Química General / TeoríaUTN-Sede Trelew/ TSHST

INTRODUCCION

La química es la ciencia que estudia los materiales del universo y los cambios que estos manifiestan. Se puede dividir en tres niveles:

1- observación : el químico observa lo que ocurre en un experimento, por ejemplo el aumento de temperatura, la producción de gas etc.

2- Representación : el químico escribe con terminología química los cambios observados mediante símbolos, signos etc. Por ejemplo la oxidación:

O2g + Fe ________ FeO s3- Interpretación : el químico trata de explicar lo observado y representado por

ejemplo: “cuando el hierro esta en contacto con el oxigeno se produce la oxidación del mismo”

Materia: es todo aquello que se puede tocar que ocupa un volumen y una masa en el espacio.Cuerpo: es toda porción de materia que tiene una forma definidaMasa: es una medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo. La masa es constante y su valor no varia de un lugar a otro.Peso: es la fuerza que ejerce la gravedad sobre un cuerpo. El peso varía según el lugar donde se mida.Sustancia: es una forma de materia que tiene una composición constante o definida. Una sustancia difiere de otra por la composición y se identifican por sus propiedades (características) como ser: olor, color, sabor etc.Sustancia simple: es aquella sustancia formada por un solo componente (elemento) que resiste a los métodos de separación física y química.Sustancia compuesta: es aquella sustancia formada por más de un elemento que resiste a los métodos de separación física pero puede separarse a través de métodos químicos.Mezcla: es una combinación de dos o más sustancias en la cual éstas mantienen sus identidades. Las mezclas pueden separarse por métodos físicos. Mezcla homogénea: ocurre cuando en una mezcla se distingue una sola fase, es decir: las propiedades en cualquier punto de la superficie del recipiente son iguales. Ej: agua con azúcar.Mezcla heterogénea: ocurre cuando en una mezcla se ven claramente dos o más fases, es decir que las propiedades de una y otra sustancia que forman la mezcla, son diferentes. Ej: agua con arena. Propiedades físicas de la materia: son aquellas propiedades individuales y muchas veces únicas que tienen las sustancias y que se pueden medir sin cambiar la composición o identidad de la misma. Por ejemplo: color, olor, punto de fusión, punto de ebullición, densidad etc.Propiedades químicas de la materia: son aquellas propiedades que para medirlas se debe realizar un cambio químico en la sustancia y no pueden recuperarse los componentes individuales por métodos físicos. Por ejemplo: cuando arde el hidrogeno frente al oxigeno se produce agua. Propiedades extensivas de la materia: son aquellas propiedades que dependen de la cantidad de materia: longitud, masa y volumen.

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Propiedades intensivas de la materia: son aquellas propiedades que no dependen de la cantidad de materia, sino de las propiedades: color, sabor, temperatura etc.

ESTADOS DE LA MATERIA

Antes de abordar este tema es fundamental conocer el concepto de átomo y molécula. Átomo es la unidad más pequeña de una sustancia y molécula es la unión de dos o más átomos. La materia está formada por átomos de diferentes clases. La materia se puede encontrar en tres estados diferentes: liquido, sólido y gaseoso. En el estado sólido las moléculas se mantienen unidas en una distribución organizada, con poca libertad de movimiento. En el estado liquido las moléculas están muy cercanas pero con mayor libertad de movimiento y en el estado gaseoso la distancia que separa una molécula de otra es grande en comparación al tamaño de las moléculas, por eso es que se mueven libremente y a una gran velocidad. Se dice que un gas es comprensible.Un estado compresible es aquel estado de la materia que puede ocupar un volumen diferente del que tiene, la diferencia radica en los estados de agregación de la materia, los líquidos y los sólidos son difícilmente compresibles, ya que si les ponemos presión no lograremos alterar su volumen, a diferencia de los gases que no tienen un volumen definido y podemos hacer que ocupen un volumen determinado, por medio de presión se puede comprimir un gas como hacen con el metano que es el gas con el que se cocina.Los tres estados de la materia son convertibles entre ellos mismos. Un sólido se fundirá, por calentamiento, para formar un líquido. (Punto de fusión) un calentamiento ulterior convertirá el liquido en gas. (Punto de ebullición) Por otro lado, el enfriamiento de un gas lo condensara para formar un líquido. Cuando el líquido se enfría aun más, se congelara para producir un sólido.

ATOMOS Y MOLECULAS

Teria atómica

- Los elementos están formados por partículas extremadamente pequeñas llamados átomos. Todos los átomos de un elemento dado son idénticos en tamaño, masa y propiedades químicas.

- Los compuestos están formados por átomos de diferentes elementos.- Una reacción química implica solo una separación, combinación o redisposición

de átomos; estos no se crean ni se destruyen.

Estructura del átomo

El átomo es la unidad básica de un elemento que puede entrar en combinación química. Es extremadamente pequeño e indivisible. Esta formado por subparticulas llamadas neutrones, protones y electrones. Los neutrones y protones se encuentran en el núcleo y tienen carga (0) y (+) respectivamente. Los electrones se encuentran en la electrosfera situados en orbitales o niveles de energía y son los encargados de las reacciones químicas. El núcleo de un átomo ocupa el centro y contiene prácticamente toda la masa del mismo, los electrones son muy livianos casi imperceptibles en masa.

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Numero atómico Z

Es el número de protones que hay en el núcleo de un átomo. En un átomo neutro coincide con el nº de electrones. La identidad química de un átomo se puede determinar a partir de su numero atomico.

Numero masico A

Es el numero de protones y neutrones que hay en el nucleo de un átomo. Representa la masa.

Masa atómica.

Es el número másico expresado en unidades UMA (unidades de masa atómica)

Masa molar.

La unidad de medida por el SI es el MOL, a diferencia de masa atómica, se mide en gramos. Es numéricamente igual a su masa molar. En un compuesto se obtiene sumando las masas atómicas de cada átomo expresada en gramos.

Numero de abogadro

Un mol de cualquier sustancia (átomos, moléculas, iones etc) contiene 6,02 x 10 23 átomos, moléculas, iones etc

Formula química.

Expresa la composición de un compuesto por medio de los símbolos de los elementos de los átomos participantes.

MOLECULAS.

Una molécula es un agregado de por lo menos dos átomos en una configuración definida, mantenidos juntos por fuerzas químicas.

Formula molecular.

Indica el número exacto de átomos de una molécula

Masa molecular.

Es la suma de las masas atómicas expresada en UMA.

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MODELO ATOMICO

Teoría cuántica:

- los electrones giran alrededor del núcleo en orbitas (niveles de energía) estables. Cada orbita tiene una determinada cantidad de energía. Los electrones pueden estar en uno u en otro orbita pero nunca entre dos orbitas.

- Cuando los electrones se encuentran en su orbita (estado fundamental) no emiten ni absorben energía.

- Cuando pasan a una orbita (nivel) superior (estado excitado), absorben energía.- Cuando vuelven a su estado fundamental, pierde energía

Los números cuánticos se emplean para describir la zona donde se encuentran los electrones. No es posible medir simultáneamente y con precisión ciertos pares de magnitudes físicas, por ejemplo, la posición y el momento de un electrón.

Número cuantico principal (n): representa los niveles de energía. Su valor es un numero entero positivo que se incrementa a medida que se aleja del núcleo. El nivel de menor energía es el que se encuentra mas cercano al núcleo, por lo tanto, es el mas estable.

Numero cuantico secundario (l): representa los subniveles de energía que se encuentran dentro de los niveles. describe la forma de los orbitales. Su valor depende de n y varia entre 0 y n-1. a su vez a cada número le corresponde una letra. (0:s; 1:p; 2:d; 3:f)

Numero cuantico magnetico (m): sus valores dependen de l. describe la cantidad de orbitales. La formula para determinar la cantidad de valores que puede tener m es 2l +1.

Numero cuantico spin (s): define la rotación del electrón alrededor de su propio eje. Sus valores son únicamente +1/2 y -1/2.

Principio de exclusión de pauli

En un átomo no puede haber dos electrones cuyos números cuanticos sean todos iguales.

Regla de Hund:

Los electrones de un determinado subnivel de energía no se aparean en un orbital hasta que todos los orbitales tengan por lo menos un electrón.

Con todos estos datos resumimos que: Dos electrones en un átomo nunca pueden tener los cuatro números cuanticos

iguales Cada orbital debe estar ocupado por un máximo de 2 electrones los cuales deben

tener espines opuestos En el átomo de hidrogeno, la energía del electrón depende solamente del numero

cuantico principal n. en un átomo polielectronico le energía del electrón depende de los números cuanticos principal n y del numero cuantico secundario.

Configuración electrónica

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Es la manera abreviada de representar la distribución de electrones en un átomo.El primer número representa el valor del nivel de energía, luego una letra que indica el subnivel y un superíndice que indica la cantidad de electrones que hay es ese subnivel.El orden sera el siguiente: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p

TABLA PERIODICA DE LOS ELEMENTOS.

La tabla periódica se fue armando a medida que se iban descubriendo elementos en la naturaleza, y, según sus características, se los fue agrupando de en grupos y periodos según sus características. Los grupos son las columnas (A y B) y todos los elementos que forman un mismo grupo tienen características semejantes (a excepción del hidrogeno); los periodos son las filas y los elementos de una misma fila tienen características que van variando gradualmente. También se clasifican en:

Elementos representativos: son los elementos que se encuentran en los grupos 1ª hasta 7 A inclusive. Tienen la característica principal que todos tienen incompletos los subniveles s o p.

Elementos nobles: son elementos que prácticamente no reaccionan o si lo hacen, es casi imperceptible. A excepción del Helio, todos los elementos del grupo 8 A tienen completo el mismo subnivel p.

Elementos de transición: son metales cuyo subnivel d está incompleto. Abarca los elementos del grupo 1 B y desde el 3 B hasta el 8 B. los del grupo 2 B (Zn, Cd, Hg) no son ni representativos ni de transición)

Elementos de transición interna. También llamados lantánidos y actínidos. Tiene incompleto el subnivel f

La gran mayoría de los elementos son metales, el resto, metaloides (características de metales y no metales) y otros menos, no metales. Los elementos del grupo 1 A son metales alcalinos, los del grupo 2 A , alcalinos térreos, los del grupo 7 A, halógenos, los del grupo 8ª, gases nobles.

Los únicos elementos que se encuentran en estado liquido en condiciones estándares son el bromo y el mercurio. En estado gaseoso tenemos a todos los elementos del grupo 8 A (gases nobles) junto con el cloro, fluor, nitrógeno, oxigeno e hidrogeno. El resto son metales.

Si nos detenemos en la configuración electrónica de los elementos representativos, observaremos que todos los elementos de un mismo grupo tienen el mismo número de electrones en el último nivel, y a la vez, coincide con su número de grupo. Además, el número del último nivel coincide con número del periodo.

Electrones de valencia

Son los electrones que se encuentran en el ultimo nivel de cada átomo y los implicados en las reacciones químicas. Ej: oxigeno: 6; nitrogeno: 5, carbono: 4; cloro: 7.

