Como se forman las sales minerales

1.
Agua de la matèria viva: El agua es la molécula más abundante de la materia viva. La cantidad de agua en los seres vivos oscila entre el 20% en tejidos óseos, hasta el 85% en determinadas células como las cerebrales. El contenido de agua es superior en células embrionarias, y va disminuyendo con el envejecimiento celular. Los organismos pueden obtener el agua directamente del medio ambiente (agua exógena) o generarla a partir de otras moléculas orgánicas mediante diferentes reacciones bioquímicas (agua endógena o metabólica).

1.1.Carácterísticas de la molécula de agua: 1.1.1.La molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, unidos por enlaces covalentes simples que forman un ángulo de 104,5°. 1.1.2.Es eléctricamente neutra, aunque sus átomos tienen diferentes valores de electronegatividad o capacidad para atraer a los electrones. El átomo de oxí-geno es más electronegativo que el de hidrógeno; por ello, los electrones de los enlaces entre estos dos átomos están desplazados hacia el oxígeno. Este desplazamiento da lugar a un exceso de carga negativa sobre el átomo de oxígeno, y un exceso de carga positiva sobre los dos átomos de hidrógeno; este exceso recibe el nombre de densidad de carga. Esta distribución espacial de cargas eléctricas se define como momento dipolar, y da lugar a una molécula caracterizada por la ausencia de carga neta en la que se establece un dipolo y, además, adquiere carácter polar. 1.1.3.Debido a su carácter polar, las moléculas de agua pueden interaccionar entre sí mediante atracciones electrostáticas, estableciendo enlaces o puentes de hidrógeno. Cada átomo de oxígeno, con densidad de carga negativa, ejerce atracción sobre cada una de las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas; así, cada molécula de agua puede formar hasta cuatro enlaces de hidrógeno: dos por medio de cada uno de sus átomos de hidrógeno, y otros dos gracias a su átomo de oxígeno. Igualmente, pueden formar enlaces de hidrógeno con otras moléculas polares o iones. A pesar de la relativa debilidad de los enlaces de hidrógeno, su presencia confiere una estructura interna al agua que permite explicar alguna de sus carácterísticas más importantes. Por ejemplo, que sea un fluido en estado líquido a temperatura ambiente, o que posea un calor de vaporización superior al que cabría esperar en moléculas covalentes con similar masa molecular. La estabilidad de los enlaces de hidrógeno disminuye al aumentar la temperatura: pero en el caso del agua, a 100 °C todavía están presentes.

2.

Propiedades del agua

2.1.Propiedades del agua: Las principales propiedades del agua son: 2.1.1.Elevada cohesión molecular. La íntima uníón entre las moléculas, a través de los enlaces de hidrógeno, permite al agua ser un fluido dentro de un amplio margen de temperatura. Es, además, un líquido incompresible al mantener constante su volumen aunque se apliquen fuertes presiones. 2.1.2.Elevada tensión superficial. Las moléculas de la superficie del agua experimentan fuerzas de atracción netas hacia el interior del líquido. Esto favorece que dicha superficie oponga una gran resistencia a ser traspasada, y origina una "película superficial" que actúa como una tensa membrana. 2.1.3.Elevada fuerza de adhesión. Las moléculas de agua tienen gran capacidad de adherirse a las paredes de conductos de diámetros pequeños, ascendiendo en contra de la acción de la gravedad. Este fenómeno se conoce con el nombre de capilaridad. 2.1.4.Elevado calor latente. Las moléculas de agua han de absorber o ceder gran cantidad de calor para cambiar de estado físico. Este calor no produce alteración en la temperatura del agua. Se necesitan 80 cal/g (calor latente de fusión) para pasar de sólido a líquido, y 327 cal/g (calor latente de vaporización) para pasar de líquido a gas. 2.1.5.Elevado calor específico. Las moléculas de agua pueden absorber gran cantidad de calor sin elevar notablemente por ello su temperatura, ya que parte de la energía es empleada en romper los enlaces de hidrógeno. 2.1.6.Elevado calor de vaporización. Cuando el agua pasa de estado líquido a estado gaseoso, necesita absorber mucho calor para romper todos los enlaces de hidrógeno. Gracias a esta propiedad, se puede eliminar gran cantidad de calor con poca pérdida de agua. 2.1.7.Densidad. El agua en estado líquido es más densa que en estado sólido. En estado sólido, el agua presenta todos sus posibles enlaces de hidrógeno -cuatro por cada molécula- formando un retículo que ocupa mayor volumen, por lo que es menos denso. 2.1.8.Elevada constante dieléctrica. Esta propiedad indica la tendencia del agua a oponerse a las atracciones electrostáticas entre iones positivos y negativos. Este factor, superior al de otros disolventes líquidos, favorece la disolución de las redes cristalinas. Las moléculas de agua, debido a su carácter polar, tienden a disminuir las atracciones entre los iones de las sales y otros compuestos iónicos, facilitando su disociación en forma de cationes y aniones, y rodéándolos por dipolos de agua que impiden su uníón. Este fenómeno se conoce como solvatación iónica. 2.1.9.Bajo grado de ionización. En el agua líquida existe una pequeñísima cantidad de moléculas ionizadas (disociadas en sus iones).

