Compuestos orgánicos e inorgánicos

Los compuestos químicos pueden clasificarse en dos grandes grupos: compuestos orgánicos y compuestos inorgánicos. Cada grupo presenta un conjunto de características muy particulares que hacen posible diferenciarlos fácilmente. A continuación se comparan estos dos tipos de compuestos.

Compuestos orgánicos Compuestos inorgánicos
Base de construcción Átomo de carbono. Mayoría de los elementos conocidos.
Tipo de enlace Enlace covalente. Predomina el enlace iónico.
Isómeros La mayoría presenta isómeros. Muy pocos presentan isómeros, son raros.
Formación estructural Átomos organizados en largas cadenas basadas en carbono, sobre las que se insertan otros elementos. No es común la formación de cadenas.
Tipo de estructura Complejas, de alto peso molecular. Simples, de bajo peso molecular.
Solubilidad La mayoría son insolubles en agua y solubles en solventes apolares. La mayoría son solubles en agua e insolubles en solventes apolares.
Punto de ebullición y fusión Bajos. Altos.
Densidad Baja. Alta.
Conductividad eléctrica No son conductores de la electricidad. Son conductores de la electricidad.
Velocidad de reacción Reacciones lentas. Reacciones muy rápidas.
Estabilidad Poco estables, se descomponen fácilmente. Muy estables.
Clasificación principal
  • Óxidos
  • Hidróxidos
  • Ácidos
  • Sales
  • Hidrocarburos
  • Oxigenados
  • Nitrogenados
Variedad Mayor a la de los compuestos inorgánicos. Menor a la de los compuestos orgánicos.
Ejemplos
  • Óxido de aluminio (Al2O3)
  • Hidróxido de sodio (NaOH)
  • Ácido fosfórico (H3PO4)
  • Bicarbonato de sodio (NaHCO3)
  • Ácido acético (CH3COOH)
  • Etanol (CH3OH)
  • Octano (C8H18)
  • Benceno (C6H6)

 

Fotosíntesis y respiración celular

Existe una estrecha relación entre la fotosíntesis y la respiración celular ya que, los productos de un sistema son los reactivos del otro. Ambos consumen y crean las mismas sustancias como agua, glucosa, oxígeno y dióxido de carbono, pero de diferentes maneras. Juntos, permiten que la vida en la Tierra reúna energía para su uso en otras reacciones.

 

Fotosíntesis Respiración celular
Utiliza Luz solar, agua y dióxido de carbono. Glucosa y oxígeno.
Producto Glucosa y oxígeno. Dióxido de carbono y agua.
Ocurre en: Plantas y otros organismos fotosintéticos. Todos los seres vivos.
Propósito Capturar, convertir y almacenar la energía. Liberar energía.
Función en común Sintetizar y usar ATP Sintetizar y usar ATP
Proceso metabólico Anabólico Catabólico
Ubicación Cloroplasto Citoplasma y mitocondrias
Fuente de energía Luz solar Glucosa
Portadores de electrones NADPH NADH y FADH2
Etapas Reacciones de luz y ciclo de Calvin. Glucólisis, oxidación del piruvato, ciclo de Krebs y cadena de transporte de electrones.

 

¿Cómo se estudian los fósiles?

Podemos conocer la historia de la tierra a través del estudio de los fósiles, es decir de los restos de organismos que vivieron en el pasado prehistórico. Allí se guardan muchos secretos y son los paleontólogos los encargados de descifrar los misterios de cientos de millones de años atrás.

Fósil de una amonita, molusco ya extinguido.

Antes de responder a la pregunta cómo se estudian los fósiles vamos a ver qué son, cómo se forman, qué ciencia se encarga de su estudio y finalmente qué herramientas se emplean para su abordaje.

Los fósiles son los restos o despojos de plantas o animales muertos que vivieron en el pasado prehistórico. No han sufrido el proceso de putrefacción porque han atravesado un proceso que les ha permitido conservar sus partes duras. Es por esta razón que un fósil puede encontrarse en un hueso, en el que las partes porosas han sido rellenadas con minerales, como carbonato de calcio o sílice, depositados por aguas subterráneas; y así adoptar un aspecto de piedra.