Regla del octeto:Establece que los átomos de los elementos se enlazan unos con otros en el intento de

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Completar su último nivel (capa de valencia) con 8 electrones, y así asemejarse a la configuración electrónica del elemento neutro mas cercano.La denominación “regla del octeto” surgió en razón en la cantidad establecida de electrones para la estabilidad de un elemento, o sea, el átomo queda estable cuando completa su capa de valencia con 8 electrones. Para alcanzar esta estabilidad, cada elemento necesita ganar o perder (compartir) electrones. Ejemplo:El sodio (Na) tiene 1 electrón en su ultimo nivel, es decir su numero de electrones de valencia es 1. cuando se encuentra con el cloro (Cl) que tiene 7 electrones en su ultimo nivel, por lo tanto su numero de electrones de valencia es 7, el sodio le cede su electrón quedándose con 10 electrones en total y 8 en su capa de valencia, asemejándose así al gas noble mas próximo que es el neon (Ne)

Valencia

Número de electrones encontrados en el nivel más externo de un átomo (último nivel de energía), que pueden compartirse con otro átomo para formar enlaces químicos.La valencia puede ser negativa o positiva, positiva cuando tenga menos de 4 electrones y es capaz de donarlos y negativa cuando tiene más de 4 electrones y tiene la capacidad de aceptar electrones para completar el octeto.

Elemento Electrones de Valencia VALENCIA

Mg 2 +2

Cl 7 -1

Al 3 +3

O 6 -2

Ecuaciones químicas

El cambio químico se llama reacción química. Considérese lo que pasa cuando el hidrogeno gaseoso arde con el aire que contiene oxigeno para formar agua. Se representa así:

H2 + O2 H2O

Donde el signo + significa “reacciona con” y la flecha significa “produce”. Esto se lee: “el hidrogeno molecular reacciona con el oxigeno molecular para producir agua”. Sin embargo vemos claramente que la ecuación química no esta completa ya que en los reactivos tenemos dos átomos de oxigeno y en el producto, solo uno. Para respetar la ley de conservación de la masa, hay que balancear la ecuación colocando un coeficiente adecuado a la izquierda del elemento que lo requiera:

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2H2 + O2 2H2O

La lectura apropiada seria: “dos moléculas de hidrogeno gaseoso reaccionan con una molécula de oxigeno molecular para producir dos moléculas de agua” o bien: dos moles de hidrogeno gaseoso reaccionan con un mol de oxigeno molecular para producir dos moles de agua”. Si calculamos la masa molares de cada una de las moléculas también podríamos leer: “4,04 g de hidrogeno gaseoso reaccionan con 32 g de oxigeno molecular para producir 36,04 g de agua”El hidrogeno y oxigeno son los reactivos y el agua es el producto.

A menudo, los químicos anotan también el estado físico de las sustancias que intervienen en la reacción agregando una letra debajo de cada compuesto, por ejemplo:

2H2(g) + O2(g) 2H2O(l)

Pero en general una ecuación química no es una descripción completa de lo que ocurre realmente en una ecuación química. En general solo describe el cambio global, esto es, el número y tipo de átomos, moléculas o iones antes y después de la reacción, no dice ni como ni cuanto dura esa reacción.

Balanceo de ecuaciones químicas.

- Se identifican todos los reactivos y productos y se escriben sus formulas correctas del lado izquierdo y derecho de la ecuación, respectivamente.

- Se balancean los elementos que aparecen una sola vez en cada lado de la ecuación y con igual numero de átomos; las formulas que contengan estos elementos deben tener el mismo coeficiente. En seguida se buscan los elementos que aparecen una sola vez en cada lado de la ecuación pero con números desiguales de átomos. Por último, se balancean los elementos que aparecen en dos o más formulas del mismo lado de la ecuación.

- Verifíquese la ecuación balanceada para asegurarse de que se tiene el mismo número de átomos de cada tipo en ambos lados de la flecha de la ecuación.

Propiedades de las disoluciones acuosas.

La mayoría de las reacciones químicas se realizan en medio acuosas. Una solución es una mezcla homogénea de dos o mas sustancias. La sustancia presente en mayor proporcion se llama disolvente, y en menor proporción, soluto. Cuando estamos en presencia de un soluto sólido o liquido, y un disolvente liquido que sea agua, hablamos de soluciones acuosas.

Electrolito y no electrolito

Un electrolito es una sustancia que, en disolución acuosa, conduce la corriente eléctrica mientras que un no electrolito no conduce la corriente eléctrica.El agua pura, por carecer de iones, no es conductora. Pero si tiene presente sales, como por ejemplo, cloruro de sodio, se vuelve muy conductora ya que la sal se

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disocia en sus iones: cloro y sodio. Este compuesto se dice que es un electrolito fuerte porque tiene capacidad de disolverse en todos sus iones (100%) y conducir la electricidad. Ejemplos de sales fuertes: NaCl, CaCl2, Su formula quimica consta de una sola flecha con una unica direccion, esto quiere decir que, una vez disociado en sus iones, estos no se vuelven a combinar para formar el compuesto.

Ejemplo: NaCl Na + + Cl - Todos los iones de cloro y sodio se disociaron completamente y no hay posibilidad de volver a formar cloruro de sodio, es decir, la reacción es irreversible. En cambio:

CH3COOH - (CH3COO) - + H+La doble flecha - significa que la reacción es reversible, es decir, que puede ocurrir en ambos sentidos. Llega un momento en que la velocidad con la que se disocian los iones (CH3COO) - y H+ es igual a la velocidad en la que se vuelven a combinar para formar nuevamente CH3COOH. Entonces se dice que el acido acético (CH3COOH) es un acido débil porque su iotización (disociación) es incompleta.

Las sustancias que se disuelven en agua como moléculas neutras en lugar de iones son no electrolitos porque no conducen la corriente eléctrica. Algunos alcoholes y azucares son ejemplos de no electrolitos.

Reacciones de precipitación

Se caracteriza por la formación de un producto insoluble: precipitado. Un precipitado es un soludo insoluble que se separa de la solucion. Este tipo de reacciones requiere de compuestos ionicos. Pb(NO3)2 ac + 2NaI ac PbI s + 2Na(NO3) ac Como vemos, se formó un precipitado, el PbI. Esta ecuación se llama ecuación molecular. Se debe buscar la ecuación química que, a diferencia de la molecular, indica la cantidad de iones (cationes y aniones) presentes en la disolución:

Pb +2 ac + 2NO3 – ac + 2Na+ + 2I- PbI s + 2Na+ + 2(NO3)-ac

Los iones que no están involucrados en la reacción global, Na+ y el (NO3)- son los iones espectadores. Como estos iones aparecen en ambos lados de la ecuación y no cambian en la reacción, se pueden cancelar. Entonces quedaría una ecuación llamada ecuación neta:

Pb +2 ac + 2I- PbI s

Pasos para formar la ecuación neta:

- Escríbase la ecuación molecular balanceada para la reacción- Escriba los iones que forman la ecuación molecular, recuerde que todos los

electrolitos fuertes están completamente disociados en cationes y aniones. Este procedimiento da la ecuación iónica.

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- Por ultimo, identificase y cancélese los iones espectadores en ambos lados de la ecuación para llegar a la ecuación neta.

ENLACES IONICOS Y COVALENTES

Antes de comenzar con este tema veremos un concepto fundamental que nos servirán para poder darnos cuenta de qué tipo de enlace hablamos.

Electronegatividad: mide su tendencia a atraer hacia sí electrones cuando está químicamente combinado con otro átomo. Cuanto mayor sea, mayor será su capacidad para atraerlos. Los elementos mas electronegativos son los no metales y en particular los del grupo Vll A. a la inversa, tenemos los metales y en particular los del grupo 1 A , que son electropositivos.

Símbolo de puntos de lewis

Está formado por el símbolo del elemento y un punto por cada electrón de valencia.En la tabla siguiente se muestran los símbolos de Lewis de los elementos representativos y de los gases nobles. Nótese que, con excepción del Helio, el número de electrones de valencia de un átomo es el mismo que el número del grupo al cual pertenece. Los metales de transición, los lantánidos y los actínidos tienen capas internas incompletas y en general no es posible escribir símbolos sencillos de puntos de Lewis.

Enlace iónico.

Se produce entre un elemento muy electropositivo (tiene tendencia a ceder electrones) y otro muy electronegativo (tiene tendencia a recibir electrones). Esta transferencia de electrones origina los iones negativos (aniones) y positivos (cationes), con cargas eléctricas de distinto signo, que se atraen por acción de fuerzas electrostáticas y mantienen unidos a los iones. Por ejemplo veremos la formación del NaCl. El Na, elemento electropositivo, tiende a ceder un electrón quedando con la configuración delgas noble más próximo a él, el Ne. El sodio (Na) se transforma en el catión sodio (Na+).Por su parte el cloro, elemento electronegativo, recibe el electrón que cede el sodio, completa su octeto electrónico y toma la estructura externa del Ar, transformándose en el anión cloruro (Cl-).

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Enlace covalente

Un enlace covalente entre dos átomos o grupos de átomos se produce cuando estos, para alcanzar el octeto estable, comparten electrones del último nivel. La diferencia de electronegatividades entre los átomos no es suficientemente grande como para que se efectúe una transferencia de electrones. De esta forma, los dos átomos comparten uno o más pares electrónicos en un nuevo tipo de orbital, denominado orbital molecular. Los enlaces covalentes se suelen producir entre elementos gaseosos o no metales.A diferencia de lo que pasa en un enlace iónico, en donde se produce la transferencia de electrones de un átomo a otro; en el enlace covalente, los electrones de enlace son compartidos por ambos átomos. En el enlace covalente, los dos átomos no metálicos comparten uno o más electrones, es decir se unen a través de sus electrones en el último orbital, el cual depende del número atómico en cuestión. Entre los dos átomos pueden compartirse uno, dos o tres pares de electrones, lo cual dará lugar a la formación de un enlace simple, doble o triple respectivamente. En la representación de Lewis, estos enlaces pueden representarse por una pequeña línea entre los átomos.

Escrituras de las estructuras de Lewis

Los pasos básicos son:1- Escríbase la estructura básica del compuesto en tal forma que se muestre qué

átomos están unidos entre si. En general el elemento menos electronegativo ocupa la posición central. El hidrogeno y el fluor, en terminos generales, ocupan una posición Terminal en las estructuras de lewis.

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2- Cuéntese el número total de electrones de valencia presentes. Para aniones, sume el número de cargas negativas. Para cationes reste el número de cargas positivas. Luego cuente los electrones que tendrán al final (2 en el caso del hidrogeno y 8 para el resto de los elementos) y a este numero réstele el numero de electrones de valencia. El numero resultante será el numero de electrones que se comparten.