El producto de las concentraciones de los iones (H30+ + OH-) es constante, y se denomina producto iónico. Su valor para el agua pura a 25 °C es:

- En el agua pura, la concentración de iones H30+ y OH- es la misma e igual a 1 • 10-'. - En una disolución acuosa, el producto iónico también se mantiene constante, pero la pro-porción de iones es variable. Las disoluciones acuosas pueden ser: - Neutras, si la concentración de iones H30+ y OH- es igual. - Ácidas, si la concentración de iones H30+ es mayor que la de OH-. - Básicas, si la concentración de iones OH-es mayor que la de H30+.

2.2. Importància biològica: Como consecuencia de las propiedades inherentes a su estructura, el agua realiza funciones biológicas imprescindibles para el mantenimiento de la vida. 2.2.1.Principal disolvente biológico. El agua, además de disociar compuestos iónicos, puede manifestar también su acción como disolvente mediante el establecimiento de enlaces de hidrógeno con otras moléculas que contienen grupos funcionales polares, como alcoholes, aldehídos o cetonas, provocando su dispersión o disolución. 2.2.2.Función metabólica. El agua constituye el medio en el que se realizan la mayoría de las reacciones bioquímicas; en ocasiones, además, interviene de forma activa en la reacción, como en el caso de las hidrólisis. En el proceso de fotosíntesis, aporta electrones y H+ imprescindibles para la síntesis de moléculas orgánicas, y es responsable de la producción de 02 atmosférico.  2.2.3.Función estructural. La elevada cohesión de las moléculas permite al agua dar volumen a las células, turgencia a las plantas e incluso actuar como esqueleto hidrostático en algunos animales invertebrados. También explica las deformaciones que experimentan algunas estructuras celulares como el citoplasma. 2.2.4.Función mecánica amortiguadora. El ser un líquido incompresible le permite ejercer esta función en las articulaciones de los animales vertebrados, constituyendo el líquido sinovial que evita el contacto entre los huesos. 2.2.5.Función de transporte. La elevada capacidad disolvente del agua permite el transporte de sustancias en el interior de los seres vivos y su intercambio con el medio externo, facilitan-do el aporte de sustancias nutritivas y la eliminación de productos de desecho. La capilari-dad contribuye a la ascensión de la savia bruta a través de los vasos leñosos. 2.2.6.Función termorreguladora. El elevado calor específico del agua permite mantener cons-tante la temperatura interna de los seres vivos. El elevado calor de vaporización explica la dis-minución de temperatura que experimenta un organismo cuando el agua se evapora en la superficie de un ser vivo. 2.2.7.Permite la vida acuática en climas fríos. Su mayor densidad en estado líquido explica que al descender la temperatura, se forme una capa de hielo en la superficie, que flota y pro-tege de los efectos térmicos del exterior al agua líquida que queda debajo; este hecho per-mite la supervivencia de muchas especies.

