• Lavoisier, s. XVIII, el Padre de la Química moderna

Objetivo 1
¿Cómo reconocemos la
vida?
La vida tiene un “esqueleto” químico
Lavoisier:
azúcar—alcohol
C, O, H elementos principales
• Lavoisier, s. XVIII, el Padre
de la Química moderna
Marie Paulze y Antoine Lavoisier
P&D biosfera: El fenómeno de la vida en la tierra
Retrato de J-L David
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Pero ¿alguien ha visto carbono?
El esqueleto de la vida
Elementos asociados a diferentes
estados de la vida de una estrella.
• Las estrellas nacen cuando
comienzan a fusionar
hidrógeno para formar helio.
• El Sol, que se encuentra en su
fase principal, está sobre todo
generando helio.
• Las gigantes rojas generan los
elementos señalados en rojo.
• En las supernovas se generan
el resto de los elementos en
azul.
La nebulosa del Cangrejo es la M1, el primer objeto no-cometa en la lista de Messier (s.
XVIII). Es un remanente de supernova, la explosión de una estrella masiva, presenciada por
astrónomos en 1054. El púlsar del Cangrejo gira 30 veces por segundo, es el punto brillante
cerca del centro de la nebulosa. Como una dinamo cósmica, este remanente colapsado del
núcleo estelar alimenta la emisión del Cangrejo en todo el espectro electromagnético. La
nebulosa del Cangrejo abarca unos 12 años luz y se encuentra a sólo 6.500 años luz en
la constelación Taurus .
H y estrellas
• Las estrellas, formadas
principalmente por H.
• La fusión del mismo
suele durar la mayor
parte de su vida.
• Por ejemplo, el Sol es
una estrella pequeña
que lleva fusionando H
unos 4,5 KMa y le
quedan otros 5.000
millones de años
haciendo lo mismo.
Esquema de la reacción de fusión D-T
Autor: Joaquín Sánchez, CIEMAT
Fabricas de C, O…
• El helio, más pesado que el hidrógeno, se va
concentrando en el centro de la estrella.
• Cuando el centro de ésta alcanza una
temperatura muy alta, el helio es capaz de
empezar a fusionarse para producir otros
elementos, como el carbono o el oxígeno.
• Mientras esto ocurre, la estrella va aumentado
de tamaño y enrojeciéndose. Se ha convertido
en una gigante roja.
• Si la estrella era muy masiva, con el tiempo
será capaz de fusionar carbono y oxígeno, para
transformarlos en magnesio, sodio, fósforo,
silicio e, incluso, hierro.
L
u
m
Tª
Una estrella en la fase de
gigante roja. Su nombre
es Betelgeuse y se encuentra
en la constelación
de Orión (visible durante el
invierno del hemisferio
Norte).
Betelgeuse se ha salido de la
secuencia principal
Y después los elementos
pesados
Sólo las estrellas más
masivas que acaban su
vida como supernovas son
capaces de producir
elementos químicos más
pesados que el hierro. En
la explosión de supernova
se produce la energía
suficiente para que
núcleos pesados absorban
neutrones y protones,
convirtiéndose en núcleos
tan grandes como el de
uranio.
La explosión de las estrellas mezclan y
expanden los elementos en el espacio
formando nuevas estrellas o planetas.
Nuestro planeta, con tal diversidad de
elementos químicos nació de la nube de gas
y polvo de varias explosiones de supernovas
somos polvo de
estrellas…
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EL SEXTO
ELEMENTO: 12C
• Como otros elementos se forma en las estrellas por el proceso
triple-alpha (Centro de Astrofísica-Supercomputadores Swinburne,
Nguyen, Michigan)
• En las viejas estrellas que han quemado su H, se acumula He
sobrante.
• Cada nucleo de He tiene 2 protones y 2 neutrones.
• A altas Tª — mayores de 100,000,000 Kelvin (179,999,540.6 F) —
el núcleo de He comienza a fusionarse, primero formando un
nucleo inestable de Be de 4 protones, y, cuando hay suficiente Be,
se fusiona un atomo de Be con He, dando → C: carbono.
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somos polvo de
estrellas…
http://www.xtal.iqfr.csic.es/Cristalografia/index.html
Entre otras…
• El carbono tiene una gran
capacidad de combinarse
consigo mismo formando
cadenas, redes y anillos, las
moléculas de carbono se
unen fácilmente con el H y
el O y estos productos son
solubles en agua por lo que
se transportan fácilmente.