3- Dibujese un enlace covalente sencillo entre el atomo central y cada uno de los átomos que lo rodean. Completese los octetos de los átomos enlazados al atomo central. Para facilitar este paso se realiza la siguiente cuenta: el total de electrones de valencia menos el total de electrones compartidos me da como resultado el total de electrones que estan libres (sin enlazar)

4- Si no cumple con la regla del octeto para el atomo central, se deben intentar escribir dobles o triples enlaces entre el atomo central y los circunvecinos.

Enlaces entre átomos

Prácticamente todas las sustancias que encontramos en la naturaleza están formadas por átomos unidos. Las intensas fuerzas que mantienen unidos los átomos en las distintas sustancias se denominan enlaces químicos.¿Por qué se unen los átomos?Los átomos se unen porque, al estar unidos, adquieren una situación más estable que cuando estaban separados.Esta situación de mayor estabilidad suele darse cuando el número de electrones que poseen los átomos en su último nivel es igual a ocho, estructura que coincide con la de los gases nobles.Los gases nobles tienen muy poca tendencia a formar compuestos y suelen encontrarse en la naturaleza como átomos aislados. Sus átomos, a excepción del helio, tienen 8 electrones en su último nivel. Esta configuración electrónica es extremadamente estable y a ella deben su poca reactividad.Podemos explicar la unión de los átomos para formar enlaces porque con ella consiguen que su último nivel tenga 8 electrones, la misma configuración electrónica que los átomos de los gases nobles. Este principio recibe el nombre de regla del octeto y aunque no es general para todos los átomos, es útil en muchos casos.Distintos tipos de enlacesLas propiedades de las sustancias dependen en gran medida de la naturaleza de los enlaces que unen sus átomos.Existen tres tipos principales de enlaces químicos: enlace iónico, enlace covalente y enlace metálico. Estos enlaces, al condicionar las propiedades de las sustancias que los presentan, permiten clasificarlas en: iónicas, covalentes y metálicas o metales.(pulsa en la figura sobre los nombres los tipos de enlaces y sustancias para ver sus características)

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Enlace iónico

Este enlace se produce cuando átomos de elementos metálicos (especialmente los situados más a la izquierda en la tabla periódica -períodos 1, 2 y 3) se encuentran con átomos no metálicos (los elementos situados a la derecha en la tabla periódica -especialmente los períodos 16 y 17).En este caso los átomos del metal ceden electrones a los átomos del no metal, transformándose eniones positivos y negativos, respectivamente. Al formarse iones de carga opuesta éstos se atraen por fuerzas eléctricas intensas, quedando fuertemente unidos y dando lugar a un compuesto iónico. Estas fuerzas eléctricas las llamamos enlaces iónicos.Ejemplo: La sal común se forma cuando los átomos del gas cloro se ponen en contacto con los átomos del metal sodio. En la siguiente simulación interactiva están representados los átomos de sodio y cloro con solo sus capas externas de electrones. Aproxima un átomo a otro con el ratón y observa lo que ocurre:

Se forma así el compuesto NaCl o sal común. En realidad reaccionan muchos átomos de sodio con muchos átomos de cloro, formándose muchos iones de cargas opuestas y cada uno se rodea del máximo número posible de iones de signo contrario: Cada ion Cl- se rodea de seis iones Na+ y cada ion Na+ de seis iones Cl-. Este conjunto ordenado de iones constituye la red cristalina de la sal común.

Enlace covalente

Los enlaces covalentes son las fuerzas que mantienen unidos entre sí los átomos no metálicos (los elementos situados a la derecha en la tabla periódica -C, O, F, Cl, ...).

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Estos átomos tienen muchos electrones en su nivel más externo (electrones de valencia) y tienen tendencia a ganar electrones más que a cederlos, para adquirir la estabilidad de la estructura electrónica de gas noble. Por tanto, los átomos no metálicos no pueden cederse electrones entre sí para formar iones de signo opuesto.En este caso el enlace se forma al compartir un par de electrones entre los dos átomos, uno procedente de cada átomo. El par de electrones compartido es común a los dos átomos y los mantiene unidos, de manera que ambos adquieren la estructura electrónica de gas noble. Se forman así habitualmente moléculas: pequeños grupos de átomos unidos entre sí por enlaces covalentes.Ejemplo: El gas cloro está formado por moléculas, Cl2, en las que dos átomos de cloro se hallan unidos por un enlace covalente. En la siguiente simulación interactiva están representados 2 átomos de cloro con solo sus capas externas de electrones. Aproxima un átomo a otro con el ratón y observa lo que ocurre:

Enlace metálico

Para explicar las propiedades características de los metales (su alta conductividad eléctrica y térmica, ductilidad y maleabilidad, ...) se ha elaborado un modelo de enlace metálico conocido como modelo de la nube o del mar de electrones:Los átomos de los metales tienen pocos electrones en su última capa, por lo general 1, 2 ó 3. Éstos átomos pierden fácilmente esos electrones (electrones de valencia) y se convierten en iones positivos, por ejemplo Na+, Cu2+, Mg2+. Los iones positivos resultantes se ordenan en el espacio formando la red metálica. Los electrones de valencia desprendidos de los átomos forman una nube de electrones que puede desplazarse a través de toda la red. De este modo todo el conjunto de los iones positivos del metal queda unido mediante la nube de electrones con carga negativa que los envuelve.

REACCIONES DE OXIDO- REDUCCION

Las reacciones de oxido reducción constituyen una parte muy importante. Abarcan desde la combustión de combustibles fósiles hasta la acción de agentes blanqueadores domésticos. La mayoría de los metales y no metales se obtiene a partir de sus menas por procesos de oxidación o reducción.

Numero de oxidación

Se refiere al número de cargas que tendría un átomo en una molécula si los electrones fueran transferidos completamente. Se dice que un elemento se oxida si aumenta su numero de oxidación en una reacción, mientras que si el numero de oxidación disminuye, se dice que el elemento se redujo.Las siguientes reglas ayudan en la asignación de número de oxidación

1. En los elementos libres, cada átomo tiene un número de oxidación de cero.2. Para iones compuestos de un solo átomo, el número de oxidación es igual a la

carga del ion. Todos los metales alcalinos tienen un número de oxidación +1 y los alcalinos térreos +2. el aluminio siempre tiene nº de oxidación +3.

3. el nº de oxidación del oxigeno es, casi siempre, -2 . una excepción es el agua oxigenada en donde el oxigeno tiene nº de oxidación -1

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4. el numero de oxidación del hidrogeno del hidrogeno es +1, excepto cuando esta enlazado a metales en compuestos binarios por ejemplo LiH, NaH, CaH2; en estos casos el nº de oxidación es -1

5. el fluor tiene nº de oxidación -1 en todos sus compuestos. El resto de los halógenos tienen nº de oxidación negativos cuando se presentan como iones haluros en los compuestos mientras que cuando están con oxígeno en los oxácidos y oxoaniones tienen nº de oxidación positiva.

6. en una molécula neutra, la suma de los nº de oxidación de todos los átomos debe ser cero. En un ion poliatomico, la suma de los numeros de oxidación de todos sus elementos debe igualar la carga neta del ion.

Considérese las reacciones entre los metales y los no metales con el oxigeno para formar oxidos: 2 Ca(s) + O2(g) 2 CaO

En esta reacción, dos átomos de calcio ceden o transfieren 4 electrones a dos átomos de oxigeno (O2) . por conveniencia, este proceso se puede considerar como dos pasos separados, uno que implica la perdida de cuatro electrones en los dos átomos de Ca y el otro, la ganancia de los cuatro electrones por una molécula de O2

2 Ca 2 Ca+2 + 4 e- 4 e- + O2 2 O-2

Cada uno de estos pasos se llama semirreaccion.La semirreaccion que implica la perdida de electrones se llama reacción de oxidación, mientras que la que implica la ganancia de electrones se llama reacción de reducción.El elemento que pierde electrones actúa como agente reductor, mientras que el elemento que gana electrones actúa como agente oxidante.

LAS LEYES DE LOS GASES

Las condiciones normales de presión y temperatura son respectivamente: 1 atmósfera y 25º C. en estas condiciones los únicos elementos que se encuentran en estado gaseoso son: oxigeno, hidrogeno, cloro, nitrógeno, fluor (todos formando moléculas biatómicas) y los gases nobles.

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Hay que diferenciar entre los términos “gas” y “vapor”; el primero es el estado en el que se encuentran los elementos citados anteriormente en condiciones normales, mientras que el segundo es la forma gaseosa de cualquier sustancia que es liquida o sólida en condiciones normales.

Presión de un gas

La presión de un gas se mide con un instrumento llamado barómetro. La presión atmosférica estándar es igual a la presión que soporta una columna de mercurio de exactamente 760 mm de altura a 0º a nivel del mar

1 atm = 760 mm

Ley de Boyle

Relación entre la presión y el volumen de un gas cuando la temperatura es constante

Fue descubierta por Robert Boyle en 1662. Edme Mariotte también llegó a

la misma conclusión que Boyle, pero no publicó sus trabajos hasta 1676.

Esta es la razón por la que en muchos libros encontramos esta ley con el

nombre de Ley de Boyle y Mariotte.

La ley de Boyle establece que la presión de un gas en un recipiente

cerrado es inversamente proporcional al volumen del recipiente, cuando la

temperatura es constante.

¿Por qué ocurre esto?

Al aumentar el volumen, las partículas (átomos o moléculas) del gas

tardan más en llegar a las paredes del recipiente y por lo tanto chocan

menos veces por unidad de tiempo contra ellas. Esto significa que la

presión será menor ya que ésta representa la frecuencia de choques del

gas contra las paredes.

Cuando disminuye el volumen la distancia que tienen que recorrer las

partículas es menor y por tanto se producen más choques en cada unidad

de tiempo: aumenta la presión.

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Lo que Boyle descubrió es que si la cantidad de gas y la temperatura

permanecen constantes, el producto de la presión por el volumen siempre

tiene el mismo valor.

Como hemos visto, la expresión matemática de esta ley es:

(el producto de la presión por el volumen es constante)

Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se encuentra a

una presión P1 al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de

gas hasta un nuevo valor V2, entonces la presión cambiará a P2, y se

cumplirá:

que es otra manera de expresar la ley de Boyle.

Ejemplo:

4.0 L de un gas están a 600.0 mmHg de presión. ¿Cuál será su nuevo

volumen si aumentamos la presión hasta 800.0 mmHg?

Solución: Sustituimos los valores en la ecuación P1V1 = P2V2.

(600.0 mmHg) (4.0 L) =(800.0 mmHg) (V2)

Si despejas V2 obtendrás un valor para el nuevo volumen de 3L.

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Relación entre la temperatura y el volumen de un gas cuando la presión es constante

Ley de charles

En 1787, Jack Charles estudió por primera vez la relación entre el volumen y la

temperatura de una muestra de gas a presión constante y observó que cuando se

aumentaba la temperatura el volumen del gas también aumentaba y que al enfriar

el volumen disminuía.

¿Por qué ocurre esto?

