Taller del aguda importancia para la vida bioquimica

TALLER Nº1 – AGUA, IMPORTANCIA PARA LA VIDA.

DRO. PEDRO JUAN ESPITIA PÉREZ

UNIVERSIDAD DEL SINÚ –ELIAS BECHARA ZAINUMFACULTAD
DE CIENCIAS DE LA SALUD.
CURSO: BIOQUÍMICA
PRESENTADO POR:
MARIA VICTORIA DORIA HERNANDEZ
MARIA ANGEL PADILLA CARO
MARIA NOHEMI PARDO POSADA
YESICA MARCELA PARRA MERCADO
MARÍA CAMILA DURANGO GUERRA

TALLER
1. Describa detalladamente las propiedades fisicoquímicas del agua que permiten los
procesos fisiológicos celulares y la vida en los organismos.
R:/ La vida está directamente relacionada con el agua por lo que resulta interesante
conocer la molécula del agua y sus propiedades químicas y físicas.
El agua está formado por dos átomos de hidrógeno que comparten sus electrones con
átomos de oxígeno.
La molécula de agua presenta carga negativa debido a la alta electronegatividad del
oxígeno y a su parte de electrones desapareado, la carga positiva de la molécula es
debida a la mejor electronegatividad que presenta el hidrógeno, por eso se dice que
la molécula es polar y debido a esta propiedad su geometría no es lineal sino angular,
que en forma tridimensional se observa como un tetraedro.
Ahora vamos a ver cuándo dos moléculas de agua se ponen en contacto, de este
comportamiento la molécula o conjunto de moléculas de agua de allí derivan sus
propiedades físicas y química.
PROPIEDADES FÍSICAS
Son las propiedades que se pueden medir u observar sin alterar la composición de la
sustancia.
DENSIDAD: Es la cantidad de materia en la unidad de volumen, la energía de las
moléculas en el agua líquida permite que puedan romperse algunos puentes de
hidrógeno por lo que las moléculas están más unidad.
En condiciones de temperatura de 4°c y una atmósfera de presión, el agua tiene
densidad igual a un gramo sobre centímetros cúbicos.
Cuando baja la temperatura las moléculas de agua pierden movimiento adquieren una
forma geometría hexagonal.

Ocupando mayor espacio entre sí, debido a la mayor cantidad de formación de
puentes de hidrógeno por lo que el hielo ocupa mayor espacio que el agua líquida,
disminuyendo así su densidad.

TENSION SUPERFICIAL
Es la atracción intermolecular que provoca que un líquido reduzca al mínimo su área
superficial, en el agua está propiedad permite que un mosquito pueda caminar sobre
el agua.

EL CALOR ESPECÍFICO DEL AGUA:
Se define como la cantidad de energía en forma de calor que se requiere para elevar
la temperatura de un gramo de una sustancia en un 1°c se expresa en (cal/g°c o J/g°c)
PUNTO DE EBULLICIÓN:
Es la temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido iguala la presión
atmosférica lo que permite que las moléculas escapen con forma de gas en el caso del
agua es vapor.
SOLUBILIDAD:
Se refiere a la cantidad de soluto que se puede disolver en una cantidad determinada
de disolvente a una temperatura específica.
El agua es considerada un disolvente universal por ser capaz de disolver Miles de
sustancias, está propiedad puede ser una desventaja ya que permite que el agua se
contamine a lo largo de su sitio.
PROPIEDADES QUÍMICAS:
Son aquellas que se manifiestan cuando una sustancia sufre un cambio en su
composición, adquiriendo propiedades distintas a la sustancia que la forman.

➢ Reaccionan con los óxidos ácidos formando el ácido correspondiente.

➢ El agua reacciona con los ácidos básicos que son solubles, formando el
hidróxido correspondiente.

➢ El agua reacciona con los metales alcalinos en agua fría formando el hidróxido
de metal y desprendiendo hidrógeno.

➢ El agua reacciona con los metales alcalinotérreos reaccionan a temperaturas
elevadas formando óxido del metal con el desprendiendo de hidrógeno.

➢ El agua reacciona con algunas sales incorporando a su estructura un número
determinado de moléculas de agua provocando así una transformación de las
propiedades de la sal que podemos observar cómo cambios de color y de su
estructura cristalina.
Un ejemplo es reacción de hidratación del sulfato de cobre anhidro que es de
color blanco que incorpora cinco moléculas de agua para formar el sulfato
cúprico pentahidratado de color azul rey, los hidratos al calentarse pueden
perder sus moléculas de agua y volver a su estado original.

