TEMARIO UNAM https://servicios.dgae.unam.mx/guias_2013/sociales/temas_fundamentales.pdf

Quimica 1.1 Sustancias químicas

1.1.1 Sustancias puras: elemento y compuesto 1.1.2 Mezclas: homogéneas y heterogéneas

Una sustancia química es cualquier sustancia conuna composición química definida, sin importar suprocedencia.1 Por ejemplo, una muestra de agua tiene lasmismas propiedades y la misma proporciónde hidrógeno y oxígeno sin importar si la muestra se aísla.Una sustancia pura no puede separarse en otras sustancias porningún medio mecánico.2 Estas sustancias pueden clasificarseen dos grupos: sustancias simples y compuestos. Lassustancias simples están formadas por átomos de unmismo elemento y los compuestos están formados por dos o mástipos de átomos de distintos elementos.El concepto de sustancia química se estableció a finales delsiglo XVIII con los trabajos del químico Joseph Proust sobrela composición de algunos compuestos químicos puros talescomo el carbonato cúprico.3 Proust dedujo que: Todas lasmuestras de un compuesto tienen la misma composición; estoes, todas las muestras tienen las mismas proporciones, pormasa, de los elementos presentes en el compuesto.Esto se conoce como la ley de las proporciones definidas, yes una de las bases de la química modernaUna sustancia simple es aquella cuyas moléculas estánformadas por una sola clase de átomo. Por ejemplo, el oxígeno(O2) dioxido de carbono (CO2) y el ozono (O3) son sustanciassimples, porque sus moléculas están formadas sólo por átomosde dioxígeno. Otro ejemplo lo constituyen el diamante y elgrafito, que son sustancias simples por estar formadas por

átomos de una única clase, los del elemento carbono. Locontrario a una sustancia simple es una sustancia compuesta ocompuesto.

Los noventa y dos elementos químicos neutros se combinanentre sí formando casi tres millones de sustanciascompuestas, denominadas compuestos químicos o, simplemente,compuestos.En química, un compuesto es una sustancia formada por launión de dos o más elementos de la tabla periódica. Unacaracterística esencial es que tiene una fórmula química. Porejemplo, el agua es un compuesto formado por hidrógeno yoxígeno en la razón de 2 a 1 (en número de átomos): H_2O.En general, esta razón es debida a una propiedad intrínseca(ver valencia). Un compuesto está formado por moléculas oiones con enlaces estables y no obedece a una selecciónhumana arbitraria. Por este motivo el bronce o el chocolateson denominadas mezclas o aleaciones, pero no compuestos. Loselementos de un compuesto no se pueden dividir o separar porprocesos físicos (decantación, filtración, destilación,etcétera), sino sólo mediante procesos químicos. una mezclaes aquella que está formada por varios componentes, que nopierden sus propiedades y características por el hecho demezclarse. - Mezclas homogeneas : Aquellas mezclas que sus componentesno se pueden diferenciar a simple vista. Las mezclashomogéneas de líquidos se conocen con el nombre dedisoluciones y están constituidas por un soluto y undisolvente, siendo el primero el que se encuentra en menorproporción y además suele ser el líquido. Por ejemplo, elagua mezclada con sales minerales o con azucar, el agua es eldisolvente y el azucar el soluto. - Mezclas Heterogéneas : Aquellas mezclas en las que suscomponentes se pueden diferenciar a simple vista.

En este dibujo Antonio crea una mezcla heterogénea y Sara unamezcla Homogénea.

1.2 Estructura atómica

1.2.1 Conceptos de átomo, protón, electrón, neutrón, númeroatómico y masa atómicaÁtomo: Modelo atómico con niveles de energía:

Los átomos, electrones, neutrones y protones son los bloquesde construcción básicos de la materia. Los neutrones yprotones forman el núcleo de un átomo, mientras que loselectrones se mueven alrededor del núcleo. El número de estaspartículas que conforman un átomo es lo que ayuda adiferenciar los elementos uno de otro, con los elementos quecontienen más protones listados más alto en la tablaperiódica.

Es la conceptualización del átomo actual, constituido pornúcleo pequeño, central, denso y de carga positiva, en elcual se concentra la mayor parte de la masa atómica. En elnúcleo existen gran número de partículas, denominadassubatómicas, denominados protones (+) y neutrones.

Los electrones (-) se encuentran girando en nivelesdefinitivos de energía, a su vez, estos mismos estánintegrados por subniveles llamados orbitales.

Todos los átomos tienen la misma cantidad de electrones yprotones.

Cada orbital puede contener sólo 2 electrones (principio deexclusión de Pauli).

• Electrón: Es la partícula subatómica de carga

negativa que se encuentra girando alrededor del núcleo delátomo. El valor absoluto del electrón es: 1.60210X10-19C/e.

• Protón: Es la partícula subatómica de carga

positiva que se localiza dentro del núcleo del átomo, su pesoes aproximadamente 1.837 veces mayor que el electrón.

• Neutron: Es la partícula subatómica de carga

neutra que se localiza dentro del núcleo y su peso es muysimilar al del protón.

Número atómico: Número entero positivo que equivale al númerototal de protones existentes en el núcleo atómico. Escaracterístico de cada elemento químico y representa unapropiedad fundamental.del átomo: su carga nuclear.

Masa atómica: La masa atómica relativa de un átomo es elcociente entre la masa de un átomo y la doceava parte de lamasa de un átomo de carbono 12.

Orbital atómico. Función que describe la región del espacioque circunda el núcleo de un átomo en la cual la probabilidadde encontrar un electrón es máxima (orbital atómico).

Configuración electrónica. Es la forma como se representa aun átomo moderno. Para su correcta construcción se deben ircolocando los electrones que tenga el elemento, en losdistintos orbitales que se ocupen, por orden de energía, taly como lo muestra el principio de edificación progresiva.

El primer punto a tener en cuenta es que el número máximo deelectrones que puede haber en un nivel de energía es igual a:2n2. n nivel de energía (del I al 7).

Basándose en lo anterior tenemos como ejemplo que: En elnivel 2 de energía, puede haber 8 electrones, porque 2(2)2 =8.

Los electrones tienden a llenar los cuatro distintossubniveles (s, p, d, f) de cada nivel de energía y al hacerloproducen lo que se llama configuración electrónica de cadaátomo.

1.3 Tabla periódica

1.3.1 Clasificación de elementos: metales, no metales ymetaloides

1.3.2 Regla del octeto de Lewis

1.3.3 Propiedades periódicas

1.3.3.1 Electronegatividad y tipos de enlace: iónico ycovalente

La tabla periódica de los elementos clasifica, organiza ydistribuye los distintos elementos químicos conforme a suspropiedades y características; su función principal esestablecer un orden específico agrupando elementos.

Suele atribuirse la tabla a Dmitri Mendeléyev, quien ordenólos elementos basándose en sus propiedades químicas,1 si bienJulius Lothar Meyer, trabajando por separado, llevó a cabo unordenamiento a partir de las propiedades físicas de losátomos.2 La estructura actual fue diseñada por Alfred Wernera partir de la versión de Mendeléyev. En 1952, el científicocostarricense Gil Chaverri (1921-2005) presentó una nueva

versión basada en la estructura electrónica de los elementos,la cual permite ubicar las series lantánidos y los actínidosen una secuencia lógica de acuerdo con su número atómico.

• Metales. Los metales se caracterizan por ser buenosconductores de la corriente eléctrica y calor, son dúctiles ymaleables, presentan un brillo metálico, todos son sólidos,excepto el mercurio; tienen una alta densidad pero una de suspropiedades más significativas, es que cuando se unen a otroselementos, pierden electrones formando iones positivos.

• No metales. Los no metales se caracterizan por ser malosconductores de la corriente eléctrica y el calor, conexcepción del carbón grafito; por lo general son opacos yquebradizos, pueden existir en cualquier estado de agregación(sólidos, líquidos y gaseosos); una de sus propiedadessignificativas, es que cuando se unen a otros elementos,ganan electrones formando iones negativos.

• Metaloides. Son los que comparten algunas de lascaracterísticas de los metales pero sin llegar a serlo.

Regla del Octeto de Lewis.

Esta regla establece que todos los elementos tenderán aadquirir una configuración electrónica, semejante a la de losgases nobles, con ocho electrones en el último nivel deenergía.

Los gases nobles son los elementos más estables que seconocen, se considera esto porque sus átomos tienen todos susorbitales completos. Por esta razón se cree que los demáselementos se unen entre sí, para adquirir los electronesnecesarios, para sus átomos y sean tan estables como los delos gases nobles; esto se logra cuando en el último niveltengan ocho electrones.

PROPIEDADES PERIODICAS¿Qué son?

Son propiedades que presentan los elementos químicos y que serepiten secuencialmente en la tabla periódica. Por lacolocación en la misma de un elemento, podemos deducir quevalores presentan dichas propiedades así como sucomportamiento químico.

Su estudio en la tabla

Tal y como hemos dicho, vamos a encontrar una periodicidad deesas propiedades en la tabla. esto supone, por ejemplo, quela variación de una de ellas en los grupos va a responder auna regla general. Esto nos permite, al conocer estas reglasde variación, cual va a ser el comportamiento químico de unelemento, ya que dicho comportamiento, depende en granmanera, de sus propiedades periódicas.

