua. A una presión de 1 atm, su punto de
fusión es de 0º C y su punto de ebullición de 100º C. Cuando se la compara con sustancias análogas,
pero de mayor peso molecular, como el H2S, los valores correspondientes al agua resultan
extremadamente más altos de lo esperado (los valores para el H2S son - 64º C y – 42º C,
respectivamente). ¿Por qué los puntos de fusión y ebullición del agua son tan altos? Por los puentes
de hidrógeno. Llevar al agua desde el estado sólido al líquido o de éste al gaseoso, requiere una gran
cantidad de energía para liberar a las moléculas, ligadas entre sí por los puentes de hidrógeno. En
conclusión, los puentes de hidrógeno son la causa de que el agua se encuentre en sus tres fases
dentro de los límites de temperatura y presión naturales en la Tierra. De no ser por los puentes de
hidrógeno se esperaría que el agua fundiera a -100º C y entrara en ebullición a -80º C, lo cual haría
imposible la vida tal como la conocemos.
Al estado sólido, cada molécula está unida a otras cuatro mediante sendos puentes de hidrógeno,
extendidos hacia cuatro direcciones del espacio separadas por ángulos de 105º. Esta disposición
determina la forma de un tetraedro, tal es la estructura cristalina del hielo. El cambio al estado
líquido implica la ruptura de muchos puentes, que se hacen más transitorios, es decir que se rompen
, y vuelven a formarse entre otras moléculas con mucha rapidez. Al estado gaseoso, la mayor parte
de los puentes desaparece, pero aún se conservan algunos de ellos.
Por regla general, toda sustancia, sea en estado sólido, líquido o gaseoso, se contrae o disminuye su
volumen al enfriarse. El agua también sigue esta regla dentro de un amplio intervalo de temperatura.
Partiendo de 100º y hasta llegar a 4º C el volumen disminuye en forma continua. A partir de los 4º
C y hasta el punto de congelación, el proceso se invierte: en lugar de seguir contrayéndose, el agua
se dilata. Esto obedece a que, al disminuir los movimientos moleculares, los puentes de hidrógeno
se fijan, congelando a las moléculas en una red en la que las distancias entre una y otra son mayores.
En la red cristalina del hielo, las moléculas están más separadas unas de otras que al estado líquido.
Caben más moléculas en 1 cm3 de agua líquida que en un 1 cm3 de hielo. Dicho en otros términos:
la densidad o relación masa/volumen del agua líquida es mayor que la densidad del hielo.
La menor densidad del hielo conrespecto al agua líquida hace que
el hielo flote. ¿Qué pasaría si el agua se comportara como otras
sustancias y el hielo fuera más denso que el agua líquida? Los
mares, ríos y lagos se congelarían desde el fondo a la superficie y
gran parte del agua dejaría de estar disponible para los seres vivos.
En cambio, la flotabilidad del hielo permite la continuidad de la
vida debajo de la capa superficial congelada de los cuerpos de
agua.
Otra de las propiedades inusuales del agua es su alto calor
específico. El calor específico se define como la cantidad de calor que hay que entregar a 1 gramo
de una sustancia para elevar 1 grado su temperatura. Si las fuerzas de atracción entre las moléculas
de una sustancia son débiles, al absorber calor, rápidamente entrarán en agitación, produciendo un
aumento de la temperatura. Si por el contrario, las fuerzas de atracción son fuertes, deberá
entregarse una cantidad mayor de energía calórica para que las moléculas se separen y aumenten
Los seres vivos estamos formados por materia, con un alto grado de organización. En la composición
química de los seres vivos, más del 90% del peso de los mismos está representado tan solo por
cuatro elementos, los bioelementos principales: Oxígeno, Carbono, Hidrógeno y Nitrógeno, con las
contribuciones que se especifican en la siguiente tabla.