Cuando aumentamos la temperatura del gas las moléculas se mueven con más

rapidez y tardan menos tiempo en alcanzar las paredes del recipiente. Esto quiere

decir que el número de choques por unidad de tiempo será mayor. Es decir se

producirá un aumento (por un instante) de la presión en el interior del recipiente y

aumentará el volumen (el émbolo se desplazará hacia arriba hasta que la presión se

iguale con la exterior).

Lo que Charles descubrió es que si la cantidad de gas y la presión permanecen

constantes, el cociente entre el volumen y la temperatura siempre tiene el mismo

valor.

Matemáticamente podemos expresarlo así:

(el cociente entre el volumen y la temperatura es constante)

Supongamos que tenemos un cierto volumen de gas V1 que se encuentra a una

temperatura T1 al comienzo del experimento. Si variamos el volumen de gas hasta

un nuevo valor V2, entonces la temperatura cambiará a T2, y se cumplirá:

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que es otra manera de expresar la ley de Charles.

Esta ley se descubre casi ciento cuarenta años después de la de Boyle debido a que

cuando Charles la enunció se encontró con el inconveniente de tener que relacionar

el volumen con la temperatura Celsius ya que aún no existía la escala absoluta de

temperatura.

Ejemplo:

Un gas tiene un volumen de 2.5 L a 25 °C. ¿Cuál será su nuevo volumen si bajamos

la temperatura a 10 °C?

Recuerda que en estos ejercicios siempre hay que usar la escala Kelvin.

Solución: Primero expresamos la temperatura en kelvin:

T1 = (25 + 273) K= 298 K

T2 = (10 + 273 ) K= 283 K

Ahora sustituimos los datos en la ecuación:

2.5L   V2

----- = -----298 K

  283 K

Si despejas V2 obtendrás un valor para el nuevo volumen de 2.37 L.

Ley de gay lussac

Relación entre la presión y la temperatura de un gas cuando el volumen es constante

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Fue enunciada por Joseph Louis Gay-Lussac a principios de 1800.

Establece la relación entre la temperatura y la presión de un gas cuando el

volumen es constante.

¿Por qué ocurre esto?

Al aumentar la temperatura las moléculas del gas se mueven más

rápidamente y por tanto aumenta el número de choques contra las

paredes, es decir aumenta la presión ya que el recipiente es de paredes

fijas y su volumen no puede cambiar.

Gay-Lussac descubrió que, en cualquier momento de este proceso, el

cociente entre la presión y la temperatura siempre tenía el mismo valor:

(el cociente entre la presión y la temperatura es constante)

Supongamos que tenemos un gas que se encuentra a una presión P1 y a

una temperatura T1 al comienzo del experimento. Si variamos la

temperatura hasta un nuevo valor T2, entonces la presión cambiará a P2, y

se cumplirá:

que es otra manera de expresar la ley de Gay-Lussac.

Esta ley, al igual que la de Charles, está expresada en función de la

temperatura absoluta. Al igual que en la ley de Charles, las temperaturas

han de expresarse en Kelvin.

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Ejemplo:

Cierto volumen de un gas se encuentra a una presión de 970 mmHg

cuando su temperatura es de 25.0°C. ¿A qué temperatura deberá estar

para que su presión sea 760 mmHg?

Solución: Primero expresamos la temperatura en kelvin:

T1 = (25 + 273) K= 298 K

Ahora sustituimos los datos en la ecuación:

970 mmHg

  760 mmHg

------------ = ------------298 K   T2

Si despejas T2 obtendrás que la nueva temperatura deberá ser 233.5 K o lo

que es lo mismo -39.5 °C.

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QUIMICA ORGANICA

ORGANICO.-   Dicho de una sustancia: Que tiene como componente constante el carbono, en combinación con otros elementos, principalmente hidrógeno, oxígeno y nitrógeno.

INORGANICO.-   Sin vida orgánica:   los cuerpos inorgánicos por excelencia son los minerales.   En química, es un compuesto mineral en el que no interviene el carbono como elemento fundamental.

Diferencias entre química orgánica e inorgánica

QUIMICA ORGANICA QUIMICA INORGANICASe forma principalmente por C, H, O, N Se constituye por átomos de cualquier

elementoEl número de compuestos orgánicos excede a los inorgánicos

El número de compuestos inorgánicos es menor al de los orgánicos.

Los compuestos orgánicos son sensibles al calor

Son resistentes al calor  

Entre los compuestos orgánicos, prevalece el enlace covalente  

En los inorgánicos prevalece el enlace iónico

Los compuestos orgánicos son generalmente insolubles en el agua

elevada polaridad

Los cuerpos orgánicos son inestables aún a bajas temperaturas

Los compuestos inorgánicos son estables

La Química orgánica, también llamada la química del carbono, estudia al elemento carbono acompañado de algunos elementos como: H, O, N, S, halógenos (Cl, Br, I) y algunos metales (Na, Fe, Mg, K). La química orgánica define la vida. Así como hay millones de diferentes tipos de organismos vivos en este planeta, hay millones de

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moléculas orgánicas diferentes, cada una con propiedades químicas y físicas diferentes. Hay químicos orgánicos que son parte del pelo, piel, uñas, etc. La diversidad de químicos orgánicos tiene su origen en la versatilidad del átomo de carbono.

EL CARBONO Y SUS FORMAS DE PRESENTACIÓN.

El elemento carbono pertenece a la familia de los carbonoides que están en el grupo IVA de la Tabla Periódica; su número atómico es 6, por lo que tiene 6 electrones y 6 protones; su número de masa es 12, lo que significa que tiene 6 neutrones. El carbono puro existe bajo formas alotrópicas como sólidos cristalinos naturales y artificiales, y en forma impura como sólidos amorfos naturales y artificiales. Carbonos cristalinos: • Naturales: Grafito, Diamante • Artificiales: Fullerenos Carbonos amorfos: • Naturales: Antracita: (90 a 96% de C), Hulla, Lignito, Turba • Artificiales: Carbón vegetal, Negro de humo, Coque.

CARBONO. CARACTERISTICAS

Nombre: Carbono Número atómico:6 Valencia: 2,+4,-4 Configuración electrónica:1s22s22p2 Masa atómica (g/mol) :12,01115 Densidad (g/ml):2,26 Punto de ebullición (ºC):4830 Punto de fusión (ºC) :3727

El carbono es un elemento único en la química porque forma un número de compuestos mayor que la suma total de todos los otros elementos combinados. El grupo más grande de estos compuestos es el constituido por carbono e hidrógeno. Se estima que se conoce un mínimo de 1.000.000 de compuestos orgánicos y este número crece rápidamente cada año. Aunque la clasificación no es rigurosa, el carbono forma otra serie de compuestos considerados como inorgánicos, en un número mucho menor al de los orgánicos. Las dos formas de carbono elemental existentes en la naturaleza (diamante y grafito) son sólidos con puntos de fusión extremadamente altos, e insolubles en todos los disolventes a temperaturas ordinarias. Las propiedades físicas de las dos formas difieren considerablemente a causa de las diferencias en su estructura cristalina. En el diamante, el material más duro que se conoce, cada átomo está unido a otros cuatro en una estructura tridimensional, mientras que el grafito consiste en láminas débilmente unidas de átomos dispuestos en hexágonos.El carbono tiene la capacidad única de enlazarse con otros átomos de carbono para formar compuestos en cadena y cíclicos muy complejos. Esta propiedad conduce a un número casi infinito de compuestos de carbono, siendo los más comunes los que contienen carbono e hidrógeno.

Carbones naturales.

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El carbono se encuentra libre en la naturaleza, en estado puro, presentándose de varias formas, las cuales se denominan formas “alotrópicas”, o bien con diversos grados de impurificación en los denominados carbones naturales.Diamante.Es una red cristalina de carbono puro, en el cual cada átomo se encuentra unido a otros cuatro, los cuales se hallan en los vértices de un tetraedro regular. La distancia entre los átomos de carbono es muy pequeña: 0,154 nm, constituyendo una macromolécula cuya dureza y punto de fusión son extraordinariamente elevados (dureza 10 en la escala de Mohs, y 3500 ºC el punto de fusión). No es conductor de la electricidad y es incoloro y transparente. Grafito.Tiene una estructura laminar. Cada lámina está formada por ciclos de seis átomos de carbono orientados en forma de hexágonos regulares. La distancia entre láminas es mucho mayor: 0,340 nm. Conduce la electricidad, es de color negro y su dureza depende de la dirección en que se mide. Hulla.Está constituido por un 80 a 90% de carbono. En su estructura se puede apreciar su origen vegetal. Constituyen los carbones más útiles como combustible; esto debido a que arden con facilidad, con llama muy calorífica, poco humo y pocas cenizas.

Carbones artificiales.

Estos se obtienen a partir del carbón y de residuos vegetales o animales, los cuales son destinados a diversos usos.Carbón de madera: Es también denominado carbón vegetal, el cual se obtiene de la destilación seca de la madera. Al mismo tiempo se obtiene vapores que contienen ácido acético y metanol.Carbón animal: Se obtiene a través de la carbonización de huesos de animales en ausencia de aire. Contiene gran cantidad de fosfato de calcio, y es utilizado por su gran poder de adsorción.Carbón de cock o coque: Se obtiene como subproducto en la destilación de la hulla.Negro de humo: Se obtiene de la combustión de sustancias ricas en carbono, como el benceno y el alcanfor. Es empleado para las tintas de imprenta o bien para dar color y dureza a los cauchos.

Configuración electrónica

El átomo de carbono constituye el elemento esencial de toda la química orgánica, y debido a que las propiedades químicas de elementos y compuestos son consecuencia de las características electrónicas de sus átomos y de sus moléculas, es necesario considerar la configuración electrónica del átomo de carbono para poder comprender su singular comportamiento químico.Se trata del elemento de número atómico Z = 6. Por tal motivo su configuración electrónica en el estado fundamental o no excitado es 1s2 2s2 2p2. La existencia de cuatro electrones en la última capa sugiere la posibilidad bien de ganar otros cuatro convirtiéndose en el ion C4- cuya configuración electrónica coincide con la del gas noble Ne, bien de perderlos pasando a ion C4+ de configuración electrónica idéntica a la del He.En realidad una pérdida o ganancia de un número tan elevado de electrones indica una dosis de energía elevada, y el átomo de carbono opta por compartir sus cuatro electrones

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externos con otros átomos mediante enlaces covalentes. Esa cuádruple posibilidad de enlace que presenta el átomo de carbono se denomina tetravalencia.

HIDROCARBUROS

El carbono puede formar una gran cantidad de compuestos porque los átomos de carbono tiene la capacidad de unirse entre si formando cadenas lineales o ramificadas.Grupo funcional: es la parte de una molécula que tiene una distribución especifica de átomos, de la que gran parte depende el comportamiento químico de la molécula de origen.Los hidrocarburos están conformados con solo dos elementos: el hidrogeno y el carbono

Química General / TeoríaUTN-Sede Trelew/ TSHST

METALURGIA.- SIDERURGIA DEL HIERRO.

