estructura de la materia

1. Universidad Nacional de Quilmes
Departamento de Ciencia y Tecnología
QUIMICA 1
Comisión B
Lunes 10am – 1 pm
Miercoles 12am – 2pm
Dra. Silvia Alonso (salonso@unq.edu.ar)
Lic. Evelina Maranzana (emaran@unq.edu.ar)

2. Bases químicas
de la vida

3.  Nuestro cuerpo es un conjunto de elementosNuestro cuerpo es un conjunto de elementos
 Los elementos son sustancias fundamentales queLos elementos son sustancias fundamentales que
consisten en un solo tipo de átomosconsisten en un solo tipo de átomos
IntroducciónIntroducción

4. Proporciones de los elementosProporciones de los elementos
Oxygen 61.0%
Carbon 23.0
Hydrogen 10.0
Nitrogen 2.6
Calcium 1.4
Phosphorus 1.1
Potassium 0.2
Sulfur 0.2
Human
Oxygen 85.7%
Hydrogen 10.8
Chlorine 2.0
Sodium 1.1
Magnesium 0.1
Sulfur 0.1
Calcium 0.04
Potassium 0.03
Seawater
Oxygen 46.0%
Silicon 27.0
Aluminum 8.2
Iron 6.3
Calcium 5.0
Magnesium 2.9
Sodium 2.3
Potassium 1.5
Earth’s Crust

5. ElementosElementos
 Formas fundamentales de materiaFormas fundamentales de materia
 No pueden ser destruidos porNo pueden ser destruidos por
medios naturalesmedios naturales
 En La Tierra hay 92En La Tierra hay 92

6. Elementos más comunes enElementos más comunes en
organismos vivosorganismos vivos
OxígenoOxígeno
HidrógenoHidrógeno
CarbonoCarbono
NitrógenoNitrógeno
Fig. 2-3, p.20

7. ¿Qué son los átomos?¿Qué son los átomos?
 Partículas más pequeñas que retienen lasPartículas más pequeñas que retienen las
propiedades de un elementopropiedades de un elemento
 Constituidos por partículas subatómicas:Constituidos por partículas subatómicas:

Protones (+)Protones (+)

Electrones (-)Electrones (-)

Neutrones (sin carga)Neutrones (sin carga)

8. Representación del átomo deRepresentación del átomo de
hidrógenohidrógeno

9. Número atómicoNúmero atómico
 Número de protonesNúmero de protones
 Todos los átomos de un elemento tienenTodos los átomos de un elemento tienen
el mismo número atómicoel mismo número atómico
 Número atómico del hidrógeno = 1Número atómico del hidrógeno = 1
 Número atómico del carbono = 6Número atómico del carbono = 6

10. Número de masaNúmero de masa
Número de protonesNúmero de protones
++
Número de neutronesNúmero de neutrones
Isótopos varían en el número de masaIsótopos varían en el número de masa

11. IsótoposIsótopos
 Átomos de un elemento con diferenteÁtomos de un elemento con diferente
número de neutrones (diferente númeronúmero de neutrones (diferente número
de masa)de masa)
 Carbono 12 tiene 6 protones, 6 neutronesCarbono 12 tiene 6 protones, 6 neutrones
 Carbono 14 tiene 6 protones, 8 neutronesCarbono 14 tiene 6 protones, 8 neutrones

12. RadioisotoposRadioisotopos
 Tienen un núcleo inestable que emite energíaTienen un núcleo inestable que emite energía
y partículasy partículas
 Decaimiento radiactivo transforma unDecaimiento radiactivo transforma un
radioisótopo en un elemento distinto: Ej elradioisótopo en un elemento distinto: Ej el
Carbono 14 se transforma en Nitrógeno 14Carbono 14 se transforma en Nitrógeno 14
 El decaimiento ocurre a una tasa fijaEl decaimiento ocurre a una tasa fija
 La energía puede ser liberada,La energía puede ser liberada,
principalmente, en forma de rayosprincipalmente, en forma de rayos alfaalfa
(núcleos de helio),(núcleos de helio), betabeta (electrones) o(electrones) o gammagamma
(energía electromagnética).(energía electromagnética).

