"Química, universo, tierra y vida" Capitulo I

Sintesis del libro "Química, universo, tierra y vida" 

     

  I.                    Átomos y moléculas en el Universo. La tabla periódica de los elementos.

Astrónomos y físicos han postulado como origen del Universo una gran explosión, que a partir de un gas denso formó las innumerables galaxias que ahora pueblan el Universo.

Cuando la temperatura del Universo era de alrededor de mil millones de grados, se comenzaron a formar los núcleos de los elementos. Los químicos los han ido descubriendo poco a poco y han encontrado que se pueden clasificar de acuerdo con sus propiedades físicas y químicas en lo que se ha nombrado la tabla periódica de los elementos 

Los primeros elementos formados, que son también los más ligeros, el hidrógeno (H) y el helio (He), siguen siendo los principales constituyentes del Universo.  El hidrógeno, el elemento más sencillo y más abundante en el Universo, es un gas más ligero que el aire.

El átomo de hidrógeno (H) está formado por un núcleo, llamado protón, que posee una carga positiva, la cual se encuentra neutralizada por un electrón (carga negativa). Se combina con otros elementos formando moléculas.

PROPIEDADES DEL AGUA.

2H₂ + O₂  2H₂O + calor (fuego)

Hidrógeno + Oxígeno = agua + fuego

El agua, producto formado en la combustión del hidrógeno, es la molécula más abundante en la Tierra, donde se le encuentra en sus tres estados físicos: como líquido, como vapor y en su estado sólido (hielo). Constituye más de la mitad del peso de los seres vivos.

En estado puro, es un líquido incoloro, inodoro e insípido. Las propiedades físicas se toman como tipo: su punto de fusión es de 0° su punto de ebullición a nivel del mar es de 100° la mayor densidad del agua se alcanza a 4°, siendo de 1 g/ml, su calor específico es de 1.00 caloría por grado, por gramo, en estado sólido es menos densa que en forma líquida. 

LAS GRANDES RESERVAS DE AGUA COMO REGULADORAS DEL CLIMA

Como el agua se calienta o enfría más lentamente que el suelo, sirve para regular la temperatura. El agua no sólo es abundante en la Tierra, también se ha detectado en otros cuerpos celestes.

AGUA OXIGENADA, PERÓXIDO DE HIDRÓGENO H₂O₂

El agua no es la única combinación que puede obtenerse entre hidrógeno y oxígeno. Existe además un compuesto que tiene un átomo de oxígeno más que el agua. La sustancia así formada es conocida como agua oxigenada, llamada con más propiedad peróxido de hidrógeno, cuya estructura es H₂O₂ o HO-OH. Esta sustancia, por tener un átomo de oxígeno extra, es inestable.

2 H₂O₂  2 H₂O + O₂

PREPARACIÓN DE HIDRÓGENO

El hidrógeno se puede liberar de las moléculas en las que se encuentra combinado con otros elementos. Como el agua está formada por átomos de hidrógeno (H^.), cuyo único electrón se pierde con cierta facilidad para dar iones positivos (H⁺) al pasar una corriente eléctrica a través del agua, es de esperarse la generación de protones que, por tener carga positiva, serán atraídos hacia el polo negativo (cátodo), donde se descargarán, liberando, por tanto, hidrógeno gaseoso (H₂), es necesario disolver en ella una base o un ácido fuerte que la hagan conductora.

A esta reacción se le conoce como electrólisis tan útil reacción no sólo se emplea para romper la molécula de agua, sino que se usa también para liberar los metales de sus sales.

Los iones metálicos (positivos) viajarán al cátodo en donde se descargan y se depositan, pudiéndose de esta manera recubrir un metal con otro.

La electrólisis tiene múltiples aplicaciones prácticas, entre otras, la obtención y purificación de metales.
 