Generalmente los fósiles se encuentran en rocas sedimentarias, allí la conservación es posible porque no se han visto expuestas a altas temperaturas y fuertes presiones que podrían haberlos destruido.

Dientes de tiburón.

Las rocas sedimentarias son producidas por el lento depósito de materiales que se van albergando en una cuenca sedimentaria (fondo marino, orillas de lago, pantanos, desembocaduras de río, etc.). Junto a estos depósitos pueden quedar sepultados los cadáveres de animales o plantas, que después de un lento proceso físico – químico, denominado diagénesis, los materiales y los cadáveres pasan a constituir parte de la roca.

Si bien existen diferentes procesos de fosilización, la mayoría se forma al quedar el organismo, ya muerto, entre sedimentos, generalmente bajo el agua. En estas condiciones, las partes carnosas se descomponen y desaparecen rápidamente; en cambio, las partes duras, como los huesos, permanecen.

Fósil de una amonita, molusco ya extinguido.

Para que el proceso de fosilización surja efecto, es necesario un entierro rápido que habitualmente se da por sedimento hídrico. Luego, comienza un proceso químico que da lugar a la sustitución de los compuestos orgánicos por otros inorgánicos conocidos como mineralización. Los minerales habitualmente implicados en este proceso son: sílice, carbonato cálcico, pirita, fosfato cálcico y otros fosfatos y sulfatos. Hay diferentes procesos de fosilización, y una manera sencilla de comprenderlos puede ser examinando los tipos de fósiles existentes:

Huesos y dientes: son las partes duras del animal y resisten los procesos normales de descomposición que atacan y descomponen las partes blandas del cuerpo.

Gastrolitos: son piedras que se han encontrado en la vía digestiva de algún animal. Muchos vertebrados, como los dinosaurios, consumían estas piedras para facilitar la digestión; en la actualidad las gallinas suelen emplear esta técnica.

Huevos y nidos: si bien son difíciles de encontrar se ha hallado restos de cáscara de huevo.

Coprolitos: se denomina así al excremento fosilizado. A partir de su estudio se pueden obtener datos sobre la alimentación del animal.

Icnofósiles: son las estructuras preservadas en rocas sedimentarias que registran actividad biológica. Brindan datos sobre la morfología del organismo productor y su relación con el entorno.

La paleontología

La Paleontología es la ciencia que estudia la evidencia de la vida en el pasado a través de los fósiles. Como ciencia, nació en el sigo XVIII, con Georges Cuvier, zoólogo francés, quien reconstruyó especies fósiles desconocidas a partir del estudio de sólo algunos fragmentos óseos.

Esta ciencia se encarga de determinar las condiciones de vida de los restos animales y vegetales, y también cómo murieron, cómo se acumularon y cómo se fosilizaron. Aquí confluyen dos ciencias, la biología y la geología, ya que investiga las características de vida de la antigüedad y distribución en la escala geológica.

Almeja fosilizada.

Para determinar la época en que vivieron esos restos, los profesionales en esta materia recurren a pruebas con sustancias llamadas elementos radioactivos, como el uranio y el carbono. Existen algunos métodos para determinar la edad de un fósil:

Carbono 14: el carbono 14 está presente en la atmósfera. El carbono por lo general tiene una masa atómica de 12, pero la de su isótopo radiactivo es de 14; el mismo es absorbido por las plantas y animales durante su vida.

Cuando mueren comienza el proceso de fosilización y la transformación de los átomos de carbono 14 en nitrógeno. Midiendo la cantidad de carbono 14 y de nitrógeno que hay en el fósil, se puede conocer la edad aproximada de ese fósil. Este método tiene sus limitaciones y se basa en el tiempo que se puede determinar con este método el cual es de hasta 45.000 o 50.000 años.

