Tema 1: La base fisicoquímica de la vida

Tarjetas de estudio tipo pregunta y respuesta que cubren la totalidad del Tema 1: modelos atómicos, enlaces químicos, fuerzas intermoleculares, bioelementos, biomoléculas inorgánicas (agua y sales minerales), disoluciones acuosas, equilibrio ácido-base y biomoléculas orgánicas.

¿Qué propusieron dos filósofos de la Grecia Clásica acerca de la composición de la materia?

Propusieron que la materia estaba compuesta por partículas diminutas, indivisibles e inalterables llamadas átomos.

¿Cuáles son los postulados del modelo atómico de Dalton y qué leyes explica?

Propuso que la materia está formada por átomos indivisibles, que los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí con una masa característica y que los compuestos resultan de combinar átomos de distintos elementos en proporciones fijas. Explica las leyes ponderales de conservación de la masa y de proporciones definidas.

¿En qué consiste el modelo atómico de Thomson y qué logra explicar?

Plantea que el átomo es una masa de carga positiva en la que están incrustados los electrones. Explica la existencia de partículas subatómicas y la neutralidad eléctrica del átomo.

¿Qué observó Rutherford en su experimento de la lámina de oro en $1911$ y cuál fue su modelo?

Observó que la mayoría de las partículas alfa atravesaban la lámina sin desviarse y unas pocas se desviaban bruscamente. Propuso un átomo con un núcleo central muy pequeño y con carga positiva donde se concentra la masa, rodeado por electrones que giran en un espacio mayoritariamente vacío.

¿Qué descubrió Chadwick en $1932$ y qué aportó a la comprensión del núcleo?

Descubrió el neutrón, una partícula sin carga eléctrica que explicó la estabilidad del núcleo atómico al aportar masa sin generar repulsión eléctrica.

¿Qué estableció Niels Bohr en su modelo atómico de $1913$?

Propuso que los electrones solo pueden ocupar ciertas órbitas circulares alrededor del núcleo, introdujo niveles de energía cuantizados y vinculó la estructura atómica con la interacción entre materia y radiación.

¿Cómo describe Schrödinger el comportamiento del electrón en su modelo mecánico-cuántico?

Formuló una ecuación de onda que describe el comportamiento del electrón como una función de probabilidad e introdujo el concepto de orbitales, que son regiones del espacio donde es más probable encontrar al electrón.

¿Cómo se forma un enlace iónico y qué ocurre con los átomos participantes?

Se produce por transferencia de electrones entre un metal y un no metal. El metal cede electrones y se convierte en catión, mientras que el no metal los acepta y se transforma en anión, atrayéndose mutuamente por fuerzas electrostáticas.

¿En qué consiste el enlace covalente y cómo se clasifica según el número de pares de electrones?

Consiste en la compartición de pares de electrones de la capa de valencia entre no metales. Se clasifican en sencillos ($1$ pareja de electrones), dobles ($2$ parejas) o triples ($3$ parejas).

¿Qué distingue a un enlace covalente apolar de uno polar y qué representa el momento dipolar?

El enlace covalente apolar ocurre entre átomos iguales, mientras que el polar se da entre átomos distintos con formación de cargas parciales. El momento dipolar es la dirección del enlace polar que va del átomo menos al más electronegativo, volviendo polares a las moléculas.

¿Cómo se describe la estructura del enlace metálico?

Tiene lugar entre átomos metálicos según el modelo de "mar de electrones", donde los átomos ceden los electrones de su última capa formando una pareja electrónica compartida que genera fuerzas de cohesión internas.

¿Cuáles son los tres tipos de fuerzas de Van der Waals descritos en el texto?

Fuerzas Dipolo - Dipolo (exclusivamente entre moléculas polares), Dipolo - Dipolo inducido (una molécula polar induce asimetría electrónica en una apolar) y de Dispersión o tipo London (entre moléculas polares y apolares mediante dipolos instantáneos).

¿Qué condiciones se requieren para la formación de un enlace de hidrógeno?

Se produce cuando un átomo de Hidrógeno unido covalentemente a un átomo muy electronegativo ($N$, $O$ o $F$) se aproxima a otro átomo electronegativo.

¿Qué porcentaje representan los bioelementos primarios en los seres vivos y cuáles son?

Representan el $95\%$ de los seres vivos y son: Carbono, Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno, Fósforo y Azufre.

