OXIDACIONES Y REDUCCIONES BIOLOGICAS

En el metabolismo de todos los seres vivos, los procesos redox tienen una importancia capital, ya que están involucrados en la cadena de reacciones químicas de la fotosíntesis y de la respiración aeróbica. En ambas reacciones existe una cadena transportadora de electrones formada por una serie de complejos enzimáticos, entre los que destacan los citocromos; estos complejos enzimáticos aceptan (se reducen) y ceden (se oxidan) pares de electrones de una manera secuencial, de tal manera que el primero cede electrones al segundo, éste al tercero, etc., hasta un aceptor final que se reduce definitivamente; durante su viaje, los electrones van liberando energía que se aprovecha para sintetizar enlaces de alta energía en forma de ATP.

Otro tipo de reacción redox fundamental en los procesos metabólicos son las deshidrogenaciones, en las cuales un enzima (deshidrogenasa) arranca un par de átomos de hidrógeno a un sustrato; dado que el átomo de hidrógeno consta de un protón y un electrón, dicho sustrato se oxida (ya que pierde electrones). Dichos electrones son captados por moléculas especializadas, principalmente las coenzimas NAD⁺, NADP⁺ y FAD que al ganar electrones se reducen, y los conducen a las cadenas transportadoras de electrones antes mencionadas.

El metabolismo implica cientos de reacciones redox. Así, el catabolismo lo constituyen reacciones en que los sustratos se oxidan y las coenzimas se reducen. Por el contrario, las reacciones del anabolismo son reacciones en que los sustratos se reducen y los coenzimas se oxidan. En su conjunto, catabolismo y anabolismo constituyen el metabolismo

ACIDOS Y BASES.

ACIDOS Y BASES

Cuando en una solución la concentración de iones hidrógeno (H+)es mayor que la de iones hidróxilo (OH^–), se dice que es ácida. En cambio, se llama básica o alcalina a la solución cuya concentración de iones hidrógeno es menor que la de iones hidróxilo.

una solucion es neutra cuando su concentracion de iones de hidrogeno es igual a la de iones hidroxilo. el agua pura es neutra por que en ella [H+]= [OH] .

La primera definicion de acido y base fue en 1880 por savane quien los define como sutancias que pueden donar protones (H+) o iones hidroxido (OH-), respectivamente.

Una definición más general fue propuesta en 1923 por Johannes Brönsted y Thomas Lowry quienes enunciaron que una sustancia ácida es aquella que puede donar H⁺, exactamente igual a la definición de Arrhenius; pero a diferencia de éste, definieron a una base como una sustancia que puede aceptar protones.

Una definición más general sobre ácidos y bases fue propuesta por Gilbert Lewis quien describió que un ácido es una sustancia que puede aceptar un par de electrones y una base es aquella que puede donar ese par.

 

Ácidos	Bases
Tienen sabor agrio (limón, vinagre, etc).	Tiene sabor cáustico o amargo (a lejía)
En disolución acuosa enrojecen la tintura o papel de tornasol	En disolución acuosa azulean el papel o tintura de tornasol
Decoloran la fenolftaleína enrojecida por las bases	Enrojecen la disolución alcohólica de la fenolftaleína
Producen efervescencia con el carbonato de calcio (mármol)	Producen una sensación untuosa al tacto
Reaccionan con algunos metales (como el cinc, hierro,…), desprendiendo hidrógeno	Precipitan sustancias disueltas por ácidos
Neutralizan la acción de las bases	Neutralizan la acción de los ácidos
En disolución acuosa dejan pasar la corriente eléctrica, experimentando ellos, al mismo tiempo una descomposición química	En disolución acuosa dejan pasar la corriente eléctrica, experimentando ellas, al mismo tiempo, una descomposición química
Concentrados destruyen los tejidos biológicos vivos (son corrosivos para la piel)	Suaves al tacto pero corrosivos con la piel (destruyen los tejidos vivos)

LEYES PONDERALES

Las leyes ponderales son aquellas que rigen el comportamiento de la materia en los cambios químicos, en función de la masa de las sustancias que participan. 

