Se encarga del estudio integrado de la formación, composición, estructura y reacciones químicas de los elementos y compuestos inorgánicos (por ejemplo, ácido sulfúrico o carbonato cálcico); es decir, los que no poseen enlaces carbono-hidrógeno, porque éstos pertenecen al campo de la química orgánica. Dicha separación no es siempre clara, como por ejemplo en la química organometálica que es una superposición de ambas.
Antiguamente se definía como la química de la materia inorgánica, pero quedó obsoleta al desecharse la hipótesis de la fuerza vital, característica que se suponía propia de la materia viva que no podía ser creada y permitía la creación de las moléculas orgánicas.Se suele clasificar los compuestos inorgánicos según su función en ácidos, bases, óxidos y sales, y los óxidos se les suele dividir en óxidos metálicos (óxidos básicos o anhídridos básicos) y óxidos no metálicos (óxidos ácidos o anhídridos ácidos).
El término función se les da por que los miembros de cada grupo actúan de manera semejante.
El término anhídrido básico se refiere a que cuando un óxido metálico reacciona con agua generalmente forma una base, mientras que los anhídridos ácidos generalmente reaccionan con agua formando un ácido.
Al ver una fórmula, generalmente lo podemos ubicar en uno de estos grupos.
Ácidos cuando observamos el símbolo del hidrógeno al extremo izquierdo de la fórmula, como HCl (ácido clorhídrico).
Óxidos a los compuestos BINARIOS del oxígeno, (ojo, debe ser binario contener sólo dos elementos en la fórmula, uno de ellos es el oxígeno que va escrito su símbolo al extremo derecho. Óxido metálico cuando es un metal el que se enlaza al oxígeno ( óxidos metálicos binarios), como Fe2O3 (óxido férrico). Óxido no metálico cuando es un no-metal el enlazado al oxígeno, como CO (monóxido de carbono).
Sales son aquellas que están formadas por un metal y un anión que no es ni óxido ni hidróxido, como el NaCl (cloruro sódico)
Como excepción está que el ion amonio (NH4+) puede hacer la función de un metal en las sales, y también se encuentra en las disoluciones de amoníaco en agua, ya que no existe el compuesto hidróxido amonico, NH4OH, ni ha sido detectado en ningún sistema mediante condiciones especiales.
En esencia, la química orgánica es el estudio del carbón y la amplia diversidad de moléculas que, al contener carbono, forman enlaces covalentes de carbono a carbono o de carbono e hidrógeno u otros heteroátomos, es decir la química de la vida misma. No todas las reacciones de carbón son orgánicas, por lo cual la química orgánica podría considerarse también como el estudio de las moléculas que contienen la unión carbono-hidrógeno (C-H) y sus reacciones en general.
Esta rama de la química implica el estudio y la comprensión de las estructuras, la composición y la síntesis de todos aquellos compuestos químicos que contienen carbono (C), elemento fundamental para la vida. El carbono y el hidrógeno (H) forman lo que llamamos un compuesto orgánico y su comprensión es esencial para el entendimiento de la vida.
Por qué la química orgánica es tan importante y para qué sirve?
Esta disciplina es importante porque es la que estudia la vida y las reacciones químicas relacionadas con ella, no solamente "la vida" como fuente, sino también el significado mismo de "la vida", la vida diaria. Muchos profesionales aplican el saber de la química orgánica como doctores, veterinarios, dentistas, farmacéuticos, ingenieros químicos y bioquímicos. La química orgánica juega una parte fundamental en el desarrollo de químicos comunes utilizados en todos los hogares: alimentos, plásticos, medicamentos, combustibles, realmente la mayoría de los químicos que son parte de la vida diaria.
Un químico orgánico es el profesional con un título universitario en Química. Típicamente esto podría ser un doctorado o un master en química orgánica, aunque una diplomatura en Química podría ser suficiente para algunos cargos menos importantes. Estos profesionales generalmente llevan a cabo investigaciones y el desarrollo en un laboratorio.
