UNIDAD TEMATICA I- INTRODUCCI1N A LA QUIMICA BIOL2GICA TEMA 1 QUIMICA BIOL3GICA La qu4mica biol5gica 6 bioqu7micaes la parte de la qu8mica que estudia las sustancias org9nicas e inorg10nicas11 que forman los seres vivos y sus transformaciones. La definici12n comprende las dos grandes divisiones en que se ha separado esta ciencia13 la qu14mica biol15gica est16tica y la qu17mica biol18gica din19mica o fisiol20gica. La qu21micabiol22gica est23tica realiza el estudio de las sustancias presentes en el organismo24 sin tener en cuenta las transformaciones que pueden sufrir las mismas. La qu25micabiol26gica din27mica estudia las transformaciones que sufren las sustancias en los 28rganos vivos. Est29 en estrecha relaci30n con la fisiolog31a32 farmacolog33a34 materiales dentales35 etc. Todas estas ciencias tratan de interpretar los fen36menos que estudian37 sobre la base de los procesos qu38micos y f39sicos. RELACI40N ENTRE BIOQU41MICA Y ODONTOLOG42A El conocimiento de la bioqu43mica es indispensable para poder interpretar los 44ntimos mecanismos de las funciones biol45gicas46 ella nos ayudar47 a descubrir la composici48n qu49mica de cada tejido de la pieza dentaria y de su aparato de sost50n51 composici52n de la placa bacteriana53 saliva54 mecanismo de formaci55n de caries56 etc. ELEMENTOS Y SUSTANCIAS QU57MICAS COMPONENTES DELORGANISMO De los 89 elementos naturales58 un grupo muy numeroso59 m60s de 40 se han identificado en los seres vivos. Cuando un elemento entra en la composici61n de un organismo en proporci62n relativamente alta63 por lo general64 indica que 65ste es necesario para la formaci66n de sustancias que tienen importancia en la constituci67n del mismo. La circunstancia de que un elemento se encuentre presente68 a69n en peque70a cantidad71 en todos los individuos de una misma especie72 es un indicio favorable73 10 pero no seguro74 de su caracter75stica de 76indispensable77. Para poder asegurar que realmente lo es78 su carencia en el organismo debe producir trastornos definidos. A los elementos carbono79 hidr80geno81 ox82geno y nitr83geno se los llama organog84nicos85 es decir formadores de organismos. El calcio y el fosforo forman los fosfatos de calcio86 principal componente de los tejidos duros como el hueso y el esmalte. Elementos como el zinc87 cobre88 molibdeno y cobalto se encuentran en peque89as cantidades pero indispensables en la constituci90n de sustancias complejas necesarias para el crecimiento o regulaci91n normal de las funciones 92vitaminas93 enzimas94 etc.95 Los elementos pueden clasificarse seg96n su concentraci97n en98 199 ELEMENTOS PRIMARIOS o MACROELEMENTOS100 son aquellos que forman la mayor parte del peso del organismo. Son101 Carbono 102C103104 nitr105geno 106N107108 hidr109geno 110H111112 calcio 113Ca114115 f116sforo 117P118119 ox120geno 121O122. 2123 ELEMENTOS SECUNDARIOS o MICROELEMENTOS124 estos representan valores cuantitativos mucho menores que los anteriores. Sodio 125Na126127 potasio 128K129130 azufre 131S132133 magnesio 134Mg135136 cloro 137Cl138. 3139 ELEMENTOS TERCIARIOS u OLIGOELEMENTOS140 se hallan en los organismos en muy peque141a cantidad pero son indispensables para la vida.Hierro 142Fe143144 cobre 145Cu146147 fl148or 149F150151 iodo 152I153154 cobalto 155Co156157 zinc 158Zn159160 molibdeno 161Mo162163 n164quel 165Ni166167 vanadio 168V169170 silicio 171Si172173 manganeso 174Mn175. Todos estos elementos qu176micos177 en el organismo se encuentran combinados en distintas sustancias o complejos y para hacerlo tienen que estar en su forma i178nica179 ya sea como cationes 180hidr181geno182 calcio183 sodio184 potasio185 hierro186 etc.187188 o aniones 189cloro190 iodo191 fl192or193 ox194geno195 azufre196 f197sforo198etc.199 11 ATOMO Es la menor porci200n