martes, 23 de octubre de 2012

REACCIONES QUÍMICAS

Se produce una reacción química cuando se forman uniones nuevas o se rompen uniones anteriores entre átomos. Las reacciones químicas son la base de todos los procesos vitales y como hemos visto, las interacciones entre los electrones de valencia representan la base de todas las reacciones químicas. Consideremos como reaccionan las moléculas de hidrógeno y de oxígeno para formar moléculas de agua (H2O). 

Reacción química entre dos moléculas de hidrógeno (H2) y una molécula de oxígeno (O2) para formar dos moléculas de agua (H2O). La reacción se produce por la ruptura de enlaces previos y la formación de otros nuevos. El número de átomos de cada elemento es el mismo antes y después de la reacción química.

Las sustancias al comienzo de la reacción, dos H2 y un O2, se conocen como reactantes. Las sustancias al final de la reacción, dos moléculas de H2O, son los productos. La flecha indica la dirección en la cual tiene lugar la reacción. En una reacción química, la masa total de los reactantes es igual a la masa total de los productos. Por lo tanto, el número de átomos de cada elemento es el mismo antes y después de la reacción. Sin embargo, como los átomos se reordenan, los reactantes y los productos tienen distintas propiedades químicas. Tanto la formación de las estructuras corporales como las diversas funciones del organismo se cumplen a través de miles de reacciones químicas distintas. El término metabolismo se refiere a todas las reacciones químicas que se producen en el cuerpo.

FORMAS DE ENERGÍA 
REACCIONES QUÍMICAS

Todas las reacciones químicas implican la transferencia de energía. Energía es la capacidad de realizar trabajo. Las dos formas principales de energía son la energía potencial, energía almacenada por la materia gracias a su posición, y la energía cinética, la energía asociada con la materia en movimiento. Por ejemplo, la energía almacenada en el agua de una represa o en una persona a punto de saltar unos escalones es energía potencial. Cuando las puertas de la represa se abren o la persona salta, la energía potencial se convierte en energía cinética. La energía química es una forma de energía potencial que está almacenada en las uniones de las moléculas y los compuestos. La cantidad total de energía presente al principio y al final de una reacción química no varía. Pese a que no se puede crear ni destruir energía, puede transformarse de una forma a otra. Este principio se conoce como ley de conservación de la energía. Por ejemplo, parte de la energía química de los alimentos se transforma finalmente en varios tipos de energía cinética, como la energía mecánica utilizada para caminar y hablar. La conversión de la energía de una forma a otra por lo general libera calor, parte del cual se utiliza para mantener la temperatura corporal dentro de los valores normales.

TRANSFERENCIA DE ENERGÍA 
EN LAS REACCIONES QUÍMICAS

Los enlaces químicos representan energía química almacenada, y las reacciones químicas ocurren cuando se forman enlaces nuevos o se rompen enlaces viejos. La reacción total puede liberar energía (absorberla). Las reacciones exergónicas (ex-, de ex, fuera de, y ergo de érgon, trabajo) liberan más energía de la que absorben. Al contrario, las reacciones endergónicas (endo-, de éndon, dentro) absorben más energía de la que liberan.

Una característica clave para el metabolismo corporal es el acoplamiento de reacciones exergónicas y reacciones endergónicas. La energía que se libera durante una reacción exergónica suele utilizarse para llevar a cabo una reacción endergónica. Por lo general, las reacciones exergónicas ocurren cuando se degradan nutrientes como la glucosa. Parte de la energía liberada puede almacenarse en los enlaces covalentes del adenosín trifosfato (ATP). Tras la degradación completa de una molécula de glucosa, la energía química de sus enlaces puede producir hasta 38 moléculas de ATP. La energía que se transfirió a las moléculas de ATP se utiliza luego para llevar a cabo las reacciones endergónicas necesarias en la formación de las estructuras corporales, como los músculos y los huesos. La energía ATP también se utiliza para realizar el trabajo mecánico en la contracción muscular o en el movimiento de sustancias hacia adentro o hacia afuera de las células.

La energía de activación es la energía necesaria para romper los enlaces químicos
de las moléculas de reactantes de manera que la reacción pueda comenzar.


ENERGÍA DE ACTIVACIÓN

Dado que las partículas de materia como los átomos, iones y moléculas tienen energía cinética, se mueven y chocan entre sí continuamente. Una colisión con fuerza suficiente puede alterar el movimiento de los electrones de valencia y ocasionar la ruptura del enlace químico ya establecida o la formación de uno nuevo. La energía de colisión necesaria para romper los enlaces químicos de los reactivos se denomina energía de activación de la reacción. Se necesita este aporte inicial de energía para comenzar una reacción. Los reactantes deben absorber suficiente energía para comenzar una reacción. Los reactantes deben absorber suficiente energía como para que se desestabilicen sus enlaces químicos y sus electrones de valencia formen nuevas combinaciones. Luego, cuando se forman nuevos enlaces, se libera energía al medio.

Tanto la concentración de partículas como la temperatura influyen sobre la posibilidad de que ocurra una colisión y se produzca una reacción química.
  • Concentración: cuanto mayor sea la cantidad de partículas de materia presentes en un espacio determinado, mayor será la posibilidad de que choquen entre sí (imaginemos al público amontonado en el subterráneo del metro en la hora de mayor afluencia). La concentración de partículas aumenta cuando se agregan más partículas a un espacio determinado o cuando aumenta la presión en ese espacio, lo cual las acerca entre sí de manera que colisionan con mayor frecuencia.
  • Temperatura: a medida que la temperatura aumenta, las partículas de materia se mueven más rápido. De ahí que, cuanto mayor sea la temperatura  de la materia, las partículas chocarán con mayor fuerza y la posibilidad de que estas colisiones produzcan una reacción será más elevada.

CATALIZADORES

Las reacciones químicas se producen cuando se rompen o se forman enlaces químicos tras la colisión de átomos, iones o moléculas. Sin embargo, la temperatura y la concentración de moléculas en los líquidos corporales son demasiado bajas como para que se produzca la mayor parte de las reacciones químicas en forma suficientemente rápida para mantener la vida. Aumentar la temperatura y el número de partículas reactivas del cuerpo podría aumentar la frecuencia de las colisiones y por ende la velocidad de las reacciones químicas, pero esto podría también dañar o matar a las células.

Algunas sustancias denominadas catalizadores resuelven este problema. Los catalizadores son compuestos químicos que aceleran las reacciones químicas por la disminución de la energía de activación necesaria para que ocurra la reacción.

Los catalizadores aceleran las reacciones químicas al disminuir la energía de activación

Los catalizadores más importantes son enzimas. Un catalizador no altera la diferencia de energía potencial entre los reactantes y los productos, sino que disminuye la cantidad de energía de activación necesaria para que comience la reacción.

Para que se produzcan las reacciones químicas, las partículas, sobre todo las moléculas grandes, no solo deben chocar con suficiente fuerza, sino hacerlo en un lugar específico de la molécula. El catalizador ayuda a orientar en forma apropiada a las partículas que colisionan, de manera que puedan interactuar en el lugar específico para que la reacción se produzca. Pese a que la acción de un catalizador ayuda a acelerar una reacción química, el catalizador permanece sin cambios al finalizar la reacción. Un mismo catalizador puede actuar en varias reacciones sucesivas.

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