3.

Sales minerales

Las sales minerales son moléculas inorgánicas presentes en todos los seres vivos que se encuentran disueltas o en estado sólido (precipitadas), y que también se pueden asociar a otras moléculas orgánicas.

3.1.Sales minerales disueltas: Son las sales minerales solubles en agua; se encuentran disociadas en sus iones, y forman parte de los medios internos intracelulares y extracelulares. • Los iones con carga negativa o aniones más frecuentes en la materia viva son los cloruros (C11, los fosfatos (P0h, los fosfatos monoácidos (HP011, los carbonatos (CO3-), los bicarbonatos (HCO3) y los nitratos (NO3-). • Los iones con carga positiva o cationes más abundantes en la materia viva son el sodio (Na), el calcio (Ca'), el magnesio (Mg'), el hierro (Fe' y Fe31 y el potasio (K4).

3.2.Funciones de las sales en disolución Las sales minerales hidrosolubles, a través de sus iones, cumplen diversas funciones de tipo general, como son la colaboración en el mantenimiento de la homeostasis o equilibrio del medio interno; o bien de tipo específico, que dependen del sistema biológico en el que se encuentran. Además pueden asociarse con otras moléculas orgánicas, como lípidos, proteínas o glúcidos. Algunas funciones generales de las sales solubles son: 3.2.1.Mantener el grado de salinidad en los organismos. Las concentraciones iónicas de sales minerales se mantienen constantes, dentro de unos ciertos límites, en los distintos organis-mos. En un mismo organismo, las concentraciones pueden variar de unos compartimentos a otros; por ejemplo, en el interior celular, la concentración salina varía considerablemente con respecto al plasma sanguíneo. Asimismo, en las concentraciones existen diferencias impor-tantes de unos organismos a otros.

3.2.2.Regular la actividad enzimática. La presencia de determinados iones activa o inhibe reacciones bioquímicas, asociándose a la sustancia reaccionante (sustrato) o a las enzi-mas. Ce2+, Fe2- Los cationes metálicos como Zn2-, o Mg' actúan como cofactores en-zimáticos. 3.2.3.Regular la presión osmótica y el volumen celular. La presencia de sales en el medio inter-no celular es determinante para que se verifique la entrada o salida de agua a través de la membrana. Los medios con alta concentración salina son hipertónicos con respecto a los que tienen una concentración salina menor, e hipotónicos en el caso contrario. Si el medio interno celular es hipertónico con respecto al exterior, se producirá entrada de agua, que ocasionará aumento del volumen celular; si la concentración iónica en el interior es menor, se producirá el efecto contrario. 3.2.4.Estabilizar las dispersiones coloidales. Las sales minerales mantienen el grado de hidrata-ción, y su disociación en iones contribuye al mantenimiento en suspensión de las partículas coloidales. 3.2.5.Generar potenciales eléctricos. Los iones que se encuentran en el interior de las células no son los mismos que los del medio externo; por esto, a ambos lados de la membrana exis-te una diferencia de cargas eléctricas. Esta irregular distribución de iones provoca la existen-Cía de un potencial de membrana que ejerce una fuerza sobre cualquier molécula con carga eléctrica. 3.2.6.Regular el pH. La actividad biológica en el medio interno celular se produce a un determi-nado valor de pH. Las reacciones químicas que se verifican en los organismos producen variaciones del pH, y algunas sales minerales disueltas contribuyen a disminuir estas variacio-nes manteniendo el pH constante. Las disoluciones de sales que tienen esta función se denominan tampones o disoluciones amortiguadoras. Existen disoluciones amortiguadoras en todos los fluidos biológicos. Las más importantes son: el sistema tampón bicarbonato (HCO3 / H2CO3) en el medio extracelular, y el sistema tampón fosfato (H2PO4- / HP01-) en el medio intracelular.