 

Ley de la Conservación de la Masa

Respaldada por el trabajo del científico Antoine Lavoisier, esta ley sostiene que la materia (la masa) no puede crearse o destruirse durante una reacción química, sino solo transformarse o sufrir cambios de forma.  Es decir, que la cantidad de materia al inicio y al final de una reacción permanece constante

Ley de las Proporciones Definidas o Constantes

Enunciada por el científico Proust, esta ley mantiene que al combinarse dos o mas elementos para hacer un compuesto determinado, las masas de las sustancias que intervienen son fijas.  Es decir, que existe una proporción de combinación exacta e invariable y por lo tanto,  la composición de un compuesto específico siempre es la misma.  Por ejemplo, en la formación del agua (H₂O) intervienen dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Relacionando sus masas, la proporción de H a O es de 1g de H por cada 8g de O.  Si reaccionan 2g de H, se combinarán con 16g de O para formar el mismo compuesto.  Así mismo, si intervienen 4g de H en la formación de agua, la cantidad de O será de 32g.  La proporción 1g H : 8g O es constante para cualquier muestra de agua, un compuesto determinado.  Si la proporción llegara a cambiar, se puede concluir que el compuesto no es el mismo y que se trata de otro compuesto diferente que contiene los mismos elementos. 

Ley de las Proporciones Múltiples

Afirmada por el trabajo científico de John Dalton, esta ley se aplica a compuestos diferentes que se conforman de los mismos elementos.  La ley afirma que cuando existe la combinación de elementos en más de una proporción para formar diferentes compuestos, la relación entre las masas de uno de los elementos que reacciona con una misma masa de otro elemento se expresa en números enteros pequeños. 

Por ejemplo, el carbono y el  oxígeno forman dos compuestos comunes que son el dióxido de carbono (CO₂) y el monóxido de carbono (CO). 

El número de oxidación  o estado de oxidacion

es un número entero que representa el número de electrones que un átomo pone en juego cuando forma un compuesto determinado. 

    El número de oxidación es positivo si el átomo pierde electrones, o los comparte con un átomo que tenga tendencia a captarlos. Y será negativo cuando el átomo gane electrones, o los comparta con un átomo que tenga tendencia a cederlos.

    El número de oxidación se escribe en números romanos (recuérdalo cuando veamos la nomenclatura de Stock): +I, +II, +III, +IV, -I, -II, -III, -IV, etc. Pero en esta página también usaremos caracteres arábigos para referirnos a ellos: +1, +2, +3, +4, -1, -2, -3, -4 etc., lo que nos facilitará los cálculos al tratarlos como números enteros.

    En los iones monoatómicos la carga eléctrica coincide con el número de oxidación. Cuando nos refiramos al número de oxidación el signo + o - lo escribiremos a la izquierda del número, como en los números enteros. Por otra parte la carga de los iones, o número de carga,  se debe escribir con el signo a la derecha del dígito: Ca²⁺ ión calcio(2+), CO₃^2- ión carbonato(2-).

    ¿Será tan complicado saber cuál es el número de oxidación que le corresponde a cada átomo? Pues no, basta con conocer el número de oxidación de los elementos que tienen un único número de oxidación, que son pocos, y es muy fácil deducirlo a partir de las configuraciones electrónicas. Estos números de oxidación aparecen en la tabla siguiente. Los números de oxidación de l

 os demás elementos los deduciremos de las fórmulas o nos los indicarán en el nombre del compuesto, así de fácil.

PROPIEDADES DE LA MATERIA

La materia posee dos tipos de propiedades: las generales y las específicas.
Las propiedades generales no sirven para identificar la sustancia de la que está compuesta la materia en cambio las propiedades específicas nos permiten determinar la naturaleza de la sustancia que estudiamos.

COMO PROPIEDADES GENERALES DE LA MATERIA PODEMOS ENCONTRAR:

• Masa: Es la cantidad de materia contenida en un volumen cualquiera, la masa de un cuerpo es la misma en cualquier parte de la Tierra o en otro planeta.
• Volumen: Un cuerpo ocupa un lugar en el espacio
• Peso: Es la acción de la gravedad de la Tierra sobre los cuerpos. En los lugares donde la fuerza de gravedad es menor, por ejemplo, en una montaña o en la Luna, el peso de los cuerpos disminuye.
• Divisibilidad: Es la propiedad que tiene cualquier cuerpo de poder dividirse en pedazos más pequeños, hasta llegar a las moléculas y los átomos.
• Porosidad: Como los cuerpos están formados por partículas diminutas, éstas dejan entre sí espacios vacíos llamados poros.
• La inercia: Es una propiedad por la que todos los cuerpos tienden a mantenerse en su estado de reposo o movimiento.
• La impenetrabilidad: Es la imposibilidad de que dos cuerpos distintos ocupen el mismo espacio simultáneamente.
• La movilidad: Es la capacidad que tiene un cuerpo de cambiar su posición como consecuencia de su interacción con otros.
• Elasticidad: Propiedad que tienen los cuerpos de cambiar su forma cuando se les aplica una fuerza adecuada y de recobrar la forma original cuando se suspende la acción de la fuerza. La elasticidad tiene un límite, si se sobrepasa el cuerpo sufre una deformación permanente o se rompe. Hay cuerpos especiales en los cuales se nota esta propiedad, como en una liga, en la hoja de un cuchillo; en otros, la elasticidad se manifiesta poco, como en el vidrio o en la porcelana.