13. Radioisótopos pueden serRadioisótopos pueden ser
marcadoresmarcadores
 Varios isótopos radiactivos artificiales tienen usos enVarios isótopos radiactivos artificiales tienen usos en
medicinamedicina. Por ejemplo, el isótopo del. Por ejemplo, el isótopo del taliotalio puedepuede
usarse para identificar vasos sanguíneos bloqueados.usarse para identificar vasos sanguíneos bloqueados.
 Se puede hacer un marcador uniendo una sustancia aSe puede hacer un marcador uniendo una sustancia a
un radioisótopo.un radioisótopo.
 Emisiones del marcador pueden ser detectadas conEmisiones del marcador pueden ser detectadas con
equipos apropiados.equipos apropiados.
 Seguir el movimiento de los marcadores es útil enSeguir el movimiento de los marcadores es útil en
diversas áreas de la biología.diversas áreas de la biología. Varios isótoposVarios isótopos
radiactivos naturales se usan para reconstruirradiactivos naturales se usan para reconstruir
cronologías, por ejemplo, arqueológicas.cronologías, por ejemplo, arqueológicas.

14. Radioisótopos en MedicinaRadioisótopos en Medicina
 Tomografía por emisión de positronesTomografía por emisión de positrones
(PET) utiliza radioisótopos para formar(PET) utiliza radioisótopos para formar
imágenes de tejidos corporalesimágenes de tejidos corporales

El paciente es inyectado con un marcador yEl paciente es inyectado con un marcador y
colocado en un PETcolocado en un PET scannerscanner

Distintos tipos de célula absorben marcadores aDistintos tipos de célula absorben marcadores a
diferentes tasasdiferentes tasas

ScannerScanner detecta radiación causada por energíadetecta radiación causada por energía
que decae del radioisótopo, y la radiación forma laque decae del radioisótopo, y la radiación forma la
imagenimagen

La imagen puede revelar variaciones yLa imagen puede revelar variaciones y
anormalidades en la actividad metabólicaanormalidades en la actividad metabólica

15. Radioisótopos en MedicinaRadioisótopos en Medicina

16. Radioisótopos en MedicinaRadioisótopos en Medicina

17. Otros Usos de los RadioisótoposOtros Usos de los Radioisótopos
 Hacen funcionar marcapasos (plutonio 238)Hacen funcionar marcapasos (plutonio 238)
 Terapia con radiación (radio 226; cobalto 60)Terapia con radiación (radio 226; cobalto 60)
Emisiones de algunos radioisótopos puedenEmisiones de algunos radioisótopos pueden
destruir células (p.e. tumores pequeños)destruir células (p.e. tumores pequeños)

18. ¿Qué determina si dos¿Qué determina si dos
átomos van aátomos van a
interactuar?interactuar?
El número y arreglo de sus electronesEl número y arreglo de sus electrones

19. ElectronesElectrones
 Tienen carga negativaTienen carga negativa
 Se repelen uno a otroSe repelen uno a otro
 Son atraídos por los protones nuclearesSon atraídos por los protones nucleares
 Se mueven en orbitales (volúmenes deSe mueven en orbitales (volúmenes de
espacio que rodean al núcleo)espacio que rodean al núcleo)

20. Modelo de capasModelo de capas
 Primera capaPrimera capa

Energía más bajaEnergía más baja

Contiene unContiene un
orbital que puedeorbital que puede
tener hasta 2tener hasta 2
electroneselectrones
 Segunda capaSegunda capa

4 orbitales que4 orbitales que
pueden tenerpueden tener
hasta 8 electroneshasta 8 electrones
HYDROGEN
1p+ , 1e-
HELIUM
2p+ , 2e-
CARBON
6p+ , 6e-
OXYGEN
8p+ , 8e-
SODIUM
11p+ , 11e-
CHLORINE
17p+ , 17e-

21. HYDROGEN
1p+ , 1e-
HELIUM
2p+ , 2e-
CARBON
6p+ , 6e-
OXYGEN
8p+ , 8e-
SODIUM
11p+ , 11e-
CHLORINE
17p+ , 17e-
NEON
10p+ , 10e-
electron
proton
neutron