¿Cuáles son las funciones biológicas de los bioelementos secundarios ($4,5\%$)?

El Calcio ($Ca$) es necesario para la contracción muscular y compone estructuras sólidas; el Sodio ($Na$) y Potasio ($K$) mantienen el potencial de membrana celular; el Magnesio ($Mg$) y Cloro ($Cl$) participan en la transmisión del impulso nervioso.

¿Qué función cumple cada uno de los oligoelementos mencionados en el texto?

Hierro ($Fe$) forma parte de la hemoglobina; Manganeso ($Mn$) interviene en la fotólisis del agua durante la fotosíntesis; Yodo ($I$) participa en la síntesis de tiroxina; Cobalto ($Co$) es componente de la vitamina $B12$.

¿Cuál es la estructura molecular y la causa de la polaridad del agua ($H_2O$)?

Está compuesta por un átomo de $O$ y dos de $H$ con un ángulo de $104,5^\circ$. Es polar porque el oxígeno tiene mayor electronegatividad, atrayendo más los electrones del enlace (carga parcial negativa) respecto a los hidrógenos (cargas parciales positivas).

¿Cuáles son las cuatro propiedades fisicoquímicas del agua y sus funciones biológicas asociadas?

Alta capacidad disolvente (función de transporte y metabólica), alto calor específico (función termorreguladora), alta fuerza de adhesión (función de capilaridad en savia bruta) y bajo grado de ionización (función amortiguadora del pH neutro $7$).

¿De qué dos formas se presentan las sales minerales en los seres vivos?

Precipitadas o sólidas (insolubles, como carbonato de calcio en conchas/caparazones y fosfato de calcio en huesos) y disueltas en medio líquido (amonio en metabolismo de nitrógeno y síntesis de aminoácidos; bicarbonato y fosfato como amortiguadores de pH).

¿En qué se diferencian los procesos de difusión y ósmosis?

La difusión ocurre en ausencia de membrana y mueve solutos de zonas más concentradas a menos concentradas hasta su distribución homogénea; la ósmosis requiere una membrana semipermeable que el agua atraviesa para igualar concentraciones.

¿Cómo responden las células ante medios hipertónicos, isotónicos e hipotónicos?

En medio hipertónico pierden agua hasta deshidratarse (cremarse) y romperse por plasmólisis; en medio isotónico no hay movimiento neto de agua; en medio hipotónico el agua entra provocando turgencia y posible rotura por lisis celular.

¿Qué es el pH y cuál es la fórmula matemática para calcularlo?

Es un parámetro cuyos valores son menores que $7$ en disoluciones ácidas, mayores que $7$ en básicas y $7$ en neutras; se calcula con la expresión $pH = -\log[H_3O^+]$.

¿Qué diferencia existe entre las bases de Arrhenius y las bases de Brønsted-Lowry?

Las de Arrhenius son hidróxidos metálicos que poseen el grupo $-OH$ en su estructura y se disocian en agua; las de Brønsted-Lowry no tienen $-OH$ en su estructura molecular pero al disolverse (como el amoniaco) reaccionan con el agua liberando igualmente iones $OH^-$.

¿Cómo se clasifican los ácidos y bases en función de su afinidad para reaccionar con agua?

En fuertes (se disocian de forma irreversible mediante una reacción química representada por $\rightarrow$) y débiles (se disocian en una reacción reversible representada por $\Leftrightarrow$, alcanzando el equilibrio químico).

¿Qué es una sustancia anfótera y qué ejemplos de sistemas tamponadores biológicos se citan?

Es una sustancia capaz de actuar como ácido o como base según su entorno captando o cediendo $H^+$. Ejemplos biológicos incluyen la proteína albúmina, el sistema tampón bicarbonato (transporte de $CO_2$) y el sistema tampón fosfato (capaz de tomar o liberar hasta $3\,H^+$).

¿De qué dos maneras se pueden preparar disoluciones tampón fuera de los seres vivos?

Se pueden preparar mezclando un ácido débil con su base conjugada, o a partir de una base débil y su ácido conjugado.

¿Cuáles son las principales biomoléculas orgánicas y los grupos funcionales unidos a su esqueleto de carbono e hidrógeno?

Las biomoléculas orgánicas son glúcidos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. Los grupos funcionales son hidroxilo ($-OH$), carbonilo ($-C=O$), carboxilo ($-COOH$), amino ($-NH_2$) y grupo fosfato.