COMO PROPIEDADES ESPECIFICAS DE LA MATERIA:

Son las propiedades peculiares que caracterizan a cada sustancia, permiten su diferenciación con otra y su identificación.

Entre estas propiedades tenemos: densidad, punto de ebullición, punto de fusión, índice de refracción de luz, dureza, tenacidad, ductibilidad, maleabilidad, solubilidad, reactividad, actividad óptica, energía de ionización, electronegatividad, acidez, basicidad, calor latente de fusión, calor latente de evaporización, etc.

Las propiedades especificas pueden ser químicas o físicas dependiendo si se manifiestan con o sin alteración en su composición interna o molecular.

Propiedades Físicas:

densidad, estado físico (solido, liquido, gaseoso), propiedades organolépticas (color, olor, sabor), temperatura de ebullición, punto de fusion, solubilidad, dureza, conductividad eléctrica, conductividad calorífica, calor latente de fusión, etc.

A su vez las propiedades físicas pueden ser extensivas o intensivas.

Propiedades quimicas:

son aquellas propiedades que se manifiestan al alterar su estructura interna o molecular, cuando interactúan con otras sustancias.

OXIDACION Y REDUCCION.

Oxidación

La oxidación es una reacción química muy poderosa donde un elemento cede electrones, y por lo tanto aumenta su estado de oxidación.3 Se debe tener en cuenta que en realidad una oxidación o una reducción es un proceso por el cual cambia el estado de oxidación de un compuesto. Este cambio no significa necesariamente un intercambio de electrones.  En la parte derecha podemos observar la oxidación del Hierro.

Suponer esto -que es un error común- implica que todos los compuestos formados mediante un proceso redox son iónicos, puesto que es en éstos compuestos donde sí se da un enlace iónico, producto de la transferencia de electrones.

Por ejemplo, en la reacción de formación del cloruro de hidrógeno a partir de los gases dihidrógeno y dicloruro, se da un proceso redox y sin embargo se forma un compuesto covalente.

Estas dos reacciones siempre se dan juntas, es decir, cuando una sustancia se oxida, siempre es por la acción de otra que se reduce. Una cede electrones y la otra los acepta. Por esta razón, se prefiere el término general de reacciones redox.

La propia vida es un fenómeno redox. El oxígeno es el mejor oxidante que existe debido a que la molécula es poco reactiva (por su doble enlace) y sin embargo es muy electronegativo, casi como el flúor.

La sustancia más oxidante que existe es el catión KrF⁺ porque fácilmente forma Kr y F⁺.

Entre otras, existen el permanganato de potasio (KMnO₄), el dicromato de potasio (K₂Cr₂O₇), el agua oxigenada (H₂O₂), el ácido nítrico (HNO₃), los hipohalitos y los halatos (por ejemplo el hipoclorito de sodio (NaClO) muy oxidante en medio alcalino y el bromato de potasio (KBrO₃)). El ozono (O₃) es un oxidante muy enérgico:

Br⁻ + O₃ → BrO₃⁻

El nombre de "oxidación" proviene de que en la mayoría de estas reacciones, la transferencia de electrones se da mediante la adquisición de átomos de oxígeno (cesión de electrones) o viceversa. Sin embargo, la oxidación y la reducción puede darse sin que haya intercambio de oxígeno de por medio, por ejemplo, la oxidación de yoduro de sodio a yodo mediante la reducción de cloro a cloruro de sodio:

2 NaI + Cl₂ → I₂ + 2 NaCl

Esta puede desglosarse en sus dos semirreacciones corresponden

▪   2I⁻ → I₂ + 2 e⁻

▪   Cl₂ + 2 e⁻ → 2 Cl⁻

Ejemplo

El hierro puede presentar dos formas oxidadas:

▪   Óxido de hierro (II): FeO.