Potasio – Argón: por medio de la lenta transformación del isótopo radiactivo potasio en el gas inerte argón se puede determinar la antigüedad de hasta unos 5.000.000 de años.

Uranio – Torio: usa las propiedades de las vidas radiactivas medias del uranio 238 y torio 230. Es de gran utilidad en el periodo 500.000 – 50.000 años antes del presente.

Georges Cuvier.

El trabajo de los paleontólogos

1. Planificación
Antes de salir a buscar fósiles, los paleontólogos deben determinar los objetivos de la expedición. Aquí se debe definir qué se investigará, cuál es el lugar apropiado para buscar, quiénes estarán involucrados, qué elementos emplearán, cómo lo financiarán, etc.

2. Prospección
En esta etapa se busca pero no se extrae. En este sentido, se realiza una exploración para determinar si el lugar cuenta con yacimientos de interés. Además se verifica la geología de la zona en torno al tipo y edad de las rocas.

3. Extracción de fósiles
Dependiendo del tamaño de la pieza se las extrae a mano, con pinzas, o con otras herramientas (cinceles, martillos, pincel) para separarlas de las rocas en las que están incrustadas.
Antes de lavar cualquier resto se hace una cuadricula en el lugar: se divide todo el terreno donde hay fósiles en cuadrados iguales y se hace un dibujo de lo que hay allí. También se sacan fotos.
Algunas veces se elaboran férulas de yeso sobre los restos con el objetivo de transportarlos sin que se rompan o desarticulen las piezas.

4. Limpieza
Requiere de mucha dedicación y cuidado separar el fósil de la roca en que se encuentra. Se debe procurar no dañar la pieza, es una tarea minuciosa que puede llevar años. Esta actividad se realiza en el taller de preparación. En algunas ocasiones, el material es limpiado con ácidos.

5. Análisis
Cuando el material está completamente limpio se realiza un análisis profundo a través de la observación. Las piezas pueden ser examinadas con microscopio o cortes para conocer sus características internas, tomografía computada, etc.

6. Publicación científica
Una vez que se han recopilados suficientes datos se realiza una publicación para dar a conocer el hallazgo.

Descubrimiento de una pieza fósil.

Propiedades y nomenclatura de éteres

Los éteres son utilizados como solventes orgánicos en diversas reacciones de síntesis orgánica, así como en la separación de mezclas y purificación debido a sus propiedades física y químicas.

El dietil éter fue utilizado como anestésico quirúrgico en décadas pasadas, actualmente se prefiere el uso de sustancias cuyos efectos secundarios son menores.
El dietil éter fue utilizado como anestésico quirúrgico en décadas pasadas, actualmente se prefiere el uso de sustancias cuyos efectos secundarios son menores.

Los éteres (R-O–R´) son compuestos oxigenados que se caracterizan por tener dos cadenas carbonadas unidas a un átomo de oxígeno mediante enlaces simples C-O.

Dicho de otra forma, los éteres son el resultado de sustituir los hidrógenos de la molécula de agua por sustituyentes del tipo alquilo y arilo, entre otros.

PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS DE LOS ÉTERES

Los éteres son compuestos polares, ya que la suma de los momentos polares de sus enlaces es diferente de cero, así mismo los dos pares de electrones libres contribuyen a la polaridad de este tipo de compuestos.

Las fuerzas intermoleculares que predominan en los éteres son del tipo dipolo-dipolo. Además, debido a la ausencia de grupos hidroxilos en su estructura, no son capaces de formar enlaces o puentes de hidrogeno por lo cual sus puntos de ebullición son inferiores a los observados en alcoholes con masas molares semejantes.

Los éteres son sustancias más volátiles que los alcoholes.

En cuanto a su comportamiento químico, los éteres son sustancia de baja reactividad si se comparan con otros compuestos oxigenados, de allí que sean utilizados como solventes en diversas reacciones químicas.

Uno de los puntos a favor que presentan los éteres frente a otro solventes orgánicos polares como los alcoholes es que no se comportan como ácidos en presencia de una base fuerte y por tanto pueden ser utilizados en reacciones en medio básico sin riesgo alguno.