OBTENCIÓN DE HIDRÓGENO POR DESCOMPOSICIÓN DEL AGUA CON METALES 

2Na + 2 H₂O  2 NaOH + H₂

Una forma más moderada y fácil de controlar la reacción para preparar hidrógeno es la descomposición de un ácido fuerte por medio de un metal como:

2 HCl + Zn  ZnC1₂ + H₂

En esta reacción el metal desplazará al hidrógeno formando la sal llamada cloruro de zinc. Si el hidrógeno liberado se hace arder en presencia de aire, se podrá condensar el agua formada por la combinación con el oxígeno del aire, justificando así su nombre que en griego significa "el que forma agua". 

LA ELECTRÓLISIS EN LA OBTENCIÓN DE METALES

El aluminio es el tercer elemento más abundante en la corteza terrestre. La bauxita es un óxido de aluminio muy abundante. De él se obtiene el aluminio metálico mediante un proceso electrolítico muy ingenioso, descubierto simultáneamente en los Estados Unidos por Charles M. Hall, joven de 22 años, y en Francia por un joven, también de 22 años, llamado P. L. T. Heroult. El procedimiento descubierto por ambos jóvenes nacidos en 1863 fue idéntico.

Para obtener aluminio a partir de bauxita, ésta es previamente purificada, y disuelta posteriormente en un baño de criolita fundida. La solución caliente de bauxita (óxido de aluminio o A1₂ O₃) en criolita es colocada en una tina de carbón, se insertan en ellas barras de grafito y se hace pasar corriente eléctrica a través del mineral fundido. Como resultado de este proceso, el óxido se descompone y el aluminio se deposita en el fondo de la tina, de donde es posible recuperarlo. Con este descubrimiento, el aluminio se abarató.

El helio, segundo elemento más abundante en el Universo y en el Sol, es también un gas ligero que es inerte, es decir, no se combina con otros elementos. Como no es inflamable, se usa con plena confianza en el llenado de dirigibles. El helio es tan poco reactivo, que no se combina ni consigo mismo, por lo que se encuentra como átomo solitario He. tiene en su núcleo dos protones y su única capa electrónica se encuentra saturada con dos electrones.

Los demás elementos que existen en el Universo van siendo cada vez más pesados y se encuentran ordenados en la tabla periódica.

Los únicos elementos que no reaccionan y permanecen siempre como átomos solitarios son los gases nobles. Estos elementos se encuentran en la última columna de la tabla periódica.

LA ATMÓSFERA PRIMITIVA DE LA TIERRA

Cuando en el planeta Tierra aún no se iniciaba la vida, debió de existir una atmósfera muy diferente a la actual. El científico ruso Oparin supone que estaba compuesta por vapor de agua (H₂0), amoniaco (NH₃) e hidrocarburos, principalmente metano (CH₄), conteniendo también ácido sulfhídrico (H₂S).

Tal mezcla de gases, sometidos a las altas temperaturas y a la radiación ultravioleta que llegaba del Sol sin obstáculos, debieron de dar origen a nuevas moléculas orgánicas, como los aminoácidos. El resto de los planetas de nuestro sistema solar no son tan afortunados como el nuestro, pues ninguno tiene agua en abundancia ni tiene atmósfera rica en oxígeno.

Las condiciones que existen en los planetas más cercanos al Sol, Mercurio y Venus, son impropias para la vida.  Los grandes planetas más alejados de la Tierra: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, además de ser muy fríos, tienen una atmósfera en que el principal constituyente es el hidrógeno, aparte de cantidades apreciables de helio y metano. 

COMPONENTES DEL CUERPO HUMANO

Los principales elementos de que está formado el cuerpo humano son carbono (C), oxígeno (O), hidrógeno (H) y nitrógeno (N), elementos que son también los principales componentes de otros seres vivos.

La molécula más abundante en los seres vivos es el agua. En el ser humano llega a ser más de 70% de su peso.  Los elementos que forman parte de los seres vivos no sólo son importantes constituyentes de nuestro planeta lo son también de otros cuerpos celestes. 