Los proyectos que podrían requerir del conocimiento de un químico orgánico podrían incluir el desarrollo de un mejor medicamento analgésico, formular un champú que podría resultar en pelo más sedoso, hacer una alfombra resistente a las manchas o encontrar un repelente de insectos que no sea tóxico.
Una reacción química es un proceso en el que una o varias sustancias se transforman en otra u otras con propiedades y características diferentes. De otra forma, una reacción química consiste en la ruptura de los enlaces de los átomos que formaban una molécula y la reagrupación de estos mismos átomos unidos con diferentes enlaces para constituir una nueva molécula. Esta ruptura en muchos casos es incompleta, por lo que al final están mezclados las sustancias iniciales y los productos.
Tal como se dijo anteriormente, las reacciones químicas generan nuevas sustancias con propiedades físicas diferentes a la primera. Algunas evidencias de que ha ocurrido una reacción química son las siguientes:
Formación de precipitados: Se dan al formarse un sólido insoluble, después de mezclar soluciones que inicialmente presentan se presentaban transparentes o translucidas.
Formación de un Gas: Se pueden reconocer por la formación de burbujas en el medio de la reacción, algunos pueden ser coloreados y otros no, en el caso de los coloreados se visualizan al salir del envase.
Cambio de color: La solución o producto resultante presenta coloración visiblemente diferente a la ó las que le dieron origen.
Cambio de olor: Una sustancia inodora ó con un olor característico puede producir un olor diferente fácilmente reconocible.
Cambio de temperatura: En este caso puede ocurrir que la temperatura disminuya o aumente de acuerdo al tipo de reacción. Si la reacción absorbe calor, se siente que el envase se enfría. Si por el contrario, desprende calor, el envase se calienta.
Por ejemplo cuando una disolución de cloruro de sodio entra en contacto con nitrato de plata se forma un precipitado blanco de cloruro de plata.
Las reacciones químicas se representan mediante ecuaciones, por ejemplo: SO3 + H2O ---- H2SO4. Las sustancias que intervienen en la reacción se simbolizan por su fórmula.
Podría decirse que en una reacción química la conservación de las masas es la conservación de los átomos, por lo que debe haber el mismo número de átomos antes y después de la reacción. Para indicarlo es necesario poner un coeficiente delante de las fórmulas que indiquen el número de moléculas de cada clase que intervienen en la reacción. Esta operación recibe el nombre de ajuste de la reacción.
El agua y los minerales son los elementos de mayor presencia en nuestro planeta. La mayor parte de nuestro planeta se encuentra compuesta por elementos inorgánicos y más de la mitad de su superficie se encuentra cubierta por agua. Entonces sería ilógico el suponer que la mayor parte de nuestro cuerpo no esté formada por agua, y que los elementos inorgánicos (minerales) se encuentren también presentes en su volumen.
Todos los compuestos inorgánicos utilizan como base de construcción a la gran mayoría de los elementos conocidos. En su origen los compuestos inorgánicos se forman ordinariamente por la acción de las fuerzas fisicoquímicas: fusión, sublimación, difusión, electrolisis y reacciones químicas a diversas temperaturas. La energía solar, el oxígeno, el agua y el silicio han sido los principales agentes en la formación de estas sustancias.
Un buen número de los compuestos inorgánicos son encontrados en la naturaleza en forma de sales, óxidos, etc. Sin embargo, en la vida orgánica hay dos categorías de elementos inorgánicos que intervienen, y son:
El agua es el principal elemento en el cuerpo humano, y por esta misma razón, el organismo es considerado como un cuerpo acuoso, ya que más de su 60% está formado por este vital elemento inorgánico. En las personas adultas, entre 60% y 65% de su composición corporal está formada por agua, porcentaje que aumenta en personas de menor edad. Un niño, puede alcanzar hasta un 80% de agua en su constitución corpórea.
Dada la importancia que juega en el cuerpo, el organismo retiene al agua en un equilibrio riguroso. Este equilibrio, es posible gracias a los minerales y a las hormonas, y todo ello gracias a las leyes de la física y la química.