de materia que conserva todas las propiedades de la misma201.que existe en la naturaleza y que puede intervenir en una reacci202n qu203mica.Por ejemplo un 204tomo de hierro es la menor porci205n del elemento qu206mico hierro que mantiene todas las propiedades f207sicas y qu208micas de la materia hierro y puede intervenir en reacciones qu209micas. Los 210tomos se hallan constituidos por dos zonas bien definidas211 una central llamada n212cleo y una perif213rica denominada orbitales o niveles energ214ticos. En el n215cleo se encuentran los protones 216p217218 con carga el219ctrica positiva. Tambi220n se encuentran los neutrones 221n222223 que no tienen carga el224ctrica. En los niveles energ225ticos est226n los electrones 227e228229 que tienen carga el230ctrica negativa. En los 231tomos la cantidad de protones 232p233 y la de electrones 234e235 est236n igualadas. Por eso se define al 237tomo como 238el239ctricamente neutro240. Si por alguna raz241n en un 242tomo se rompe el equilibrio el243ctrico ya sea por ganancia o p244rdida de electrones245 el 246tomo pasa a ser un i247n. Si hay ganancia de electrones ser248 un i249n negativo llamado ani250n. Si hay p251rdida de electrones252 ser253 un i254n positivo o cati255n. Veamos el ejemplo de los 256tomos de cloro y sodio. El 257tomo de sodio 258Na259260 tiene 11 protones261 11 electrones y 12 neutrones. Cuando pierde un electr262n se rompe el equilibrio el263ctrico y sobra un prot264n265 es as266 como el 267tomo de Na se transforma en un i268n positivo269 llamado cati270n sodio 271Na272 273274 con 10 electrones. El 275tomo de cloro 276Cl277278 tiene 17 protones279 17 electrones y 18 neutrones. Cuando gana un electr280n se rompe el equilibrio el281ctrico y sobra ese electr282n. Es as283 como el 284tomo de Cl se transforma en el ion negativo llamado ani285n cloro 286Cl- 287 o cloruro con 18 electrones. 12 Esto sucede mediante la uni288n qu289mica electrovalente o i290nica. Los 291tomos de un mismo elemento qu292mico pueden presentar distintas cantidades de neutrones293 sin modificar la cantidad de protones ni la de electrones que permanecen iguales. Estos 294tomos se llaman is295toposy tienen las mismas propiedades f296sicas y qu297micas que los 298tomos que no presentan modificaci299n en la cantidad de neutrones. Un ejemplo es el 300tomo de carbono que tiene 6 protones301 6 electrones y 6 neutrones. Estos 302tomos se los denomina carbono 12 303C12304. Pero hay algunos 305tomos de carbono que tienen 6 protones306 6 electrones y 8 neutrones. Estos 307ltimos se llaman carbono 14 308C14309 que es un is310topo radioactivo que se utiliza para determinar la antig311edad de restos f312siles. En los 313tomos a cada prot314n se le asigna el valor de la unidad 1 315uno316317 tambi318n a los neutrones se les asigna el valor de la unidad 1 319uno320321 que son valores relativos322 con el fin de cuantificar la masa. De esta forma323la masa de un 324tomo se calcula sumando la cantidad de protones y de neutrones325 lo que se denomina n326mero m327sico. En el caso del carbono que tiene 6 protones y 6 neutrones el n328mero m329sico es el 12. En el caso del is330topo del carbono 14 que tiene 6 protones y 8 neutrones331 el n332mero m333sico es 14. Este n334mero m335sico 336A337 tambi338n es llamado peso at339mico340 teniendo presente siempre que es un valor 341relativo342343 y no absoluto de un 344tomo. La raz345n por la que los electrones no son tenidos en cuenta para el c346lculo del n347mero m348sico es que cada electr349n tiene una masa 1850 veces menor que la de los protones y neutrones. Es un valor muy peque350o351 despreciable. Se denomina n352mero at353mico 354Z355356 a la cantidad de protones de un 357tomo 358que es la misma que la de electrones en el 359tomo en equilibrio el360ctrico361. En el caso del carbono que tiene 6 protones362 6 electrones y 6 neutrones tenemos363 - N364mero m365sico366 12 367suma de 6 protones y 6 neutrones368. 