22. Sitios vacíos de electronesSitios vacíos de electrones
 Capas que no están llenas, hacen aCapas que no están llenas, hacen a
los átomos susceptibles paralos átomos susceptibles para
reaccionar con otrosreaccionar con otros
 Hidrógeno, carbono, oxígeno yHidrógeno, carbono, oxígeno y
nitrógeno pueden tener sitios vacíosnitrógeno pueden tener sitios vacíos
en sus capas externasen sus capas externas

24. Enlaces químicosEnlaces químicos
 Un enlace es la unión entre estructurasUn enlace es la unión entre estructuras
electrónicas de los átomoselectrónicas de los átomos
 Los átomos que se unen formanLos átomos que se unen forman
moléculasmoléculas
 Las moléculas pueden contener átomosLas moléculas pueden contener átomos
de un solo elemento - Ode un solo elemento - O22
 …… o de diversos elementos - Ho de diversos elementos - H22OO

25. ReacciónReacción
 Ecuación química muestra la reacciónEcuación química muestra la reacción
Reactivos ---> ProductosReactivos ---> Productos
 Ecuación de fotosíntesis:Ecuación de fotosíntesis:
REACTANTS PRODUCTS
6CO2
CARBON
DIOXIDE
12H2O
WATER
+ C6H12O6
GLUCOSE
6H2O
WATER
+
6 carbons
12 oxygens
24 hydrogens
12 oxygens
6 carbons
12 hydrogens
6 oxygens
12 hydrogens
6 oxygens
6O2
OXYGEN
+
12 oxygens
sunlight
energy

26. Enlaces importantes enEnlaces importantes en
moléculas biológicasmoléculas biológicas
 Enlaces iónicosEnlaces iónicos
 Enlaces covalentesEnlaces covalentes
 Puentes de hidrógenoPuentes de hidrógeno

27. IonIon
 Átomo que tiene igual número deÁtomo que tiene igual número de
electrones y protones no tiene cargaelectrones y protones no tiene carga
netaneta
 Átomo que pierde electrones seÁtomo que pierde electrones se
convierte en ion cargado positivamenteconvierte en ion cargado positivamente
 Átomo que gana electrones se convierteÁtomo que gana electrones se convierte
en ion cargado negativamenteen ion cargado negativamente

28. Enlace iónicoEnlace iónico
 Si hay un ion positivo y otroSi hay un ion positivo y otro
negativo, la diferencia de carganegativo, la diferencia de carga
hace que ambos iones sehace que ambos iones se
atraiganatraigan

29. Formación de NaClFormación de NaCl
 Átomo de sodio (Na)Átomo de sodio (Na)

Capa externa tiene un electrónCapa externa tiene un electrón
 Átomo de Cloro (Cl)Átomo de Cloro (Cl)

Capa externa tiene siete electronesCapa externa tiene siete electrones
 Na transfiere electrón a Cl formando NaNa transfiere electrón a Cl formando Na++
y Cly Cl--
 Iones permanecen unidos como NaClIones permanecen unidos como NaCl

30. Formación de NaClFormación de NaCl
electron transfer
sodium
atom
11 p +
chlorine
atom
17 p +
17 e-
chlorine
ion
17 p +
18 e-
sodium
ion
11 p +
10 e-

32. Enlace covalenteEnlace covalente
Átomos comparten un par o pares deÁtomos comparten un par o pares de
electrones para llenar la capa máselectrones para llenar la capa más
externaexterna
•Enlace covalente simple
•Doble enlace covalente
•Triple enlace covalente

33. molecular hydrogen (H2)
H—H
2 átomos de
hidrógeno, c/u con un
protón, comparten 2
electrones en un
enlace covalente no-
polar
Enlace covalenteEnlace covalente

34. molecular oxygen (O2)
O=O
2 átomos de
oxígeno, cada uno
con 8 protones,
comparten 4
electrones en un
doble enlace
covalente no-polar
Enlace covalenteEnlace covalente

35. water (H2O)
H—O—H
Átomo de oxígeno
que tiene dos sitios
vacíos en sus
orbitales de mayor
energía. 2 átomos
de hidrógeno: c/u
puede compartir 1
electrón con el
oxígeno. El
resultado es de
dos enlaces
covalentes polares
que originan la
molécula de agua.
Enlace covalenteEnlace covalente