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Y el Carbono es el principal elemento
de los seres vivos…
Elementos biogénicos
C
H
N
H
O
P
H
H
C
S
Metano CH4
H
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Los elementos de la materia viva
Carbono, hidrógeno, oxígeno y
nitrógeno son elementos de
pequeña masa atómica y tienen
variabilidad de valencias, formando
entre sí enlaces covalentes fuertes
y estables, que permiten formar
gran variedad de moléculas
P&D biosfera: El fenómeno de la vida en la
tierra
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Un repaso a la tabla periódica de los
elementos
• Recordamos que se
forman en distintas
fases de la vida de
las estrellas
tpe
tpe
fase estrella roja
CyN
El C y el N presentan la misma afinidad para unirse
tanto al Oxígeno como al Hidrógeno: pasan con la
misma facilidad del estado oxidado (CO2, HNO3) al
reducido (CH4, NH3).
De gran importancia en los procesos de oxidación
reducción, base de muchas reacciones químicas.
El primer enfoque de la oxidación y reducción, consiste en la adición de
oxígeno para formar un óxido (oxidación) o la eliminación de oxígeno
(reducción). Siempre se presentan juntos. Por ejemplo, en la quema de
hidrógeno
2H2 + O2 -> 2H2O
el hidrógeno se oxida y el oxígeno se reduce.
P&D biosfera: El fenómeno de la vida en la
tierra
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La combinación de nitrógeno y oxígeno que se produce a altas temperaturas sigue el mismo
patrón.
N2 + O2 -> 2NO
Esta formación de óxido nítrico oxida el nitrógeno y reduce el oxígeno.
En algunas reacciones, la oxidación es más destacada, como por ejemplo, en la
combustión de metano,
CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O
ambos carbono e hidrógeno se oxidan (ganancia de oxígeno). La consiguiente reducción
de oxígeno es más fácil de ver cuando se describe la reducción como la ganancia de
hidrógeno.
El C, H, O y N (por tener de 4 a 6 electrones en su última capa)
presentan variabilidad de valencias y por ello forman con facilidad
enlaces covalentes.
A su vez son los elementos más pequeños (tienen pesos atómicos
bajos) capaces de formar enlaces covalentes estables.
La estabilidad de un enlace covalente está en relación inversa con el
tamaño del átomo.
CyN
P&D biosfera: El fenómeno de la vida en la
tierra
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Los átomos de carbono establecen con facilidad enlaces covalentes
sencillos, dobles o triples entre ellos
P&D biosfera: El fenómeno de la vida en la
tierra
Enlaces covalentes
Carbono
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Los átomos de carbono
establecen con facilidad enlaces
covalentes sencillos, dobles o
triples con los de hidrogeno,
oxigeno, nitrógeno, azufre, etc.,
dando lugar a cantidad de grupos
funcionales que pueden
reaccionar entre sí y originar
nuevas moléculas orgánicas con
diversos grupos funcionales.
Todo ello resulta útil para las
continuas transformaciones que
sufre la materia de los seres vivos
en su metabolismo.
Biomoléculas
P&D biosfera: El fenómeno de la vida en la
tierra
Enlaces covalentes
Carbono
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Los átomos de carbono
establecen con facilidad enlaces
covalentes sencillos, dobles o
triples con los de hidrogeno,
oxigeno, nitrógeno, azufre, etc.,
dando lugar a cantidad de grupos
funcionales que serán el
esqueleto de las principales
moléculas orgánicas
Biomoléculas
P&D biosfera: El fenómeno de la vida en la
tierra
Enlaces covalentes
Carbono
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Biomoléculas
P&D biosfera: El fenómeno de la vida en la
tierra
Enlaces covalentes
Carbono
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Por otro lado, los enlaces carbono -carbono son
estables y forman largas y variadas cadenas
carbonadas:
. Cadenas lineales con todo tipo de enlaces
. Cadenas ramificadas
Cadenas cíclicas, cuando los extremos de la
cadena aparecen unidos entre sí dando origen a
estructuras cíclicas o anillos.
CyN
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tierra
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Para que haya vida es preciso el agua