El Carbono en los alimentos

Introducción:
El carbono es un elemento único en la naturaleza ya que tiene la cualidad de formar un número muy grande de compuestos, característica que no presentan el resto de elementos que existen en nuestro entorno. Se encuentra libre en la corteza terrestre en diferentes formas alotrópicas y también formando compuestos presentes en diversos minerales como caliza, dolomita, yeso, mármol, carbonatos, entre otros.
Una característica importante del carbono es la extensa variedad de compuestos que forma cuando se combina con hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y otros elementos, que son la base principal de la composición de todos los seres vivos, animales y vegetales, razón por la que se les conoce como compuestos orgánicos.
Una fuente para la obtención de compuestos orgánicos es el petróleo debido a la gran cantidad de derivados que se pueden extraer de esta mezcla compleja de compuestos de carbono.

Propiedades del Carbono:
En la tabla periódica, el carbono es el primer elemento de la familia IV A de los elementos representativos y es un no metal. Se une químicamente con otros elementos para formar compuestos inorgánicos, como carburos (CaC2), óxidos (CO2) y sales (Na2CO3); pero también forma una inmensa gama de compuestos orgánicos también llamados compuestos del carbono, los cuales forman parte de las estructuras de los organismos vegetales y animales, los que a su vez son la fuente principal de la alimentación humana.

Aunque su apariencia y sus propiedades son completamente diferentes se trata de la misma sustancia, y es que se ha comprobado experimentalmente que tanto en el diamante como en el grafito se encuentran formados solamente por átomos de carbono; pero, ¿Qué establece estas diferencias? la respuesta la encontramos en la forma en que sus átomos se entrelazan y se distribuyen adquiriendo estructuras diferentes que establecen formas y características distintas.

Hay dos modelos que se complementan para explicar la estructura atómica del carbono. El Modelo de Bohr y el Modelo de puntos de Lewis:

El carbono es un elemento de número atómico 6, por lo tanto tiene 6 protones en su núcleo y 6 electrones girando en su alrededor; existen varios isótopos, aunque el más abundante tiene 6 neutrones.

En una estructura de Lewis el número de electrones sin pareja determina el número de enlaces que se pueden formar en un átomo. Así los átomos de carbono tendrán la posibilidad de formar cuatro enlaces; ya que, en general, los átomos tienden a tener completa su capa de valencia para lograr su estabilidad energética; en el caso del Carbono esto se logra al unirse con otros elementos mediante la compartición de electrones, es decir, enlace covalente. El modelo de Lewis ayuda a explicar de forma sencilla la unión covalente que se da entre los diferentes átomos que se unen en los compuestos orgánicos.  En éstos es común encontrar a los átomos de C unido a otros elementos como hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre y fósforo (CHONSP), los cuales tiene.

Enlaces que forma el carbono

Esta figura muestra los enlaces covalentes que se pueden formar entre los átomos de C mediante la compartición de electrones, aunque también se muestran electrones sin pareja que pueden establecer otros enlaces.

¿Cómo se representan los enlaces?

En las estructuras desarrolladas de los diferentes compuestos orgánicos es común visualizar el par de electrones que se comparte como una línea que une los símbolos, como se muestra a continuación:

EJERCICIOS:

HIDROCARBUROS:

Los átomos de carbono se enlazan químicamente entre sí formando largas cadenas lineales o ramificadas, que van desde unos cuantos átomos hasta miles de ellos o  bien anillos de todos los tamaños; debido a esta característica se considera al carbono, único en la naturaleza, lo que le permite formar una inimaginable cantidad de compuestos; a esta propiedad del carbono se conoce comoconcatenación.

En las fórmulas desarrolladas de los compuestos orgánicos los átomos de C invariablemente tendrán cuatro enlaces representados mediante líneas; por otro lado, el átomo de hidrógeno al combinarse químicamente sólo puede formar un enlace que se representa con una sola línea; lo anterior puede corroborarse con la siguiente representación:

Ejercicio 2:

FORMAS Y NOMENCLATURA DEL HC:

Existen varias formas de representar las estructuras de los HC y cada una tiene sus propias reglas de construcción. Las más comunes son: la desarrollada, la semidesarrollada, de esqueleto, de esferas y palos, y condensada.