Principales propiedades periódicas

Hay un gran número de propiedades periódicas. Entre las másimportantes destacaríamos:

- Estructura electrónica: distribución de los electrones enlos orbitales del átomo

- Potencial de ionización: energía necesaria para arrancarleun electrón.

- Electronegatividad: mide la tendencia para atraerelectrones.

- Afinidad electrónica: energía liberada al captar unelectrón.

- Carácter metálico: define su comportamiento metálico o nometálico.

- Valencia iónica: número de electrones que necesita ganar operder para el octete.

Enlace Iónico:

Enlace formado con base en las fuerzas electrostáticas que existen entre iones con carga opuesta. Los iones se forman a partir de átomos por transferencia de uno o más electrones.

Cuando una molécula de una sustancia contiene átomos de metales y no metales, los electrones son atraídos con más fuerza por los no metales, que se transforman en iones con carga negativa; los metales, a su vez, se convierten en iones con carga positiva. Entonces, los iones de diferente signo se atraen electrostáticamente.

Si los átomos enlazados son elementos metálicos, el enlace se llama metálico.

Las sustancias iónicas conducen la electricidad cuando están en estadolíquido o en disoluciones acuosas, pero no en estado cristalino, porque los iones individuales son demasiado grandes para moverse libremente a través del cristal.

Enlace Metálico:

Ligadura en la cual los electrones enlazantes tienen una relativa libertad de movimiento a través de la estructura tridimensional.

Enlace Covalente:

Es la Unión que es forma entre dos o más átomos que comparten electrones. Estas sustancias no conducen la electricidad, ni tienen brillo, ductilidad o maleabilidad Estos enlaces pueden ser:

Enlace Covalente No Polar:

Enlace covalente en el cual los electrones se comparten por igual.

Esto ocurre si los átomos enlazados son no metales e idénticos (como en N2 o en O2), los electrones son compartidos por igual por los dos átomos.

Enlace Covalente Polar:

Enlace covalente en el cual los electrones no se comparten por igual.

Es polar porque la molécula tiene un polo eléctrico positivo y otro negativo, y covalente porque los átomos comparten los electrones, aunque sea en forma desigual.

Electronegatividad

Electronegatividad, capacidad de un átomo de un elemento de atraer hacia sí los electrones compartidos de su enlace covalente con un átomo de otro elemento.

Relación de la Electronegatividad y Polaridad de los Enlaces:

La relación de la electronegatividad y la polaridad de los enlaces es que “cuanto mayor sea la diferencia de electronegatividad, más polar será el enlace”.

1.4 Clasificación de los compuestos en óxidos básicos, óxidos ácidos (anhídridos),ácidos, bases y sales

Los principales compuestos químicos que existen en la actualidad son:

Óxidos básicos, que están formados por un metal y oxígeno. Por ejemplo, el óxido plúmbico.

Óxidos ácidos, formados por un no metal y oxígeno. Por ejemplo, óxido hipocloroso.

Hidruros, que pueden ser tanto metálicos como no metálicos. Están compuestos por un elemento e hidrógeno. Por ejemplo, hidruro de aluminio.

Hidrácidos, son hidruros no metálicos que, cuando se disuelven en agua, adquieren carácter ácido. Por ejemplo, el ácido iodhídrico.

Hidróxidos, compuestos formados por la reacción entre un óxido básico y el agua, que se caracterizan por presentar el grupo oxidrilo (OH). Por ejemplo, el hidróxido de sodio, o soda cáustica.

Oxoácidos, compuestos obtenidos por la reacción de un óxido ácido y agua. Sus moléculas están formadas por hidrógeno, un no metal y oxígeno. Por ejemplo, ácido clórico.

Sales binarias, compuestos formados por un hidrácido más un hidróxido. Por ejemplo, el cloruro de sodio.

Oxisales, formadas por la reacción de un oxoácido y un hidróxido, como por ejemplo el hipoclorito de sodio

PTRA INFO De acuerdo con los elementos que los forman, los compuestos químicos inorgánico se clasifican por grupos que poseen la misma característica y comportamiento. Estos grupos, llamados también funciones, están estructurados de lasiguiente manera:

Óxidos básicos

Óxidos ácidos o anhídridos

Hidruros

Ácidos

Sales

Óxidos básicos: Estos compuestos están formados por la unión de un metal y oxígeno; se encuentran comúnmente e la naturaleza, ya que se obtienen cuando un metal se pone en contacto con el oxigeno del medio ambiente, y que con el pasodel tiempo se va formando óxido del metal correspondiente. Pueden prepararse industrialmente mediante la oxidación de los metales. Ejemplos: óxido de calcio, óxido plúmbico:

Metal + Oxígeno à Óxido básico

2Ca2 + O2 (2-) à 2CaO (Óxido de Calcio)

Pb4 + O2 (2-) à PbO2 (Óxido Plúmbico)

En este caso, el calcio tiene el mismo número de oxidación que el oxigeno, 2+ y 2- respectivamente; por lo tanto, su relación es 1 a 1. Por otra parte, la molécula de todos los metales es monoatómica y la del oxigeno es diatómica; en consecuencia, se requieren dos moléculas de calcio para reaccionar con la del oxigeno y formar dos moléculas e óxido de calcio. El numero de oxidación del plomo es 4+, mientras que el de cada oxigeno es 2-; por lo tanto la relación es de un átomo de plomo por dos de oxigeno (1 a 2).

Óxidos ácidos o Anhídridos: Se forman al hacer reaccionar el oxígeno con elementos no metálicos. Como interviene el oxigeno en su formación, son también conocidos como óxidos, pero para diferenciar un óxido básico de un óxido ácido, a estos últimos se les nombra anhídridos. Ejemplos: anhídrido carbónico (oxido de carbono), anhídrido hipocloroso.

No Metal + Oxigeno à Óxido ácido

C4+ + O2 (2-) à CO2 (anhídrido carbónico)

2Cl2 (1+) + O2 (2-) à Cl2O (anhídrido hipocloroso)

El oxigeno y el cloro son moléculas diatómicas, es decir, formadas por dos átomos. Cada átomo de oxígeno tiene como numero de oxidación 2- y cada átomo de cloro 1+; en consecuencia, se necesitan dos átomos de cloro para unirse a un átomo de oxígeno; o bien, cuatro átomos de cloro por dos de oxígeno para formar dos moléculas de anhídrido hipocloroso.

Hidruros: Son compuestos formados de la unión del hidrogeno con elementos metálicos como el hidruro de estroncio, etc. Laformación de los hidruros es el único caso en que el hidrogeno trabaja con valencia negativa. Ejemplos: hidruro desodio, hidruro cúprico.

Metal + Hidrógeno à Hidruro

2Na1+ + H2 (1-) à 2NaH (hidruro de sodio)

Cu2+ + H2 (1-) à CuH2 (hidruro cúprico)

Hidróxidos: Se caracterizan por llevar en su molécula el radical (OH-) llamado radical oxhidrilo o hidroxilo. Se

forman al agregar agua a un óxido metálico. Ejemplos: hidróxido de calcio, hidróxido plúmbico:

Metal + Agua à Hidróxido

CaO + H2O à Ca(OH-) (hidróxido de calcio)

PbO2 + 2H2O à Pb(OH)4 (hidróxido plúmbico)

Ácidos: Tienen la característica de que sus moléculas iniciansiempre con el hidrógeno. Pueden ser:

Hidrácidos: Se forman con el hidrógeno y un no metal. Ej.: ácido bromhídrico, ácido clorhídrico.

Oxiácidos: Son aquellos que llevan oxígeno en su molécula además del hidrógeno y el no metal. Ej.: ácido sulfúrico, ácido nítrico.

Sales: Son compuestos que provienen de la sustitución de los hidrógenos de los ácidos por un metal, cuando reacciona un ácido con un hidróxido; por lo tanto, de los hidrácidos resultan las sales haloideas o binarias, las cuales quedan formadas por un metal y un no metal. Ej.: cloruro de sodio, sulfuro de plata:

Hidrácido + Hidróxido à Sal haloidea o binaria + Agua

De los oxiácidos pueden formarse tres tipos de sales: oxisales neutras, ácidas y complejas.

Oxisales neutras: Se forman cuando se sustituyen totalmente los hidrógenos del ácido. Ej.: nitrato de sodio, sulfato de potasio.

Oxisales ácidas: Se obtienen cuando la sustitución de los hidrógenos es parcial.

Oxisales complejas: Resultan de la sustitución de los hidrógenos del ácido por dos o tres metales diferentes. Ej.: fosfato de calcio y potasio.

