INTRODUCCIÓN
La química es la ciencia que estudia las propiedades de las
diversas sustancias y sus transformaciones.
Sin embargo, probablemente no transmita a muchos una idea cabal de
la amplitud de los temas que esta disciplina abarca, ni la posición central que
ocupa entre las ciencias naturales. Por ejemplo, muchos aspectos de la época
contemporánea, a los que frecuentemente se alude en los medios de comunicación,
están estrechamente vinculados con diferentes aspectos de la química: el efecto
invernadero, la lluvia ácida, el agujero de ozono, la producción de alimentos,
las pilas alcalinas, atletas capaces de alcanzar nuevas marcas, los cosméticos,
los medicamentos, la corrosión, la batería de un automóvil, la información
nutricional, el tratamiento de los residuos urbanos, el problema de disponer de
agua potable para una población cada vez mayor.
Es más, pocas veces tomamos
conciencia de que estamos completamente sujetos a las leyes de la química, y que
cada momento de nuestras existencias depende absolutamente del complejo y
altamente ordenado conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en nuestros
organismos y en todo lo que nos rodea.
Como vemos, la química presenta una peculiaridad respecto de la
definición de su territorio. Éste es un saber de múltiples rostros, de
innumerables ramificaciones que se extienden tanto en las profundidades de la
Tierra como en el espacio exterior, que concierne tanto a la industria pesada
como a la producción de medicamentos altamente específicos y sofisticados. Nos
encontramos ante una ciencia que traspasa las fronteras de lo inerte y lo vivo,
entre lo microscópico y lo macroscópico; una ciencia que, siendo heredera de
algunas de las técnicas más arcaicas que definen a la humanidad, produce
materiales ultramodernos con propiedades específicas seleccionadas a priori.
Además,
es posible reconocer diferentes clases de química de acuerdo a su objeto de
estudio. La química orgánica es la disciplina científica que estudia la
estructura, propiedades, síntesis y reactividad de compuestos químicos
formados principalmente por carbono e hidrógeno, los cuales pueden contener
otros elementos, generalmente en pequeña cantidad como oxígeno, azufre,
nitrógeno, halógenos, fósforo, silicio.
A pesar que, el término “orgánico” procede de la relación existente entre
estos compuestos y los procesos vitales, existen muchos compuestos estudiados por la
química orgánica que no están presentes en los seres vivos, mientras que
numerosos compuestos inorgánicos forman parte de procesos vitales básicos,
sales minerales, metales como el hierro que se encuentra presente en la
hemoglobina.
Asimismo, los compuestos orgánicos presentan una enorme variedad de
propiedades y aplicaciones y son la base de numerosos compuestos básicos en
nuestras vidas, entre los que podemos citar: plásticos, detergentes, pinturas,
explosivos, productos farmacéuticos, colorantes, insecticidas.
De esta manera, la síntesis de nuevas moléculas nos proporciona nuevos
tintes para dar color a nuestras ropas, nuevos perfumes, nuevas medicinas
con las que curar enfermedades. Sin embargo, existen compuestos orgánicos que han causado
daños muy importantes, contaminantes como el DDT, fármacos como la talidomida,
entre otros.
No obstante, el balance de esta disciplina científica es más que
positivo, hasta el punto de ser imposible el nivel de vida actual sin sus
aportaciones.
Es
decir, la química orgánica está presente en todas partes y en todas las
actividades humanas, la vida cotidiana encierra muchos temas de interés que
pueden ser utilizados en el proceso de enseñanza-aprendizaje de esta disciplina.
En
tal sentido, se desarrollará la importancia de la química orgánica para los
seres humanos, desde la producción de compuestos orgánicos naturales
(fotosíntesis) hasta los compuestos orgánicos sintéticos, elaborados en
laboratorios.
FOTOSÍNTESIS
Es un proceso químico en virtud
del cual los organismos con clorofila, como las plantas verdes, las algas y
algunas bacterias, capturan energía en forma de luz y la transforman en energía
química, siendo de suma importancia para los seres humanos y otros seres vivos.