En todos los organismos vivientes, el agua adquiere importancia preponderante dado que su pérdida o ausencia ocasiona problemas y/o trastornos muy serios y a que intervienen en todas las fases del funcionamiento del organismo.
El agua está presente en grandes cantidades en todos los alimentos. Por ello, la manera en que la incorporamos en forma permanente al cuerpo es a través de comidas y bebidas.
El agua:
Los minerales o sales:
Los minerales, presentes en el cuerpo en proporciones muy inferiores a las del agua, son elementos también indispensables para el metabolismo. Los minerales, se encuentran en la formación de la hemoglobina, los glóbulos rojos, participan en y para las actividades enzimáticas, la formación de ácidos grasos, la regulación nerviosa, la transmisión de impulsos nerviosos, el mantenimiento de la presión dentro y fuera de las células, la contracción y relajación de músculos, en la estructura de las células y un sin número de actividades que hacen que estemos vivos.
Los óxidos, ácidos, bases sales son compuestos químicos que resultan de diferentes reacciones químicas, las cuales se producen por la avidez de los elementos por enlazarse unos con otros en infinitas variantes.
En la naturaleza se encuentran muchos de estos compuestos, pero también pueden obtenerse en el laboratorio; algunos se producen dentro de nuestro cuerpo; por ejemplo, el ácido clorhídrico se produce en el estómago.
Los compuestos orgánicos son todas las especies químicas que en su composición contienen el elemento carbono y, usualmente, elementos tales como el Oxígeno (O), Hidrógeno (H), Fósforo (F), Cloro (CL), Yodo (I) y nitrógeno (N), con la excepción del anhídrido carbónico, los carbonatos y los cianuros. La compleja estructura de la mayoría de las moléculas orgánicas y el gran número de compuestos existentes tiene su fundamento en la gran facilidad con que el átomo de carbono se combina con otros átomos de carbono, por medio de enlaces llamados covalentes que son de gran estabilidad.
Tan solo el carbono es capaz de construir un esqueleto para compuestos naturales que forman parte de los seres vivos, tales como azúcares, grasas, proteínas, hormonas, vitaminas, etc. Así como para la gran diversidad de los compuestos orgánicos sintéticos tales como los polímeros (fibras, plásticos, cauchos, resinas), los detergentes, los derivados del petróleo, los pesticidas y los productos farmacéuticos.
El estudio de los compuestos que tienen carbono lo realiza una rama de la química denominada Química Orgánica o Química del Carbono. La Química Orgánica se define como la rama de la Química que estudia los compuestos del carbono (C) de los cuales se conocen más de 9 millones. Entre los compuestos orgánicos se encuentran los compuestos naturales que componen a los seres vivos y una gran cantidad y variedad de materiales sintéticos (artificiales) que se usan diariamente. Como ejemplo de materiales orgánicos tenemos: combustibles (gasolina, gasoil), (nylon, rayón), alimentos (grasa, proteínas, carbohidratos), productos de madera y de papel, pinturas y barnices, plásticos, medicamentos, colorantes, jabones y detergentes, productos de caucho, cosméticos, explosivos y muchos otros que utilizamos en nuestra vida diaria y en la industria.
Las fuentes de los compuestos orgánicos sintéticos son materias primas que tienen carbono, sobre todo el petróleo, gas natural, carbón mineral, grasas, aceites y carbohidratos. La fabricación de estos compuestos ha creado una colosal industria que consume anualmente millones de toneladas de materias primas.
Características de los Compuestos Orgánicos:
Son Combustibles
Poco Densos
Electro conductores
Poco Hidrosolubles
Pueden ser de origen natural u origen sintético
Tienen carbono
Casi siempre tienen hidrogeno
Componen la materia viva
Su enlace más fuerte es covalente
Presentan isomería
Existen más de 4 millones
Presentan concatenación
Propiedades de los Compuestos Orgánicos:
En general, los compuestos orgánicos covalentes se distinguen de los compuestos inorgánicos en que tienen puntos de fusión y ebullición más bajos. Por ejemplo, el compuesto iónico cloruro de sodio (NaCl) tiene un punto de fusión de unos 800 °C, pero el tetracloruro de carbono (CCl4), molécula estrictamente covalente, tiene un punto de fusión de 76,7 °C. Entre esas temperaturas se puede fijar arbitrariamente una línea de unos 300 °C para distinguir la mayoría de los compuestos covalentes de los iónicos.