1.5 Mol

1.5.1 Concepto

1.5.2 Cálculo de masa molar

El mol (símbolo: mol) es la unidad con quese mide la cantidad de sustancia, una de las siete magnitudesfísicas fundamentalesdel Sistema Internacional de Unidades.Dada cualquier sustancia (elemento o compuesto químico) yconsiderando a la vez un cierto tipo de entidades elementalesque la componen, se define como un mol a la cantidad de esasustancia que contiene tantas entidades elementales del tipoconsiderado, como átomos hay en 12 gramos de carbono-12. Estadefinición no aclara a qué se refiere cantidad de sustancia ysu interpretación es motivo de debates,1 aunque normalmentese da por hecho que se refiere al número de entidades, comoparece confirmar la propuesta de que a partir del 2011 ladefinición se base directamente en el número de Avogadro (demodo similar a como se define el metro a partir de lavelocidad de la luz).2

El número de unidades elementales –átomos, moléculas, iones, electrones, radicales u otraspartículas o grupos específicos de éstas– existentes en unmol de sustancia es, por definición, una constante que nodepende del material ni del tipo de partícula considerado.

Esta cantidad es llamada número de Avogadro (NA)3 y equivalea:

3

La masa molar (símbolo M) de una sustancia dada es una propiedad física definida como su masa por unidad de cantidadde sustancia.1 Su unidad de medida en el SI es kilogramo por mol (kg/mol o kg·mol−1), sin embargo, por razones históricas,la masa molar es expresada casi siempre en gramos por mol (g/mol).

2. Agua

2.1 Composición del agua y estructura molecular

2.1.1 Polaridad y puentes de hidrógeno

------>>>> INFO MUY COMPLETA

1. Composición del agua y estructura molecular

*   Consiste en 2 átomos de hidrógeno y uno de oxígeno ycada átomo de hidrógeno está fijado al oxígeno con un enlace covalente sencillo.*    La longitud entre los dos núcleos de hidrógeno es muy pequeña y la molécula no es lineal, tiene forma de casi un tetraedro con un ángulo de 105° entre los H. *    Esta estructura la hace polar o sea que tiene muchacarga negativa acumulada en un extremo y poca carga negativa en el otro extremo o polo positivo.*   Tiene gran estabilidad ante el calor, sólo el 1% se descompone a temperaturas mayores de 1100°C.*   Si está pura no conduce la electricidad, pero si le agregamos un ácido o una base conduce fácilmente la corriente eléctrica.

Polaridad y puentes de Hidrógeno.

*    Polaridad. Es cuando una molécula presenta centros de carga opuestos pero separados y esta propiedad nos sirve para clasificar a los solventes orgánicos: A mayorpolaridad, mayor poder de disolución.

*   Puentes de Hidrógeno. No es un verdadero enlace sinouna atracción electrostática entre un protón y un par deelectrones de un átomo pequeño como: O, N u P y esto le da un comportamiento especial a la sustancia que lo presenta la cual es soluble en agua pues forma puentes de hidrógeno con la molécula de agua.

2. Propiedades físicas del agua: puntos de ebullición y de fusión, capacidad calorífica específica.

*   Punto de ebullición. Es la temperatura a la que el agua pasa de líquido a vapor y es de 100°C, a una presión de 760 mm de mercurio (nivel del mar).*   Punto de fusión. Es la temperatura a la que el agua pasa de líquido a sólido y es de 100°C, a una presión de760 mm de mercurio (niv!el del mar).*   Calor específico. Es la cantidad de calor requerido parelevar la temperatura de un gramo de agua en un gradocentígrado y es de 1 caloría.

3. Propiedades químicas del agua: tipo de enlace, capacidad (poder) disolvente del agua.

Tipo de enlace: El agua consta de dos átomos de hidrógeno, unidos a uno de oxígeno por un enlace covalente sencillo.

Capacidad disolvente: Debido a que el agua es una sustancia bastante polar, tiene un gran poder disolventesobre las sustancias polares (como la glucosa) pero no

sobre las no polares (como los lípidos).

4. Acidos y bases

Acido. Sustancia que en solución acuosa es capazde donar un protón.

Base. Sustancia que en solución acuosa es capaz deaceptar o recibir un protón.5. Soluciones.

Una solución es una mezcla homogénea, con componentes dedistribución uniforme, compuesta por soluto y solvente.

Concepto de soluto y disolvente.

Soluto. Es el componente que se disuelve dentro del disolvente y generalmente va en menor cantidad.Disolvente. Medio en el que se disuelve el soluto y generalmente es más abundante en la solución.

6. Contaminación del Agua.

Principales contaminantes: físicos, químicos y biológicos.

*   Aguas residuales y otros residuos que demandan oxígeno (en su mayor parte materia orgánica, cuya descomposición produce la desoxigenación del agua).*   Agentes infecciosos*   Nutrientes vegetales que pueden estimular el crecimiento de las plantas acuáticas. Éstas, a su vez, interfieren con los usos a los que se destina el agua y,al descomponerse, agotan el oxígeno disuelto y producen olores desagradables.*   Productos químicos, incluyendo los pesticidas,

diversos productos industriales, las sustancias tensoactivas contenidas en los detergentes, y los productos de la descomposición de otros compuestos orgánicos.*   Petróleo, especialmente el procedente de los vertidos accidentales.*   Minerales inorgánicos y compuestos químicos.*   Sedimentos formados por partículas del suelo y minerales arrastrados por las tormentas y escorrentías desde las tierras de cultivo, los suelos sin protección,las explotaciones mineras, las carreteras y los derribosurbanos.*   Sustancias radiactivas procedentes de los residuos producidos por la minería y el refinado del uranio y el tono, las centrales nucleares y el uso industrial, médico y científico de materiales radiactivos.*   El calor también puede ser considerado un contaminante cuando el vertido del agua empleada para larefrigeración de las fábricas y las centrales energéticas hace subir la temperatura del agua de la quese abastecen.

Fuentes generadoras: industrial, urbano y agrícola.

La contaminación urbana está formada por las aguas residuales de los hogares y los establecimientos comerciales. Durante muchos años, el principal objetivo de la eliminación de residuos urbanos fue tan sólo reducir su contenido en materias que demandan oxígeno, sólidos en suspensión, compuestos inorgánicos disueltos (en especial compuestos de fósforo y nitrógeno) y bacterias patógenas. En los últimos años, por el contrario, se ha hecho más hincapié en mejorar los medios de eliminación de los residuos sólidos producidospor los procesos de depuración. Los principales métodos de tratamiento de las aguas residuales urbanas tienen

tres fases: el tratamiento primario, que incluye la eliminación de arenillas, la filtración, el molido, la floculación (agregación de los sólidos) y la sedimentación; el tratamiento secundario, que implica laoxidación de la materia orgánica disuelta por medio de lodo biológicamente activo, que seguidamente es filtrado; y el tratamiento terciario, en el que se emplean métodos biológicos avanzados para la eliminacióndel nitrógeno, y métodos físicos y químicos, tales como la filtración granular y la adsorción por carbono activado. La manipulación y eliminación de los residuos sólidos representa entre un 25 y un 50% del capital y los costos operativos de una planta depuradora.

Las características de las aguas residuales industrialespueden diferir mucho tanto dentro corno entre las empresas. El impacto de los vertidos industriales depende no sólo de sus características comunes, como la demanda bioquímica de oxígeno, sino también de su contenido en sustancias orgánicas e inorgánicas específicas. Hay tres opciones (que no son mutuamente excluyentes) para controlar los vertidos industriales. El control puede tener lugar allí donde se generan dentío de la planta; las aguas pueden tratarse previamente y descargarse en el sistema de depuración urbana; o pueden depurarse por completo en la planta y ser reutilizadas o vertidas sin más en corrientes o masas de agua.

La agricultura, la ganadería comercial y las granjas avícolas, son la fuente de muchos contaminantes orgánicos e inorgánicos de las aguas superficiales y subterráneas. Estos contaminantes incluyen tanto sedimentos procedentes de la erosión de las tierras de cultivo como compuestos de fósforo y nitrógeno que, en parte, proceden de los residuos animales y los

fertilizantes comerciales. Los residuos animales tienen un alto contenido en nitrógeno, fósforo y materia consumidora de oxígeno, y a menudo albergan organismos patógenos. Los residuos de los criaderos industriales seeliminan en tierra por contención, por lo que el principal peligro que representan es el de la filtracióny las escorrentías. Las medidas de control pueden incluir el uso de depósitos de sedimentación para líquidos, el tratamiento biológico limitado en lagunas aeróbicas o anaeróbicas, y toda una serie de métodos adicionales.

7. Importancia y aplicaciones del agua para la humanidad.

*   El agua tiene muy diversos usos, simplemente es necesaria para el mantenimiento de la vida ya que los seres vivos tienen una importante composición porcentualen agua.*   El agua, es el termorregulador universal, los mares ayudan a conservar la temperatura de la tierra de forma que sea apropiada para la vida.*   También, el agua es un disolvente universal y vehículo de muchas sustancias orgánicas.*   Casi no hay actividades de la humanidad que no utilicen agua directa o indirectamente.

8. Uso responsable y preservación del agua.

El agua por ser un líquido vital, debe ser usada con prudencia y estrictamente para las necesidades.

EL AGUA

Es una sustancia abiótica la más importante de la tierra yuno de los más principales constituyentes del medio en quevivimos y de la materia viva. En estado liquidoaproximadamente un gran porcentaje de la superficie terrestreesta cubierta por agua que se distribuye por cuencas saladasy dulces, las primeras forman los océanos y mares; lago ylagunas, etc.; como gas constituyente La humedad atmosféricay en forma sólida la nieve o el hielo.

