Conceptos Esenciales de Química: Desde Modelos Atómicos hasta Biomoléculas

Modelos Atómicos Fundamentales

Modelo de Rutherford

Al bombardear una lámina de oro con partículas de carga positiva, se observó que:

• La mayoría de las partículas atravesaban la lámina sin desviarse.
• Muy pocas partículas rebotaban en la lámina de oro.
• El volumen del átomo está formado principalmente por espacio vacío.
• El centro poseía una pequeña porción de materia densa, denominada Núcleo Atómico.

Modelo Atómico de Bohr

• Los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas definidas, cada una con un nivel de energía característico.
• Cuanto más lejos giraba un electrón del núcleo, mayor nivel de energía poseería.

Este modelo atómico se desarrolló a partir del estudio de las reacciones que emiten luz (espectros de emisión) cuando un átomo absorbe energía.

Neutrón

Partícula subatómica sin carga eléctrica, con una masa semejante a la del protón.

Modelo Atómico Actual

Los electrones que giran alrededor del núcleo lo hacen en una región de probabilidad llamada orbital.

Orbital

Región alrededor del núcleo donde es más probable encontrar un electrón. Como máximo, se pueden ubicar dos electrones por orbital.

Orbitales Atómicos

Zonas específicas donde se distribuyen los electrones dentro de un átomo.

Conceptos Clave de la Estructura Atómica

Configuración Electrónica

Describe el estado energético de los electrones en un átomo, utilizando los números cuánticos.

Nivel de Energía

Región de la nube electrónica donde se encuentran los electrones con valores similares de energía. Los niveles de energía son mayores cuanto más lejos del núcleo se encuentre el electrón.

Radio Atómico

La mitad de la distancia entre los núcleos de dos átomos adyacentes del mismo elemento.

Energía de Ionización

Energía necesaria para separar un electrón en su estado fundamental de un átomo neutro en estado gaseoso.

Química Orgánica y Biomoléculas

Reacciones Orgánicas

Reacciones químicas que involucran al menos un compuesto orgánico como reactivo.

Biomoléculas

Compuestos biológicos que forman los seres vivos e intervienen en sus reacciones químicas, siendo imprescindibles para la vida. Las de mayor importancia son: ÁCIDOS NUCLEICOS, HIDRATOS DE CARBONO, LÍPIDOS y PROTEÍNAS.

Hidratos de Carbono (Carbohidratos)

Compuestos formados por carbono, hidrógeno y oxígeno. Son los compuestos orgánicos más abundantes en la naturaleza y también los más consumidos por los seres humanos. Sus funciones principales incluyen:

• Ser combustibles celulares.
• Función estructural.
• Almacenar energía.
• Formar glicoproteínas.
• Formar parte de la estructura del ADN y ARN.

Números Cuánticos: Describiendo el Electrón

Número Cuántico

Describe el movimiento y el estado energético de un electrón dentro de un átomo.

(n) Principal

Relacionado con la distancia promedio del electrón al núcleo y el tamaño del orbital. Representa los niveles de energía y toma valores enteros positivos (1, 2, 3...).

(l) Azimutal (o Secundario)

Relacionado con la forma del orbital y define los subniveles de energía. Los subniveles se designan con letras (s, p, d, f).

(m_l) Magnético

Relacionado con la orientación espacial del orbital en el espacio. Determina el número de orbitales en cada subnivel.

(m_s) Espín

Determina el sentido de giro del electrón sobre su propio eje. Toma dos valores posibles: +1/2 y -1/2.

Monosacáridos: Estructura y Clasificación

Clasificación de Monosacáridos

Los monosacáridos se clasifican según:

• Su estructura química.
• La ubicación del grupo C=O (carbonilo).
• La función aldehído (aldosas).
• La función cetona (cetosas).

Composición de Monosacáridos

Están compuestos por oxígeno, hidrógeno, carbono y un grupo cetona o aldehído.

Monosacáridos Más Importantes

• Aldohexosas:
  • GLUCOSA: El monosacárido más abundante y de mayor importancia fisiológica, principal combustible para las células.
  • GALACTOSA: Se encuentra libre en la naturaleza, a menudo como parte de la lactosa.
  • MANOSA: Se obtiene por hidrólisis de polisacáridos vegetales llamados mananos.
• Cetohexosas:
  • FRUCTOSA: Su índice de rotación específica es -92.4º.
• PENTOSAS: La de mayor importancia es la aldopentosa D-ribosa, componente del ARN y ADN.

Estereoquímica de Carbohidratos

Carbono Quiral (o Asimétrico)

Es aquel átomo de carbono que posee sus cuatro valencias sustituidas por cuatro grupos o radicales diferentes.

Carbono Anomérico

Es el carbono quiral que se forma en la ciclación de un monosacárido, resultado de la reacción entre el grupo hidroxilo (-OH) y el grupo carbonilo (aldehído o cetona). Da origen a los anómeros alfa y beta (un tipo de diastereoisómeros).

Enantiómeros

Estereoisómeros que son imágenes especulares no superponibles entre sí. Se presentan en aquellos compuestos cuyas moléculas son quirales.

Estereoisómeros

Son isómeros que poseen la misma conectividad de átomos, pero difieren en la disposición espacial de sus átomos.

Diastereoisómeros

Son estereoisómeros que no son imágenes especulares mutuas y no son superponibles.

Epímeros

Son diastereoisómeros que difieren en la configuración de un solo centro quiral (por ejemplo, la ubicación de un grupo hidroxilo).

Grupos Funcionales Oxigenados en Química Orgánica

Alcoholes

Compuestos que contienen un grupo funcional hidroxilo (-OH) unido covalentemente a un átomo de carbono. Su terminación característica es "-ol".

Aldehídos

Compuestos que contienen un grupo funcional carbonilo (C=O) unido a un átomo de carbono primario (al final de una cadena). Su terminación característica es "-al".

Cetonas

Compuestos que contienen un grupo funcional carbonilo (C=O) unido a un átomo de carbono secundario (dentro de una cadena). Su terminación característica es "-ona".

Ácidos Carboxílicos

Compuestos que contienen el grupo funcional carboxilo (-COOH). Su terminación característica es "-oico".