Capitulo II

       II.                    El átomo de carbono, los hidrocarburos, otras moléculas orgánicas, su posible existencia en la Tierra primitiva y en otros cuerpos celestes.

La teoría de la gran explosión como origen del Universo concibe la formación del átomo de carbono en el interior de las estrellas mediante la colisión de tres átomos de helio. La generación del carbono y de los átomos más pesados se dio en el interior de las estrellas antes de la formación de nuestro Sistema Solar.

Los elementos del 93 al 109, llamados transuránicos, han sido preparados artificialmente por el hombre, mediante colisiones entre distintos átomos. Cuando la colisión se efectúa entre átomos y neutrones se obtienen átomos con idéntico número atómico, pero diferente peso molecular, a los que se les llama isótopos.  El hombre ha preparado más de 1 900 isótopos de diferentes elementos, muchos de ellos radiactivos.

Cualquier elemento natural o sintético es identificado por su número atómico Z. Cada elemento puede tener un número variable de isótopos.

Los diferentes isótopos (del griego, mismo lugar) de un elemento se llamarán, en general, de la misma manera y ocuparán el mismo lugar en la tabla periódica de los elementos, además de que tendrán idénticas propiedades químicas dado que su configuración electrónica permanece estable.

El carbono, elemento base de la vida, se encuentra en la corteza terrestre en una proporción de 0.03% y se encuentra también en los demás planetas de nuestro Sistema Solar

En la Tierra se le encuentra: libre en forma de diamante o de grafito; combinado, formando parte de diversas moléculas orgánicas; formando parte de sustancias inorgánicas

EL CARBONO EN ESTADO LIBRE

El diamante es un cuerpo duro y transparente en el que cada átomo de carbono se encuentra unido a otros cuatro, localizados en los vértices de un tetraedro. El grafito es otra forma alotrópica del carbono.

Alotropía es una palabra griega que significa variedad. Debido a las diferencias que existen en las uniones entre los átomos del diamante y los del otro alótropo del carbono, el grafito, ambos tienen propiedades completamente diferentes.  Como ambas sustancias están formadas tan sólo por átomos de carbono, como antes veíamos, la diferencia en propiedades físicas se debe al modo de unión entre sus átomos.

En el diamante, cada átomo de carbono está rodeado por otros cuatro átomos acomodados en los vértices de un tetraedro. En el grafito los átomos de carbono están fuertemente unidos a tres átomos vecinos, formando capas de hexágonos.

COMPUESTOS DEL CARBONO

El átomo de carbono, por tener cuatro electrones de valencia, tiende a rodearse por cuatro átomos con los que comparte cuatro de sus electrones para así completar su octeto, que es lo máximo que puede contener en su capa exterior.

PRIMEROS HIDROCARBUROS

La Tierra tuvo en su primera época una atmósfera rica en hidrógeno, por lo que el carbono reaccionó con él formando moléculas de hidrocarburos. Como el hidrógeno contiene un solo electrón de valencia, cada átomo de carbono se une a cuatro de hidrógeno formando metano (CH₄). En el metano, los cuatro átomos de hidrógeno se encuentran acomodados en los vértices de un tetraedro.

Debido a que el carbono tiene la propiedad de unirse entre sí formando cadenas lineales, ramificadas o cíclicas, sus compuestos forman una serie muy grande de sustancias con fórmulas precisas. Tendrán la fórmula C_nH_2n +2.

Los cuatro primeros hidrocarburos lineales se llaman: metano (CH₄), etano (C₂H₆), propano (C₃H₈) y butano (C₄H₁₀), y son gases inflamables. Los siguientes tres: el pentano (C₅H₁₂), el hexano (C₆H₁₄) y el heptano (C₇H₁₆) son líquidos inflamables con bajo punto de ebullición.