▪   Óxido de hierro (III): Fe₂O₃

Reducción

En química, reducción es el proceso electroquímico por el cual un átomo o ion gana electrones. Implica la disminución de su estado de oxidación. Este proceso es contrario al de oxidación.

Cuando un ion o un átomo se reducen presenta estas características:

▪   Gana electrones.

▪   Actúa como agente oxidante.

▪   Es reducido por un agente reductor.

▪   Disminuye su estado o número de oxidación.

Ejemplo

El ion hierro (III) puede ser reducido a hierro (II):

Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺

En química orgánica, la disminución de enlaces de átomos de oxígeno a átomos de carbono o el aumento de enlaces de hidrógeno a átomos de carbono se interpreta como una reducción. Por ejemplo:

1.  CH≡CH + H₂ → CH₂=CH₂ (el etino se reduce para dar eteno).

CH₃–CHO + H₂ → CH₃–CH₂OH (el etanal se reduce a etanol).

OXIDO REDUCCION.

OXIDO REDUCCION.

Se denomina reacción de reducción-oxidación, de óxido-reducción o, simplemente, reacción redox, a toda reacción química en la que uno o más electrones se transfieren entre los reactivos, provocando un cambio en sus estados de oxidación.1

Para que exista una reacción de reducción-oxidación, en el sistema debe haber un elemento que ceda electrones, y otro que los acepte:

▪   El agente reductor es aquel elemento químico que suministra electrones de su estructura química al medio, aumentando su estado de oxidación, es decir, siendo oxidado.

▪   El agente oxidante es el elemento químico que tiende a captar esos electrones, quedando con un estado de oxidación inferior al que tenía, es decir, siendo reducido.2

Cuando un elemento químico reductor cede electrones al medio, se convierte en un elemento oxidado, y la relación que guarda con su precursor queda establecida mediante lo que se llama un «par redox». Análogamente, se dice que, cuando un elemento químico capta electrones del medio, este se convierte en un elemento reducido, e igualmente forma un par redox con su precursor oxidado.

NOMENCLATURA SALES.

Clasificación de las sales

a) De acuerdo con la presencia de oxígeno

▪   Sales haloideos: no poseen oxígeno

                        Ejemplos: NaI, KBr

▪   Oxisales: poseen oxígeno

                        Ejemplos: CaCO3, MgSO4

b) De acuerdo con la presencia de H⁺ u OH^-

▪   Sal normal: está formado por la neutralización completa entre un ácido y una base. No posee ni H⁺ ni OH^-

                        Ejemplo: HCl + NaOH à NaCl + H2O

1.  Hidrogenosal o hidroxisal: está formado en una reacción de neutralización cuando el ácido y la base no están en proporción estequiométrica. Siendo así, hay una neutralización parcial, sobrando H⁺ u OH^-

▪                     Ejemplo (hidrogenosal): H2CO3 + NaOH à NaHCO2 + H2O

▪                     Ejemplo (hidroxisal): Mg(OH)2 + HCl à Mg(OH)Cl + H2O

1.  Sal mixta: la sal presenta en su fórmula más de un catión o más de un anión diferentes

. Está formado a partir da neutralización de un ácido por más de una base o de una base por más de un ácido.

▪                     Ejemplo: Al(OH)3 + HCl + H2SO4 à AlClSO4 + 3H2O

 

Nomenclatura de las sales

a) Para sales haloides

Metal + uro de catión

Ejemplo:

NaCl = cloruro de sodio

b) Para oxisales

Usamos una extensión de la tabla de óxidos ácidos y oxiácidos, pues la nomenclatura de los oxisales también depende del nox.

-	-	óxidos ácidos y oxiácidos	oxisales
nox	prefijo	sufijo	sufijo
+1 o +2	hipo	oso	ito
+3 o +4	-	oso	ito
+5 o +6	-	ico	ato
+7	(hi)per	ico	ato

Excepciones: Como los elementos B⁺³, C⁺⁴ y Si⁺⁴ solo poseen sufijo "ico" en la forma de ácido, cuando son sales, se usa siempre el sufijo "ato".

Ejemplos:

KNO2 = nitrito de potasio

NaClO2 = hipoclorito de sodio