13 - N369mero at370mico371 6 372por los 6 protones373. Este n374mero at375mico sirve para ordenar los 376tomos en la tabla peri377dica de los elementos qu378micos379 donde se encuentran ordenados en forma creciente los n380meros at381micos. Casi todos los elementos aumentan tambi382n en forma creciente el peso at383mico a excepci384n del potasio385 n386quel y el iodo. Si se colocaran todos los elementos en una lista387 respetando el orden de la tabla peri388dica389 se observa que presentan propiedades en forma recurrente390 es decir391 al cabo de recorrer un cierto n392mero de elementos393 los siguientes a ellos394 poseen propiedades muy similares a las de alguno dejado atr395s. Es decir396 las propiedades var397an en forma c398clica o peri399dica. Esta observaci400n condujo a la llamada ley peri401dica402 403LAS PROPIEDADES F404SICAS Y QU405MICAS DE LOS ELEMENTOS QU406MICOS407 SON FUNCIONES PERI408DICAS DE SUS N409MEROS AT410MICOS411 Los electrones de un 412tomo se ubican alrededor del n413cleo. Estos tienen una energ414a determinada que cuanto mayor sea415 m416s se podr417n alejar del n418cleo. En otras palabras419 cuanto menor es la energ420a de los electrones m421s cerca del n422cleo se encontrar423n. As424 tenemos niveles energ425ticos u orbitales426 de los cuales se reconocen 8427 identificados como428 K 429 L 430 M 431 N 432 O 433 P 434 Q 435 R. En estos niveles se ubican los electrones pero respetando valores m436ximos posibles en cada uno de ellos437 K438 como m439ximo puede tener 2 electrones. L440 como m441ximo puede tener 8 electrones. M442 como m443ximo puede tener 18 electrones. N444 como m445ximo puede tener 32 electrones. O446 como m447ximo puede tener 32 electrones. P448 como m449ximo puede tener 18 electrones. Q450 como m451ximo puede tener 8 electrones. R452 como m453ximo puede tener 2 electrones. 14 Volviendo a la tabla peri454dica455 los 456tomos ordenados por su n457mero at458mico est459n ubicados en 8 filas horizontales llamadas per460odosLos per461odos son 7 e indican la cantidad de niveles energ462ticos que tienen los 463tomos de esta fila horizontal. Ej.464 los 465tomos del 1466 per467odo tienen solo 1 nivel energ468tico. Los del 2469 per470odo tienen 2 niveles energ471ticos472 y as473 sucesivamente hasta el per474odo 8475 que tiene 8 niveles energ476ticos. Aquellos 477tomos que en su 478ltimo nivel presentan 2 electrones u 8 479ley del dueto u octeto480481 tienen gran estabilidad qu482mica pues no se unen entre s483484 ni a ning485n otro elemento qu486mico. Esto se debe a que tienen completo su 487ltimo nivel energ488tico. Los 489nicos que cumplen dicha ley son los llamados gases nobles o inertes 490491ltima columna de la tabla peri492dica493. Los dem494s 495tomos no cumplen con dicha ley y esto los hace 496inestables497. Ejemplo498 Estos 499tomos son inestables500 tienden a llegar a la configuraci501n electr502nica de los gases nobles. Algunos tienden a ganar electrones503 otros a perderlos para poder quedar con 2 u 8 en el 504ltimo nivel cumpliendo con la ley del dueto u octeto505 llegando a tener de esta manera gran estabilidad qu506mica 507como los inertes o gases nobles508. Estos electrones que se predispone ganar o perder se los llama 509electrones de valencia510 o simplemente valencia. Si se tiende a ganar un electr511n la valencia ser512 1 negativo513 ya que al ganar un electr514n sobrar515 una carga negativa. El 516tomo se transforma as517 en un ani518n. Si se tiende a perder un electr519n la valencia ser520 1 positivo ya que al perder un electr521n sobrar522 una carga