Las cuatro valencias del átomo de carbono pueden también ser satisfechas de manera diferente: dos átomos de carbono pueden unirse entre sí, usando no sólo una valencia, sino dos y aun tres. En el primer caso tendremos las moléculas llamadas olefinas o alquenos.

Estas moléculas son muy útiles en química orgánica, ya que al existir la tendencia de los átomos de carbono a quedar unidos entre sí por una sola valencia, quedan disponibles las valencias extras para unirse a un hidrógeno u otros átomos, dando hidrocarburos saturados, o hidrocarburos sustituidos.

Existe también la posibilidad de que dos átomos de carbono unan tres de sus cuatro valencias, formando así sustancias llamadas alquinos.

Los carburos metálicos se forman por interacción entre el átomo de carbono y un óxido metálico a elevadas temperaturas. Los metales alcalinos forman carburos que pueden representarse como M₂C₂ y los alcalino-térreos forman carburos representados por MC₂.

METANO

El metano es el resultado de la unión de un átomo de carbono con cuatro hidrógenos, es un gas volátil e inflamable que, por su alto contenido de calor, es un combustible eficaz, es el principal componente del gas natural

EL METANO Y OTROS COMPUESTOS QUÍMICOS EN LOS CUERPOS CELESTES.

El metano formó parte de la atmósfera primitiva de la Tierra, donde se generó por la acción reductora del hidrógeno sobre el carbono. Era el gas predominante en la atmósfera terrestre de aquel entonces.

C + 2H₂  CH₄

Júpiter

Como el metano se conserva en estado gaseoso, se encuentra en forma de gas en la atmósfera de Júpiter, donde se transforma químicamente con la ayuda de la radiación ultravioleta del Sol.

Saturno

Este planeta, que se distingue de los demás por su bello e impresionante sistema de anillos, posee una atmósfera en la que predomina el hidrógeno, aunque es rica también en metano, etano y amoniaco, el etano y el amoniaco se encuentran en estado sólido, y el helio se condensa cayendo como lluvia sobre la superficie del planeta.

Titán

Con este nombre se conoce a la mayor luna de Saturno, un cuerpo celeste con tamaño comparable al de la Tierra.

La atmósfera de este cuerpo celeste está formada por 80% de nitrógeno y por sustancias orgánicas como metano (CH₄), etano (CH₃ — CH₃), acetileno (H — C  C—H) y ácido cianhídrico (HC  N). El metano puede existir en sus tres estados: sólido, líquido y gaseoso.

Urano

Es un gran planeta de color verdoso, con 51 000 km de diámetro que circunda al Sol cada 84 años terrestres. Se encuentra a una distancia del Sol de 2 868 600 000 km, cubierto de una capa de agua, amoniaco y metano (H₂0, NH₃ y CH₄). Sobre este vasto océano existe una atmósfera de hidrógeno y de helio, con una considerable cantidad de metano. La duración del día es aproximadamente de 114 horas terrestres.

Neptuno. 

Es un gigante verdoso con aproximadamente las mismas dimensiones y con una composición química parecida.

COMPUESTOS OXIGENADOS DEL CARBONO

Ésta es una reacción de oxidación en la que el hidrógeno se combina con el oxígeno del aire produciendo su óxido, que es el agua. En esta reacción violenta se produce, además, luz y calor.

2 H₂+ O₂  2 H₂O + calor

Cuando prendemos fuego a un hidrocarburo líquido o mezcla de hidrocarburos como la gasolina vemos que el líquido desaparece totalmente. Lo que sucede en realidad es que, al combinarse con el oxígeno atmosférico, sus átomos de carbono producen el gas bióxido de carbono, mientras que sus átomos de hidrógeno forman vapor de agua, y ambos óxidos en que se transformó el hidrocarburo ascienden a la atmósfera sin dejar huella del líquido combustible.

CH₄ + O₂  CO₂ + 2 H₂O + calor

Cuando se sustituye uno de los hidrógenos de un hidrocarburo por un grupo oxhidrilo (OH) se obtiene un nuevo grupo de sustancias a las que se llama alcoholes.