La mayoría de los metales se encuentran en la naturaleza combinados químicamente en forma de minerales. Un mineral es una sustancia natural con una composición química característica.La metalurgia es la ciencia y la tecnología de la extracción de metales de sus fuentes naturales a partir de sus menas y aleaciones. La mena es un depósito mineral cuya concentración es adecuada para extraer un metal específico. Una aleación es una disolución sólida compuesta de dos o más metales.La metalurgia implica tres pasos fundamentales una vez explotada la mina: (1) concentración de la mena o su preparación por algún otro medio para el tratamiento posterior, (2) reducción del mineral para obtener el metal libre, y (3) refinación o purificación del metal.

Preparación de la mena. La ganga es el desecho que se separa de la mena en el tratamiento preliminar. Esta formado principalmente por arena y partículas de sílice. El tratamiento que mas se usa para separar la ganga del mineral es el llamado flotación, consiste es moler finamente la mena, agregar aceite y detergente, insuflar aire para que se forme espuma y luego extraer la espuma junto con las partículas del mineral. La ganga quedara depositada en el fondo por su mayor densidad.Otro proceso de separación física hace uso de las propiedades magnéticas de ciertos minerales, por ejemplo las sustancias como hierro y el cobalto son ferromagnéticas por lo tanto pueden separarse de la ganga usando electroimanes fuertes.

Producción de metales.

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La mayoría de los metales se encuentra en forma oxidada en la mena por eso la producción de metales es siempre un proceso de reducción.Reducción químicaSegún sea el potencial estándar de reducción, se busca el elemento más electropositivo que el del mineral que se quiere extraer, de esta forma el elemento elegido actúa como agente reductor. Este proceso se lleva acabo a muy altas temperaturas.

V2O5 + 5 Ca 2 V + 5 CaO

Purificación de metales Consiste en la eliminación de impurezas. Se conocen tres formas: destilación, electrolisis y refinación por zonas.

La metalurgia del hierro. El alto horno

Un alto horno típico está formado por una cápsula cilíndrica de acero de unos 30 m de alto forrada con un material no metálico y resistente al calor, como asbesto o ladrillos refractarios. El diámetro de la cápsula disminuye hacia arriba y hacia abajo, y es máximo en un punto situado aproximadamente a una cuarta parte de su altura total. La parte inferior del horno está dotada de varias aberturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire que enciende el coque.

Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabio cuando se sangra (o vacía) el alto horno. Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para retirar la escoria, que es una mezcla de silicatos y aluminatos de calcio. La parte superior del horno contiene respiraderos para los gases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por válvulas en forma de campana, por las que se introduce el mineral de hierro, el coque y la caliza.

Una vez obtenido el arrabio líquido, se puede introducir en distintos tipos de coladura para obtener unos materiales determinados: la colada convencional, de la que se obtienen productos acabados; la colada continua, de la que se obtienen trenes de laminación y, finalmente, la colada sobre lingoteras, de la que lógicamente se obtienen lingotes.

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ACERO

El Acero es básicamente una aleación o combinación de hierro y carbono (alrededor de 0,05% hasta menos de un 2%). Algunas veces otros elementos de aleación específicos tales como el Cr (Cromo) o Ni (Níquel) se agregan con propósitos determinados.Ya que el acero es básicamente hierro altamente refinado (más de un 98%), su fabricación comienza con la reducción de hierro (producción de arrabio) el cual se convierte más tarde en acero.El hierro puro es uno de los elementos del acero, por lo tanto consiste solamente de un tipo de átomos. No se encuentra libre en la naturaleza ya que químicamente reacciona con facilidad con el oxígeno del aire para formar óxido de hierro - herrumbre. El óxido se encuentra en cantidades significativas en el mineral de hierro, el cual es una concentración de óxido de hierro con impurezas y materiales térreos.

Clasificación del AceroLos diferentes tipos de acero se clasifican de acuerdo a los elementos de aleación que producen distintos efectos en el Acero :

ACEROS AL CARBONO Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas. ACEROS ALEADOS Estos aceros contienen un proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros de aleación se pueden subclasificar en :

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Estructurales Son aquellos aceros que se emplean para diversas partes de máquinas, tales como engranajes, ejes y palancas. Además se utilizan en las estructuras de edificios, construcción de chasis de automóviles, puentes, barcos y semejantes. El contenido de la aleación varía desde 0,25% a un 6%.

Para Herramientas

Aceros de alta calidad que se emplean en herramientas para cortar y modelar metales y no-metales. Por lo tanto, son materiales empleados para cortar y construir herramientas tales como taladros, escariadores, fresas, terrajas y machos de roscar.

Especiales Los Aceros de Aleación especiales son los aceros inoxidables y aquellos con un contenido de cromo generalmente superior al 12%. Estos aceros de gran dureza y alta resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión, se emplean en turbinas de vapor, engranajes, ejes y rodamientos.

ACEROS DE BAJA ALEACION ULTRARRESISTENTES Esta familia es la más reciente de las cuatro grandes clases de acero. Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados con aceros de baja aleación pueden transportar cargas más grandes porque sus paredes son más delgadas que lo que sería necesario en caso de emplear acero al carbono. Además, como los vagones de acero de baja aleación pesan menos, las cargas pueden ser más pesadas. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios. ACEROS INOXIDABLES Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o para cápsulas espaciales. También se usa para fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de los fluidos corporales. En cocinas y zonas de preparación de alimentos los utensilios son a menudo de acero inoxidable, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con facilidad.

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La naturaleza de los efímeros radicales libres

¿Qué son los radicales libres? ¿Es efectivo que es-tán en todas partes de nuestro medio ambiente? ¿Cómo es que están ellos comprometidos en tantos procesos diferentes? Ha sido el conocimiento de las propiedades básicas de estos radicales lo que nos han ayudado a contestar estas preguntas.

Por ejemplo, consideremos una molécula hipotética, consistente en un átomo A y un átomo B, expresada en esta forma A:B. En este caso, los puntos entre los dos átomos indican la unión química entre ellos, compuestas por un par de electrones que los comparten ambos átomos. Bajo condiciones muy extremas, como una temperatura muy alta o una exposición a radiaciones, esta unión puede quebrarse, produciéndose así dos radicales libres separados: A. y B., en que cada uno queda con un electrón no pareado.

A:B A. + B.

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¿Qué significa un electrón no pareado? Todo átomo a molécula estable tiene electrones pareados, y el número total de electrones que participan en las uniones son siempre así. Los radicales libres, por el contrario, tienen un número inusual de electrones y son inestables, en un estado de alta energía. El radical libre, en estas condiciones, busca a toda costa otro electrón para poder parearse. Es esta intensa búsqueda la que hace a estos radicales libres extremadamente reactivos. Tan pronto como este radical choca con una molécula u otro radical, captura o comparte un electrón y desaparece rápidamente de la reacción.

En otros tipos de reacciones, los radicales libres pueden combinarse entre sí y de este modo se quedan tranquilos, porque forman una molécula estable, al combinar ambos electrones no pareados.

A. + A. A:A (o A-A)

Pero el poder destructivo de estas reacciones se manifiesta cuando un radical libre actúa robando un electrón. En esta forma, él se estabiliza tomando un electrón ajeno o un átomo H a una molécula estable (M), que puede tener uno o muchos átomos de hidrógeno.

A. + M A- + .M+

En esta reacción, el radical A• llega a ser un ion estable, y la molécula M pasa a ser inestable, es decir un radical ion M• muy reactivo. Este tipo de proceso de auto perpetuación es el que hace especialmente dañino a los radicales libres en los sistemas biológicos.

En resumen, podríamos definir un radical libre “como un átomo o una molécula que presenta uno o más electrones desapareados”. Debido a la necesidad de los radicales libres de alcanzar el pareamiento de los electrones, se considera que ellos pueden comportarse como agentes “oxidantes” o “reductores”, ya sea que actúen substrayendo o aportando electrones a otro átomo o molécula. Esto es muy importante en un medio biológico.

Evidencia directas e indirectas de la existencia de radicales libres

Un radical de vida extremadamente corta y de gran relevancia biológica es el (•OH) o radical hidroxilo. Este se genera al partirse la molécula de agua, por ejemplo, debido a una radiación ionizante como son los rayos X o por la acción de rayos gama.

En el cuerpo humano u otros organismos vivos, este radical hidroxilo (•OH) tiene una vida extraordinariamente corta, ya que el ambiente biológico es rico en moléculas, lo que hace que las colisiones entre ellas sean muy frecuentes. Esta vida efímera y el hecho de que no pueda aislarse en un tubo de ensayo, hacen muy difícil su estudio. Por esa razón, los radicales libres propios de sistemas biológicos hay que estudiarlos en sistemas simples que simulen las condiciones encontradas en los organismos. Basados en estas evidencias indirectas experimentales, es que los científicos han llegado a la conclusión que en la terapia de irradiación que se usa para tratar el cáncer, se genera este radical libre (radical •OH), y es este el que mata a las células.

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Sin embargo, se han logrado también evidencias reales de su existencia. El radical hidroxilo es excitado por fuentes de energía como la luz o las micro ondas, que son muy específicas para este radical. Allí, en condiciones experimentales, en que no hay otras moléculas, él tiene una larga duración. Del mismo modo, la radio astronomía detecta también radicales (•OH) en el espacio interestelar, confirmando así su existencia. El espacio interestelar está relativamente vacío, y por la tanto allí no hay encuentro con moléculas u otros radicales, por lo que estos son de larga vida. Es decir, han sido estas condiciones excepcionales las que han dado la evidencia directa de su existencia.

Los radicales libres en los sistemas biológicos

Ya hace más de cuarenta años que se descubrió que en el interior de las células también se forman radicales libres, y que estos además de cumplir funciones celulares muy especificas, pueden llegar a ser tóxicos para las propias células que los producen o para células cercanas o que estén en contacto en un tejido u órgano. Tal es el caso del oxígeno, ya que aún cuando se trata de una molécula muy estable, su participación en algunas funciones del metabolismo celular, lo convierten en diferentes especies reactivas, algunas de ellas con carácter de radicales libres. Estos radicales libres constituyen el producto o son utilizados para realizar importantes funciones celulares, especialmente donde la reactividad del oxígeno molecular es insuficiente.

La formación y la intervención de los radicales libres del oxígeno en los organismos eucarióticos (con núcleo celular), es un proceso regulado con mucha precisión. La célula forma radicales libres y también degrada estrictamente lo necesario, con el fin de disponer de su reactividad, pero también de evitar el daño derivado de una formación no controlada. Sin embargo, diversas circunstancias, tanto de carácter intrínseco como extrínseco, y a la actividad bioquímica de la célula, llevan a que ésta pierda el control en la formación y manejo de los radicales libres. Este desequilibrio en la formación y utilización de los radicales libres a nivel tisular, es lo que se conoce como “estrés oxidativo”. Esto es un proceso de oxidación no controlado que ocasiona daño celular y eventualmente la muerte celular. Muchas alteraciones de la función celular y también muchas patologías celulares se atribuyen hoy en día al desarrollo de un estrés oxidativo. De esta manera, ya se utiliza cada vez con mayor frecuencia el término de “patologías por estrés oxidativo”, entendiendo por tales aquellas anomalías funcionales o patológicas claramente definidas, que involucran la participación de radicales libres.