NOMENCLATURA DE ÉTERES

Según la nomenclatura funcional, los éteres se denominan al colocar el nombre de los sustituyentes en orden alfabético, seguidos de la palabra éter.

Por otra parte, debido a que los éteres son considerados derivados oxigenados de los alcanos, se pueden nombrar con la denominación del alcano correspondiente a la cadena principal precedido por el nombre del sustituyente alcoxido.

En el caso de los éteres cíclicos el nombre está conformado por el prefijo oxa- seguido del nombre del ciclo correspondiente, cuya numeración inicia en el átomo de oxígeno.

¡RECUERDA!

Las normas generales de nomenclatura orgánica son:

  1. Seleccionar la cadena principal, ésta siempre es la más larga y la que contiene el grupo funcional de mayor prioridad.
  2. Enumerar la cadena principal, para lo cual se asigna la numeración más baja posible al grupo funcional principal y a los sustituyentes e insaturaciones presentes en la estructura.
  3. Identificar y nombrar los sustituyentes presentes.
  4. Los sustituyentes se nombran en orden alfabético, en casos donde los sustituyentes se encuentran repetidos se utilizan prefijos de cantidad que no son considerados al momento de ordenar, por ejemplo: di = 2, tri = 3, tetra = 4, penta = 5, hexa = 6 y así sucesivamente.

¡Aplica lo aprendido!

Indica el nombre del siguiente éter.

  1. Ubicar los sustituyentes y enumerar la cadena principal de los mismos.

 

  1. El sustituyente señalado en azul es un alqueno, el nombre indica la posición del doble enlace seguida del prefijo correspondiente a la cadena principal y el sufijo –enil.

SUSTITUYENTES INSATURADOS

Para nombrar sustituyentes con doble y triple enlace es necesario cambiar los sufijos correspondientes a cada caso, como se indica a continuación:

-Alquenos, se cambia la terminación –eno por –enil.

-Alquinos, se cambia el sufijo –ino por -inil.

  1. El sustituyente señalado en verde tiene a su vez dos radicales iguales, los cuales se deben nombrar indicando la posición y utilizando el prefijo de cantidad correspondiente seguido del nombre de la cadena principal.

  1. Una vez que se nombran ambos sustituyentes, se agrega la palabra “éter” al final para completar el nombre del compuesto.

Los ciclos de la naturaleza

Los ciclos en los ecosistemas son de vital importancia para su funcionamiento, y es que cada ser vivo depende de los nutrientes que éstos le aportan para realizar sus funciones vitales; por lo que una variación en ellos generaría cambios drásticos a corto y largo plazo.

Un ciclo es definido por la Real Academia Española como una “serie de fases por las que pasa un fenómeno periódico”; por lo que al aplicarlo a los ciclos de la naturaleza podemos decir que son eventos o procesos naturales que ocurren continuamente.

Los seres vivos, tanto plantas como animales, están formados por elementos químicos (oxígeno, fósforo, carbono, entre otros) que funcionan como nutrientes esenciales para su funcionamiento normal y además el del ambiente circundante.

Dichos nutrientes se encuentran en las capas de la Tierra (atmósfera, hidrósfera y geósfera) durante un período de tiempo, pero pronto siguen una trayectoria hasta la superficie terrestre (suelo, agua) y a los individuos que en ella se encuentran, para posteriormente regresar a las capas de la Tierra y continuar el ciclo, formando lo que se conoce como ciclos biogeoquímicos.

Los nutrientes van circulando entre la superficie terrestre y las capas de la Tierra a través de diferentes procesos (lluvias, evaporación, condensación, transpiración, etc.).
Ciclos biogeoquímicos
bio”: organismos vivos.
geo”: capas de la Tierra (rocas, aire, agua).
químicos”: elementos químicos.

Si decimos que los nutrientes siguen un ciclo constante en la Tierra, podemos calificarla entonces como un sistema cerrado, en el que los nutrientes están siendo aprovechados primero por los organismos y luego por los ecosistemas o viceversa.