Los alcoholes, cuyo grupo característico es el oxhidrilo (OH), poseen propiedades parecidas a las del agua (HOH), sobre todo en los de más bajo peso molecular. Son miscibles con agua y tienen alto punto de ebullición, que con frecuencia es varios cientos de grados, superior al del hidrocarburo del que derivan. Los átomos de oxígeno de una molécula de alcohol atraen a los hidrógenos de una segunda molécula de alcohol.

METANOL, ALCOHOL METÍLICO O ALCOHOL DE MADERA

El alcohol metílico tiene un solo átomo de carbono, es venenoso, puede provocar ceguera y aun la muerte. El alcohol metílico se usa ampliamente como disolvente en química orgánica.

ALCOHOL ETÍLICO

Se produce en la fermentación de líquidos azucarados. Es usado como disolvente para pinturas, barnices, lacas y muchos otros materiales industriales. También se utiliza ampliamente como desinfectante.

Conforme aumenta el número de átomos de carbono en un alcohol sus propiedades se asemejan cada vez más a las de un hidrocarburo.

ÉTERES

No sólo existe la posibilidad de inserción de un átomo de oxígeno entre un carbono y un hidrógeno para dar un alcohol, sino que también existe la posibilidad de inserción de oxígeno entre dos átomos de carbono, lográndose así la formación de las sustancias llamadas éteres.

ÉTER ETÍLICO

El éter etílico es una sustancia líquida de bajo punto de ebullición, se emplea para extraer sustancias que se encuentran disueltas o suspendidas en agua.

OTROS COMPUESTOS OXIGENADOS DEL CARBONO: ALDEHÍDOS, CETONAS, ÁCIDOS

Los alcoholes se dividen en tres clases: primarios, secundarios y terciarios. Los alcoholes primarios pierden por oxidación dos átomos de hidrógeno dando un aldehído.

Preparación de urotropina

La urotropina es una sustancia sólida que se usa como desinfectante de las vías urinarias. Se prepara mezclando formalina con una solución diluida de hidróxido de amonio. La mezcla se deja reposar por bastante tiempo y luego se evapora calentando a 100°. La urotropina se depositará como un sólido de sabor dulce.

Polimerización

El formaldehído forma dos tipos de polímeros, uno de ellos es cuando los átomos de carbono de una molécula se unen con los átomos de oxígeno de otra; el segundo tipo, cuando las moléculas se unen por medio de los átomos de carbono.

Etanal o acetaldehído

El etanal o acetaldehído es el producto de la oxidación suave del etanol. Es un líquido que hierve a 20.2°, incoloro y soluble en agua, al ser tratado con cloro produce el aldehído dorado llamado cloral, que es materia prima para la preparación del insecticida DDT. 

Preparación del insecticida DDT

El tricloroacetaldehído o cloral es la materia prima para la obtención del insecticida DDT.

Cuando el cloral se hace reaccionar con clorobenceno en presencia de ácido sulfúrico, el producto es la sustancia clorada DDT, cuyas propiedades insecticidas son ampliamente conocidas.

Se sabe que uno de los principales productos de descomposición del DDT en la naturaleza es él para-dicloro-fenil-eteno, una de cuyas acciones nocivas es la inhibición de la enzima anhidraza carbónica.

Cetonas

Cuando el alcohol no es primario la oxidación da origen a sustancias llamadas cetonas. Cuando la oxidación de un aldehído continúa, se llega a un ácido carboxílico. De esta manera del metanol se pasa a formaldehído y de éste a ácido fórmico.

Capitulo III

      III.                    Radiación solar, aplicaciones de la radiación, capa protectora de ozono, fotosíntesis, atmosfera oxidante, condiciones apropiadas para la vida animal.

En el sol se están generando constantemente grandes cantidades de energía mediante reacciones termonucleares. La energía radiante se propaga por el espacio viajando a razón de 300 000 km por segundo.