Formación de radicales libres del oxígeno en la célula

Tal como ya se señaló, la utilización del oxigeno a nivel celular permite que una pequeña fracción de éste sea convertida a radicales libres. El proceso de reducción del oxigeno molecular ocurre en cuatro etapas que involucran, cada una de ellas, la incorporación de un electrón a la molécula. Así se forma el radical libre “superóxido” (02•). Posteriormente se forma el peróxido de hidrógeno (H202), que aunque no es un radical libre, es de gran reactividad. Un nuevo proceso de reducción transforma el peróxido de hidrógeno en el radical libre hidroxilo (•OH), y finalmente se forma como producto final el agua. El radical superóxido es poco reactivo y tiende a reaccionar consigo mismo dando origen a un proceso conocido como “dismutación”, que lo

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transforma en peróxido de hidrógeno y oxígeno molecular. El aspecto más relevante de esta reacción es que el radical superóxido puede además reaccionar con el producto de su propia dismutación (el peróxido de hidrógeno), formando, entre otros productos, el radical libre hidroxilo, considerado como uno de los productos más reactivos del oxígeno (ver figura 5).

Se ha identificado que diferentes componentes o sistemas metabólicos celulares producen constantemente radicales libres del oxígeno (superóxidos e hidroxilos). Se estima que las mitocondrias (que es el lugar de la célula en que se produce la energía (Cómo funciona la célula) (Combustible para la vida), que dan cuenta del 80% del consumo celular del oxigeno molecular, transforman un 5% de este consumo a radicales libres superóxidos e hidroxilos. De la misma forma, la fracción del retículo endoplásmico liso (otro organelo intracelular) (Creces Enero-Febrero 1997), que realiza la metabolización tanto de sustancias indógenas (prostaglandinas, ácidos grasos, etc.) como exógenas (drogas, colorantes, saborizantes, antioxidantes, etc.) consume un 15% del oxigeno molecular, pero sin embargo en este lugar se estima que entre el 20 a 30% del oxigeno consumido, se transforma a radicales libres, particularmente a radicales hidroxilos. Ello es debido a la poderosa actividad oxidante que caracteriza a este organelo celular (fig. 6).

Es decir, constantemente y como producto del metabolismo normal de una célula, se estarían generando una cierta cantidad de radicales libres del oxigeno. El desequilibrio entre la formación y utilización de estos radicales libres generaría un estrés oxidativo.

Complejidad de la acción normal de los radicales libres

Mientras más se avanza en el conocimiento de los procesos metabólicos que ocurren en el interior de la célula, más se conoce la importante función de los radicales libres. Además del rol que tienen en la mitocondria y en la fracción del retículo endoplásmico liso, se han identificado otras funciones celulares donde también intervienen los radicales libres oxigenados. Los fagocitos de la sangre son un ejemplo, como también los macrófagos, los leucocitos y los leucocitos polimorfo nucleares. Todos ellos, en sus mecanismos de defensa contra las bacterias y virus, utilizan un mecanismo generador de radicales libres. En la síntesis de prostaglandinas, también se utilizan radicales libres, del mismo modo que en la síntesis del colesterol y las hormonas esteroidales. La hidroxilación de los aminoácidos lisina y prolina a hidroxilisina e hidroxiprolina respectivamente, necesarios para la biosíntesis del colágeno, requiere de la participación del radical libre hidroxilo. Así cada día se van conociendo nuevas funciones en las que intervienen los radicales libres.

Si bien es cierto que los radicales libres son elementos fundamentales en el metabolismo, también constituyen un riesgo, especialmente para las grandes moléculas. Es así como los ácidos nucleicos, las proteínas, los carbohidratos polimerizados (polisacáridos) y los lípidos, son preferentemente dañados por los radicales libres oxigenados. En la molécula del DNA se pueden producir rupturas y numerosos otros daños y sus efectos pueden producir mutaciones y eventualmente cáncer. También los aminoácidos que forman las proteínas pueden sufrir alteraciones que modifican su estructura molecular, impidiendo su acción biológica. En el caso de las enzimas (que son proteínas), el daño puede impedir su acción catalizadora. También los polisacáridos,

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que desempeñan funciones de protección y/o lubrificación de los epitelios, pueden ser afectados, disminuyendo así las defensas y favoreciendo las inflamaciones. Los lípidos, especialmente aquellos que contienen ácidos grasos poli-insaturados, son especialmente susceptibles a desarrollar procesos de oxidación no controlados, inducidos por los radicales libres del oxígeno. Ello significa daños importantes en las membranas celulares, donde estos ácidos grasos desempeñan una función fundamental. Como consecuencia se alteran todos los procesos bioquímicos celulares, al dificultarse la función seleccionadora de las membranas. Finalmente, ya existe consenso que los radicales libres inducen el envejecimiento. El concepto que “envejecemos porque nos oxidamos”, ha sido utilizado por diversos autores. Existen numerosas evidencias sobre la acumulación de productos de oxidación en los individuos envejecidos.

Como se defiende la célula: antioxidantes

Ya se conoce bastante bien como la célula se defiende del estrés oxidativo. Para combatirlos, ellas utilizan componentes enzimáticos y componentes no enzimáticos. Los componentes enzimáticos son básicamente tres: la enzima superóxido dismutasa (SOD), la enzima glutation peroxidasa (GSHPx) y la enzima catalasa (CAT). La enzima SOD destruye a los radicales libres superóxido. Su actividad se relaciona con las células aeróbicas (que requieren oxígeno). La enzima GSHPx, se relaciona principalmente con las membranas celulares. Destruye a los peróxidos orgánicos formados en los ácidos grasos poli-insaturados de las membranas, como producto del ataque de radicales libres oxigenados. También reacciona activamente con el peróxido de hidrógeno, destruyéndolo. Finalmente, la enzima CAT destruye al peróxido de hidrógeno formado en los peroxisomas (organelo intracelular), como producto de la actividad metabólica. Esta enzima es particularmente importante en el glóbulo rojo, ya que en estas células, que no poseen peroxisomas en su estado maduro, la enzima está libre en el citoplasma cumpliendo una actividad citoprotectora de gran relevancia.

Los componentes no enzimáticos del sistema de defensa antioxidante son muy numerosos. Sin embargo, los más importantes son el glutation reducido (GSH), la ceruloplasmina (proteína transportadora de cobre en el plasma), la ferritina (proteína transportadora de hierro), el ácido úrico, la vitamina E, la vitamina C, el betacaroteno (pro vitamina A), y los aminoácidos derivados de la taurina e hipotaurina. La actividad antioxidante de estas moléculas no sólo depende del metabolismo celular, sino también de la nutrición, ya que algunas de estas moléculas no son sintetizadas por el organismo y deben ser aportados por la dieta.

Enfermedades asociadas al estrés oxidativo

Cada vez se tiene mayor información del rol de los radicales libres del oxígeno en la génesis de diferentes enfermedades. Muchos procesos inflamatorios que terminan en cáncer son atribuidos al efecto directo o indirecto de un estrés oxidativo inducido por radicales libres. Tal es el caso de ciertos cánceres esofágicos, del colon, cervicales y pulmonares. El efecto nocivo del humo del cigarrillo en los pulmones, se debería a procesos inflamatorios crónicos con intervención de radicales libres. Algunas enfermedades por autoinmunidad, también se atribuyen a efectos inducidos por radicales libres.

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En la literatura médica, cada vez aparecen nuevas enfermedades cuyo factor causal último serían los radicales libres. Así por ejemplo, la psoriasis (enfermedad muy rebelde de la piel), seria debida al estrés oxidativo. También el Parkinson, el Alzheimer o la enfermedad de Lou Gering (enfermedad que padece el físico teórico Stephen Hawking, que nos visitó recientemente). También se atribuyen a los radicales libres las cataratas (opacidad del cristalino), que son frecuentes en la vejez, que serían debidas a la pérdida de la actividad antioxidante del sistema ocular. También la aterosclerosis, que lleva a la formación de placas en las arterias, produciendo trastornos vasculares, ataques cardiacos y cerebrales, enfermedades que constituyen las principales causas de muertes del adulto. La vejez, y todos sus signos de deterioro progresivo, también sería debido a la disminución de la eficiencia del sistema antioxidante, que es necesario para defenderse constantemente de los radicales libres del oxígeno.

Los antioxidantes a disposición en la naturaleza

Diversas substancias con propiedad antioxidante se encuentran en la naturaleza, ya sea en el reino animal o vegetal, donde desempeñan funciones en sus diversos procesos metabólicos. Muchos de ellos no lo producen los animales superiores, pero nos llegan a nosotros aportados por la dieta y de allí la importancia de ella. Tal es el caso de algunas vitaminas, como la E y la C, o algunos aminoácidos llamados esenciales, porque tampoco los producen los animales superiores. Más aún, la dieta normal debe aportar minerales como el Fe, Se, CU, Zn, etc., que van a ser constituyentes de las enzimas ya descritas de acción antioxidante, por lo que debe asegurarse su presencia en la dieta.

Muchos productos contenidos principalmente en el reino vegetal, poseen características antioxidantes, y por ello son beneficiosos para la salud humana. Ellos refuerzan la actividad antioxidante celular ya descrita. Extractos de vegetales, cuando son ensayados “in vitro a in vivo”, tienen un real efecto antioxidante. Tal es el caso de los extractos del orégano, té, manzana, zanahoria, coliflor o la semilla de uva. De todas las diferentes substancias que es posible obtener a partir de estos productos, los flabonoides parecen ser los más efectivos como antioxidantes.

Los flabonoides pertenecen a un gran grupo de substancias con estructura polifenólica, presentes ya sea en la corteza, semillas y frutos de una gran cantidad de vegetales. Los flabonoides son eficientes atrapadores de radicales libres oxigenados, por lo cual pueden prevenir o retardar el daño oxidativo producidos por estos. El vino tinto es también una importante fuente de flabonoides. Uno de los efectos más interesante observado en diferentes flabonoides, se refiere a la capacidad protectora que ejercen sobre la oxidación de las lipoproteínas de baja densidad (LDL), y por esto serían muy útiles para prevenir enfermedades cardiacas producidas por oclusión de los vasos sanguíneos (ateromas).

Durante los últimos años, la industria farmacéutica ha elaborada diversos suplementos nutricionales que contienen ya sea, varios tipos de flabonoides o vitaminas C o E, selenio, hierro, o zinc. Ellos son recomendables para diferentes situaciones fisiológicas, tales como la edad, o cuando se hacen ejercicios intensos a ayunos prolongados.

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También son útiles en situaciones emocionales, como el estrés laboral, situaciones de ansiedad, crisis conductuales, o para prevenir los efectos del tabaco, el alcohol a las drogas.