2. ¿A qué se debe la polaridad del agua en términos químicos? Dibuje la estructura de
la molécula de agua y demuestre este fenómeno.
R:/
El agua es una molécula polar y también actúa como disolvente polar. Cuando se dice
que una especie química es “polar”, esto significa que las cargas eléctricas positivas y
negativas están distribuidas de manera desigual. La carga positiva proviene del núcleo
atómico, mientras que los electrones suministran la carga negativa. Es el movimiento
de los electrones lo que determina la polaridad. Así es como funciona con el agua.
Esto demuestra que el extremo del oxígeno de la molécula atrae más electrones que
el extremo del hidrogeno, lo que hace que la molécula sea polar.

3. Defina los siguientes tipos de interacciones no covalentes y en cada caso, especifique
un ejemplo químico en cada caso.
a. Interacción iónica o de “puente salino”
Esta interacción suele darse entre iones, gracias a todas las cargas que pueden participar
en grupos funcionales como los carboxilos y los aminos, estos se pueden atraer si tienen
cargas diferentes y los que son de cargas iguales se repelen.

q y q´ son las cargas de los iones considerados, k una constante de proporcionalidad, r
la distancia entre los iones y la constante dieléctrica.
b. Interacción ion-dipolo permanente
La densidad de carga en los cationes suele ser mucho mayor que en los aniones, al ser
estos más grandes. En consecuencia, con una carga de igual magnitud, un catión
experimenta una interacción mayor con un dipolo que un anión.
La hidratación que sufren los iones en disolución es un ejemplo de interacción iondipolo.

Por ejemplo, el NaCl se disuelve en agua por la atracción que existe entre los iones Na+
y Cl- y los correspondientes polos con carga opuesta de la molécula de agua. Esta
solvatación de los iones es capaz de vencer las fuerzas que los mantienen juntos en el
estado sólido

c. Interacción entre dipolos permanentes

Tienen lugar entre moléculas covalentes polares y uno de los 3 elementos pequeños
de alta electronegatividad: O, N, F.

Toda molécula polar tiene un momento dipolar permanente, que puede interaccionar
con otros dipolos o polarizar molécula apolares.
d. interacción dipolo permanente-dipolo inducido
Cuando un dipolo inducido (esto es, un dipolo que se induce en un átomo o una
molécula que de otra manera sería no polar) interactúa con una molécula que tiene
un momento dipolar permanente, esta interacción se conoce como fuerza de Debye.

e. fuerza de Van Der Waals
Si se encuentran a una cierta distancia estas moléculas se atraen, pero cuando las
nubes electrónicas empiezan a taparse, estas moléculas se rechazan con fuerza
estas fuerzas suelen ser débiles lo que hace que se fijen entre moléculas
eléctricamente neutras ya sean polares o no polares, son abundantes y ejercen un
papel importante en procesos biológicos.

f. puente de hidrogeno (muestre ejemplos)
los puentes de hidrogeno constituyen un caso especial de interacción dipolo-dipolo.
Se producen cuando un átomo de hidrogeno esta unido covalentemente a un
elemento que sea:
✓ Muy electronegativo y con dobletes electrónicos sin compartir
✓ De muy pequeño tamaño y capaz de aproximarse al núcleo del hidrogeno

4. ¿A qué se le conoce como solvatación y cuál es su importancia biológica? Demuestre
de forma gráfica como se da este fenómeno a nivel molecular.
R:/ La solvatación es el proceso de interacción entre las moléculas de un solvente y las
de un soluto formando agregados. Algunos de estos agregados son estables y tienen
un número determinado de moléculas de solvente y otras no.
Soluciones en agua
Cuando el solvente es el agua, al proceso se le llama hidratación. Cualquier soluto
covalente polar puede interactuar con solventes polares. Cuando un cristal de un
compuesto iónico como el cloruro de sodio se introduce en agua, las moléculas de
agua que son polares se auto orientan con relación a los iones de la superficie del
cristal de cloruro de sodio. La fuerza de atracción entre las moléculas de agua y los
iones superficiales del cloruro de sodio es suficientemente intensa para causar que los
iones abandonen sus posiciones en el cristal y que se muevan a situarse entre
moléculas de agua, a tal proceso se le llama solvatación de ambos iones. La naturaleza
polar de las moléculas de agua es importante cuando se usa como solvente. El agua
disuelve con facilidad a muchos compuestos iónicos debido a la hidratación de los
iones. Un ion hidratado es un agregado formado por un ion y una o más moléculas de
agua.