Gran parte de los compuestos orgánicos tienen los puntos de fusión y ebullición por debajo de los 300 °C, aunque existen excepciones. Por lo general, los compuestos orgánicos se disuelven en disolventes no polares (líquidos sin carga eléctrica localizada) como el octano o el tetracloruro de carbono, o en disolventes de baja polaridad, como los alcoholes, el ácido etanoico (ácido acético) y la propanona (acetona). Los compuestos orgánicos suelen ser insolubles en agua, un disolvente fuertemente polar.
Los hidrocarburos tienen densidades relativas bajas, con frecuencia alrededor de 0,8, pero los grupos funcionales pueden aumentar la densidad de los compuestos orgánicos. Sólo unos pocos compuestos orgánicos tienen densidades mayores de 1,2, y son generalmente aquéllos que contienen varios átomos de halógenos.
Los grupos funcionales capaces de formar enlaces de hidrógeno aumentan generalmente la viscosidad (resistencia a fluir). Por ejemplo, las viscosidades del etanol, 1,2-etanodiol (etilenglicol) y 1, 2,3-propanotriol (glicerina) aumentan en ese orden. Estos compuestos contienen uno, dos y tres grupos OH respectivamente, que forman enlaces de hidrógeno fuertes.
Identificación de las sustancias orgánicas:
Para identificar una sustancia orgánica se puede recurrir al análisis químico cualitativo y para ello se procede a descomponerla de tal modo que sus constituyentes se convierten en sustancias orgánicas sencillas.
Por otra parte, cada sustancia química presenta una serie de propiedades físicas que le son características y que permiten la identificación de las mismas; en este sentido, los puntos de ebullición y los puntos de fusión permiten identificar sustancias orgánicas desconocidas. También son empleadas para la identificación caracteres tales como color, olor, consistencia, dureza, densidad, aspecto físico; reacción ante la presencia de otro compuesto químico específico, formación de espuma, viscosidad etc.
La composición isotópica de los elementos es casi la misma en todo el material terrestre y en los meteoritos. La abundancia nuclear de los isótopos se puede calcular de la composición isotópica de un elemento y de su abundancia cósmica.
Los valores de abundancia nuclear muestran una clara correlación con ciertas propiedades nucleares, y puede suponerse que son una buena aproximación de la distribución del rendimiento original del proceso termonuclear que provocó la formación de los elementos. Los valores empíricos de abundancia pueden así servir de base para consideraciones teóricas acerca del origen de la materia y del universo y han conducido a la siguiente conclusión: no existe un mecanismo único y simple por el cual puedan haberse formado los elementos, con su composición isotópica observada. La materia del cosmos parece ser una mezcla de material formado en diferentes condiciones y tipos de procesos nucleares.
Bioelementos Todos los seres vivos están constituidos, cualitativa y cuantitativamente por los mismos elementos químicos. De todos los elementos que se hallan en la corteza terrestre, sólo unos 25 son componentes de los seres vivos. Esto confirma la idea de que la vida se ha desarrollado sobre unos elementos concretos que poseen unas propiedades físico-químicas idóneas acordes con los procesos químicos que se desarrollan en los seres vivos. Se denominan elementos biogénicos o bioelementos a aquellos elementos químicos que forman parte de los seres vivos. Atendiendo a su abundancia (no importancia) se pueden agrupar en tres categorías:
Bioelementos primarios:
Son los elementos mayoritarios de la materia viva, constituyen el 95% de la masa total.
Las propiedades físico-químicas que los hacen idóneos son las siguientes:
1. Forman entre ellos enlaces covalentes, compartiendo electrones
2. El carbono, nitrógeno y oxígeno, pueden compartir más de un par de electrones, formando enlaces dobles y triples, lo cual les dota de una gran versatilidad para el enlace químico
3. Son los elementos más ligeros con capacidad de formar enlace covalente, por lo que dichos enlaces son muy estables.
4. A causa de la configuración tetraédrica de los enlaces del carbono, los diferentes tipos de moléculas orgánicas tienen estructuras tridimensionales diferentes. Esta conformación espacial es responsable de la actividad biológica.