DESARROLLADA:Se representan todos los átomos de carbono e hidrógeno, así como sus enlaces, en una estructura plana.

SEMIDESARROLLADA:

Se agrupan los hidrógenos al átomo de carbono con el que se encuentran enlazados, esto se hace con cada átomo de carbono para estructuras relativamente cortas.

DE ESQUELETO:

Consiste en trazar líneas en zig-zag, donde los vértices y los extremos representan átomos de carbono unidos mediante líneas sencillas, dobles o triples, y  los hidrógenos no se representan.

DE ESFERAS Y PALOS:

En este modelo los átomos son esferas compactas que se unen mostrando el acomodamiento espacial más probable de los átomos de carbono e hidrógeno.

CONDENSADA:

En ésta se agrupan todos los átomos de carbono e hidrógeno, es útil para ver la composición pero no la estructura.

EJERCICIO 3:

COMPUESTOS DEL CARBONO:

El carbono puede formar una amplia gama de compuestos enlazándose con otros elementos además del hidrógeno; de esta forma es posible encontrarlo formando compuestos con oxígeno, con nitrógeno o con azufre, o bien, con diferentes elementos a la vez; un ejemplo de esto se presenta en la Vitamina B1.

EJERCICIO 4:

ISOMERÍA:

 Isómeros, que tienen la misma composición atómica pero diferente fórmula estructural, por esto es necesario conocer la fórmula desarrollada o semi desarrollada, para saber qué tipo de compuesto es y poderlo diferenciar del otro, además la estructura podrá ayudar a explicar mejor las propiedades de cada isómero.
Entre mayor sea el número de átomos en un compuesto, mayores son las posibilidades de formar diferentes isómeros.

ESTRUCTURA Y PROPIEDAD DE COMPUESTOS DE CARBONO:

ACTIVIDAD FINAL:

BIBLIOGRAFÍA:

Libros

Dingrando, L. et al. (2002). Química, Materia y Cambio. Colombia: McGraw- Hill.

García, J. y Ortega, F. (2004). Periodicidad Química. México: Trillas.

Espriella, A. (2011). Química Orgánica Básica. Un acercamiento a la estructura en el nivel nanoscópico para explicar lo macroscópico. México: Universidad Autónoma de México, UAM.

Lewis, M. y Waller, G. (1995). Química Razonada. México: Trillas.

Morrison, R. y Boyd, R. (1998). Química orgánica. México: Ed. Addison Wesley Longman.

Imágenes

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http://www.marilolopezgarrido.com/wp-content/uploads/2011/06/Carbon.jpg (abril, 2012)

Carbono amorfo. Recuperado de http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/90/Amorphous_Carbon.png/220px-Amorphous_Carbon.png 

Diamante y grafito. Recuperado de http://3.bp.blogspot.com/-PGf5rzOBpaw/Tp5HJjJwugI/AAAAAAAAAOQ/FLkxz6Dj0Rc/s1600/diamante%2Bcarbon.jpg  (abril, 2012).

Metil-propano. Recuperado de
https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEgeAlKPkKanD7xgrIpwhLgXuk4jUTUtTvQWHigtodbxiXyN9dvKjKQBFlSr2gtHy4t0JOoP7TY2coOc99bGdjfBjOd9BSKEx42sl_kaGvQSJLv40n_hNm8sukWNtDSjwejJkh2A7tONxp8/s400/metilpropano.jpg

Metoxienato. Recuperado de http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/96/Methoxyethane-3D-balls.png/220px-Methoxyethane-3D-balls.png

Nanotubo. Recuperado de
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1-propanol. Recuperado de
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2-propanol. Recuperado de
http://www.tennoji-h.oku.ed.jp/tennoji/oka/2004/2-propanol-b.gif

Internet

http://portalacademico.cch.unam.mx/alumno/quimica2/u2/carbono_alimentos/

Clasificación de Sustancias

Hipótesis:
Con 40 productos diferentes observaremos a que clasificación corresponden; ya sea ácidos o básicos, esto lo determinaremos con ayuda del indicador universal y de extracto de col morada, cada sustancia cambiará de color en los indicadores.