Prácticamente toda la energía que consume la vida de la biósfera, terrestre la
zona del planeta en la cual hay vida, procede de la fotosíntesis oxigénica.
Sin embargo, algunos tipos de
bacterias utilizan la energía de la luz para formar compuestos orgánicos pero
no producen oxígeno. En este caso se habla de fotosíntesis anoxigénica.
La fotosíntesis se realiza en dos etapas: una serie de reacciones
que dependen de la luz y son independientes de la temperatura, y otra serie que
dependen de la temperatura y son independientes de la luz. La velocidad de la
primera etapa, llamada reacción lumínica, aumenta con la intensidad luminosa
(dentro de ciertos límites), pero no con la temperatura. En la segunda etapa, llamada
reacción en la oscuridad, la velocidad aumenta con la temperatura (dentro de ciertos
límites), pero no con la intensidad luminosa.
Fase primaria o lumínica
La fase lumínica de la fotosíntesis es una etapa en la que se
producen reacciones químicas con la ayuda de la luz solar y la clorofila. La
clorofila es un compuesto orgánico, formado por moléculas que contienen átomos
de carbono, de hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y magnesio. Estos elementos se
organizan en una estructura especial: el átomo de magnesio se sitúa en el
centro rodeado de todos los demás átomos. (Dibujo 1).
Dibujo 1. Estructura de la Clorofila
La clorofila capta la luz solar, y provoca el rompimiento de la
molécula de agua (H2O), separando el hidrógeno (H) del oxígeno (O); es decir,
el enlace químico que mantiene unidos al hidrógeno y al oxígeno de la molécula
de agua, se rompe por efecto de la luz. El proceso genera oxígeno gaseoso que
se libera al ambiente, y la energía no utilizada es almacenada en moléculas
especiales llamadas ATP. En consecuencia, cada vez que la luz esté presente, se
desencadenará en la planta el proceso descrito. (Dibujo 2 y Dibujo 3).
Dibujo 2. Fase lumínica de la
Fotosíntesis
Dibujo 3. Fase Oxigénica de la
Fotosíntesis: liberación O2 y utilización CO2
atmosférico
para la formación de compuestos
orgánicos.
Fase secundaria u oscura
Las reacciones de la oscuridad, conocidas como el ciclo de Calvin Benson,
fijan el dióxido de carbono de la atmósfera en moléculas orgánicas como la
glucosa y otros azúcares.
Es una etapa en la que no se necesita la luz, aunque también se
realiza en su presencia. Ocurre en los cloroplastos y depende directamente de los
productos obtenidos en la fase lumínica. En esta fase, el hidrógeno formado en
la fase anterior se suma al dióxido de carbono gaseoso (CO2) presente en el
aire, dando como resultado la producción de compuestos orgánicos,
principalmente carbohidratos; es decir, compuestos cuyas moléculas contienen carbono,
hidrógeno y oxígeno.
Dicho proceso se desencadena gracias a una energía almacenada en
moléculas de ATP queda como resultado el carbohidrato llamado glucosa (C6HI2O6),
un tipo de compuesto similar al azúcar, y moléculas de agua como desecho. La
glucosa es la unidad de energía que ayuda a los árboles y plantas a sobrevivir
y crecer. Además todas las criaturas en la Tierra dependen directa o
indirectamente de estos árboles verdes, por lo que el proceso de fotosíntesis
en algo más importante de lo que parece a simple vista.
Después
de la formación de glucosa, ocurre una secuencia de otras reacciones químicas
quedan lugar a la formación de almidón y varios carbohidratos más. A partir de
estos productos, la planta elabora lípidos y proteínas necesarios para la formación
del tejido vegetal, lo que produce el crecimiento. Cada uno de estos procesos
no requiere de la participación de luz ni de la clorofila, y por ende se
realiza durante el día y la noche. Por ejemplo, el almidón producido se mezcla
con el agua presente en las hojas y es absorbido por unos tubitos minúsculos
que existen en el tallo de la planta y, a través de éstos, es transportado
hasta la raíz donde se almacena. Este almidón es utilizado para fabricar
celulosa, el principal constituyente de la madera.