El agua constituye lo que llamamos hidrosfera y no tienelimites precisos con la Atmósfera y la litosfera porque secompenetran entre ella.

En definitiva, el agua es el principal fundamento de la vidavegetal y animal y por tanto, es el medio ideal para la vida,es por eso que las diversas formas de vida prosperan allídonde hay agua.

COMPOSICIÓN DEL AGUA

El agua es un líquido constituido por dos sustanciasgaseosas: oxigeno e hidrógeno, un volumen de oxigeno por 2 dehidrógeno; su fórmula química es el H2O.

La composición del agua la podemos comprobar efectuando laelectrólisis de dicha sustancia.

Electrólisis

Es un conjunto de fenómenos físicos y químicos que ocurrecuando pasa la corriente eléctrica a través de unelectrolito.

Electrólisis del agua

Se efectúa diluyendo en el agua, una gota de ácido sulfúricoo hidrógeno de sodio, descomponiéndose al paso de la

corriente eléctrica depositándose oxigeno en el ánodo ehidrógeno en el cátalo.

ESTADO NATURAL DEL AGUA

El agua en la naturaleza se encuentra en tres estadosfísicos: sólido líquido y gaseoso.

Estado sólido.- Se presenta como nieve, hielo granizo etc.Formando los nevados y los glaciares de la cordillera, esdecir, en las zonas mas frías de la tierra así por ejemplo lacordillera blanca del departamento de Ancash, el nevado deCoropuna en la región de arequipa.

Estado liquido.- Se encuentra formando los océanos, mares,lagos, lagunas, ríos y en forma dé lluvia, etc.

Estado gaseoso.- Este estado se encuentra en la atmósferacomo vapor del agua, en proporciones variables formando lasnieblas v las nubes.

Es importante tener encuentra que todas las aguas naturales,sean de río, de pozo, de mar, de manantiales, etc., sonimpuras porque contienen sustancias disueltas comoespecialmente sales y gases y también arrastran sustancias ens

Los puentes de hidrógeno son enlaces débiles que atraen moléculas de agua una con otra o con otros grupos.

Un efecto de la polaridad es la formación de puentes de hidrógeno, enlaces débiles entre átomos polarizados positiva y negativamente en diferentes moléculas. El agua es muy polar, y las moléculas de agua forman puentes de hidrógeno con muchas moléculas biológicas, dándoles, dando como resultado la solubilidad.Los puentes de hidrógeno generalmente se producen por la atracción electrostática entre átomos electronegativos (como el O o el N) y un átomo de hidrógeno está unido

covalentemente a un segundo átomo electronegativo (como el O o el N). Por ejemplo:

-O-H   O-H (agua - atracción del agua)-N-H   O=C- (en aun proteína)-O-H   O=C (entre el agua y el azúcar)

Los puentes de hidrógeno en los ejemplos de arriba, están indicados por lineas de puntos. No todas las valencias son mostradas2.2 Propiedades físicas: puntos de ebullición y de fusión,capacidad calorífica específica

Las propiedades del agua dependen de la polaridad de la molécula de agua y la posibilidad de sus moléculas para formar puentes de hidrógeno.1. Punto de fusión y ebullición: El agua tiene puntos de ebullición y de fusión más elevados que la mayoría de los líquidos. A nivel del mar, el punto de ebullición del agua es 100º C y el de fusión es 0º C.Recordemos que el punto de ebullición (p.e) de un líquido es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido se iguala a la presión atmosférica que se ejerce sobre dicho líquido. La presión que actúa sobre un líquido influye significativamente sobre su punto de ebullición. El agua hierve (ebulle) a 100 ºCsi está sometida a una presión de 1 atmósfera, sin embargo, si la presión disminuye hasta 0,06 atmósferas, la ebullición se produce a 0 ºC. Es por eso que en lugares cada vez más altos, donde la presión es cada vez menor, el agua puede ebullir a temperaturas menores a 100 ºC.Los elevados puntos de ebullición y fusión del agua se deben a que la molécula esaltamente polar y que sus estados líquido y sólido las moléculas de agua se asocian fuertemente mediante puentes de hidrógeno.

Si se calienta una masa de hielo, su temperatura aumenta gradualmente hasta que alcanza 0°C en que el hielo comienza a fundirse. Durante la fusión, la temperatura permanece constante (punto de fusión) porque el calor absorbido por la masa se emplea en vencer las fuerzas de atracción entre las moléculas de agua del hielo. Una vez que la masa se ha fundido totalmente, el calor absorbido aumenta la energía cinética de las moléculas de agua y la temperatura aumenta hasta llegar a 100°C, donde comienza la ebullición. Durante ésta la temperatura

permanece constante (punto de ebullición) porque el calor se está empleando para superar las fuerzas de atracción entre las moléculas al estado líquido. Cuando las moléculas están en fase vapor, la temperatura aumenta de nuevo.En la figura se puede observar, que la primera parte de la curva que es paralela al eje del tiempo y que corresponde a la coexistencia de hielo-agua a 0°C, es máspequeña que la correspondiente parte que corresponde al paso de agua-vapor.2. Densidad: Es otra propiedad que permite identificar una sustancia. Para conocer su valor se debe tener la masa y el volumen. La densidad del agua a 4º C es 1g / mL.Durante el proceso de enfriamiento del agua desde los 100 ºC, se produce una contracción de volumen (aumenta la densidad) hasta llegar a la temperatura de 3,98 ºC (casi 4 ºC) en que alcanza su máxima contracción (máxima densidad), ya que al continuar enfriando, vuelve a dilatar su volumen (disminuye su densidad) hasta que se solidifica. El paso de agua líquida al hielo (a 0 ºC) va acompañado de un aumento considerable de volumen, disminuyendo significativamente su densidad. Debido a lo anterior, el hielo flota en el agua y produce importantísimos fenómenos mecánicos de rotura y disgregación de las rocas.Además, el agua tiene otra propiedad importante: puede mantenerse muchos grados bajo cero sin solidificarse. Al contrario de los que sucede en la mayoría de los

líquidos (que no se dilatan al molificarse).3. Tensión superficial: Las moléculas en la superficie de un líquido se comporta en forma diferente a las que se encuentran en su interior. Estas últimas interactúancon otras moléculas en todo su entorno, en cambio, las de la superficie del líquido sólo son afectadas por las moléculas que se encuentran debajo y a los lados. Esto produce una fuerza de atracción neta hacia el interior sobre las moléculas de la superficie, contrayendo la superficie y produciendo un efecto como si fuera una membrana elástica.La tensión superficial es la energía requerida para expandir una superficie líquida y es más alta para los líquidos que poseen atracciones intermoleculares fuertes. La tensión superficial es alta debido a la polaridad de sus moléculas y al gran número de puentes de hidrógeno que aumentan la cohesión de las moléculas entre sí. Precisamente las gotas de agua son esféricas debido a su elevada tensión superficial. Por esta misma razón, el agua es capaz de mantener sobre ella pequeños objetos que tienen mayor densidad.

Pincha sobre el video donde se aprecia la tensión superficial del agua.

4. El agua posee una alta capacidad calorífica: Cuando se calienta un material, aumenta su temperatura, pero la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura es

diferente en cada sustancia: algunos materiales necesitan mucha energía térmica para elevar su temperatura y otros menos. Para medir esta propiedad en las sustancias se utiliza una magnitud llamada Capacidad Calorífica Específica y se define como el calor necesario para elevar la temperatura de un gramo de una sustancia en un grado Celsius. Cada sustancia tiene una capacidad calorífica diferente.La capacidad calorífica del agua es muy alta lo que se debe a sus enlaces por puente de hidrógeno. Esta característica del agua se manifiesta en que es precisotransferir más energía térmica para fundir el hielo, calentar y vaporizar agua, que para hacer lo mismo con casi cualquier otra sustancia.

2.3 Propiedades químicas: tipo de enlace, capacidad (poder) disolvente del agua

La molécula (la, es decir UNA) presenta enlaces covalentessimples entre las partículas que la constituyen, estos sonlos enlaces intramoleculares (en el interior de la molécula).Las moléculas de agua (las, es decir MUCHAS) presentanenlaces de tipo puente de hidrógeno(enlacesintermoleculares), lo que le confiere a la sustanciaspropiedades particulares. Este enlace, favorece laorientación de las cargas por lo que se forman los llamadosdipolos (zonas de carga electrica) permanentes. La moléculade agua es definitivamente polar debido a la diferencia deelectronegatividad que presentan las particulas que lacomponen.