Sustancia     Color con identificador universal    Color con extracto de col      Clasificación
Jabón para
manos                        Amarillo                                   Índigo                                Ácido

Detergente                 Amarillo verdoso                     Azul                                   Ácido

Quita man-
chas                           Rojo                                         Morado                              Ácido

Shampoo                   Rojo                                          Rosa                                  Ácido

Suavitel                      Rojo naranja                             Rosa claro                        Ácido

Quita grasa                Naranja                                    Morado                              Ácido

 Cloro                          Verde                                       Amarillo                            Neutro
    
Desodorante               Naranja                                    Lila                                    Ácido

Acondicionador           Naranja                                    Azul índigo                        Ácido

Tierra pomex               Rojo                                        Morado-gris                      Ácido

Ranitidina                    Naranja                                   Morado                             Ácido

Tiamina                       Naranja                                    Violeta                              Ácido

Retodol                        Verde limón                             Azul índigo                       Neutro

Calcio                           Rojo                                        Morado claro                   Ácido

Tolterodina                   Naranja                                  Índigo                                Ácido

Clorfenamina                Naranja                                  Lila                                    Ácido

Ambroxol                       Naranja                                  Índigo                               Ácido

Ti                                   Naranja                                 Violeta                                Ácido

Cipro                             Rosa                                      Lila                                     Ácido

Manzana                       Rojo                                       Rosa                                  Ácido

Arroz                             Café                                       Lila                                     Ácido

Té                                 Verde                                      Índigo                                Neutro

Fresa                            Rojo                                        Rosa                                  Ácido

Zanahoria                     Verde                                     Índigo                                 Neutro

Lechuga                        Verde                                    Índigo                                  Neutro

Limón                            Rojo                                      Morado                               Ácido

Mandarina                     Rojo                                      Rosa claro                          Ácido

Garbanzo                      Amarillo                                 Lila                                     Ácido

Espinaca                        Café                                      Azul                                   Ácido

Maizena                         Naranja                                Morado                              Ácido

Galletas                         Verdes                                  Azul fuerte                         Neutro

Knorr                             Café                                      Índigo                                 Ácido

Mazapán                       Naranja                                 Azul fuerte                          Ácido

Chicles                          Verde                                     Azul                                    Neutro

Yakult                            Rojo                                        Rosa claro                          Ácido

Chocolate                     Café                                      Índigo                                  Ácido

Caramelo                       Verde                                   Gris                                      Neutro

Papas                            Rojo                                       Rosa                                  Ácido

Pastelito                        Amarillo                                 Morado claro                      Ácido

Conclusiones:
Tomando como referencia los colores que mostró el indicador universal, nos dimos cuenta que la mayoría de los productos que utilizamos tienen un grado de acidez, algunos mas (los que marcan rojo) y algunos menos ( naranjas, amarillos y cafés), la comida orgánica en su mayoría es neutra y la comida comercial un poco mas ácida. Por su parte los medicamentos son ácidos, es por eso que algunos irritan nuestro estómago cuando nos los recetan por mucho tiempo.
En el indicador creado con extracto de col, los ácidos se mostraban con colores morados y los neutros con tonalidades del azul y del índigo.

Fotografías:

los productos utilizados 

algunos de los colores obtenidos.

Tabla Periódica de los Elementos

Organización de los elementos en la Tabla Periódica

La Tabla Periódica es el ordenamiento de los elementos de acuerdo con su número atómico creciente.
Se formn grupos o familias que poseen propiedades semejantes. Los no metales, por ejemplo, destaca la familia formada por el flúor, cloro, bromo, yodo y astato, los cuales son nombrados "halógenos"(formadores de sales), éstos se distinguen por su gran actividad química, la cual hace que no se encuentren libres en la naturaleza, sino formando compuestos.