Debido a que las radiaciones viajan como ondas a la velocidad de la luz, tendrán como característica la longitud de onda. El número de ondas que a una velocidad constante pasan por un determinado punto cada segundo se le llama frecuencia. 

La pequeña porción del espectro electromagnético que percibe el ojo humano es llamada "luz visible" y está compuesto por radiaciones de poca energía. La luz de menor longitud de onda es de color violeta; le sigue la de color azul; después tenemos la luz verde, seguida de la luz amarilla y la anaranjada y, por último la luz roja con la que termina el espectro visible.

Antes del violeta existen radiaciones de alta energía que el ojo humano no puede percibir, llamadas ultravioleta. Otras radiaciones de alta energía, y por lo tanto peligrosas para la vida, son los llamados rayos X y las radiaciones gamma. A longitudes de onda mayores que la de la luz roja existen radiaciones de baja energía, llamadas infrarrojo, microondas y ondas de radio. 

En la atmósfera primitiva de la Tierra, las moléculas de agua eran descompuestas en hidrógeno (H₂) y oxígeno (O₂) por la alta energía del ultravioleta. 

Parte del oxígeno que ingresaba en la atmósfera era activado por la radiación ultravioleta y transformado en su alótropo, una forma de oxígeno de alta energía llamado ozono (0₃). De esta manera se fue formando una capa protectora contra la radiación ultravioleta que se situó a una altura de alrededor de 30 km sobre la superficie terrestre. Esta capa de ozono protege a la Tierra de las radiaciones ultravioleta que son dañinas para la vida.

Otras radiaciones con mayor energía que la luz visible son también peligrosas para la vida. Cuando la luz visible incide sobre un átomo excitará sus electrones haciendo que avancen a un estado mayor de energía, del cual regresarán inmediatamente liberando la energía que habían absorbido en forma de luz con la misma frecuencia que tenía la que los excitó.

Cuando una molécula ha sido excitada, el fotón absorbido la hará pasar a un estado de mayor energía o estado excitado E*. Cuando esta molécula excitada se relaja a un sub-estado vibracional o rotacional de inferior energía, antes de que llegue a su estado basal emitirá luz a menor energía que la absorbida. Este proceso se llama fluorescencia.

REACCIONES FOTOQUÍMICAS

Un camino para relajarla es cuando la molécula excitada da como resultado una reacción química o fotoquímica

Vitamina D₂

Un ejemplo importante de reacción química provocada por la luz es la formación de vitamina D₂ o antirraquítica.

La sustancia más activa para combatir el raquitismo es la vitamina D₂ que se obtuvo al irradiar al ergosterol, una sustancia inactiva aislada de levadura.

Reacciones fotoquímicas se pueden aplicar a la transformación de diversas sustancias, lo que resulta de gran utilidad en síntesis orgánicas. La energía luminosa es también la base de las celdas fotovoltaicas que producen electricidad por excitación en el estado sólido.

CELDAS FOTOVOLTAICAS

Las celdas fotovoltaicas son muy eficientes en la conversión de energía solar a energía eléctrica. El procedimiento está basado en la propiedad que tiene la energía luminosa de excitar los electrones de los átomos.

FOTOSÍNTESIS

Las membranas biológicas consisten en un fluido bicapa de lípidos anfipáticos especialmente fosfolípidos. La parte interior de la membrana está constituida por las colas de los fosfolípidos que forman una barrera entre los medios acuosos.

Esta bicapa fosfolípida constituye una membrana y actúa como barrera semipermeable separando dos compartimientos acuosos. En los organismos fotosintéticos existen proteínas, colorantes y moléculas sensibilizadoras embebidas en la membrana de las células especializadas en la fotosíntesis.

En algas y plantas verdes, el aparato fotosintético se encuentra localizado en organelos intracelulares unidos a proteínas que se llaman cloroplastos.