Por lo general puede afirmarse que estos antioxidantes exógenos contribuyen a la acción beneficiosa que desarrollan los antioxidantes celulares. A nivel celular, las acciones pueden resumirse en:

a.- Estabilización de la membrana celular, protegiéndolas del daño de los radicales libres.

b.- Protección de las células pulmonares del daño oxidativo producido por la contaminación del aire.

c.- Prevención del cáncer, que inducen los radicales libres.

d.- Ayuda a las plaquetas para mantener la viscosidad sanguínea e impedir la formación de placas en las arterias.

e.- Protección general de la integridad de los tejidos.

En todo caso, no existen contraindicaciones para el consumo de estos productos, y por el contrario, abundan en la literatura médica los efectos favorables demostrados.

Antioxidantes: efectos biológicos y sobre el envejecimientoProf. Alberto Boveri (1)

INTRODUCCIÓNUn antioxidante es una sustancia que disminuye la generación de productos oxidados en un sistema de reacciones de radicales libres. El concepto se originó en la química orgánica, introducido por Moureau hace más de setenta años, para describir el efecto de los polifenoles en la polimerización de la acroleína. Los polifenoles antioxidantes fueron luego extensamente utilizados en la síntesis industrial de polímeros por reacciones de radicales libres en cadena en los procesos de fabricación de caucho sintético y otros polímeros similares. El concepto y el uso de los antioxidantes pasó luego, en las décadas del 40 y del 50, a la química de los productos alimenticios industrializados donde su uso constituye una práctica actual muy difundida.En las últimas dos décadas la palabra antioxidante ha adquirido un nuevo significado, en este caso biomédico, constituyéndose en la descripción de un tipo de medicamentos o de nutriacéuticos, caracterizados por producir una disminución de la velocidad de las reacciones de radicales libres en el organismo humano. El efecto biológico ocurre en los organismos vivos en general, incluyendo animales, vegetales y bacterias, pero el uso cotidiano y mediático se refiere a su uso por las personas. Se estima que unos 30 millones de personas en los Estados Unidos, un 10% de la población, y unas 350.000 personas en la Argentina, un 1 % de la población, toman suplementos alimentarios con vitaminas antioxidantes. El uso de los antioxidantes ya se ha extendido a la cosmiatría, a la cosmética y los champúes y detergentes.

LA PRODUCCIÓN FISIOLÓGICA DE RADICALES LIBRESLa suplementación de la dieta con antioxidantes tiene sólidas bases científicas. El cuerpo humano funciona como una maquina química operando a temperatura y presión constantes que utiliza la oxidación de los alimentos con el oxígeno del aire para obtener la energía necesaria para su funcionamiento y movimiento. El oxígeno respirado, tomado en los pulmones y transportado a los tejidos por la hemoglobina

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de los eritrocitos, es utilizado en las mitocondrias intracelulares que acoplan la oxidación de sustratos a la producción de ATP (la forma intracelular de la energía química). En las mitocondrias, un 98% del oxígeno consumido es utilizado por la citocromo oxidasa, la enzima terminal de la cadena respiratoria, para el funcionamiento de la cadena respiratoria y la generación del potencial electroquímico de la membrana mitocondrial que provee la fuerza directriz para la síntesis de ATP por la F1-ATP-asa mitocondrial, En las mismas mitocondrias, el oxígeno participa de reacciones secundarías de autooxidación de componentes de la cadena respiratoria mitocondrial. Así, la autoxidación de la ubisemiquinona (UQH.) (reacción de Boveris-Cadenas) y la auto-oxidación de la semiquinona de la flavoproteína de la NADH deshidrogenasa (FMNH.) (reacción de Boveris-Turrens) dan cuenta del 2% restante del oxígeno consumido por estas organelas subcelulares. La formación de la semiquinona, UQH o FMNH, por transferencia de un electrón a una molécula orgánica bivalente, constituye la reacción de iniciación en la que se forma el primer radical libre, como compuesto químico con un electrón no apareado (Gráfico 1, reacción l). Estos radicales libres son intermediarios de la actividad enzimática y ocurren en moléculas orgánicas unidas a proteínas (grupos prostéticos), donde la proteína estabiliza al radical libre. Las reacciones de autoxidación de estas semiquinonas generan el anión radical superóxido (O2-) (reacción 2), la especie química resultante de la adición de un electrón a la molécula de oxígeno y un radical libre por tener un electrón no aparcado en sus orbitales externos. La formación de O2- constituye una reacción secundaria (0.5% en términos de electrones) del proceso de la respiración mitocondrial.

Si bien hay otras fuentes intracelulares de O2- como la flavolproteína NADPH-citocroino P-450 del retículo endoplásmico o la enzima xantino oxidasa del citosol, la producción mitocondrial de 02- constituye la fuente fisiológica más importante de este radical. El 02- es mantenido a muy bajas concentraciones intracelulares (alrededor de 10-10 M en las mitocondrias y 10-11 M en el citosol) por la acción de las superóxido dismutasas (SOD; la Mn-SOD en las mitocondrias y la Cu-Zn-SOD en el citosol) (reacción 3). El radical O2-; reduce al Fe3+, libre en solución, complejado con aniones orgánicos o ligado a la ferritina (reacción 4), y el Fe2+ formado produce la ruptura homolítica del peróxido de hidrógeno (H2O2) generando radical hidróxilo (HO.) (reacción 5).

El HO. es un radical extremadamente reactivo capaz de abstraer un átomo de hidrógeno de los carbonos alílicos (=CH-) de una multitud de constituyentes celulares entre ellos los ácidos grasos insaturados de las membranas celulares y las bases púricas y pirimídicas de los ácidos nucleicos. Los compuestos resultantes de la abstracción de hidrógeno son radicales libres alquilo (R.) (reacción 6). Los radicales libres de este tipo de las bases de los ácidos nucleicos frecuentemente se dimerizan, como es el caso de los dimeros de timina. Los radicales alquilo derivados

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de los ácidos grasos insaturados son aptos para dar reacciones de adición con oxígeno molecular generando radicales peroxilo (ROO.) (reacción 7) los que a su vez, a través de una nueva abstracción de hidrógeno a otro carbono alílico de otro ácido graso insaturado, reacción favorecida por la estructura en bicapa lipídica de las membranas biológicas, produce un hidroperóxilo (ROOH) y un nuevo radical alquilo (R.) (reacción 8) lo que establece una reacción de radicales libres en cadena. En consecuencia las reacciones 2, 6, 7 y 8 constituyen reacciones de propagación clásicas, donde en una reacción elemental (una colisión molecular) hay transferencia de resto molecular o adición de una molécula de oxigeno, con conservación del electrón no apareado. Las reacciones 4 y 5 también pueden considerarse reacciones de propagación, en las que se encuentra involucrado el hierro con sus cambios de carga eléctrica y donde el Fe2+ actúa como un radical libre. La peroxidación lipídica o lipoperoxidación es el proceso químico donde las reacciones 6, 7, 8 ocurren sobre ácidos grasos insaturados. Los grupos-OOH de los hidroperóxidos (ROOH, localizados en carbonos terciarios en medio de la cadena hidrocarbonada de los ácidos grasos insaturados de las membranas biológicas llevan a una distorsión de su espacio hidrofóbico y a una pérdida de su función biológica. La acumulación de grupos hidroperóxido en carbonos alílicos lleva a su vez a la ruptura de la cadena carbonada y a la formación de malonaldehido (COH-CH2-CHO) que es un indicador de la ocurrencia de lipoperoxidación. Las reacciones 9 y 10 indican las reacciones de terminación que pueden involucrar a radicales alquilo y peroxilo. Cabe señalar que a su vez, la reacción 10 indica la formación de oxígeno singulete (1O2), el estado electrónico excitado del oxígeno molecular, como producto secundario y marcador del proceso de lipoperoxidación. El 1O2 es quimioluminiscente (2 1O2=> 2 O2 + hv (634 y 711 nm)) y la emisión espontánea de luz roja de órganos de mamíferos in situ constituye una evidencia de que la lipoperoxidación ocurre en forma significativa en condiciones fisiológicas.

LOS ANTIOXIDANTES BIOLÓGICOSLos sistemas biológicos cuentan con antioxidantes cuya acción es mantener las concentraciones de los reactantes de las reacciones 4 a 8 en concentraciones bajas. Puede considerarse que los distintos antioxidantes actúan de manera sinérgica y que constituyen en conjunto un sistema antioxidante, Los antioxidantes suelen dividirse en enzimáticos o constitutivos y en alimentarios o administrables (Gráfico 2).

Los primeros son sintetizados en el mismo organismo y están sujetos a regulación genética y metabólica mientras que el contenido de los segundos depende de la ingesta. Las principales enzimas antioxidantes son el superóxido dismutasa, ya mencionada (Gráfico 3, reacción 11), la catalasa (reacción 12) y la glutatión peroxidasa (GP) (reacción 13). La acción conjunta de estas enzimas mantiene mínimas concentraciones de O2- y de H2O2 con el fin de disminuir la velocidad de las

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reacciones 4 y 5 (reacción de Fenton/Haber-Weiss) que generan el reactivo radical HO.. Este efecto complementario de la superóxido dismutasa (SOD) y la catalasa es conocido como el "dogma de Fridovich" y su importancia biológica es ilustrada por la clasificación de las bacterias de acuerdo a su contenido de enzimas antioxidantes (las bacterias aeróbicas son SOD (+) y catalasa (+); las microaerófilas, SOD (+) y catalasa (-); y las anaerobias, SOD (-). Otras enzimas han sido consideradas también como antioxidantes en el sentido de que contribuyen a mantener al mínimo el daño biológico producido por los radicales libres del oxígeno, entre ellas las DT-diofrasa, que evita la reducción univalente de las quinonas, y una serie de enzimas que reparan los daños oxidativos, como las enzimas de reparación de ácidos nucleicos y las enzimas que separan los ácidos grasos y los amino ácidos hidroxilados o modificados, como la fosfolipasa A, y las proteasas especializadas. Sin embargo, los efectos biológicos más marcados como aumento en la sobrevida, o resistencia al estrés oxidativo, han sido reconocidos en organismos (bacterias, moscas y ratones) manipulados genéticamente para expresar una sobreactividad de lo superóxido dismutasa, la catalasa y la glutatión peroxidasa. Se considera que la terapia genética destinada a sobreexpresar las enzimas antioxidantes en humanos no se encontrará disponible hasta aproximadamente el 2010, por lo que por el momento el incremento en la capacidad reactiva del sistema antioxidante se hará solamente por suplementación dietaria o intervención farmacéutica. En cuanto a los antioxidantes orgánicos, no enzimáticos, estos constituyen una muy larga lista de sustancia que son ingeridas en la dieta y que tienen propiedades antioxidantes (Gráfico 2). Algunos de ellos habían sido reconocidos como vitaminas, tales como la vitamina E y el ácido ascórbico (vitamina C), otros como provitaminas, como el P-caroteno, y muchos de ellos como factores de crecimiento en bacterias, como la ubiquinona y el ácido lipoico. Los tres antioxidantes clásicos son la vitamina E, la vitamina C y el ß-caroteno.