Los elementos con propiedades químicas similares se encuentran unos debajo de otros formando columnas llamadas grupos o familias, observándose 18 en total. Hay dos sistemas de clasificar los grupos en las tablas periódicas. El tradicional utiliza los números romanos del I al VIII con letras A y B. El sistema más reciente usa los números arábigos del 1 al 18, sin usar la A ni la B.
Los elementos situados entre los grupos IIA y IIIA se denomina los de transición o subgrupos B y se nombran por el elemento que lo encabeza.
Un gripo especial es el de los gases nobles o inertes, que son los seis elementos del grupo VIII8, los cuales son monoátomicos e incoloros, aunque presentan coloración al ser excitados eléctricamente.
La Tabla Periódica también presenta un ordenamiento por periodos, los cuales son las secuencias horizontales y se numeran empezando por arriba.
Los elementos encontrados en el periodo 6, entre los números atómicos 57 y 71 son conocidos como lantánidos. En el periodo 7 los elementos entre los números atómicos 89 y 103 son los actínidos que químicamente son parecidos entre sí.

El comportamienyo de los elementos depende directamente de los electrones externos, es decir los de valencia, que se encuentran en el último nivel, ellos son los que permiten que los átomos se enlacen unos con otros para formar moléculas y de ellos dependen directamente el comportamiento de los elementos.
Todos los elementos ubicados en el grupo IA tienen un solo electrón de valencia, los de IIA tiene dos, y así sucesivamente en el grupo A hasta llegar al VIIIA , excepto el helio.
Los átomos de los elementos de un mismo grupo tienen el mismo número de electrones de valencia y para los átomos de los elementos de los grupos en el sistema de numeración IA, IIA, etc, el número de electrones de valencia de un átomo es igual a su número de grupo.

Propiedades periódicas de los elementos

Cuando decimos que existe un patrón de comportamiento nos referimos a la periodicidad de un evento o propiedad. El término periódico significa: con repetición a intervalos regulares. Las propiedades de los elementos se repiten periodo tras periodo. Así, uno inicia con un metal alcalino y termina con un gas noble. las propiedades físicas y químicas son propiedades que se repiten en un grupo o familia. 
Uno de los grupos con grandes similitudes es el VIIA o familia de los halógenos. Sus puntos de fusión y de ebullición aumentan al aumentar su número atómico. Estos cinco elementos aparecen en forma de sales, más no como elementos libres. Sus átomos tienen 7 electrones en su capa externa.

En 1869 Mendeléiev elaboró una clasificación llamada Tabla periódica, basada en la repetición de las propiedades físicas y químicas en grupos de elementos y los ordenó en forma ascendente de sus masas atómicas, también enunció una ley periódica que relaciona las propiedades de cada elemento con su masa atómica.
En 1913 Moseley modifcó, la tabla periódica al ordenar los elementos de acuerdo a sus números atómicos y estableció que las propiedades de los elementos son función periódica de sus números atómicos.

LEY PERIÓDICA: "Las propiedades de los elementos y sus compuestos son funciones periódicas del número atómico de los elementos."

De acuerdo con la ubicación de un elemento en la Tabla periódica, se puede predecir la variación de algunas propiedades entre las que se encuentran: la energia o potencial de ionización, el radio atómico y la electronegatividad.

Energía potencia o de ionización
Se entiende por energía o potencial de ionización como la energía que es necesaria aplicar a un átomo aislado para arrancar un electrón y adquirir carga positiva.
Factores que influyen en la magnitud de esta energía:
1.- Carga del núcleo (Número de protones), a mayor carga mayor será la fuerza que el núcleo ejerce sobre los electrones y la energía potencial será mayor.
2.- Distribución electrónica: entre mas cerca este su ditribución electrónica a la de un gas noble, también se acerca a la máxima estabilidad, por lo que la energía potencial será mayor.
3.- Número de capas o niveles electrónicos: cuando más niveles de energía existan en un átomo menor será la energía potencial.

Radio Atómico
La distancia que existe del núcleo de un átomo a su electrón mas lejano.
Variación en la tabla periódica:
1. En un grupo, a medida que descendemos va aumentando el número de niveles que poseen los átomos y con ello su tamaño y su carga nuclear.
2. En un periodo de izquierda a derecha aumenta la carga del núcleo, mas no el número de niveles, por lo tanto, aumenta la atracción del núcleo hacia los electrones provocando una disminución del radio atómico.