positiva523 el 524tomo se transformar525 as526 en un cati527n. Los 528tomos de la tabla peri529dica 530excepto los gases nobles o los inertes531 tienen valencia 1532 2533 3534 4535 etc. positiva o negativa536 seg537n la necesidad de completar con 2 u 8 el 538ltimo nivel energ539tico. 15 La inestabilidad por ganar o perder electrones540 conduce a las llamadas 541uniones qu542micas543 que veremos m544s adelante. La tabla peri545dica presenta 18 columnas verticales denominadas grupos.Los 546tomos de un mismo grupo presentan las mismas valencias547 es decir548 tienen la misma configuraci549n electr550nica en su nivel m551s externo. CLASIFICACI552N DE LOS ELEMENTOS QU553MICOS De derecha a izquierda554 en la tabla observamos distinyas clases de elemtos agrupado verticalmente555 1556 GASES NOBLES557 su reactividad es casi nula558 son estables qu559micamente560 tal es as561 que se los denomina 562inertes563. Salvo el helio que en su 564nico nivel tiene 2 electrones565 el resto tiene 8 electrones en su 566ltimo nivel energ567tico 568grupo 18569. 2570 HAL571GENOS572 poseen 7 electrones en su 573ltima 574rbita575 es decir576uno menos que los gases nobles.Por esta raz577n presentan gran tendencia a ganar electrones578 dando lugara a un i579n negativo o ani580n. Son no metales581 aunque el astato presenta alguna caracter582stica met583lica. monovalente 584una sola valencia negativa 585grupo 17586. 3587 NO METALES588 se ubican en la izquierdade la tabla peri589dica590 luego de los hal591genos. Se comportan como aniones592 es decir tienden a captar electrones. Se caracterizan por tener las propiedades opuestas a los metales. Muchos de ellos a temperatura ambiente son gases como el ox593geno y elnitr594geno. Adem595s de combinarse con los metales pueden reaccionar entre ellos.Se encuentran desde el grupo 13 al 17. Todos los grupos nombrados hasta aqu596 se denominan representativos. 4597 ELEMENTOS DE TRANSICION598 continuando hacia la izquierda se encuentran estos elementos599 que constituyen 10 grupos cortos que se encuentran en la parte central de la tabla600 ocupando los grupos B. Su caracter601stica radica en presentar los subniveles incompletos lo que provoca las valencias y por ende su reactividad qu602mica. 16 5603 ELEMENTOS DE TRANSICI604N INTERNA605 se encuentran ubicados dentro del grupo B. Presenta dos series606 la primera serie se llama Lant607nidos y se encuentra en el 6608 per609odo610 las valencias de estos elementos y la reactividad qu611mica depende de los electrones de un subnivel que se encuentra incompleto. La segunda serie se llama Act612nidos y se ubica en el 7613 per614odo615 las valencias de estos elementos y la reactividad qu616mica dependen de los electrones de un subnivel que se encuentra incompleto. Ambos grupos representados horizontalmente en la parte inferior de la tabla617 en realidad se hallan perpendiculares a la misma. 6618 ELEMENTOS REPRESENTATIVOS619 son los que componen los grupos 1 y2 y del 13 al 18. Poseen el nivel electr620nico externo incompleto621 lo que da lugar a la reactividad qu622mica623 consecuentemente a las valencias. El resto de los subniveles externos est624n completos.Comenzando desde la izquierda625El grupo 1 corresponde a los metales alcalinos626 2 a los metales alcalinot627rreos. Los metales se comportan como cationes buenos conductores el628ctricos y del calor629 poseen alta dureza630 densidad y punto de fusi631n632 hay algunas excepciones como el sodio que es blando y tiene baja densidad633 el mercurio es l634quido a temperatura ambiente. Reaccionan con los no metales formando compuestos tal como se los encuentra en la naturaleza635 salvo los metales nobles que se encuentra en el estado del elemento por su baja reactividad . 