5. ¿a qué se le conoce como interacción hidrofóbica en términos biológicos?, ¿Cuál es su
importancia? ¿qué relación tiene con las biomoléculas orgánicas y el agua? De algunos
ejemplos.
La interacción hidrofóbica es la relación que hay entre moléculas que son del agua y los
hidrófobos, es decir, moléculas que son pocos solubles en el agua. Se trata de moléculas no
polares que poseen una larga cadena de carbonos que no interactúan con moléculas de agua.
Un ejemplo de efecto hidrofóbico podría ser la mezcla de grasa y agua.
Las interacciones hidrofóbicas son muy importantes para la variedad de procesos bioquímicos
como los cambios conformacionales en las proteínas, el vínculo que tienen los sustratos con
las enzimas, la agrupación de subunidades de complejos enzimáticos, la agregación y
formación de las membranas biológicas, la conservación que tienen las proteínas en
soluciones acuosas y otros.
La relación que hay entre las interacciones hidrofóbicas y el agua, es que estas dependen
solamente de la estructura de agua, y solo aparecen cuando se mezcla el agua con otra
sustancia que no se relacione con esta. Estas moléculas son desorganizadas, pero están unidas
por un puente de hidrogeno y se encuentran en las dos caras de la bicapa.
Ejemplos:
✓ Uno de los ejemplos más frecuentes de sustancias hidrofóbicas son los hidrocarburos
saturados. Al hidratar solutos hidrofóbicos las moléculas de agua pasan a estar unidas
por enlaces de hidrógeno y sin estructura fija, formando pentágonos y hexágonos que
“encierran” en una especie de “jaula” los dominios y estructuras más apolares.
✓ separación de fases que ocurre cuando se trata de mezclar agua con aceite. En este
caso, las moléculas de aceite “interactúan” entre sí como resultado del ordenamiento
de las moléculas de agua a su alrededor.
6. Defina el concepto de “equilibrio químico. ¿Cómo se expresa matemáticamente el equilibrio
químico de una reacción química?
Al hablar de un equilibrio químico, se conoce como aquella reacción que nunca llega a
contemplarse, ya que, se produce en ambos sentidos, es decir, que los reactivos forman
productos y a su vez estos forman de nuevos reactivos. Se dice que cuando las contracciones
de cada una de las sustancias que intervienen se estabilizan y llegan al equilibrio químico.
Dentro de este equilibrio se puede conectar con la denominación que se le hace a cualquier
reacción reversible cuando se observa que las cantidades relativas de 2 o más sustancias
permanecen constantes, es decir, el equilibrio químico se da cuando la concentración de las
especies no cambia, en este equilibrio no se observa cambios físicos. Cuando se habla de
reacción reversible, se entiende como una reacción química, que la reacción de los reactivos
A y B que se unen para dar los productos C y D.
Existen clases de reacciones importantes como: Homogéneas y Heterogéneas, cuando se
habla de la prima clase hace referencia en una sola fase, mientras la última tiene lugar en 2 o
más fases.

7. Dependiendo de la capacidad de atraer electrones, ¿a qué se le conoce como “sitios
reactivos” de las moléculas químicas? ¿Cuántos sitios reactivos se conocen? De ejemplos.
En las reacciones orgánicas, intervienen ciertas regiones o SITIOS REACTIVOS dentro de las
moléculas. Es posible identificar dos tipos de sitios reactivos, dependiendo de la facilidad con
que atraigan electrones, es decir, dependiendo de su carga neta.
•
SITIOS NUCLEOFILOS. Son las regiones de las moléculas que tienen una densidad
electrónica alta, puesto que tienen un par de electrones no compartidos o que corresponden
al extremo negativo de un enlace polar o tienen electrones PI. Dicho de otra manera, un
nucleófilo es una especie química con pares electrónicos libres dispuesto a compartirlos; es
por eso por lo que se dice que son afines con los núcleos que tienen deficiencia de electrones.
El agua, HOH, es un nucleófilo, porque el átomo de oxígeno tiene alta densidad negativa y
pares de electrones libres para donar y formar un enlace covalente. Asimismo, los alcoholes,
ROH, son nucleófilos, por las mismas razones que las del agua. Los halogenuros (F–, Cl–, Br– y
I–) son nucleófilos. Tienen para donar uno de cualquiera de sus cuatro pares de electrones de
valencia.
•
SITIOS ELECTROFILOS. Son zonas de la molécula capaces de adquirir electrones, ya sea
porque son sitios de baja densidad electrónica o porque corresponden al extremo positivo de
un enlace polar, es decir, son estos sitios con deficiencia de electrones y que son afines a
grupos con electrones libres. Por ejemplo, el catión hidronio, H3O+, es un electrófilo porque
el átomo de oxígeno tiene una carga positiva. Al ser muy electronegativo, buscará ganar
electrones donando uno de sus hidrógenos para transformarse en una molécula de agua. Otro
ácido de Brönsted como el ácido sulfúrico, H2SO4, también es un electrófilo. El átomo de
azufre se encuentra altamente oxidado, y buscará ganar electrones donando sus dos
hidrógenos.