La molécula sensibilizadora en la fotosíntesis es la clorofila, que consiste en un anillo tetrapirrólico que contiene un átomo de Mg en el centro del anillo. La clorofila absorbe luz para iniciar la reacción de fotosíntesis.

El aparato fotosintético consta de clorofila y una serie de pigmentos como carotenos y xantofilas, todos ellos unidos a una proteína embebida en una membrana, lo que permite una buena transmisión de energía.

Los pigmentos diferentes a la clorofila ayudan a absorber la luz, situados en la membrana. Estos fotosistemas contienen alrededor de 200 moléculas de clorofila y algunas 50 de carotenoides. Sólo una molécula de clorofila transforma la energía luminosa en energía química, por lo que recibe el nombre de centro de reacción fotoquímica.

FORMACIÓN DE AZÚCARES Y OTROS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Los organismos fotosintéticos producen glucosa y otros azúcares a partir del CO₂ atmosférico y el agua del suelo, usando la energía solar acumulada en el ATP y el NADPH.

El azúcar de cinco átomos de carbono se combina con CO₂, catalizado por la enzima carbonílica 1,5-difosfato de ribulosa, produciendo dos moléculas de ácido fosfoglicérico, el que se combina entre sí para dar el azúcar de fruta o glucosa.

Capitulo IV

       IV.                    Vida animal, hemoglobina, energía de compuestos orgánicos, dominio del fuego.

La capa de ozono dio a la Tierra una protección contra la alta energía de radiación, creándose así las condiciones apropiadas para la aparición de la vida. Las algas verde-azules y los vegetales perfeccionaron el procedimiento para combinar el CO₂ atmosférico con el agua y los minerales del suelo con producción de materia orgánica y liberación de oxígeno que transformaría a la atmósfera terrestre de reductora en oxidante.

El oxígeno que se generaba por fotólisis del agua, ahora se libera de ésta en forma eficiente mediante la reacción de fotosíntesis, usando la luz solar como fuente de energía.

6 CO₂ + 6 H₂O---------- C₆H₁₂O₆ + 6 O

Los vegetales usan el pigmento verde llamado clorofila como catalizador indispensable en la reacción de fotosíntesis y los organismos animales como transportador de oxígeno un pigmento asociado con proteína conocido como hemoglobina. Este pigmento tiene el mismo esqueleto básico de la clorofila, pero difiere esencialmente en el metal que contiene, pues mientras que la clorofila contiene magnesio, la hemoglobina contiene fierro.

La hemoglobina toma oxígeno del aire y lo transporta a los tejidos, que es donde se realiza la reacción contraria a la fotosíntesis.

C₆H₁₂O₆ + O₂ 6 CO₂ + H₂O + energía

De esta manera, el CO₂ que los vegetales toman de la atmósfera regresa a ella. La hemoglobina es una cromoproteína compuesta por una proteína, la globina, unida a una molécula muy parecida a la clorofila, pero que, en vez de magnesio, contiene fierro; el oxígeno se le une en forma reversible. Cuando la hemoglobina está unida a oxígeno se llama oxihemoglobina y cuando lo ha soltado deoxihemoglobina.

El fierro necesario para la formación de hemoglobina el ser humano lo toma en su dieta a razón de 1 miligramo por día, otro mineral es el calcio. La cantidad de calcio que un adulto necesita ingerir diariamente en su dieta es de alrededor de 1 gramo. El fósforo es otro de los elementos indispensables para el funcionamiento del organismo humano por lo que requiere ingerir diariamente en los alimentos alrededor de 1 gramo.

Hemoglobina + 4 O₂   Oxihemoglobina

El monóxido de carbono se combina con la hemoglobina desplazando al oxígeno para dar un compuesto más estable.

La hemoglobina se encuentra dentro de las células rojas o eritrocitos, estos son devorados posteriormente por células del sistema retículo endotelial. Estas células, llamadas macrófago se encuentran principalmente en el bazo, el hígado y la médula ósea. El macrociclo de la hemoglobina es cortado oxidativamente por una de las dobles ligaduras para dar el complejo biliverdina-hierro-proteína.