17 TEMA 2 UNIONES QU636MICAS Los 637tomos se combinan formando mol638culas639 la uni640n entre los 641tomos se establece a trav642s de enlaces qu643micos o uniones qu644micas. La formaci645n de una uni646n qu647mica implica un reordenamiento de los electrones de valencia de los 648tomos que se unen649 para dar lugar a una estructura de menor energ650a651 y por lo tanto652 m653s estable. Entre lellas se encuentran654 UNI655N I656NICA o ELECTROVALENTE657 consiste en el pasaje de electrones de un 658tomo a otro659 para cumplir con la ley del octeto660 generando iones de signo contrario que por lo tanto se atraen el661ctricamente662 es decir se da entre un metal 663que cede electrones664 y un no metal 665que capta electrones666. Por ejemplo el 667tomo de Cl y el Na que se unen para formar la mol668cula de cloruro de sodio669 Cl-670 Na671ClNa Cloruro de sodio En este caso el Na cede un electr672n y el Cl acepta un electr673n y se atraen el674ctricamente formando la mol675cula de cloruro de sodio UNI676N COVALENTE SIMPLE677 en este tipo de uni678n679 los 680tomos que intervienen para cumplir con la ley del octeto o dueto681 aportan cada uno un electr682n de manera que se forman 683pares de electrones684. Este par de electrones formado es utilizado por ambos 685tomos y686 se formar687n tantos pares como se necesite para llegar a completar con 2 u 8 electronesen el 688ltimo nivel energ689tico. Queda establecida as690 una uni691n porcompartir electrones apareados. Ej692 el hidr693geno 694H695 tiene un solo 18 electr696n de valencia697 el ox698geno 699O700 tiene seis electrones de valencia. Cada 701tomo de H y O aporta 1 electr702n para formar un par de electrones que es utilizado por ambos. El O lo hace con dos 703tomos de H para completar con 8 electrones su 704ltimo nivel energ705tico. Vemos que cada 706tomo de H cumple con la ley del dueto ya que pasa a tener 2 electrones707 el Ocumple la ley del octeto ya que pasa a tener 8 electrones en su 708ltimo nivel energ709tico Cada par de electrones formado y compartido710 se simboliza con un segmento de recta711 obteniendo la f712rmula desarrollada del agua. H 713 O 714 H La f715rmula condensada ser716a H2O. UNI717N COVALENTE COORDINADA 718DATIVA719720 en este tipo de uni721n722 los 723tomos intervinientes724 para cumplir con la ley del dueto u octeto725 comparten pares de electrones pero a diferencia de la uni726n covalente pura o simple727 el par de electrones se forma con el aporte de uno de los 728tomos que lo 729da730 para ser utilizado por ambos 731tomos por ej el di732xido de azufre SO2. En este ejemplo tenemos los dos tipos de uniones733 la covalentesimple y la covalente coordinada. El O tiene 6 electrones de valencia734 el S tambi735n tiene 6 electrones de valencia. 19 Como vemos los 736tomos utilizan los pares de electrones para cumplir con la ley del octeto. En el caso de la coordinada se simboliza con una flecha que indica qui737n aporta el par de electrones y a qui738n lo da. La forma desarrollada ser739a740 UNI741N MET742LICA743 Representa la uni744n entre 745tomos met746licos. Los metales tienden a ceder f747cilmente electrones748 formando iones positivos 749cationes750. Estos iones quedan inmersos entre electrones que circulan entre ellos y que provocan la atracci751n entre los mismos. Ej.752 el metal sodio 753Na754. Propiedades f755sicas756 como la conductividad el757ctrica y t758rmica se debe a los electrones libres entre los iones. Estos electrones permiten absorber y luego emitir la luz 759efecto brillo met760lico761. La maleabilidad de los metales se debe a los electrones que permiten el desplazamiento de los iones 762efecto de doblado del metal763764 los electrones amortiguan el desplazamiento de los cationes 765766767. En la uni768n i769nica y en la