Bioelemento Porcentaje del peso de
organismos
Oxígeno 63%
Carbono 20%
Hidrógeno 9,5%
Nitrógeno 3%
Los cuatro bioelementos principales son los componentes primordiales de las sustancias orgánicas,
así llamadas porque en la naturaleza se encuentran como producto de la actividad de los organismos
vivos. Las
sustancias orgánicas de mayor importancia en los seres vivos se agrupan en cuatro familias: los
glúcidos o hidratos de carbono, los lípidos, las proteínas y los ácidos nucleicos. Los seres vivos
también contienen sustancias inorgánicas, entre ellas, la más abundante de todas, el agua, que
representa alrededor del 70% del peso corporal. Además del agua, otros minerales forman en
conjunto entre el 4 y el 5% del peso corporal. Los macrominerales, o minerales más abundantes,
son el Calcio, el Fósforo, el Magnesio, el Sodio, el Cloro, el Potasio y el Azufre. Entre los
microminerales, también llamados oligoelementos, por su pequeña proporción en el organismo, se
encuentran: Hierro, Zinc, Cobre, Yodo, Fluoruro, Manganeso, Cromo, Cobalto, Selenio y Molibdeno.
Composición química Sustancias Agua
los seres vivos inorgánicas
Minerales Macrominerales
Microminerales
Sustancias Glúcidos
orgánicas
Lípidos
Proteínas
Ácidos nucleicos
Agua
,El agua: puentes de hidrógeno, cohesión molecular y propiedades del agua
El agua es la sustancia más abundante en los seres vivos. Si bien es una sustancia muy común, debido
a su abundancia, no es una sustancia ordinaria, pues reúne una serie de propiedades que la hacen
especial y determinan el papel que desempeña en los organismos. Las moléculas de agua (H2O)
están formadas por un átomo de oxígeno ligado a dos átomos de hidrógeno, que quedan separados
entre sí por un ángulo de 105º.
El agua es un compuesto polar: los enlaces entre oxígeno e hidrógeno son uniones covalentes
polares. La diferencia de electronegatividad entre estos dos elementos hace que las cargas positivas
y negativas no se distribuyan de manera uniforme, sino asimétricamente, formando polos o zonas
de densidad eléctrica positiva y negativa. Al compartir sus electrones con el oxígeno (muy
electronegativo), los dos átomos de hidrógeno dejan sus núcleos virtualmente desnudos. Dado que
cada núcleo de hidrógeno es un protón, quedan así dos cargas positivas expuestas. Estas cargas
positivas ejercen una fuerza de atracción sobre cualquier electrón no compartido. Como puede
observarse en la representación de Lewis de la molécula de agua, el átomo de oxígeno posee dos
pares de electrones no compartidos. Por lo tanto, las moléculas de agua se atraen unas a otras; los
hidrógenos de una molécula se unen a los electrones desapareados de los átomos de oxígeno de
otras moléculas. Cada molécula de agua presenta cuatro de estos sitios de unión, dos positivos (los
núcleos de los hidrógenos) y dos negativos (los pares de electrones no compartidos del oxígeno). Es
decir que una molécula de agua puede unirse de esta manera a otras cuatro.
Las uniones así formadas son un tipo de unión intermolecular denominado unión puente de
hidrógeno. Dichas uniones no ocurren solamente entre las moléculas de agua, sino que se
producen entre muchos compuestos diferentes, siempre que
éstos sean polares. Las uniones puente de hidrógeno son enlaces
más débiles que los enlaces interatómicos, como los covalentes
o los iónicos; sin embargo, en conjunto, ejercen una influencia
muy importante, tanto en las propiedades del agua como en
otras sustancias que forman parte de los seres vivos. La
capacidad de las moléculas de agua para formar puentes de
hidrógeno entre sí es responsable de la fuerte unión o cohesión
molecular que se verifica entre ellas. La alta cohesión de las
moléculas de agua explica muchas de sus propiedades, tales
como: altos puntos de
fusión y ebullición, flotabilidad del hielo, alto calor de vaporización, alto calor específico y alta
tensión superficial.
Es sabido que el agua se presenta en estado natural en nuestro planeta, al mismo tiempo y en
abundancia, en tres estados: sólido, líquido y gaseoso, mientras que otras sustancias permanecen
en uno solo de estos estados (aunque en otra parte del universo, o en condiciones de laboratorio
sea factible el cambio de fase).
, Recordemos que un sólido se caracteriza por
su forma y volumen propios; un líquido no
tiene forma propia, pero sí un volumen
definido; mientras que un gas no tiene forma
ni volumen propios, sino que adopta los del
recipiente que lo contiene. El estado físico o
de agregación depende de las fuerzas de
atracción y repulsión que hay entre las
partículas que forman una sustancia. Si
predominan las fuerzas de atracción, el
estado es sólido, si predominan las de
repulsión, el estado es gaseoso y si ambos
tipos de fuerza están equilibrados, el estado
es líquido.
