domingo, 21 de octubre de 2012

Los átomos



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El universo material está constituido por 92 elementos químicos, entre ellos el hierro (Fe), el oxígeno (O), el nitrógeno (N), el oro (Au), el cobre (Cu), etc. La parte más pequeña de un elemento recibe el nombre de átomo. De los 92 elementos, tan sólo 27 forman parte de la materia viva.

Los atomos

- Bioelementos presentes en cantidades importantes en la materia viva


+ Carbono -> C.

+ Hidrógeno -> H.

+ Oxígeno -> O.

+ Nitrógeno -> N.

+ Fósforo -> P.

+ Azufre -> S.

- Bioelementos presentes únicamente en cantidades mínimas


+ Hierro -> Fe.

+ Cobre -> Cu.

+ Cinc -> Zn.

+ Manganeso -> Mn.

+ Cobalto -> Co.

+ Yodo -> I.

+ Molibdeno -> Mo.

+ Vanadio -> V.

+ Níquel -> Ni.

+ Cromo -> Cr.

+ Flúor -> F.

+ Selenio -> Se.

+ Silicio -> Si.

+ Estaño -> Sn.

+ Boro -> B.

+ Arsénico -> As.

- Bioelementos presentes como iones


+ Sodio -> Na+.

+ Potasio -> K+.

+ Magnesio -> Mg++.

+ Calcio -> Ca++.

+ Cloro -> Cl.

- Hidrógeno, oxígeno, carbono y nitrógeno: elementos mayoritarios en los organismos vivos


Los cuatro elementos que se encuentran en mayores proporciones en los organismos vivos son el hidrógeno, el oxígeno, el carbono y el nitrógeno. Es interesante observar que estos últimos están más concentrados en la materia viva que en la corteza terrestre; así, por ejemplo, el carbono representa el 50/60% del peso seco de la materia sólida de las células (excluyendo el agua, que supera el 75% del total), mientras que en la corteza terrestre no supera el 1%. Por lo demás, una gran parte de los elementos que abundan en los animales también se encuentran en el agua de mar. Esta observación hace pensar que fue en el agua marina donde evolucionaron los primeros organismos vivos.

Pero la preponderancia del hidrógeno, el oxígeno, el carbono y el nitrógeno en los seres vivos ¿es un hecho casual o más bien el resultado de determinadas propiedades atómicas de estos elementos?

Todo átomo está constituido por un denso núcleo de protones y neutrones rodeado por una nube de electrones, cuyo número es igual al de los protones. Los protones del núcleo humano tienen carga positiva y atraen hacia sí los electrones, que tienen carga negativa; dado que el número de electrones de carga negativa es igual al de los protones con carga positiva, los átomos, en su estado fundamental, son eléctricamente neutros. Los electrones no ocupan órbitas fijas que giran en torno al núcleo, sino que se distribuyen estadísticamente de tal modo que cuentan con mayores probabilidades de ocupar determinadas posiciones denominadas orbitales. Todo átomo se caracteriza por un particular número de electrones (y de protones); así, el átomo de hidrógeno tiene un único electrón en el primer orbital, mientras que el átomo de helio tiene dos. En los átomos que tienen de tres a diez electrones (Li, Be, B, C, N, O, F, Ne), el primer orbital (o nivel) está ocupado por dos electrones (como en el átomo de He), y los otros ocupan un segundo orbital más externo, que puede contener hasta ocho electrones. En los átomos con más de diez electrones se forma un tercer orbital, que puede acoger otros ocho electrones, y así sucesivamente. Cuantos más electrones y neutrones tiene un átomo, más son los orbitales o niveles ocupados. Cuando un átomo tiene completamente lleno su último orbital, como por ejemplo el neón, que dispone dos de sus diez electrones en el primer orbital y los otros ocho en el segundo, es estable y tiende a no reaccionar con los otros átomos. Por el contrario, la mayor parte de los elementos tienen el nivel más externo incompleto, y eso hace que tiendan a reaccionar con determinados átomos; el hidrógeno, por ejemplo, tiene un electrón en lugar de dos en su orbital único, y el oxígeno tiene seis electrones en lugar de ocho en su orbital más externo. En consecuencia, el átomo de hidrógeno y el de oxígeno tienden a poner en común (en coparticipación) sus respectivos electrones para completar una configuración electrónica estable. Al oxígeno le faltan dos electrones externos y de ahí que alcance su estabilidad cuando se enlaza con dos átomos de hidrógeno: de este modo se forma una molécula de agua, cuya fórmula química es H2O. Por consiguiente, el número de electrones del nivel más externo condiciona el comportamiento química de un elemento, aunque las dimensiones y el peso de un átomo son también características importantes; por ejemplo, tanto el flúor como el cloro tienen siete electrones en el último nivel, pero el cloro es menos reactivo porque su nivel externo está a mayor distancia del núcleo que el del flúor, por lo cual la atracción de los electrones externos del cloro por la carga positiva del núcleo es menor.

Cuando los átomos ponen en coparticipación sus respectivos electrones, se forma el enlace químico, que es tanto más fuerte cuanto más pequeños son los átomos, por el motivo antes descrito.

Ahora podemos responder a la pregunta planteada inicialmente, sobre si es casual la preponderancia de determinados elementos en los organismos vivos: hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y carbono son capaces de establecer enlaces fuertes, poniendo en común respectivamente uno, dos, tres y cuatro electrones para completar su orbital externo. Esto garantiza a las moléculas biológicas que forman la materia viva la estabilidad sin la cual la vida no podría existir.