met770lica de los 771tomos772 se forma una red de iones ordenados debido a los campos el773ctricos entre los iones positivos y negativos se 20 organiza dicha red774 donde las atracciones son m775ximas y las repulsios son m776nimas777 dando una disposici778n regular caracter779stica. En el caso del ClNa780 cada ion Na est781 rodeado por seis iones Cl782 y cada ion Cl est783 rodeado por seis iones Na. El resultado es una estructura cristalina. Dependiendo de los iones intervinientes784 se pueden formas distintos cristales. Se reconocen 7 sistemas de cristalizaci785n786 1787 C788BICO 2789 TETRAGONAL 3790 ORTORR791MBICO 4792 MONOCL793NICO 5794 TRICL795NICO 6796 HEXAGONAL 7797 ROMBO798DRICO Cada sistema de cristalizaci799n formado por el ordenamiento de los iones de cada mol800cula representa la llamada celdilla unitaria801 con el agrupamiento de cada celdilla unitaria802 el cristal va creciendo. Sometidos a fuerzas mayores803 los iones se desplazan provocando que iones del mismo signo se acerquen y se produce la repulsi804n805 resultando el efecto ruptura del cristal. Ej.806 la estructura cristalina del ClNa es un sistema c807bico. 21 Tambi808n existen interacciones d809biles que se establecen entre mol810culas811 que pueden ser de naturaleza electrost812tica o hidrof813bica. Entre las electrost814ticas se encuentran los puentes o interacciones de hidr815geno816 los puentes salinos y las fuerzas de Van der Waals. Tambi817n las fuerzas de dipolo o de London818y fuerzas dipolares. Los puentes de hidr819geno son interacciones relativamente fuertes820 muy com821n entre mol822culas polares en un medio acuoso823 y es la responsable de las m824ltiples uniones d825biles entre mol826culas de agua. Para que se forme un puente de hidr827geno es necesaria la presencia de un 828tomo de hidr829geno unido covalentemente a un 830tomo electronegativo 831habitualmente O y N832 que833 debido a su carga parcialpositiva834 ser835 atra836do por otro 837tomo electronegativo presente en una mol838cula diferente. El puente salino se da cuando iones en soluci839n acuosa pueden atraerse o repelerse seg840n la carga que tengan. Este tipo de atracci841n electrost842tica se comportar843a como un enlace i844nico845 sin embargo846 se considera una interacci847n d848bil849 ya que al estar el i850n en soluci851n acuosa se encuentra solvatado 852rodeado de mol853culas de agua854 reduciendo la fuerza del enlace entre los iones de carga opuesta. Las fuerzas de Van der Waals son interacciones muy d855biles que mantienen temporalmente unidos 856tomos o mol857culas. Son dipolos temporales858 s859lo en el momento en que el electr860n de un 861tomo se acerca o aleja del 862tomo con el que est863 enlazado. Este tipo de dipolos temporales se est864n formando continuamente entre mol865culas en soluci866n867 y no es necesario que las mol868culas sean polares. Las fuerzas hidrof869bicas se dan entre mol870culas y grupos funcionales no polares. La uni871n se basa 872nicamente en la imposibilidad que tiene la mol873cula hidrof874bica en interaccionar con el agua. La fuerza que mantiene unidas a las mol875culas apolares o hidrof876bicas se basa en la tendencia de expulsar el agua de su entorno877 debido a su repulsi878n 879insolubilidad880 con los grupos polares del agua. Fuerzas de London881 en condiciones de presi882n y temperatura ambiente883 los hal884genos tienen distintos estados de agregaci885n 886estados f887sicos888 22 Fuerzas dipolares889 como consecuencia de su asimetr890a el891ctrica892 las mol893culas polares tienen un dipolo de car894cter permanente895 mientras que en las mol896culas no polares aparece un dipolo transitorio. 23 TEMA 3QUIMICA ORG897NICA COMPUESTOS ORG898NICOS

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