Los estados de agregación son función de la temperatura y se suceden unos a otros a medida que
la temperatura aumenta o disminuye en una sustancia dada. Si se eleva la temperatura de un sólido,
hasta un determinado punto (punto de fusión) éste funde, convirtiéndose en líquido. Si se aumenta
después la temperatura del líquido hasta cierto valor (punto de ebullición), entra en ebullición; más
allá de este punto, la sustancia pasa al estado gaseoso. La temperatura es una medida del grado de
agitación de las partículas que forman una sustancia, y por eso aumenta cuando éstas absorben
calor, que es una forma de energía. Ahora volvamos al agua. A una presión de 1 atm, su punto de
fusión es de 0º C y su punto de ebullición de 100º C. Cuando se la compara con sustancias análogas,
pero de mayor peso molecular, como el H2S, los valores correspondientes al agua resultan
extremadamente más altos de lo esperado (los valores para el H2S son - 64º C y – 42º C,
respectivamente). ¿Por qué los puntos de fusión y ebullición del agua son tan altos? Por los puentes
de hidrógeno. Llevar al agua desde el estado sólido al líquido o de éste al gaseoso, requiere una gran
cantidad de energía para liberar a las moléculas, ligadas entre sí por los puentes de hidrógeno. En
conclusión, los puentes de hidrógeno son la causa de que el agua se encuentre en sus tres fases
dentro de los límites de temperatura y presión naturales en la Tierra. De no ser por los puentes de
hidrógeno se esperaría que el agua fundiera a -100º C y entrara en ebullición a -80º C, lo cual haría
imposible la vida tal como la conocemos.
Al estado sólido, cada molécula está unida a otras cuatro mediante sendos puentes de hidrógeno,
extendidos hacia cuatro direcciones del espacio separadas por ángulos de 105º. Esta disposición
determina la forma de un tetraedro, tal es la estructura cristalina del hielo. El cambio al estado
líquido implica la ruptura de muchos puentes, que se hacen más transitorios, es decir que se rompen
, y vuelven a formarse entre otras moléculas con mucha rapidez. Al estado gaseoso, la mayor parte
de los puentes desaparece, pero aún se conservan algunos de ellos.
Por regla general, toda sustancia, sea en estado sólido, líquido o gaseoso, se contrae o disminuye su
volumen al enfriarse. El agua también sigue esta regla dentro de un amplio intervalo de temperatura.
Partiendo de 100º y hasta llegar a 4º C el volumen disminuye en forma continua. A partir de los 4º
C y hasta el punto de congelación, el proceso se invierte: en lugar de seguir contrayéndose, el agua
se dilata. Esto obedece a que, al disminuir los movimientos moleculares, los puentes de hidrógeno
se fijan, congelando a las moléculas en una red en la que las distancias entre una y otra son mayores.
En la red cristalina del hielo, las moléculas están más separadas unas de otras que al estado líquido.
Caben más moléculas en 1 cm3 de agua líquida que en un 1 cm3 de hielo. Dicho en otros términos:
la densidad o relación masa/volumen del agua líquida es mayor que la densidad del hielo.
La menor densidad del hielo conrespecto al agua líquida hace que
el hielo flote. ¿Qué pasaría si el agua se comportara como otras
sustancias y el hielo fuera más denso que el agua líquida? Los
mares, ríos y lagos se congelarían desde el fondo a la superficie y
gran parte del agua dejaría de estar disponible para los seres vivos.
En cambio, la flotabilidad del hielo permite la continuidad de la
vida debajo de la capa superficial congelada de los cuerpos de
agua.
Otra de las propiedades inusuales del agua es su alto calor
específico. El calor específico se define como la cantidad de calor que hay que entregar a 1 gramo
de una sustancia para elevar 1 grado su temperatura. Si las fuerzas de atracción entre las moléculas
de una sustancia son débiles, al absorber calor, rápidamente entrarán en agitación, produciendo un
aumento de la temperatura. Si por el contrario, las fuerzas de atracción son fuertes, deberá
entregarse una cantidad mayor de energía calórica para que las moléculas se separen y aumenten