36. Enlaces covalentes no polaresEnlaces covalentes no polares
 Átomos compartenÁtomos comparten
equitativamente los electronesequitativamente los electrones
 Núcleos de los átomos compartenNúcleos de los átomos comparten
el mismo número de protonesel mismo número de protones
 P.e. gas hidrógeno (H-H)P.e. gas hidrógeno (H-H)

37. Enlaces covalentes polaresEnlaces covalentes polares
 Número de protones en el nucleoNúmero de protones en el nucleo
de los átomos participantes no esde los átomos participantes no es
el mismoel mismo
 Los electrones permanecen másLos electrones permanecen más
tiempo cerca del núcleo que poseetiempo cerca del núcleo que posee
más protones (p.e. en el agua losmás protones (p.e. en el agua los
electrones están más unidos alelectrones están más unidos al
núcleo de O que a los de H)núcleo de O que a los de H)

38. Enlaces de hidrógenoEnlaces de hidrógeno
 Un átomo de una molécula polar puedeUn átomo de una molécula polar puede
ser atraído por un átomo de otra moléculaser atraído por un átomo de otra molécula
que tenga carga opuestaque tenga carga opuesta

39. Puente de hidrógeno
Molécula
de agua
Molécula
de amonio

40. Propiedades del aguaPropiedades del agua
 PolaridadPolaridad
 Estabilizadora de temperaturaEstabilizadora de temperatura
 SolventeSolvente
 CohesiónCohesión

41. El agua es una moléculaEl agua es una molécula
covalente polarcovalente polar
 La molécula no tieneLa molécula no tiene
carga netacarga neta
 El oxígeno tiene unaEl oxígeno tiene una
leve carga negativaleve carga negativa
 Los hidrógenos tienenLos hidrógenos tienen
una leve carga positivauna leve carga positiva
+ +
HH
O

42. Agua líquidaAgua líquida

43. Agua líquidaAgua líquida

44. Sustancias hidrofílicas eSustancias hidrofílicas e
hidrofóbicashidrofóbicas
 HidrofílicasHidrofílicas

PolaresPolares

Forman puentes de hidrógeno conForman puentes de hidrógeno con
el aguael agua

P.e. azúcarP.e. azúcar
 HidrofóbicasHidrofóbicas

No polaresNo polares

Repelidas por el aguaRepelidas por el agua

P.e. aceiteP.e. aceite

45. Efecto estabilizante de laEfecto estabilizante de la
temperaturatemperatura
 El agua líquida puede absorber muchoEl agua líquida puede absorber mucho
calor antes de que la temperaturacalor antes de que la temperatura
aumenteaumente
 Razón: mucha de la energía añadidaRazón: mucha de la energía añadida
rompe los enlaces de hidrógeno enrompe los enlaces de hidrógeno en
lugar de aumentar el movimiento de laslugar de aumentar el movimiento de las
partículaspartículas

46. Evaporación del aguaEvaporación del agua
 Cuando se añade mucha energía, losCuando se añade mucha energía, los
enlaces de hidrógeno no pueden volver aenlaces de hidrógeno no pueden volver a
formarse y las moléculas de agua seformarse y las moléculas de agua se
escapan a la atmósferaescapan a la atmósfera
 Las moléculas que se escapan al aireLas moléculas que se escapan al aire
acarrean energía (y baja la temperaturaacarrean energía (y baja la temperatura
del agua)del agua)
 Pérdida de agua por la evaporación esPérdida de agua por la evaporación es
usada para descender la temperaturausada para descender la temperatura
corporal en mamíferoscorporal en mamíferos

47. Por qué el hielo flotaPor qué el hielo flota
 En el hielo, los puentes deEn el hielo, los puentes de
hidrógeno fijan las moléculashidrógeno fijan las moléculas
en una red cristalinaen una red cristalina
 Las moléculas de agua en laLas moléculas de agua en la
red son más espaciadas quered son más espaciadas que
en agua líquidaen agua líquida
 Por tanto el hielo es menosPor tanto el hielo es menos
denso que el agua líquidadenso que el agua líquida