Electronegatividad
Es la tendencia que posee un átomo de atraer hacia él los electrones de un enlace. Esta propiedad la poseen todos los elementos excepto la familia de los gases nobles.
1. En un grupo, la electronegatividad disminuye con el aumento del número de niveles.
2. En un periodo, al aumentar la carga nuclear y acercarnos a la distribución de un gas noble, aumentará la tendencia a atraer los electrones en un enlace.

Carácter metálico
Los elementos metálicos son aquellos que poseen pocos electrones en su capa externa y tienen tendencia a cederlos para formar iones positivos, es decir que tienen bajo potencial de ionización y poca electronegatividad. Los elementos con mas de 4 electrones en su capa externa suelen comportarse como no metales.
En la tabla periódica el carácter metálico aumenta, hacia la izquierda y hacia abajo.

Gases Nobles
Se denominan gases nobles por su falta de reactividad.
Solo se encuentran en la naturaleza en forma de compuestos.
Tienen 8 electrones de valencia, excepto el helio que tiene 2.
 

 

Espectros

Práctica 10:

Materiales: 
-Vaso de precipitado -Capsula de porcelana -Alambre metalico -Espectroscopio -Mechero de Bunsen -Diferentes tipos de cloruro (sodio, potasio, bario, silicio,cobre y estroncio)
 Hipótesis:
 Descubrir con el espectroscopio los diferentes colores de las sales.
Procedimiento:
Con el alambre metalico tomar un poco de las sales a revisar y ponerlas en el mechero de bunsen para observar el color de la flama emitida, despúes enguajar en el ácido clorhídrico el alambre metalico y repetir el proceso con todas las sales.

 Cobre, color de la flama verde agua.
Sodio, color de la flama amarillo.
Potasio, violeta pálido.
Bario, verde amarillento.
Estroncio, rojo carmín.
Cobalto, naranja.

También con ayuda del espectroscopio revisamos el espectro del neón, argón e hidrógeno.
Hidrógeno, rosa.
Argón, rosa.
Neón, rojo a amarillo.

 

¿Por qué el agua es un recurso vital?

¿Qué papel cumple el agua en los organismos vivos?
El agua apareció al poco tiempo que se formó el planeta. Los océanos se formaron primero que la atmósfera, pero en aquel entonces el agua contenía grandes cantidades de amoniaco, metano y dióxido de carbono, elementos que favorecen la creación de moléculas vivientes compuestas principalmente por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno.
En el agua se originó la vida y del agua sigue dependiendo; la importancia en la iniciación de la vida esta presente en todas las funciones de los organismos vivos, tanto vegetales como animales.
Todos los seres vivos contenemos agua y ésta es principalmente nuestro componente mas abundante, por ejemplo, en los vegetales superiores entre el 80 y 85 por ciento es agua y en el hombre adulto el porcentaje supera el 60 por ciento, en un recién nacido el porcentaje es de un 70 por ciento.

En los animales el agua es necesaria para realizar funciones tales como moverse, olfatear, oír, etc. En los humanos además de necesitarla para éstas funciones también la necesitamos para sentir y pensar.

La cantidad de agua idónea para mantener vivo a un adulto normal en el desierto varía de 7 a 15 litros dependiendo la temperatura y la actividad realizada. Diariamente el hombre necesita mas o menos dos litros de agua para el correcto funcionamiento de su organismo.

Sin agua, el ser humano no puede soportar vivo mas de 10 días. Ciertas bacterias pueden vivir sin oxígeno, pero ningún organismo puede existir sin agua. El agua es el reactivo que promueve la digestión en la que se rompen los carbohidratos y las proteínas.

La vida como es conocida depende de una sustancia química única conocida como agua, que a su vez es uno de los compuestos mas comunes en nuestro planeta.

El agua.....

-transporta nutrientes en el torrente sanguíneo.

-regula el clima de forma que se pueda hacer favorable para la vida.