El hierro se elimina al igual que la proteína para dar biliverdina, la que es luego reducida para dar origen a la bilirrubina. El hierro libre se combina con proteína del plasma y es transportado a depósitos en la médula ósea, donde se vuelve a usar para formar nueva hemoglobina.

LOS ANIMALES Y EL HOMBRE

De todos los animales que poblaron el planeta hubo uno que destacó por tener un cerebro mayor que los demás: el hombre. El cerebro es un órgano maravilloso que distingue al hombre de los demás animales y lo ha llevado a dominar el planeta y a conocer otros mundos.

Siendo un órgano tan importante, es lógico que sea alimentado en forma privilegiada en relación con los demás órganos del cuerpo. El cerebro recibe glucosa pura como fuente de energía, y para su oxidación usa casi el 20% del oxígeno total que consume un ser humano adulto.

La glucosa es aprovechada por el cerebro vía secuencia glicolítica y ciclo del ácido cítrico, y el suministro de ATP es generado por catabolismo de glucosa. La energía de ATP se requiere para mantener la capacidad de las neuronas manteniendo así el potencial eléctrico de las membranas del plasma que son las que forman la línea de transmisión del sistema nervioso.

El cerebro gobierna las emociones y el dolor por medio de reacciones químicas.

OPIO, MORFINA Y SUSTANCIAS OPIÁCEAS DEL CEREBRO

El comportamiento de la morfina como analgésico es impresionante, ya que además de calmar el dolor, causa euforia, regula la respiración y es antidiarreico. Es un analgésico tan poderoso que se usa en las últimas fases del cáncer.

Como contrapartida de las maravillosas propiedades de la morfina, se tiene la de crear dependencia. La repetición de la inyección crea necesidad y cuando esta necesidad no se satisface, el sujeto sufre de los síntomas que la morfina alivió: dolor abdominal, diarrea, respiración agitada, taquicardia, náuseas, sudor y otros dolores.

Las propiedades de la morfina deben derivar de su estructura y configuración; cualquier alteración de ésta hace cambiar drásticamente sus propiedades.

Existe un gran número de receptores de morfina en partes del sistema nervioso involucrados en la transmisión del dolor y en la parte responsable de las emociones.

En el cerebro existen sustancias con estructura parecida a la de la morfina, a las que denominaron encefalinas. Éstas eran péptidos compuestos de cinco aminoácidos tyr-gly, gly-phe-met y tyr-gly-gly-fe-leu.

La morfina y la encefalina tienen pues la misma configuración, por lo que pueden unirse a receptores de la misma manera.

DESCUBRIMIENTO DEL FUEGO

Un paso fundamental en el dominio de la naturaleza lo dio el hombre primitivo cuando aprendió a dominar el fuego; en ese momento encontró la manera de liberar a voluntad la energía que los vegetales habían tomado de la radiación solar y acumulada en forma de materia orgánica. Ahora el hombre tenía la luz y el calor y su vida era más fácil, ya que dominaba la oscuridad y el frío de la noche y al mismo tiempo ahuyentaba a los animales peligrosos.

La cadena de descubrimientos a raíz del dominio del fuego ha sido constante hasta nuestros días, en que el consumo de combustible es sinónimo de riqueza de un país. Se inició la química de productos naturales.

ENVEJECIMIENTO

Mientras más tiempo ha durado un objeto inanimado, su aspecto más se deteriora. Procesos en que tiene que ver el oxígeno. El aspecto de los seres vivos cambia también con el tiempo.

El envejecimiento biológico puede ser debido al ataque de radicales hidroxilo H O^. sobre las células no regenerables del cuerpo. Los antioxidantes detendrán el envejecimiento; el problema es que muchos antioxidantes sintéticos producen reacciones secundarias indeseables en el organismo.