1. Acción disolventeEl agua es el líquido que más sustancias disuelve, por esodecimos que es el disolvente universal. Esta propiedad, talvez la más importante para la vida, se debe a su capacidadpara formar puentes de hidrógeno con otras sustancias quepueden presentar grupos polares o con carga iónica(alcoholes, azúcares con grupos R-OH, aminoácidos y proteínascon grupos que presentan cargas+ y - , lo que da lugara disoluciones moleculares Fig. 2. También las moléculas de

agua pueden disolver a sustancias salinas que se disocianformando disoluciones iónicas.(Fig.1)

Figura 2

 En el caso de las disoluciones iónicas (fig. 1) los iones delas sales son atraídos por los dipolos del agua, quedando"atrapados" y recubiertos de moléculas de agua en formade iones hidratados o solvatados.La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones:1.     Medio donde ocurren las reacciones del metabolismo2.     Sistemas de transporte

2.4 Ácidos y bases

2.4.1 Clasificación por su conductividad: fuertes y débiles

2.4.2 Diferenciación de las sustancias de acuerdo con su pH

2.4.3 Indicadores y pH

La definición de ácidos y bases ha ido modificándose con el tiempo. Alprincipio Arrhenius fue quien clasifico a los ácidos como aquellas sustancias que son capaces de liberar protones (H+) y a las bases comoaquellas sustancias que pueden liberar iones OH-.  Esta teoría tenía algunas limitaciones ya que algunas sustancias podían comportarse comobases sin tener en su molécula el ion OH-. Por ejemplo el NH3. Aparte

para Arrhenius solo existía el medio acuoso y hoy es sabido que en medios distintos también existen reacciones ácido-base.Brönsted y Lowry posteriormente propusieron otra teoría en la cual los ácidos y bases actúan como pares conjugados. Ácido es aquella sustancia capaz de aportar protones y base aquella sustancia capaz de captarlos. No tiene presente en su definición al ion OH-.Simbólicamente:AH  +  H2O   —->   A- +  H3O+

El AH es el ácido, (ácido 1) de su base conjugada A- (base 1) y el agua (base 2) es la base de su ácido conjugado H3O+ (ácido 2).El pH, abreviatura de Potencial Hidrógeno, es un parámetro muy usado en química para medir el grado de acidez o alcalinidad de las sustancias. Esto tiene enorme importancia en muchos procesos tanto químicos como biológicos. Es un factor clave para que muchas reacciones se hagan o no. Por ejemplo en biología las enzimas responsables de reacciones bioquímicas tienen una actividadmáxima bajocierto rango de pH. Fuera de ese rango decae mucho su actividad catalítica. Nuestra sangre tiene un pH entre 7,35 y 7,45.Apenas fuera de ese rango están comprometidas nuestras funciones vitales. En los alimentos el pH es un marcador del buen o mal estado de este. Por lo expuesto el pH tiene enormes aplicaciones.La escala del pH va desde 0 hasta 14. Los valores menores que 7 indican el rango de acidez y los mayores que 7 el de alcalinidad o basicidad. El valor 7 se considera neutro. Matemáticamente el pH es ellogaritmo negativo de la concentración molar de los iones hidrogeno o protones (H+) o iones hidronio (H3O).

pH = -log [H+]  o  pH = -log [H3O]

OTRA INFO

Teoria de Ácidos y Bases

Teoría de Arrhenius.

* Ácido. Es toda sustancia que en solución acuosa produce iones hidrógeno (protones).

* Base. Sustancia que en solución acuosa produce iones OH (hidróxido). Y si se combina un ácido con una base, produce sal y agua.

Teoría de Lewis.

* Ácido. Sustancia que acepta un par de electrones y se llamaelectrófilo.

* Base. Sustancia que cede un par de electrones y se llama nucleófilo.

Teoría de Brönsted - Lowry.

Establecieron que en una reacción redox hay transferencia de protones (Teoría del intercambio protónico).

* Ácido. Es un ion que cede un protón.

* Base. Es un ion que acepta un protón.

Clasificación por su conductividad.

Fuertes y Débiles.

* Ácido fuerte: Sustancia que en solución acuosa pierde fácilmente su protón.

* Ácido débil: Sustancia que en solución acuosa pierde con dificultad su protón, no se disocia fácilmente.

* Base fuerte: Aquella que en solución acuosa se disocia fácilmente.

* Base débil: Aquella que en solución acuosa no se disocia fácilmente.

Un indicador de pH es una sustancia que permite medir el pH de unmedio. Habitualmente, se utilizan como indicador de las sustanciasquímicas que cambian su color al cambiar el pH de la disolución. Elcambio de color se debe a un cambio estructural inducido porla protonación o desprotonación de la especie. Los indicadores Ácido-base tienen un intervalo de viraje de una unidad arriba y otra abajode pH, en la que cambian la disolución en la que se encuentran de uncolor a otro, o de una disolución incolora, a una coloreada.

Los más conocidos son el naranja de metilo, que vira en el intervalode pH 3,1 - 4,4, de color rojo a naranja, y lafenolftaleína, que varíadesde un pH 8 hasta un pH 10, transformando disoluciones incoloras endisoluciones con colores rosados / violetas. Además se pueden usarindicadores caseros como la disolución resultante de hervir con aguacollombarda (repollo colorado), pétalos de rosa roja, raícesde cúrcuma a partir de las cuales se obtiene curcumina, y otros(entrelos cuales podemos destacar a la col morada y la piel de ciruela, queson usadas por algunas culturas indígenas).

Los indicadores de pH tienen una constante de protonación,  , queinforma sobre el desplazamiento de la reacción de protonación de laforma básica del indicador.

Se dice que el cambio de color de un indicador es apreciable cuandola concentración de la forma ácida o de la forma básica es superior oigual a 10 veces la concentración de la forma básica o la forma ácidarespectivamente.

2.5 Soluciones o disoluciones

2.5.1 Concepto de soluto y disolvente

Una solución (o disolución) es una mezcla de dos o más componentes, perfectamente homogénea ya que cada componente

se mezcla íntimamente con el otro, de modo tal que pierden sus características individuales. Esto último significa que los constituyentes son indistinguibles y el conjunto se presenta en una sola fase (sólida, líquida o gas) bien definida.

Una solución que contiene agua como solvente se llama solución acuosa.

Si se analiza una muestra de alguna solución puede apreciarseque en cualquier parte de ella su composición es constante.

Entonces, reiterando, llamaremos solución o disolución a lasmezclas homogéneas que se encuentran en fase líquida. Es decir, las mezclas homogéneas que se presentan en fase sólida, como las aleaciones (acero, bronce, latón) o las quese hallan en fase gaseosa (aire, humo, etc.) no se les conocecomo disoluciones.

Las mezclas de gases, tales como la atmósfera, a veces también se consideran como soluciones.

Las soluciones son distintas de los coloides y de las suspensiones en que las partículas del soluto son de tamaño molecular y están dispersas uniformemente entre las moléculasdel solvente.

Las sales, los ácidos, y las bases se ionizan cuando se disuelven en el agua

Características de las soluciones (o disoluciones):

I) Sus componente no pueden separarse por métodos físicos simples como decantación, filtración, centrifugación, etc.

II) Sus componentes sólo pueden separase por destilación, cristalización, cromatografía.

III) Los componentes de una solución son soluto y solvente.

soluto es aquel componente que se encuentra en menor cantidady es el que se disuelve. El soluto puede ser sólido, líquidoo gas, como ocurre en las bebidas gaseosas, donde el dióxido de carbono se utiliza como gasificante de las bebidas. El azúcar se puede utilizar como un soluto disuelto en líquidos (agua).

solvente es aquel componente que se encuentra en mayor cantidad y es el medio que disuelve al soluto. El solvente es aquella fase en que se encuentra la solución. Aunque un solvente puede ser un gas, líquido o sólido, el solvente más común es el agua. (Ver: El agua como solvente).

IV) En una disolución, tanto el soluto como el solvente interactúan a nivel de sus componentes más pequeños (moléculas, iones). Esto explica el carácter homogéneo de lassoluciones y la imposibilidad de separar sus componentes por métodos mecánicos.

Mayor o menor concentración

Ya dijimos que las disoluciones son mezclas de dos o más sustancias, por lo tanto se pueden mezclar agregando distintas cantidades: Para saber exactamente la cantidad de soluto y de solvente de una disolución se utiliza una magnitud denominada concentración.

Dependiendo de su concentración, las disoluciones se clasifican en diluidas, concentradas, saturadas, sobresaturadas.

Diluidas: si la cantidad de soluto respecto del solvente es pequeña. Ejemplo: una solución de 1 gramo de sal de mesa en 100 gramos de agua.

Concentradas: si la proporción de soluto con respecto del solvente es grande. Ejemplo: una disolución de 25 gramos de sal de mesa en 100 gramos de agua.

Saturadas: se dice que una disolución está saturada a una determinada temperatura cuando no admite más cantidad de soluto disuelto. Ejemplo: 36 gramos de sal de mesa en 100 gramos de agua a 20º C.

Si intentamos disolver 38 gramos de sal en 100 gramos de agua, sólo se disolvería 36 gramos y los 2 gramos restantes permanecerán en el fondo del vaso sin disolverse.

Sobresaturadas: disolución que contiene mayor cantidad de soluto que la permitida a una temperatura determinada. La sobresaturación se produce por enfriamientos rápidos o por descompresiones bruscas. Ejemplo: al sacar el corcho a una botella de refresco gaseoso

Modo de expresar las concentraciones

Ya sabemos que la concentración de las soluciones es la cantidad de soluto contenido en una cantidad determinada de solvente o solución. También debemos aclarar que los términosdiluida o concentrada expresan concentraciones relativas.