5. Las combinaciones del carbono con otros elementos, como el oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno, etc., permiten la aparición de una gran variedad de grupos funcionales que dan lugar a las diferentes familias de sustancias orgánicas. Estos presentan características físicas y químicas diferentes, y dan a las moléculas orgánicas propiedades específicas, lo que aumenta las posibilidades de creación de nuevas moléculas orgánicas por reacción entre los diferentes grupos.
6. Los enlaces entre los átomos de carbono pueden ser simples (C - C), dobles (C = C) o triples lo que permite que puedan formarse cadenas más o menos largas, lineales, ramificadas y anillos.
Los encontramos formando parte de todos los seres vivos, y en una proporción del 4,5%. Entre estos podemos encontrar:
Azufre: Se encuentra en dos aminoácidos (cisteína y metionina), presentes en todas las proteínas. También en algunas sustancias como el Coenzima A
Fósforo: Forma parte de los nucleótidos, compuestos que forman los ácidos nucléicos. Forman parte de coenzimas y otras moléculas como fosfolípidos, sustancias fundamentales de las membranas . También forma parte de los fosfatos, sales minerales abundantes en los seres vivos.
Magnesio: Forma parte de la molécula de clorofila, y en forma iónica actúa como catalizador, junto con las enzimas, en muchas reacciones químicas del organismo.
Calcio: Forma parte de los carbonatos de calcio de estructuras esqueléticas. En forma iónica interviene en la contracción muscular, coagulación sanguínea y transmisión del impulso nervioso.
Sodio: Catión abundante en el medio extracelular; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular.
Potasio: Catión más abundante en el de las células; necesario para la conducción nerviosa y la contracción muscular.
Cloro: Anión más frecuente; necesario para mantener el balance de agua en la sangre y fluído intersticial.
Bioelementos secundarios:
Oligoelementos:
Se denominan así al conjunto de elementos químicos que están presentes en los organismos en forma vestigial, pero que son indispensables para el buen desarrollo del organismo. Se han aislado unos 60 oligoelementos en los seres vivos, pero solamente 14 de ellos pueden considerarse comunes para casi todos, y estos son: hierro, manganeso, cobre, zinc, flúor, iodo, boro, silicio, vanadio, cromo, cobalto, helenio, molibdeno y estaño. Las funciones que desempeñan, son como podemos ver a continuación:
Hierro: Fundamental para la síntesis de clorofila, catalizador en reacciones químicas y formando parte de citocromos que intervienen en la respiración , y en la hemoglobina que interviene en el transporte de oxígeno.
Manganeso: Interviene en la fotolisis del , durante el proceso de fotosíntesis en las plantas.
Iodo: Necesario para la síntesis de la tiroxina, hormona que interviene en el metabolismo
Cobalto: Forma parte de la vitamina B12, necesaria para la síntesis de hemoglobina.
Silicio: Proporciona resistencia al tejido conjuntivo, endurece tejidos como en las gramíneas.
Cromo: Interviene junto a la insulina en la regulación de glucosa en sangre.
Zinc: Actúa como catalizador en muchas reacciones del organismo.
Litio: Actúa sobre neurotransmisores y la permeabilidad celular. En dosis adecuada puede prevenir estados de depresiones.
Molibdeno: Forma parte de las enzimas vegetales que actúan en la reducción de los nitratos por parte de las plantas.
Estaño: Metal blanco, blando, fácilmente laminable. En la naturaleza, el estaño, se encuentra principalmente en la forma de su oxido, casiterita, aunque también se encuentra, menos frecuentemente, en el sulfuro estannita. El estaño, se utiliza, en orden descendente de importancia, para producir hojalata, aleaciones de rodamiento, productos químicos del bronce y cristal además de aleaciones con plomo.