8. Defina brevemente que es una reacción de condensación o deshidratación. De ejemplos
Esta es considerada una reacción orgánica cuya función es combinar dos moléculas para dar
origen a un único producto el cual siempre debe ir acompañado por la formación de una
molécula de agua (H2O)
✓ Formación de Amidas a partir de los ácidos carboxílicos y Aminas:
✓ Formula general: R-COOH+R´-NH2→R-CON-R´+H2O
Ejemplos: CH3-COOH+CH3NH2→CH3-CONHCH3+H2O

9. ¿Qué son reacciones de oxido-reducción y como ocurre la oxidación y reducción de
grupos funcionales? De ejemplos
Es aquella reacción química que ocurre entre una sustancia oxidante y una sustancia
reductora es decir durante la reacción, la sustancia oxidante pierde electrones y la
sustancia reductora gana, por ejemplo, se forma oxido cuando hay oxido-reducción
entre el oxígeno que contiene el agua o el aire húmedo (una sustancia oxidante) y en
el hierro (una sustancia reductora), estas reacciones también se dan en el momento
en que nuestro cuerpo descompone la glucosa para producir energía.
Y en química orgánica las oxidaciones y las reducciones se llevan a cabo de una manera
diferente ya que estas no implican la transferencia de electrones en el sentido
electroquímico de la palabra.
Ejemplo:

10. Establezca un cuadro comparativo o mapa conceptual que muestre, resumidamente,
las teorías que describen el concepto de ácido y base.
TEORIAS ACIDO – BASE

Los ácidos y las bases son
sustancias utilizadas desde
la antigüedad

Teoría de Brönsted-Lowry

Teoría de Arrhenius

En 1887, Svante
Arrhenius postuló su
teoría de la disociación
electrolítica, la cual
planteaba que existen
sustancias que
manifiestan sus
propiedades químicas y
su conductividad
eléctrica en
disoluciones acuosas.

La teoría de Arrhenius presenta algunas complicaciones,
entre ellas:
No poder explicar el comportamiento de algunas bases,
como el amoníaco, ni de ciertos iones como el ion
bicarbonato.
Limitaba las reacciones ácido-base a disoluciones acuosas
y omite las reacciones que se producen en fase gaseosa.
Esta razón llevó a Johannes Brönsted y Thomas Lowry a
postular una teoría más general, la cual podía ser aplicada
a todos los ácidos y bases, llamada teoría protónica. Esta
postula que un ácido es toda sustancia capaz de ceder
protones y una base es una sustancia capaz de captarlos.
Por lo que las reacciones entre ácidos y bases se pueden
considerar como reacciones de transferencia de protones.

Ácidos

La teoría de Brönsted y Lowry establece que los ácidos

Sustancias que en
disolución acuosa
producen iones
hidrógeno, también
llamados protones
(H+).
Ecuación general:

Ejemplo: disociación
del ácido clorhídrico

ceden protones y las bases captan protones.

Bases
Sustancia que en disolución acuosa
produce iones hidroxilo (OH“).
Ecuación general:

Ejemplo: disociación del hidróxido de
sodio

Teoría de BrönstedLowry

Al no cumplirse la teoría de
Brönsted-Lowry para todos
los compuestos, Gilbert
Lewis propuso una nueva
teoría basada en la
estructura electrónica. Esta
teoría plantea que:
Un ácido es todo átomo,
molécula o ion capaz de
aceptar un par de electrones
para formar una unión
covalente.
Una base es todo átomo,
molécula o ion capaz de
ceder un par de electrones
para formar una unión
covalente.
De este modo, un H+ será
un ácido de Lewis, ya que
su estructura permite
aceptar un par de
electrones, mientras que el
amoníaco será una base de
Lewis, pues en la capa de
valencia del nitrógeno
existe un par de electrones
sin compartir.