Las unidades de concentración en que se expresa una solución o disolución pueden clasificarse en unidades físicas y en unidades químicas.

2.6 Contaminación del agua

2.6.1 Principales contaminantes: físicos, químicos y biológicos

2.6.2 Fuentes generadoras: industrial, urbana y agrícola

Los principales contaminantes del agua son los siguientes:

Biológicos

Aguas residuales, con restos orgánicos y fecales de procedencia

urbana.

Agentes infecciosos, protozoos o bacterias que pueden causar

enfermedades.

Restos vegetales que pueden provocar un mayor crecimiento de

plantas acuáticas, que a su vez, interfieren con los usos a los que

se destina el agua y, al descomponerse, agotan el oxígeno

disuelto produciendo olores desagradables.

Químicos

Residuos tanto de pesticidas como fertilizantes de la agricultura y

ganadería, como nitratos y fosfatos, muy contaminantes en aguas

subterráneas.

Productos químicos, diferentes sustancias de origen industrial,

detergentes que contienen sustancias tensoactivas y los productos

de la descomposición de otros compuestos orgánicos.

Petróleo y derivados, sobre todo a causa de los vertidos

accidentales

Físicos

Sedimentos formados por partículas del suelo arrastrados por la

lluvia desde las tierras de cultivo, las explotaciones mineras,

carreteras, etc.

Sustancias radiactivas: Residuos producidos por la minería sobre

todo del uranio y el torio, las centrales nucleares y procedentes

del uso industrial, médico y científico de elementos radiactivos.

El calor se considera un contaminante ya que el vertido del agua

usada en la refrigeración de las fábricas y las centrales

energéticas hace subir la temperatura del agua donde es vertida,

estimulando el crecimiento de organismos acuáticos y pudiendo

causar la eutrofización de la zona.

3. Aire

3.1 ¿Qué es el aire?

1. ¿Qué es el aire?

Es una mezcla homogénea que se compone de los elementos que se citan en el siguiente apartado.

2. Composición porcentual del aire.

La atmósfera terrestre está constituida principalmente

por nitrógeno (78%) y oxígeno (21%). El 1% restante lo forman el argón (0,9%), el dióxido de carbono (0,03%), distintas proporciones de vapor de agua, y trazas de hidrógeno, ozono, metano, monóxido de carbono, helio, neón, kriptón y xenón.

3. Reacciones de oxígeno.

*   Reacciones de combustión.La combustión es un proceso de oxidación rápida de una sustancia, acompañado de un aumento de calor y frecuentemente de luz. En el caso de los combustibles comunes, el proceso consiste en una combinación química con el oxígeno de la atmósfera que lleva a la formación de dióxido de carbono, monóxido de carbono y agua, juntocon otros productos como dióxido de azufre, que procedende los componentes menores del combustible.

EJEMPLO DE COMBUSTIÓN:

C4H10 + 02 ⇒ CO 2 + H20 + Energía

*   Formación de óxidos básicos.Se forman al combinar oxígeno con un metal

*    Formación de óxidos ácidos.Se forman al combinar un no metal con oxígeno como: Nitrógeno para formar: Óxido Nitroso que es un neurotransmisor que produce vasodilatación.Carbono para formar: Anhídrido carbónico o dióxido de carbono.

4. Reacciones de óxido - reducción.

Es una reacción química correspondiente a la acción de un cuerpo oxidante sobre un cuerpo reductor, que da

lugar a la reducción del oxidante y a la oxidación del reductor.

La oxidación de un cuerpo corresponde a una pérdida de electrones y la reducción corresponde a una ganancia de electrones. Un oxidante es una sustancia susceptible de captar uno o varios electrones; un reductor cede fácilmente uno o varios electrones.

5. Contaminantes del aire.

Los principales contaminantes del aire: CONTAMINANTE PRINCIPALES FUENTES

Monóxido de carbono (CO) Vehículos de motor

Dióxido de azufre (SO2) Plantas de ácido sulfúrico

Partículas en suspensión Vehículos de motor

Plomo (Pb) Vehículos de motor

Hidrocarburos no metánicos Vehículos de motor

Dióxido de carbono (CO2) Todas las fuentes decombustión

Ciclo del oxígeno.

El oxígeno es un componente muy importante del aire y que serequiere para mantener la vida.

El oxígeno participa en muchas reacciones fundamentales parasostener la vida, es el aceptor final de los electrones en lacadena respiratoria que es la máxima suministradora deenergía en los organismos aerobios (son los que consumenoxígeno).

La fotosíntesis es el proceso fundamental por el que losvegetales producen su propio alimento (es decir sonautótrofos). Para poder llevar a cabo la fotosíntesis, loscloroplastos (en las plantas verdes), captan bióxido decarbono (que contiene oxigeno y carbono) del medio ambiente,agua, y finalmente, utilizando enzimas y la energíaluminosa,producen: oxígeno y glucosa.

El oxígeno producido en la fotosíntesis sale en forma de gasy es el que se encuentra en el aire. Es introducido por todoslos organismos aerobios, donde entra en la cadenarespiratoria como aceptor final de electrones para formaragua que es llamada agua de oxidación y es eliminada por losseres vivos en el sudor, la orina, las lágrimas etc. Elbióxido de carbono (que también contiene oxígeno), esproducto de reacciones catabólicas aerobias y es expulsadopor los organismos aerobios y reciclado por las plantas de laforma antes vista.

Este oxígeno que se encuentra en el aire, también esutilizado por el hombre en sus reacciones de combustión, quecomo se había visto anteriormente, producen bióxido decarbono que también se recicla en la fotosíntesis.

De esta forma existe una circulación constante de oxígeno yuna especie de simbiosis entre los organismos que respiranoxígeno y las plantas, donde los organismos aerobios utilizanel oxígeno de las plantas para su metabolismo y producenbióxido de carbono que es aprovechado por las plantas paraproducir oxígeno y nutrientes.

Ciclo del nitrógeno.

Proceso cíclico natural en el curso del cual el nitrógeno seincorpora al suelo y pasa a formar parte de los organismosvivos antes de regresara la atmósfera. El nitrógeno, unaparte esencial de los aminoácidos, es un elemento básico de

la vida. Se encuentra en una proporción del 79% en laatmósfera, pero el nitrógeno gaseoso debe ser transformado enuna forma químicamente utilizable antes de poder ser usadopor los organismos vivos. Esto se logra a través del ciclodel nitrógeno, en el que el nitrógeno gaseoso es transformadoen amoníaco o nitratos. La energía aportada por los rayossolares y la radiación cósmica sirven para combinar elnitrógeno y el oxígeno gaseosos en nitratos, que sonarrastrados a la superficie terrestre por lasprecipitaciones. La fijación biológica, responsable de lamayor parte del proceso de conversión del nitrógeno, seproduce por la acción de bacterias libres fijadoras delnitrógeno, bacterias simbióticas que viven en las raíces delas plantas (sobre todo leguminosas y alisos), algasverdeazuladas, ciertos líquenes y epifitas de los bosquestropicales.

El nitrógeno fijado en forma de amoníaco y nitratos esabsorbido directamente por las plantas e incorporado a sustejidos en forma de proteínas vegetales. Después, elnitrógeno recorre la cadena alimentaria desde las plantas alos herbívoros, y de estos a los carnívoros. Cuando lasplantas y los animales mueren, los compuestos nitrogenados sedescomponen produciendo amoníaco, un proceso llamadoamonificación. Parte de este amoníaco es recuperado por lasplantas; el resto se disuelve en el agua o permanece en elsuelo, donde los microorganismos lo convierten en nitratos onitritos en un proceso llamado nitrificación. Los nitratospueden almacenarse en el humus en descomposición odesaparecer del suelo por lixiviación, siendo arrastrado alos arroyos y los lagos. Otra posibilidad es convertirse ennitrógeno mediante la desnitrificación y volver a laatmósfera.

En los sistemas naturales, el nitrógeno que se pierde pordesnitrificación, lixiviación, erosión y procesos similareses reemplazado por el proceso de fijación y otras fuentes denitrógeno. La interferencia antrópica (humana) en el ciclodel nitrógeno puede, no obstante, hacer que haya menosnitrógeno en el ciclo, o que se produzca una sobrecarga en elsistema. Por ejemplo, os cultivos intensivos, su recogida yla tala de bosques han causado un descenso del contenido denitrógeno en el suelo (algunas de las pérdidas en losterritorios agrícolas sólo pueden restituirse por medio defertilizantes nitrogenados artificiales, que suponen un grangasto energético). Por otra parte, la lixiviación delnitrógeno de las tierras de cultivo demasiado fertilizadas,la tala indiscriminada de bosques, los residuos animales ylas aguas residuales han añadido demasiado nitrógeno a losecosistemas acuáticos, produciendo un descenso en la calidaddel agua y estimulando un crecimiento excesivo de las algas.Además, el dióxido de nitrógeno vertido en la atmósfera porlos escapes de los automóviles y las centrales térmicas sedescompone y reacciona con otros contaminantes atmosféricosdando origen al smog fotoquímico.

Ciclo del carbono.