Los ciclos biogeoquímicos de los nutrientes que circulan constantemente en la naturaleza son:

Ciclo del Carbono (C): El carbono es, si se quiere, el elemento principal del esqueleto de las biomoléculas (carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos) que constituyen a los seres vivos; lo encontramos en el aire, en el suelo o disuelto en el agua.

Atmósfera: capa de gas que rodea la Tierra.

Hidrósfera: capas de agua que se encuentran debajo o cubriendo la superficie de la Tierra.

Geósfera: capa de rocas (sólidas o fluidas) que se encuentra en la Tierra.

La forma en la que principalmente se presenta el carbono es como dióxido de carbono (CO2).

El dióxido de carbono (CO2) que se encuentra en la atmósfera es utilizado por las plantas para realizar la fotosíntesis. De igual forma, durante la respiración éstas tomarán oxígeno para convertirlo en moléculas de CO2 que serán devueltas a la atmósfera.

La superficie terrestre, específicamente el suelo, presenta grandes cantidades de carbono producto de la descomposición de los desechos orgánicos de plantas y animales (excremento, hojas secas, etc.); de este proceso de descomposición realizado principalmente por bacterias, se produce CO2.

En el subsuelo, por su parte, existen los llamados combustibles fósiles, que no son más que yacimientos de carbón, gas natural y petróleo. Al extraerlos del suelo y realizar la combustión desprenden CO2 como un subproducto.

Las rocas, la acción de las industrias, los vehículos, las erupciones volcánicas y los incendios son fuentes de carbono, que es liberado a la atmósfera para que continúe el ciclo.

Ciclo del carbono.
En la naturaleza se presentan varios ciclos geoquímicos.

Ciclo del Oxígeno (O2): Este ciclo va de la mano del ciclo del carbono, ya que, producto de la fotosíntesis, a pesar de que se invierte CO2, se produce oxígeno que es liberado a la atmósfera. Caso contrario al proceso de respiración, donde se consume oxígeno por los animales y plantas.

¿Sabías qué...?
El dióxido de carbono representa el 0,03% de los compuestos gaseosos que están presentes en la atmósfera.

El oxígeno es indispensable para los seres vivos, debido a ello lo podemos encontrar como parte de las siguientes moléculas:

Ciclo del oxígeno.

Ciclo del agua o ciclo hidrológico: El 71 % de la superficie terrestre y el 65-75 % del peso corporal del hombre está formado por agua, por lo que la circulación de esta molécula es de gran importancia en los ecosistemas.

En la Tierra la podemos encontrar en forma líquida, sólida (glaciares, iceberg) o en forma de vapor, dependiendo de la fase del ciclo en la que se encuentre.

El ciclo del agua está condicionado principalmente por la energía emitida por el Sol y por la fuerza de gravedad.

En la atmósfera el agua se encuentra en forma de vapor (gas) proveniente de la transpiración de las plantas, animales y de la evaporación de esta en los océanos. Cuando desciende la temperatura, este vapor de agua se condensa y se forman las nubes, las cuales llegado el momento precipitan a la superficie terrestre (ríos, lagos, mares, suelo) en forma de granizo, nieve o lluvia.

En este punto el agua presente en la superficie se infiltra en el subsuelo, originando depósitos de aguas subterráneas, también puede evaporarse por el calor generado por acción del sol a medida que sigue su trayectoria hacia los océanos.

Ciclo del Nitrógeno (N): El nitrógeno es uno de los componentes principales de los aminoácidos, constituyentes de las proteínas de todos los seres vivientes; aunque este elemento se encuentra en gran abundancia en la atmósfera no es tan sencillo de aprovechar por los organismos vivos, debido a su carácter inerte (no es químicamente reactivo puesto que posee sus capas de valencia saturadas).

Ciclo del nitrógeno.

