Introducció a la Química dels éssers vius

Presentación del tema: "Introducció a la Química dels éssers vius"— Transcripción de la presentación:

1 Introducció a la Química dels éssers vius

2 BIOELEMENTS Són els elements químics que formen la matèria viva.
Per la seva abundància en la matèria viva els podem classificar en: Bioelements primaris (H, O, C, N, P i S ): Els més abundants, 98%. Això és degut a les propietats d’aquests elements: Formen enllaços molt estables entre si. Són molt lleugers. Quan s’oxiden desprenen energia. Són fàcil d’obtenir de l’atmosfera i hidrosfera (solubles). Bioelements secundaris (Na, K, Mg, Cl i Ca): Imprescindibles per a la vida, 1,9%. Oligoelements (Mn, Fe, Cu, Co, Zn, B, Al, Mo, V, I, Si): Es troben en quantitats molt petites, però són imprescindibles, menys de 0.1%.

3

4

5 Model atòmic actual (Schrödinger)
Podem dividir l’àtom en dues parts: 1.- Nucli: conté els protons i els neutrons (massa i càrrega +). 2.- Escorça: conté els electrons amb càrrega (-). Volum àtom >>>> Volum Nucli ---- majoria buit Els electrons no descriuen òrbites (Bohr) definides, sinó orbitals (regions de l’espai, entorn del nucli, on la probabilitat de trobar un electró amb una determinada energia és molt gran).

6 Nombre atòmic i màssic. Nombre atòmic (Z): Nombre de protons que hi ha en el nucli. Serveix per identificar els elements. Coincideix amb el nombre d’ electrons. Nombre màssic (A): Suma de protons i de neutrons. A= Z + N (neutrons) Exemple: Indica el nombre de protons, electrons i neutrons d’un àtom d’alumini, la representació del qual és: 27Al 13

7 Isòtops Definició: Són les formes atòmiques d’un mateix element que es diferencien en el seu nombre màssic, es a dir, tenen diferent nombre de protons i de neutrons. Exemple: Hidrogen ----> proti, deuteri, i triti.

8 CONFIGURACIÓ ELECTRÒNICA
Els orbitals s’agrupen en nivells energètics. L’electró dins de l’àtom únicament pot tenir uns quants valors d’energia permesos. Podem fer canviar l’electró a un nivell d’energia superior, subministrant-l’hi energia, i si l’electró passa a un nivell d’energia inferior, allibera energia.

9 Enllaç químic Les forces que mantenen units als àtoms entre sí per formar molècules o ions són de tipus elèctric. Al formar-se un enllaç es desprèn energia. La distància a la qual es col·loquen els àtoms és a la qual es desprèn major energia produint-se la màxima estabilitat. Els àtoms s’uneixen perquè així tenen una menor energia i major estabilitat que separats.

10 Estabilitat en un àtom Generalment, els àtoms busquen la màxima estabilitat adoptant una configuració electrònica similar a la que tenen els gasos nobles. El comportament químic dels àtoms ve determinat per l’estructura electrònica de la seva última capa (capa de valència). Per aconseguir la conf. electrònica de gas noble, els àtoms perdran, captaran o compartiran electrons (regla de l’octet).

11 Com obtindre configuració de gas noble?
1) Guanyant o perdent electrons Enllaç iònic F Na + [Na]+[ ]- F 2) Compartint electrons Enllaç covalent F + F F

12 Tipus de enllaç Iònic: uneixen ions entre sí.
Covalent: uneixen àtoms neutres entre sí. Intermolecular: uneixen unes molècules a altres.