Una nueva familia de antioxidantes alimentarios, la de los flavononoides, está en consideración, de ellos mencionaremos como subgrupos químicos a las antocianinas, las catequinas y las antocianinidinas. La ingesta diaria de flavonoides, que se encuentran en todos los vegetales, es muy variable de acuerdo a los hábitos alimentarios y puede estimarse en promedio en unos 300 mg/día. En la actualidad se están desarrollando estudios químicos in vitro, experimentales en animales de laboratorio y epidemiológicos en humanos para evaluar el efecto antioxidante y la acción biológica de los flavonoides. Merecen destacarse los estudios sobre los flavonoides del té y del vino. Los extractos de gingko (G. biloba), de semillas de uva y de agujas de pino marítimo se comercializan actualmente en una serie de países. Los de gingko y semillas de uva están en el mercado farmacéutico argentino.

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Se ha comenzado a diferenciar una clase de antioxidantes orgánicos de síntesis, entre los cuales se encuentran el ácido lipoico, la ubiquinona y la N-acetilcisteína. Estos antioxidantes son producidos en gran cantidad por síntesis química para la industria farmacéutica y utilizados como antioxidantes por prescripción médica para situaciones clínicas definidas.

LOS EFECTOS BIOQUÍMICOS DE LOS ANTIOXIDANTES ORGÁNICOSEl efecto de los antioxidantes orgánicos en las cadenas de reacciones de radicales libres oxidativos es el de reaccionar con gran eficiencia con los radicales libres convirtiéndose el antioxidante en un radical libre, tal como se ejemplifica en las reacciones 14 y 15 del Gráfico 3 para un antioxidante indefinido (AH) y en las reacciones 16 y 17 para el caso de la vitamina E, en ambos casos reaccionando con los radicales R. y ROO.. Los radicales libres de los antioxidantes son altamente estables por deslocalización electrónica en la molécula y se dimerizan en una típica reacción de terminación (reacción 18) o reaccionan con otro antioxidante, como es el caso de la vitamina E con la vitamina C (reacción 16). La regeneración de la vitamina E a partir de su radical libre por reacción con la vitamina C explica el efecto sinérgico de ambas vitaminas como antioxidantes. El radical ascórbico (vit C.) es relativamente estable, se encuentra en la sangre humana y se elimina en la orina.

El efecto biológico de los antioxidantes, al reaccionar o atrapar radicales del tipo R. y ROO., es el de disminuir las concentraciones en estado estacionario de R. y ROO. en el sistema y por consiguiente, retardar la velocidad de la cadena de reacciones de radicales libres y la formación de productos. Los antioxidantes pueden ser ordenados de acuerdo a su potencial redox y de esa forma resulta más clara su acción bioquímica, con regeneración de la forma reducida de los radicales que tienen un menor potencial de oxidación por los que tienen mayor potencial de oxidación. Uno de los efectos más frecuentemente observado de la adición de antioxidantes a sistemas biológicos es la reducción de los productos de la peroxidación lipídica, entre ellos el malonaldehido, normalmente detectado como substancias reactivas al ácido tiobarbitúrico (TBARS). Esto indica que una parte muy importante de las reacciones de radicales libres oxidativos que ocurren normalmente en los seres vivos involucran a los ácidos grasos insaturados constituyentes de las membranas biológicas a través del proceso de lipoperoxidación.

EL CONCEPTO DE ESTRÉS OXIDATIVOEn una etapa temprana del estudio de los efectos biológicos de los radicales libres oxidativos se reconoció que tanto un aumento de los radicales libres como una disminución de las defensas antioxidantes llevaban igualmente a daño celular. Posteriormente se desarrolló el concepto de estrés oxidativo como el desbalance entre radicales libres oxidantes y contenido de antioxidantes (Gráfico 4). Este concepto tuvo éxito instantáneo ya que la idea de estrés había sido incorporado a la forma de pensar a través de la fisiología y la sicología. Más recientemente, se ha refinado el concepto de la de condición de estrés oxidativo como un aumento de las concentraciones intracelulares de radicales libres oxidantes. En una serie de situaciones patológicas como isquemia/reperfusión asociada a la revascularización coronaria (by pass), el transplante de Órganos y el shock séptico se ha reconocido una situación de estrés oxidativo en los pacientes.

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En números casos se ha comprobado una acción protectora y beneficiosa de los antioxidantes clásicos (vitamina E, ácido ascórbico y ß-caroteno) y de los de síntesis (ubiquinona, ácido lipoico y N-acetileisteína). Asimismo, se ha observado que la administración prolongada de vitamina E mejora el funcionamiento mitocondrial durante el proceso de envejecimiento y prolonga la vida en ratas Y ratones.

LOS ANTIOXIDANTES Y LA ATENCIÓN FARMACÉUTICAEl concepto de atención farmacéutica (Pharmaceutical Care) apareció hace poco más de veinte años como "la atención que un paciente necesita y recibe con garantías para un uso racional de los medicamentos" y la idea fue evolucionando hacia la ahora clásica definición de Hepler y Strand de 1990: "Atención farmacéutica es la provisión responsable de terapia farmacológica con el fin de obtener resultados que mejoren la calidad de vida del paciente". En esta última definición, la provisión responsable incluye el consejo farmacéutico con el objetivo de mejorar la calidad de vida. En el caso de los antioxidantes clásicos, todos ellos medicamentos de venta libre, resulta natural suministrar información y consejo farmacéutico al paciente cuando este último ha pedido o seleccionado un medicamento con uno o varios antioxidantes. Es conveniente recordar el concepto de la Organización Mundial de la Salud y de la Federación Internacional Farmacéutica: Medicamento = Forma Farmacéutica +

Consejo Farmacéutico. El uso de los antioxidantes no está dirigido al tratamiento específico de enfermedades sino que tiene como objetivo mejorar el estado general y aumentar la calidad de vida de los pacientes. El consejo farmacéutico es necesario para proveer la información conveniente para una medicación antioxidante responsable. Los medicamentos entendidos como poli-antioxidantes contienen generalmente minerales y vitaminas. En el caso de los minerales, los más usados son sales de CU2+, Zn2+ y Mn2+ y los compuestos de Se. La racionalización de la inclusión de las sales mencionadas en las formulaciones antioxidantes está dada por que los tres metales forman parte del centro activo de las isoenzinas de la suporoxido dismutasa, el Cu2+ y el Zn2+ de la Cu-Zn-superóxido dismutas citosólica y el Mn2+ de la Mn-superóxido dismutasa mitocondrial. En cuanto al selenio, este constituye parte del centro activo de la Se-glutatión peroxidasa localizada en las mitocondrias y en el citosol.

En nuestro país la alimentación incluye carnes y vegetales en alta proporción, lo que hace injustificada la suplementación con minerales.

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En cuanto a los tres antioxidantes clásicos, vitamina E, vitamina C y ß-caroteno, el punto crítico es que su nivel en células y tejidos puede ser regulado, aumentado o disminuido, por la dicta. La ingesta de una determinada vitamina antioxidante puede ser aumentada por selección de los alimentos, o por suplementación dietaria o por intervención farmacéutica. El Gráfico 5 indica, para los tres antioxidantes clásicos, las RDA (United States Recommended Dietary Allowances) y las RDI (Recommended Daily Intakes). Las primeras, las RDA, fueron fijadas por un Comité de Nutrición (U.S. Food and Nutrition Board) y son las cantidades necesarias para prevenir la aparición de enfermedades o síndromes carenciales específicos (como el escorbuto para el caso de la vitamina C) y son fácilmente alcanzables con una dicta rica en frutas y vegetales. Las segundas, las RDI, han sido establecidas por consenso por un Grupo Internacional de Científicos (activos en la investigación sobre radicales libres) y son entendidas como las cantidades que permiten sustentar la mejor calidad de vida. Estas cantidades pueden alcanzarse solamente mediante suplementación con antioxidantes. En esta categoría se hace una diferencia entre fumadores y no fumadores. En el proceso de quemar (oxidar) tabaco se generan radicales libres del tipo R. y ROO.. Se han medido que una bocanada de humo tiene unos 50 millones de radicales libres o centros de reacción capaces de iniciar procesos de daño celular dependientes de las reacciones en cadena de radicales libres. Este aporte extra de radicales libres en los fumadores requiere un aporte extra de antioxidantes al considerar las ingestas recomendadas. Los fumadores, por el momento, no deben suplementar sus dietas con ß-caroteno ya que éste parece reaccionar con radicales libres de la combustión del tabaco generando productos con efecto cancerígeno en el pulmón.

EL Gráfico 6 ilustra acerca del mecanismo por el cual la suplementación con antioxidantes disminuye el estrés oxidativo celular y restaura la condición normal.El consejo farmacéutico acerca de la suplementación con antioxidantes debe incluir recomendaciones de dietas adecuadas con alta proporción de frutas y verduras, ejercicio, baja ingesta de alcohol y no- tabaquismo con el fin de aumentar la calidad de vida. Los pacientes reconocen una mejoría en la percepción de su estado general, especialmente durante las primeras dos semanas de suplementación con antioxidantes.

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LA SUPLEMENTACIÓN CON ANTIOXIDANTES, LA CALIDAD DE VIDA Y EL ENVEJECIMIENTOLas dos preguntas más comunes respecto a los antioxidantes son: el tomar antioxidante ¿mejora la calidad de vida- y el tomar antioxidantes ¿alarga la vida- Resulta obvio que una respuesta afirmativa a la primera pregunta condiciona el valor práctico de una respuesta afirmativa a la segunda pregunta, ya que no es deseable el alargar la vida con un simultáneo deterioro de la calidad de vida. Las investigaciones epidemiológicas de los efectos de los antioxidantes en humanos comenzaron hace aproximadamente una década con dos modalidades: (a) evaluación de la ingesta y (b) suplementación o intervención farmacéutica. Los resultados obtenidos se limitan a la primera pregunta ya que para contestar adecuadamente la segunda sería necesario un estudio de una duración aproximada de 80 a 100 años. Sin embargo, considerando que los estudios actuales con antioxidantes involucra a la epidemiología y la evolución de las enfermedades cardíacas y el cáncer resulta obvio que una respuesta afirmativa en cuanto a reducir la incidencia de estas enfermedades, implica una respuesta afirmativa parcial a la segunda pregunta. Una serie de estudios epidemiológicos, con unos 100,000 casos considerados, indican que la suplementación con vitamina E (alrededor de 200 mg/día durante 4-5 años) reduce en un 40-60% el riesgo de enfermedad cardiaca. Asimismo, la mayor parte de los estudios relacionados con distintos tipos de cáncer indican protecciones de entre 20 y 40% para períodos de 4-5 años con administración de unos 200 mg/día de vitaminas E y C, individualmente o asociadas y frecuentemente reconociéndose un efecto sinégico entre ambas vitaminas.

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