11. ¿Qué es el pH? ¿Cómo se define matemáticamente este valor? Dibuje una escala de
pH con base en la molaridad
R:/ El pH es una escala numérica utilizada para especificar la acidez o alcalinidad de una
solución acuosa. Es el logaritmo negativo en base 10 de la actividad del ion Hidrógeno.
Las soluciones con un pH menor a 7 son ácidas, por el contrario, las soluciones con un pH
mayor a 7 son alcalinas o básicas. El agua pura tiene un pH de 7, lo que se refiere a que es
neutral, es decir, ni ácida ni alcalina.
pH se define como el recíproco del logaritmo decimal (base 10) de la actividad del ion
Hidrógeno (αH+), en una solución y se calcula con la siguiente ecuación:

ESCALAS DE PH EN BASE A LA MOLARIDAD

12. ¿Qué significa el concepto de “amortiguamiento” de soluciones? Describa que
relación matemática determina el amortiguamiento a nivel químico
La mayoría de los organismos, incluidos los seres humanos, necesitan mantener el pH dentro
de un rango muy reducido para poder sobrevivir. Por ejemplo, la sangre humana necesita
mantener su pH justo alrededor de 7.4 y evitar variaciones significativas hacia arriba o hacia
abajo, aun cuando sustancias ácidas o alcalinas entren o salgan del torrente sanguíneo.

Las soluciones amortiguadoras, son capaces de resistir cambios en el pH, son
indispensables para mantener estable la concentración de iones hidrógeno H+ en los
sistemas biológicos. Cuando hay demasiados iones H+ una solución amortiguadora
absorberá parte de ellos, subiendo el pH; y cuando hay muy pocos, la solución
amortiguadora aportará algunos de sus propios iones H+ para reducir el pH. Las
soluciones amortiguadoras consisten generalmente de un par ácido-base, cuya
diferencia radica en la presencia o ausencia de un protón (un par ácido-base
conjugado).
El pH de una mezcla amortiguadora se puede conocer mediante la ecuación de
Henderson-Hasselbach. En la disolución del ácido acético:

Teniendo en cuenta que el ácido acético es muy débil y, por tanto, el equilibrio de disociación
está casi totalmente desplazado hacia la izquierda (desplazamiento favorecido por la presencia
de cantidades notables de acetato) podremos sustituir en la ecuación de HendersonHasselbach, sin introducir errores, la concentración de acético libre por la de acético total
([AcH]=[ácido]).
Análogamente, como el acetato sódico está completamente disociado podemos considerar
que la concentración del ion acetato coincide con la concentración de sal ([Ac-]=[sal]).
Con estas modificaciones podemos expresar la ecuación de Henderson-Hasselbach de una
forma válida para todos los amortiguadores (no sólo para el acético/acetato), entonces esta
sería la relación matemática del amortiguamiento a nivel químico:

BIBLIOGRAFÍA
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pH y soluciones amortiguadoras:
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https://www.sebbm.es/BioROM/contenido/JCorzo/temascompletos/InteraccionesNC/ionico
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https://www.ugr.es/~mota/Tema2-Fuerzas_intermoleculares.pdf
http://www.ehu.eus/biomoleculas/moleculas/fuerzas.htm

Interacciones hidrofóbicas

http://www.biorom.uma.es/contenido/JCorzo/temascompletos/InteraccionesNC/agua/hidro
fobicos.htm#:~:text=Las%20interacciones%20hidrof%C3%B3bicas%20dependen%20exclusiva
mente,que%20no%20interaccione%20con%20ella.&text=Las%20mol%C3%A9culas%20de%2
0agua%2C%20muy,dos%20caras%20de%20la%20bicapa
http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/Materialdeestudiooxido-reduccion_1344.pdf
https://www.quimicas.net/2015/05/ejemplos-de-reacciones-de-condensacion.html?m=1
http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/Equilibrio_quimico_23415.pdf
http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/capitulo-1_26390.pdf
https://sites.google.com/site/ibqgerardomendoza/resumen-unidad-2/2-2-acidos-y-bases-delewis/2-2-1-caracteristicas-estructurales-de-electrofilos-y-nucleofilos
http://www.saber.ula.ve/bitstream/handle/123456789/16710/reacciones.pdf?sequence=1&
isAllowed=y

…