4. Sals mineral precipitades:Las sales minerales insolubles en la materia viva se encuentran en estado sólido. En cada organismo se forman diversos cristales de una o varias especies minerales con formas y tama-ños específicos. Las sales minerales precipitadas que se encuentran en los seres vivos presen-tan diferencias importantes con respecto a las que se encuentran en la materia inorgánica. Se pueden asociar a macromoléculas, generalmente de tipo proteico, con las que interaccionan a través de grupos iónicos comunes y regulan el crecimiento de los cristales. Los cristales más abundantes en los organismos son de silicatos, carbonatos y fosfatos; estos últimos, de calcio y magnesio.

4.1.Funcions de les sals precipitades: essemcialmente, la funció de formar estructures de protecció o sosteniment. 4.1.1.Carbonat càlcic: • Forma parte de los caparazones de protozoos marinos, como los fora-miniferos. • En animales vertebrados, endurece huesos y dientes. También constituye los otolitos, que son cristales o acúmulos de carbonato cálcico presentes en el oído interno, que permiten el mantenimiento del equilibrio. • Confiere rigidez a la estructura de algunas esponjas, y forma estructuras como las espinas de los erizos de mar. • Constituye el esqueleto externo de los corales, forma las conchas de los moluscos gasterópodos y bivalvos, e impregna el exoesqueleto de algunos artrópodos. 4.1.2.Silicats: • Endurecen estructuras de sostén de algunos vegetales, como las gramíneas o los equisetos. • Constituyen las espiculas de algunas esponjas. • Forman parte de los caparazones de protección que pre-sentan algunos microorganismos, como los radiolarios y las diatomeas. 4.1.3.Fosfat càlcic: Forma parte de la matriz mineral que compone los tejidos óseos de los animales vertebrados.

5.Caràcter col.Loïdal de la matèria viva: 5.1.Propiedades de las dispersiones coloidales El medio interno celular tiene carácter coloidal, y presenta las siguientes propiedades: 5.1.1.Efecto Tyndall. Las dispersiones coloidales son transparentes y claras, aunque presentan cierta turbidez cuando se iluminan de forma transversal. Este fenómeno es debido a la dispersión de la luz provocada por partículas coloidales de gran tamaño. 5.1.2.Movimiento browniano. Las partículas coloidales presentan un movimiento arbi-trario y desordenado provocado por las moléculas de la fase dispersante, cuyo estado físico implica un continuo movimiento de sus componentes moleculares. 5.1.3.Sedimentación. Las partículas coloidales se mantienen en suspensión, pero es posible su sedimentación (floculación) cuando se someten a un fuerte campo gravitatorio. 5.1.4.Elevada viscosidad. Las dispersiones coloidales son muy viscosas porque contienen moléculas de gran tamaño; su viscosidad se incrementa a medida que aumenta la masa molecular o el número de partículas coloidales. 5.1.5.Elevada adsorción. La adsorción es la capacidad de atracción que ejerce la superficie de un sólido sobre las moléculas de un líquido o un gas. El poder adsorbente de las partículas coloidales facilita la verificación de reacciones químicas. 5.1.6.Diálisis. Es el proceso de separación de las moléculas que integran una dispersión coloidal en función de su tamaño a través de una membrana semipermeable. Esta membrana permi-te el paso de moléculas de pequeño tamaño (sales minerales, iones) y de agua, e impide el de las macromoléculas o partículas coloidales. La membrana celular actúa como una mem-brana de diálisis que permite el intercambio de sustancias entre el interior y el exterior celular, e impide la salida de las macromoléculas que quedan en el interior.

6. Osmosi: La ósmosis es un fenómeno en el que se produce el paso o difusión de un disolvente a tra-vés de una membrana semipermeable (permite el paso de disolventes, pero no de solutos), desde una disolución más diluida a otra más concentrada. El agua es la molécula más abun-dante en el interior de todos los seres vivos, y es capaz de atra-vesar las membranas celulares que son semipermeables para penetrar en el interior celular o salir de él. Esta capacidad de-pende de la diferencia de con-centración entre los líquidos extracelular e intracelular, determi-nada por la presencia de sales minerales y moléculas orgánicas disueltas.