Por él, la energía fluye a través del ecosistema terrestre.El ciclo básico comienza cuando las plantas, a través de afotosíntesis, hacen uso del dióxido de carbono (CO2) presenteen la atmósfera o disuelto en el agua. Parte de este carbonopasa a formar parte de los tejidos vegetales en forma dehidratos de carbono, grasas y proteínas; el resto es devueltoa la atmósfera o al agua mediante la respiración. Así, elcarbono pasa a los herbívoros que comen las plantas y de esemodo utilizan, reorganizan y degradan los compuestos decarbono. Gran parte de éste es liberado en forma de CO2 porla respiración, como producto secundario del metabolismo,

pero parte se almacena en los tejidos animales y pasa a loscarnívoros, que se alimentan de los herbívoros. En últimainstancia, todos los compuestos del carbono se degradan pordescomposición, y el carbono es liberado en forma de CO2, quees utilizado de nuevo por las plantas.

La combustión de carbón, petróleo y gasolina es el origen de buena parte de los contaminantes atmosféricos. Más de un 80% del dióxido de azufre, un 50% de los óxidos de nitrógeno, y de un 30 a un 40% de las partículas en suspensión emitidos a la atmósfera en Estados Unidos proceden de las centrales eléctricas que queman, combustibles fósiles, las calderas industriales y las calefacciones. Un 80% del monóxido de carbono y un 40% de los óxidos de nitrógeno e hidrocarburos emitidos proceden de la combustión de la gasolina y el gasóleo en los motores de los coches y camiones. Otras importantes fuentes de contaminación son la siderurgia y las acerías, las fundiciones de cinc, plomo y cobre, las incineradoras municipales, las refinerías de petróleo, las fábricas de cemento y las fábricas de ácido nítrico y sulfúrico.

Entre los materiales que participan en un proceso químico o de combustión puede haber ya contaminantes (como el plomo de la gasolina), o éstos pueden aparecer como resultado del propio proceso. El monóxido de carbono, por ejemplo, es un producto típico de los motores de explosión. Los métodos de control de la contaminación atmosférica incluyen la eliminación del producto peligroso antes de su uso, la eliminación del contaminante una vez formado, o la alteracióndel proceso para que no produzca el contaminante o lo haga encantidades inapreciables.

Los contaminantes producidos por los automóviles pueden controlarse consiguiendo una combustión lo más completa posible de la gasolina, haciendo circular de nuevo los gases

del depósito, el carburador y el cárter, y convirtiendo los gases de escape en productos inocuos por, medio de catalizadores. Las partículas emitidas por las industrias pueden eliminarse por medio de ciclones, precipitadores electrostáticos y filtros. Los gases contaminantes pueden almacenarse en líquidos o sólidos, o incinerarse para producir sustancias inocuas.

Inversión térmica.

Se define como un aumento de la temperatura con la altitud enuna capa de la atmósfera. Como la temperatura suele descendercon la altitud hasta el nivel de los 8 a 16 km de la tropósfera a razón de aproximadamente 6.5 °C/km, el aumento de la temperatura con la altitud se conoce como inversión delperfil de temperatura normal. Sin embargo, se trata de una característica común de ciertas capas de la atmósfera. Las inversiones térmicas actúan como tapaderas que frenan los movimientos ascendentes de la atmósfera. En efecto, el aire no puede elevarse en una zona de inversión, puesto que es másfrío y, por tanto, más denso en la zona inferior.

Lluvia ácida.

Es la precipitación, normalmente en forma de lluvia, pero también en forma de nieve o niebla, que presenta un pH del agua inferior a 5.65. Ésta implica la deposición de sustancias desde la atmósfera durante la precipitación. Las sustancias acidificantes pueden presentar un carácter directamente ácido o pueden adquirir dicha condición por transformación química.

Mecanismos deformación y efectos.

La mayor parte de las sustancias acidificantes vertidas al aire son el dióxido de azufre y los óxidos de nitrógeno. Se comenta aquí, como ejemplo, la ruta de acidificación del

azufre: una gran parte del dióxido de azufre es oxidado a trióxido de azufre, que es muy inestable y pasa rápidamente aácido sulfúrico. La oxidación catalítica del dióxido de azufre es también rápida. Se cree que en las gotas de agua seproduce la oxidación implicando oxígeno molecular y, como catalizadores, sales de hierro y manganeso procedentes de la combustión del carbón. Además, puede producirse oxidación fotoquímica por la acción del ozono. En cualquier caso, la consecuencia es la formación de niebla con alto contenido en ácido sulfúrico.

Los carbohidratos que también son llamados “Glúcidos” (palabra que significa azúcar), son moléculas que están compuestas por carbono, hidrógeno y oxigeno.

Las formas más primarias, apreciables o comunes son: Glucosa,Glucógeno y Almidón, que son las formas en que se almacena esta energía.

Ejemplo de carbohidratos:

Azúcar, sacarosa o azúcar es la forma más apreciable de los carbohidratos, su composición es C12H22O11. Obtenida principalmente de la caña o de la remolacha.

Glucógeno, se encuentra en los tejidos musculares principalmente en el hígado.

Almidón es una sustancia, que se encuentra principalmente enlas semillas como el maíz, trigo, arroz, papa, mandioca, etc.

Las principales formas de consumo de Carbohidratos son:

Pastas

Pan

Tortillas

Azúcar

Tubérculos

Suelen clasificarse de esta forma los carbohidratos:

Monosacáridos. Son aquellos carbohidratos incapaces de hidrolizarse (descomponerse enzimáticamente) en carbohidratosmás simples. Pueden subdividirse en:

-triosas,

-tetrosas,

-pentosas,

-hexosas,

-heptosas u octosas según la cantidad de átomos de carbono que poseen, y como aldosas o cetosas por la presencia del grupo aldehído o del grupo cetona.

Disacáridos: Al hidrolizarse, dan lugar a dos moléculas de monosacárido. Los ejemplos son: La maltosa, que da origen a dos moléculas de glucosa y la sacarosa (azúcar de mesa) que da lugar a una molécula de glucosa y una de fructosa.

Oligosacáridos. Al hidrolizarse, producen de 2 a 10 unidades de monosacárido.

Polisacáridos. Al hidrolizarse, producen más de 10 moléculas de monosacárido. Los almidones y la celulosa corresponden a ejemplos de polisacáridos.

Fuente de energía de disponibilidad inmediata.

Los carbohidratos son la principal fuente de energía en los seres humanos. En condiciones normales, aportan el 60% de laenergía diaria.

La glucosa se oxida para obtener energía muy rápido en una vía metabólica llamada glucólisis que constituye un "eje central" del metabolismo ya que su metabolismo se traslapa con el metabolismo de los lípidos y las proteínas que son losotros nutrientes necesarios para el hombre.

También son llamados grasas y se dividen en 2 grandes grupos:los saponificables (reaccionan con sosa formando jabón) y losno saponificables (no reaccionan con sosa formando jabón). Solo se mencionará de cada división los más importantes.

Saponificables:

* Triacilglicéridos. Son los más comunes de este tipo, y son ésteres de una molécula de glicerol (polialcohol con 3 grupos OH). Los ésteres se forman con 1, 2 ó 3 ácidos carboxílicos, los ácidos carboxílicos, son moléculas que presentan un grupo COOH (carboxilo) de ahí su nombre y puedenser: saturados (No tienen dobles ligaduras) no saturados (Tienen dobles ligaduras). También se les llama grasa neutra,porque el glicerol neutraliza el efecto ácido del protón del grupo carboxilo del ácido carboxílico. Los triacilglicéridos,se encuentran formando la mayor parte del tejido adiposo, asícomo los aceites vegetales, en general, casi todas las grasasson de este tipo.

No-Saponificables:

* Esteroides. Son moléculas que contienen un triple anillo proveniente del ciclopentanoperhidrofenantreno, la más conocida es el colesterol por el daño que produce en la ateroesclerosis. Además del colesterol otra molécula esteroidea muy conocida es la Vitamina D.

Almacen de energía.

En condiciones de ayuno o por ejemplo diabetes, donde los carbohidratos no están siendo utilizados como fuente principal de energía, se utilizan lípidos que se encuentran almacenados en el tejido adiposo del ser humano, en forma de triacilgliceroles, esto es muy importante ya que los lípidos rinden mucha energía al oxidarse.

El mecanismo de almacenamiento de los lípidos es la esterificación, es decir formar triacilgliceroles a partir deácidos grasos y glicerol.

Cuando el organismo necesita energía, ya sea por la situaciónde ayuno o por situaciones de estrés, debe liberar los lípidos a la sangre para que sean utilizados por los tejidos competentes para su oxidación.

Son moléculas de alto peso, formadas por largas cadenas de aminoácidos, que desempeñan importantes funciones en el organismo, todas las funciones en relación con su estructura.