Por ello, el conocimiento de este proceso es esencial para
entender las relaciones de los seres vivos y la atmósfera, y para entender el
balance de la vida sobre la tierra, dado el profundo impacto que tiene sobre la
atmósfera y el clima terrestres. Esto significa que el aumento de la
concentración de dióxido de carbono atmosférico generado por la actividad
humana, tiene un gran impacto sobre la fotosíntesis. (Dibujo 4).
Dibujo 4. Fase oscura de la
fotosíntesis.
La diferencia entre ambas reacciones es que durante el día la
planta expulsa el doble de oxígeno que dióxido de carbono a la noche, ayudando
a que la vida sea posible en la Tierra.
IMPORTANCIA DE LA FOTOSÍNTESIS
La importancia de la fotosíntesis para la supervivencia de todos
los seres vivos se advierte en la capacidad de este proceso para convertir una
fuente de energía renovable y limpia, como la luz, en energía química útil para
los mecanismos biológicos de todas las formas de vida.
Sin las plantas, la vida que conocemos no existiría en nuestro
planeta. Las plantas verdes juegan un papel principal en las siguientes áreas:
Gases atmosféricos
Durante la fotosíntesis las plantas absorben dióxido de carbono y
emiten oxígeno, como una respiración a la inversa. Sin la actuación de la
fotosíntesis en las plantas verdes no habría forma de reemplazar todo el
oxígeno que es consumido en procesos como la respiración y la combustión.
Además, los niveles del dióxido de carbono en la atmósfera se incrementarían.
Por lo tanto, el equilibrio de los gases atmosféricos se mantiene de forma
establece gracias a la fotosíntesis.
Comida
Las plantas verdes también son llamadas productores debido a que
producen su propia comida de las materias primas que hay alrededor de ellas a
través de la fotosíntesis. Los animales y los humanos son consumidores y todo
lo que comen directa o indirectamente proviene de las plantas. La comida que
obtiene la mayor parte de la población del mundo procede en más de un 80% de
las plantas, como por ejemplo el arroz, las patatas, el trigo, el maíz, entre
otros. La fuente restante procede de animales, que en su mayoría se alimentan
de las plantas. De esta forma el ciclo de la vida siempre comienza gracias a
ellas. (Dibujo 5).
Dibujo 5. El ciclo de la energía
comienza en las plantas gracias a la fotosíntesis, luego pasa al resto de
seres vivos
tras su consumición.
Ropa
Muchas plantas tienen células largas y delgadas, con gruesas
paredes celulares. Estas propiedades permiten que las células formen fibras,
por lo que pueden ser hiladas y tejidas en las fábricas. Algunos ejemplos
incluyen la planta del algodón y la planta del lino. (Dibujo 6)
Dibujo 6.
Planta de lino y planta de algodón.
Medicina
Las plantas contienen un amplio rango de químicos que son
extraídos y utilizados en la producción de medicinas. La droga de la aspirina,
utilizada para aliviar el dolor y reducir la coagulación de la sangre en los
pacientes que padecen del corazón, es derivada del ácido salicílico, un químico
extraído de la corteza del sauce. Analgésicos mucho más fuertes como la morfina
y la codeína son producidos por el opio, la savia seca derivada de las semillas
de la planta de la amapola. (Dibujo 7).
Dibujo 7 Las plantas tienen multitud
de propiedades curativas, utilizadas para crear fármacos
Hasta la fecha el número de plantas probadas con propiedades
medicinales es de miles. Pero aún quedan un montón de plantas por probar,
incluyendo especies procedentes de las selvas tropicales. Las propiedades
medicinales desconocidas de estas especies de plantas añaden la importancia de
proteger hábitats naturales como las selvas.
Madera
La madera se utiliza como material de construcción, un combustible
para la combustión y en la fabricación de papel procedente de los árboles.
Pesticidas
Muchas plantas producen químicos
como un mecanismo de defensa para protegerse contra los ataques de las plagas.
Estos químicos pueden ser extraídos de las plantas para producir pesticidas
naturales para proteger los cultivos y las plantas.
Excelente información, sencilla pero amplia, felicidades profesora
ResponderEliminar