49. El agua es un buen solventeEl agua es un buen solvente
 Iones y moléculas polares se disuelvenIones y moléculas polares se disuelven
fácilmente en aguafácilmente en agua
 Cuando el soluto se disuelve, lasCuando el soluto se disuelve, las
moléculas de agua se agrupan alrededormoléculas de agua se agrupan alrededor
de los iones o moléculas y las mantienende los iones o moléculas y las mantienen
separadasseparadas

50. Cohesión del aguaCohesión del agua
 Puentes de hidrógeno hacen quePuentes de hidrógeno hacen que
las moléculas de agua líquida selas moléculas de agua líquida se
mantengan juntasmantengan juntas
 Se crea tensión superficialSe crea tensión superficial
 Esto permite al agua moverseEsto permite al agua moverse
hacia arriba como una columnahacia arriba como una columna
contínua a través de los tallos decontínua a través de los tallos de
las plantaslas plantas

51. Cohesión del aguaCohesión del agua

53. Na+
Cl–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
– –
+ +
+
+
+
+
+
+
+
+
+
++ +
+
+
+
+
Esferas de hidrataciónEsferas de hidratación

54. La escala de pHLa escala de pH
 Medición de la concentración de HMedición de la concentración de H++
enen
fluidosfluidos
 Cambio de 1 en la escala significa cambioCambio de 1 en la escala significa cambio
de 10X en la concentración de Hde 10X en la concentración de H++
AltaAlta [[HH++
]] BajaBaja [[HH++
]]
0---------------------7-------------------140---------------------7-------------------14
Ácido Neutro BásicoÁcido Neutro Básico

55. Ejemplos de pHEjemplos de pH
 Agua pura es neutra con un pH de 7.0Agua pura es neutra con un pH de 7.0
 ÁcidoÁcido

Ácido estomacal: pH 1.0 - 3.0Ácido estomacal: pH 1.0 - 3.0

Jugo de limón: pH 2.3Jugo de limón: pH 2.3
 BasicoBasico

Agua marina: pH 7.8 - 8.3Agua marina: pH 7.8 - 8.3

Soda: pH 9.0Soda: pH 9.0

56. Escala de pHEscala de pH

58. Ácidos & BasesÁcidos & Bases
 ÁcidosÁcidos

Donan HDonan H++
cuando se disuelven en aguacuando se disuelven en agua

Soluciones ácidas tienen pH < 7Soluciones ácidas tienen pH < 7
 BasesBases

Aceptan HAceptan H++
cuando se disuelven en aguacuando se disuelven en agua

Soluciones básicas tienen pH > 7Soluciones básicas tienen pH > 7

59. Lluvia ácidaLluvia ácida
 Emisiones de dióxido de azufre en una planta de energía que trabaja
con carbón, que se disuelven en el vapor de agua y son importantes
componentes de la lluvia ácida

60. Amortiguadores (Amortiguadores (buffersbuffers))
 Minimizan variaciones en el pHMinimizan variaciones en el pH
 Unión de un ácido y una base suavesUnión de un ácido y una base suaves

61. BufferBuffer
Ácido Carbónico -BicarbonatoÁcido Carbónico -Bicarbonato
 Cuando el pH de la sangre sube, el ácidoCuando el pH de la sangre sube, el ácido
carbonico se disocia para formar bicarbonatocarbonico se disocia para formar bicarbonato
and Hand H++
HH22C0C033 -----> HC0-----> HC033
--
+ H+ H++
 Cuando el pH baja, el bicarbonato se une alCuando el pH baja, el bicarbonato se une al
HH++
para formar ácido carbonicopara formar ácido carbonico
HC0HC033
--
+ H+ H++
-----> H-----> H22C0C033

62. SalesSales
 Compuestos que liberan iones distintos aCompuestos que liberan iones distintos a
HH++
y OHy OH--
cuando se disuelven en aguacuando se disuelven en agua
 P.e. NaCl libera NaP.e. NaCl libera Na++
y Cly Cl––
 Muchas sales se disuelven como iones,Muchas sales se disuelven como iones,
que juegan un papel biológico importanteque juegan un papel biológico importante