13 Enllaç iònic Es dona entre elements que tendeixen a perdre electrons per quedar amb la capa anterior completa (estructura de gas noble) convertint-se en cations i altres que tendeixen a captar els electrons que els falten convertint-se en anions i aconseguir estructura de gas noble. Ex. Geometria xarxa tridimensional NaCl

14 ENLLAÇ COVALENT Es dona entre dos àtoms per compartició d’e– de valència. 1 parell ® Enllaç covalent senzill F + F F F F F Parells solitaris Parell enllaçant O + H Però, i el CO2 ? C O C O C O 2 parells ® Enllaç covalent doble

15 ENLLAÇOS COVALENTS POLARS
· Enllaç covalent no polar: els dos àtoms comparteixen per igual els electrons. P.ex.: F2 · Enllaç covalent polar: els dos àtoms no comparteixen per igual els electrons. P.ex.: HF Un dels àtoms atrau més als electrons d’enllaç que l’altre. El parell d’e– compartits es troba desplaçat cap a l’element més electronegatiu; apareix una fracció de càrrega negativa “–” sobre aquest i una fracció de càrrega positiva sobre l’element menys electronegatiu “+”. d+ d- H - F

16 Altres tipus d’enllaços entre les biomolècules
Entre biomolècules diferents, o de vegades també dins la mateixa biomolècula, s’estableixen diversos tipus d’enllaços, més dèbils que els que uneixen els elements, però que al ser molt abundants, donen estabilitat al conjunt: Ponts d’hidrogen: forces d’atracció electrostàtica que es creen entre un àtom d’hidrogen parcialment carregat (+) i un altre àtom parcialment carregat (–). És més feble que un enllaç covalent o iònic, però, en conjunt tenen una força considerable. Interaccions hidrofòbiques, que provoquen l’agregació de molècules d’àtoms hidrofòbics

17 Principals tipus de reaccions químiques entre molècules
Metabolisme: reaccions químiques que es donen en les cèl·lules. En una reacció metabòlica, la molècula inicial és el substrat, la qual es transforma en la molècula final o producte. Les reaccions necessiten la presència d’un o més enzims, molècules reguladores de les reaccions; en general són proteïnes, les quals acceleren, frenen o aturen les reaccions

18

19 Els principals tipus de reaccions són:
Oxidació – reducció: es transfereixen electrons. Una molècula guanya e- i es redueix, mentre que una altra els perd i s’oxida hidròlisi i condensació: són reaccions de trencament o formació de molècules, en presència d’aigua, que es consumeix o s’allibera

20 transferència, consistents en la transferència d’un grup funcional d’una molècula a una altra

21 Estructura de l’aigua La molècula d’aigua està formada per dos àtoms d’H units a un àtom d’O per mitjà de dos enllaços covalents. L’angle entre els enllaços H-O-H   és  de 104,5º. L'oxigen atrau amb més força els electrons de cada enllaç.

22 Propietats de l’aigua Acció dissolvent. Elevada força de cohesió.
Gran calor específic. Elevat calor de vaporització. Tensió superficial. Comportament inusual de l’aigua. Punt d’ebullició i fusió.

23 Acció dissolvent L’aigua és el líquid que més substàncies dissol, és el dissolvent universal. Es deu a la seva capacitat per formar ponts d’hidrogen amb substàncies polars.

24 En el cas de les dissolucions iòniques  els ions de les sals són atrets pels dipols de l’aigua, quedant "atrapats" i recoberts de molècules d’aigua en forma d’ions hidratats o solvatats.

25 Elevada força de cohesió.
Els ponts d’hidrogen mantenen les molècules d’aigua fortement unides, formant una estructura compacta que la converteix en un líquid quasi incompresible.

26 És una substància adherent.
L’adhesió és la unió de molècules de substàncies distintes Adherència. Capacitat d’un material per a apegar-se a un altre. Aplicat als líquids, es refereix a la seua capacitat per a humitejar el recipient que els conté o els objectes que hi ha submergits.