6.1.Los medios acuosos separados por membranas semipermeables pueden tener diferentes concentraciones, y se denominan: • Hipertónicos, los que tienen una elevada concentración de solutos con respecto a otros en los que la concentración es inferior. • Hipotónicos, los que contienen una concentración de solutos baja con respecto a otros que la tienen superior. Las moléculas de agua difunden desde los medios hipotónicos hacia los hipertónicos, provo-cando un aumento de presión sobre la cara de la membrana del compartimento hipotónico, esta presión se denomina presión osmótica. Como consecuencia del proceso osmótico se puede alcanzar el equilibrio, igualándose las concentraciones; entonces, los medios serán isotónicos.

6.2.Osmorregulación Todos los seres vivos, sean acuáticos o terrestres, están obligados a la osmorregulación o regulación de la presión osmótica. Muchos de ellos han conseguido sobrevivir en medios hipotónicos o hipertónicos mediante mecanismos físicos o químicos, que evitan los cambios de presión osmótica en su medio interno.

6.3.Seres vivos unicelulares Los más primitivos, los procariotas, presentan una pared celular que los protege y evita que estallen cuando el medio exterior es hipotónico; los protozoos carecen de envolturas rígidas. Los que viven en agua dulce (medio hipotónico con respecto a su medio interno) ingresan grandes cantidades de agua. El estallido celular lo evitan mediante vacuolas pulsátiles que continuamente vierten hacia el exterior el exceso de agua acumulado en el interior de la célula.

6.4.Vegetales Los organismos vegetales, que habitualmente viven en medios hipotónicos con respecto al medio interno de sus células, absorben agua por las raíces. La entrada de agua en las célu-las provoca un grado de turgencia que facilita el crecimiento de las plantas. En el caso de vivir en medios hipertónicos, los vegetales expulsan agua y se marchitan. La apertura y cierre de los estomas permite regular la eliminación de agua. Las plantas halófitas, que viven en medios hipertónicos con alto contenido en sales, logran sobrevivir absorbiendo gran cantidad de estas sales hasta alcanzar una concentración en su medio interno, ligeramente superior a la del exterior. Es en esas condiciones cuando es posible la absorción de agua, imprescindible para su proceso vital.

6.5.Animal pluricel.Lulars: Presentan un medio interno que puede considerarse una prolongación del medio externo, con el que sus células han de mantener el equilibrio osmótico. Todos consiguen, mediante diversos mecanismos, mantener en su interior la cantidad de agua suficiente y necesaria para vivir. • Los peces de agua dulce viven en medios hipotónicos y absorben gran cantidad de agua, eliminando una orina muy diluida por la que expulsan el máximo de líquido con la mínima pérdi-da de sales. • Los peces marinos, al vivir en un medio hipertónico, deben contrarrestar la constante entrada de sales minerales; eliminan una orina bastante concentra-da o hipertónica y, además, expulsan el exceso de sales por las branquias. • Los reptiles y las aves logran evitar la desecación disminuyendo la cantidad de agua excre-tada, eliminando los productos de desecho en forma de ácido úrico. • Los mamíferos mantienen constantemente el equilibrio hídrico a través de diversos meca-nismos fisiológicos: -Riñones. Los glomérulos renales absorben gran cantidad de agua al filtrar continuamen-te la sangre, pero a través de los tubos contorneados y del asa de Henle se reabsorbe prácticamente toda el agua y una cantidad variable de sales. La eliminación, tanto de agua como de sales, en la orina depende de las cantidades ingeridas. -Intestino grueso. La absorción de agua y sales a través de la mucosa intestinal origina la formación de heces más sólidas y más salinas a medida que se incrementan las pérdi-das de agua. Esto ocurre, por ejemplo, en lugares con climas muy cálidos. -Piel. A través de la piel se eliminan cantidades variables de agua y sales en forma de sudor. En las zonas desérticas, el sudor es menos concentrado que en las zonas templadas, y como el volumen excretado para regular la temperatura es muy elevado, es imprescindible el aporte exógeno de agua y sales.