-actúa como medio para el desarrollo de una gran variedad de reacciones químicas.

Importancia del agua como recurso vital

"el agua es la fuente de todas las cosas". 

Cubre alrededor del 71 por ciento de su superficie. En pequeñas cantidades es incoloro, pero adopta un color azul debido a que retiene determinadas radiaciones. Cubre toda el área terrestre a una profundidad de mas de 70 cm. La mayor proporción del agua del planeta corresponde a los océanos que son 1 360 millones de km cuadrados. Si los hielos de la Antártida y Groenlandia se derritieran elevarían los océanos a mas de 100 metros.

El ciclo hidrológico 

La mayor cantidad de agua que cae a la Tierra lo hace en forma de lluvia. Al caer sobre el suelo, la mayor parte de ella se filtra y penetra directamente hacia el fondo para unirse a los mantos subterráneos. La lluvia que cae sobre terreno inclinado fluye hacia los lagos y ríos en forma de riachuelos y arroyos.

Se piensa en el ciclo hidrológico como un proceso de purificación de agua, pues si la contaminamos, va al río y luego al mar donde se evapora y luego se precipita y vuelve a ser potable. Pero, esta capacidad de purificación no es infinita, por lo que este recurso considerado como renovable se empieza a transformar en no renovable.

En la forma de relación del hombre con su medio ambiente se ha producido una situación donde se están consumiendo extensivamente los recursos naturales limitados.

¿Cómo debe ser el agua apta para el consumo humano?

Para que el agua sea apta de consumirse por el humano debe poseer ciertas sales disueltas y que éstas no rebasen determinadas cantidades y que la cantidad de bacterias patógenas sea poca, para que no ponga en riesgo nuestra salud.

La calidad del agua se define mediante su temperatura, las sustancias que contiene y los organismos vivos y en qué concentración o cantidad se encuentran.

Contribución de la química en los procesos de purificación del agua

Los químicos participan en todas las etapas de la producción de agua potable, como limpiar el agua antes de que llegue a nosotros, en monitorear la pureza de las muestras para verificar y controlar la calidad del agua que llega hasta las casas.

Así como analizan el agua para certificar su pureza, los químicos idean nuevas formas de limpiarlas, tal como un nuevo método que hace uso de la luz ultravioleta en lugar de usar cloro para matar bacterias dañinas.

Algunos contaminantes son extremadamente difíciles de remover, la solución es evitar que lleguen al agua como aceites, solventes de pintura y pesticidas.

Disponibilidad de agua en el siglo 21

Zonas hidrológicas de la República mexicana 

¿Cómo evitar esta problemática?

Creando una cultura del agua, donde se  cree conciencia sobre el mal uso del agua para que las personas lo tengamos en cuenta y lo dejemos de hacer.

Fuentes:

www.semarnat.gob.mx

www.smapa.gob.mx

seductivewater.com

www.chamanismohoy.org

libro: Química 1 agua y oxígeno, Antonio Rico y Rosa Elba Pérez.

Práctica de Laboratorio 01/10/15

Título: Síntesis del Agua

Objetivo: crear hidrógeno y oxígeno para obtener agua.

Hipótesis:

Materiales: agua oxigenada, manganeso, zinc, botella de vidrio de medio litro, zinc, palangana con agua, encendedor,tapones, dos tubos de ensayo.

Desarrollo:

1) Para crear hidrógeno utilizamos manganeso con agua oxigenada, llenamos con agua la botella y manteniéndola hacia abajo y en un tubo de ensayo pusimos poca agua oxigenada y un poco de manganeso que unimos a la botella (dentro de la palangana) con una manguera esperamos a que el agua bajara hasta la marca señalada y así obtuvimos hidrógeno.

 2) Terminando de crear el hidrógeno, repetimos el proceso en los tubos de ensayo solo que esta vez creamos oxígeno utilizando zinc con ácido clorhídrico.

3) Cuando el agua se terminó, sin levantar la botella la cubrimos con uno de los tapones y mas tarde la destapamos y la encindimos en la boquilla con un encendedor, al hacer esto, se escucha como un cuete y el resultado final fué una gota de agua.