27 Tensió superficial És una conseqüència de la cohesió o l’atracció mútua, de les molècules d’aigua. És la força que manté unides les molècules de la superfície lliure dels líquids

28 Gran calor específic. Quantitat de calor que hem de subministrar a la unitat de massa d’aigua per elevar la seva temperatura una unitat. L’aigua pot absorbir grans quantitats de "calor" que utilitza per trencar els ponts d’hidrogen cosa per la qual la temperatura s’eleva molt lentament. Manté la temperatura constant .

29 Elevat calor latent (vaporització)
Energia requerida per una quantitat de substància per canviar de fase. Per evaporar l’aigua, primer hem de trencar els ponts i posteriorment dotar a les molècules d’aigua de la suficient energia cinètica per passar de la fase líquida a la gasosa. Per evaporar un gram d’aigua es precisen 540 calories, a una temperatura de 20º C i pressió d’1 atmosfera. Punt de fusió (0ºC) i ebullició elevats (100ºC).

30 Comportament inusual de l’aigua
L’aigua és la única substància que en refredar-se es dilata. És per això que el gel sura sobre l’aigua líquida. De 0°C a 4°C la densitat augmenta. De 4°C o més la densitat disminueix.  1 kg d’aigua sòlida posseeix un major volum que 1 kg d’aigua líquida D H2O líquida =1 g/ml D H2O sólida =0.91g/ml

31 Composició iònica de l’aigua
L’aigua dolça o continental conté 0,1% de sòlids dissolts. Els més abundants són: CaCO3, MgCO3, NaCl, NaHCO3. En l’aigua es troben com ions dissociats: Mg2+,Ca2+, Na+, CO32-, Cl-, HCO3-. L’aigua oceànica presenta una concentració alta de sals dissoltes especialment: Na+, Cl -

32 Composició iònica de l’aigua

33 2. SALS MINERALS Els organismes contenen sals minerals molt importants per al seu funcionament; poden trobar‑se en tres formes diferents: Dissoltes, en forma de cations: Na+, K+, Ca2+, Mg2+, etc., o anions: Cl-, SO42-, PO43-, CO32-, NO3-, etc. Les seves funcions són: mantenir l’equilibri osmòtic L’osmosi consisteix en el pas passiu d'un dissolvent entre dues dissolucions de diferent concentració, a través d'una membrana semipermeable; aquest moviment de difusió crea una pressió, l’anomenada pressió osmòtica. Les cèl·lules han de tendir a l’equilibri osmòtic, és a dir, a l’equilibri entre les concentracions internes i externes d’ions

34 Els ions poden mantenir el grau de salinitat cel·lular degut a la seva entrada o sortida, per mètodes actius o passius. Un altre mecanisme es l’alternança entre precipitació i dissolució

35 b. Mantenir estable el pH
Atès que l’aigua està poc ionitzada, l'aparició en el medi d'un àcid o d'una base (és a dir, d'ions) pot fer variar molt el pH. Els ions, els fosfats i carbonats principalment , actuen a través de l'efecte tampó, esmorteint o anul·lant aquesta variació

36 c. Altres funcions específiques
La concentració d’ions de Na+ i K+ és important en la transmissió de l’impuls nerviós, la de Ca2+ ho és en la transmissió de l’impuls nerviós en la fibra muscular, etc. Associades en forma d'ions a biomolècules orgàniques, fent funcions específiques: Fe2+ en l'hemoglobina, Mg2+ en la clorofil·la, PO43- en fosfolípids i en nucleòtids, etc. hemoglobina clorofil·la a

37 SiO2 en closques de diatomees
En estat sòlid (precipitades) formen estructures insolubles amb funcions de protecció i sosteniment Ca3(PO43-) en ossos SiO2 en closques de diatomees

38 3. ALTRES BIOMOLÈCULES INORGÀNIQUES
En els organismes es troben altres biomolècules inorgàniques com: O2, que intervé en reaccions d’oxidació – reduccio CO2, que s’obté en la respiració cel·lular NO, que té funcions diverses: vasodilatador, defensiu, neurotransmissor no específic, etc. altres