Funciones de las proteínas

•    Estructurales. Se encuentran en tejido de soporte, en pelo, uñas (Ej: Hueso en Humanos, el exoesqueleto de algunos insectos).•    Contráctiles. Aquí las más estudiadas son la actinay la miosina, que le dan movimiento a los músculos, permitiendo su contracción.•    Inmunidad y Defensa. En este grupo se incluyen las inmunoglobulinas (Ig) que son anticuerpos específicos. También se encuentran el fibrinógeno y la fibrina que actúan durante la coagulación.•    Hormonas. Son mensajeros químicos sintetizados en

diversas glándulas (hipófisis, páncreas, gónadas, etc). Ej. Insulina (Sintetizada en el páncreas) y Vasopresina (También llamada antidiurética, sintetizada en la hipófisis).•    Transporte. Son las que transportan algún nutrienteo elemento de un lugar a otro. Ej: Albúmina que transporta varios grupos químicos y hemoglobina que transporta oxígeno.•    Enzimas. Son catalizadores biológicos.

Grupos funcionales presentes en las proteínas.

Las proteínas están formadas por aminoácidos, son 21 aminoácidos utilizados por el hombre y contienen grupos amino (NH3) y grupos carboxilo (COOH), estos grupos, se comportan como ácidos y donan su protón a un determinadopH en solución acuosa. El pH al que donan su protón depende del aminoácido en cuestión.

Enlace peptídico.

Es fundamental para la formación de los péptidos y proteínas y consiste en la unión de dos aminoácidos "cabeza con cola", es decir el grupo amino de un aminoácido se une con el carboxilo de otro y así sucesivamente hasta formar grandes cadenas polipeptídicas y proteínicas.

Enzimas: Catalizadores biológicos.

Las enzimas funcionan como catalizadores biológicos, esto quiere decir que intervienen en las reacciones

bioquímicas para acelerar su velocidad, ya que de forma espontánea, tardarían muchos años en realizarse. Hay muchos tipos de enzimas y complejos enzimáticos presentes en las células.

Hidrolasas. Rompen un enlace en una molécula, utilizandoagua. Por ejemplo una lipasa es una hidrolasa que rompe el enlace éster en los triacilglicéridos para obtener ácidos grasos y glicerol.

Isomerasas. Un isómero es una molécula que tiene la misma fórmula que otra molécula pero difieren en configuración espacial. De esta manera una ¡sornerasa cambia la configuración espacial de las moléculas sin cambiar su fórmula original.

Liasa. Rompe un enlace sin utilizar agua.

Oxidorreductasas. Son enzimas que transfieren hidrógeno,oxígeno o electrones.

Transferasas. Transfieren grupos funcionales.

Ligasas o sintetasas. Condensan dos moléculas para formar una molécula más estable.

Las enzimas no deben estar trabajando constantemente, yaque si no, el catabolismo sería excesivo y por lo tanto no habría suficientes sustratos para las reacciones bioquímicas o a la inversa, las síntesis o anabolismo serían excesivas y se saturaría el organismo de un mismosustrato. Por esta razón, las enzimas necesitan una

regulación. Para regularse las enzimas tienen dos principales tipos de regulación (hay que notar que hay enzimas que tienen los dos de regulación y hay otras quesólo tienen un tipo):

1. Regulación por competencia. Una enzima está hecha para un determinado sustrato original, pero si existe unsustrato muy parecido al'original, le hace la 'competencia" y "confunde" a la enzima. De esta manera la enzima toma al sustrato parecido y no al original y queda inhibida por competencia.

2. Regulación alostérica. La enzima cuenta con un sitio llamado sitio alostérico, diseñado para que un inhibidoralostérico se le una. Cuando el inhibidor alostérico entra al sitio alosérico, cambia a configuración de la enzima mientras estén unidos y la enzima queda inhibida alostéricamente.

Hay otro tipo de regulación llamada regulación por ruptura covalente, donde las enzimas quedan destruidas ypor tanto no funcionales.

Las vitaminas y los minerales son nutrientes necesarios en cantidades muypequeñas para algunas funciones metabólicas de gran importancia para la salud. Varias enfermedades causadas por deficiencias de vitaminas, como el escorbuto, se han reconocido desde la antigüedad, pero las estructurasquímicas de muchas de las vitaminas solamente se descubrieron en el sigloXX a través de estudios sistemáticos de nutrición. En 1913 se reconoció la importancia de la vitamina A para la visión, y en 1932, se determinó que la vitamina C es necesaria para prevenir el escorbuto. Los párrafos siguientes describen algunos de los aspectos más importantes de las vitaminas y los minerales.

El término "minerales" se aplica a los elementos químicos presentes enlas cenizas de tejidos calcinados. Los minerales necesarios para la dietapueden estar presentes en sales inorgánicas, o pueden ser constituyentesde compuestos orgánicos. Por ejemplo, el magnesio se encuentra en laclorofila, que es el pigmento verde de las plantas. Hay seis mineralesque se requieren en cantidades de gramos: sodio (Na), potasio (K), calcio(Ca), magnesio (Mg), fósforo (P) y cloro (Cl). Las necesidades diariasvarían de 0.3 a 2.0 gramos por día. Nueve minerales, los oligoelementos,se requieren en pequeñas cantidades: cromo (Cr), cobre (Cu), yodo (I),hierro (Fe), flúor (F), manganeso (Mn), molibdeno (Mo), selenio (Se) yzinc (Zn). También se requiere el cobalto (Co), pero el requisito seexpresa generalmente en términos del cobalto que contiene la vitaminaB12. Todos los oligoelementos son tóxicos en niveles altos.El Aporte Dietético Recomendado (ADR) es la cantidad de nutriente que serequiere para la salud óptima dependiendo del sexo, y la etapa de lavida.En los países desarrollados, la deficiencia de vitaminas es principalmente el resultado de la pobreza, del alcoholismo, del uso de drogas, o de dietas de moda inadecuadas. La toxicidad de vitaminas (hipervitaminosis) por lo general resulta al tomar megadosis de vitamina A, D, B6, o niacina. Algunas vitaminas son solubles en grasa (vitaminas A, D, E y K) y otras son solubles en agua (vitaminas B y vitamina C). Lasvitaminas B incluyen la biotina, ácido fólico, niacina, ácido pantoténico, riboflavina, tiamina, piridoxina y la vitamina B12. Los veganos, personas con dietas estrictamente vegetarianas, pueden desarrollar deficiencia de vitamina B12, a menos que consuman levaduras dieteticas o alimentos fermentados de tipo asiático como el miso y tempeh. Las dietas estrictamente vegetarianas tienden a ser bajas en calcio, hierro y zinc.

5. La energía y las reacciones químicas

5.1 Reacciones químicas endotérmicas y exotérmicas

1. Reacciones químicas endotérmicas y exotérmicas.Reacción endotérmica. Son aquellas reacciones que guardan energía, normalmente formando enlaces, son reacciones anabólicas o de síntesis.Reacción exotérmica. Son aquellas reacciones que liberanenergía en forma de calor.

2. Energía interna.Es la energía almacenada dentro de una molécula, se puede manifestar como calor.

3. Entalpía.Cantidad termodinámica que se utiliza para describir loscambios térmicos (de calor) que se llevan a cabo a presión constante.

4. Energía libre y espontaneidad.Energía libre. Energía disponible para realizar un trabajo útil.Espontaneidad. Es una reacción que ocurre con una energía de activación que no se suministra directamente.En bioquímica las reacciones espontáneas son aquellas que se llevan a cabo sin enzimas, sólo se conoce una en el metabolismo de los humanos y esta es la descarboxilación (salida de bióxido de carbono) espontánea del acetoacetato para convertirse en acetona,en la vía de síntesis de cuerpos cetónicos.

5. Equilibrio químico: Ley de Le Chatelier.Si se aplica una fuerza externa sobre un sistema enequilibrio, el sistema se adaptará de tal manera que anule parcialmente el efecto de la fuerza para alcanzar una nueva posición de equilibrio.

En otras palabras:Cuando un sistema está en equilibrio y hay un cambio en las propiedades del sistema, dará lugar a que el equilibrio se desplace en la dirección que tienda a contrarrestar el efecto del cambio.

6. Velocidad de reacción y factores que influyen en ella.Velocidad de reacción. Se le define como la cantidad de materia que se consume o se produce por unidad de tiempoy por unidad de volumen, sus unidades son: mol/litro x seg.

Existen 6 factores que influyen en la velocidad de reacción:1. Concentración2. Presión3. Temperatura4. Superficie de contacto5. Naturaleza de los reactivos 6. Catalizadores

1.    Concentración. Cuando se aumenta la concentración de un reactivo en el lado izquierdo de la ecuación, el equilibrio de desplaza hacia la derecha. Si se aumenta la concentración en el lado derecho de la ecuación, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda.2.    Presión. Sólo afecta i los reactivos son gases o el producto es gas, en estos casos se comporta igual queel aumento de concentración.3.    Temperatura. Al aumentar la temperatura, aumenta la velocidad de reacción porque hay mayor energía cinética y mayor frecuencia de choques intermoleculares.4.    Superficie de contacto. Todo reactivo se trata de fabricar en forma de esferas porque ofrece la mayor superficie de contacto.5.    Naturaleza de los reactivos. Depende del grado de ionización de la sustancia y de su estructura atómica.

6.    Catalizadores. Sustancia que retarda o acelera unareacción química sin intervenir en ella, recordando que proporciona su superficie para que ahí ocurra la reacción.