Sin embargo, para poder emplearlo, la naturaleza ha evolucionado de tal forma que el nitrógeno atmosférico debe fijarse en el suelo con otros elementos, ya sea por acción de un grupo de bacterias especializadas (de vida libre o asociadas a raíces de las plantas) o en menor medida por acción de los relámpagos.

Para esto las bacterias presentes en el suelo convierten parte del nitrógeno que se encuentra en los desechos de los animales y plantas (excremento, hojas secas, etc.) en proteínas, y los restos de nitrógeno lo liberan al suelo en forma de amoniaco (NH3) o amonio (NH4+), proceso conocido como amonificación; o como nitrato (NO3) , generando la nitrificación.

En dicho caso, el nitrato es absorbido por las plantas para formar las proteínas que servirán de alimento a los animales. Posteriormente este nitrógeno regresa al suelo a través de los desechos de los animales o al morir éstos, y vuelven a la atmósfera producto de la desnitrificación, proceso en el que las bacterias transforman el nitrato en nitrógeno gaseoso.

Bacterias como Enterobacter, Rhizobium y Klebsiella transforman el nitrógeno para que este pueda ser aprovechado por plantas y animales.

Ciclo del Fósforo (P): El fósforo a diferencia de los elementos químicos anteriores, no se encuentra en la atmósfera sino más bien en el suelo, específicamente en las rocas o sedimentos en forma de fosfato inorgánico (Pi). Allí, como producto de la erosión por el agua, es liberado y tomado por los productores primarios (plantas, bacterias) para formar biomoléculas, las cuales servirán de alimento para organismos superiores, que podrán incorporar de esta forma el fósforo a su sistema, el cual posteriormente regresará al suelo cuando estos organismos mueran.

La degradación y transporte del suelo (erosión) proporciona el medio ideal para la movilización del fosfato inorgánico (Pi) a los diferentes ecosistemas.
Sedimento: partículas de rocas o suelo que son arrastrados por el agua y que tienden a depositarse en ríos, lagos, mares, océanos.

En la naturaleza, los nutrientes nunca se encuentran distribuidos de forma homogénea ni se encuentran presentes en la misma forma química en todo el ecosistema; he aquí donde radica la importancia de los ciclos para el ecosistema y para los seres vivos que lo componen.

Actualmente los avances en las actividades humanas han generado desequilibrios en la proporción de estos elementos y sus diferentes formas químicas presentes en los ecosistemas, trayendo como consecuencia el calentamiento global, que no es más que el aumento de la temperatura de la Tierra.

¿Sabías qué...?
La mayor cantidad de agua en la Tierra se encuentra en los mares y océanos (95 %).

Las actividades humanas que contribuyen con el desequilibrio en la dinámica de los ciclos biogeoquímicos son: la deforestación, algunas actividades agrícolas (principalmente por el uso de fertilizantes), emanación de gases por las industrias y los automóviles, vertidos de aguas contaminadas (sin tratamiento) a los ecosistemas acuáticos, entre otras.

Una de las mayores consecuencias del aumento de la temperatura es el derretimiento acelerado de los glaciares y icebergs, lo que genera un aumento del nivel del mar.
Los productos químicos (fertilizantes) utilizados en la agricultura aceleran y alteran el flujo del carbono y el nitrógeno a la atmósfera.

Estas actividades no sólo causan variaciones en los ciclos, sino también en los organismos (plantas, animales, bacterias) que los necesitan para realizar sus funciones vitales.

Los animales dependen de los ciclos biogeoquímicos para realizar sus funciones vitales.

Abono

Para que las plantas crezcan prósperamente necesitan elementos químicos diferentes, como el fósforo, el nitrógeno o el hidrógeno. Estos se encuentran en los suelos de manera natural, sin embargo, para que un cultivo crezca rápidamente, se deben agregar ciertas sustancias, por ejemplo, los abonos.

¿Qué son los abonos?

Un fertilizante o abono es una sustancia natural o artificial que contiene los elementos químicos que mejoran el crecimiento y la productividad de las plantas. Los fertilizantes mejoran la fertilidad natural del suelo o reemplazan los elementos químicos tomados del suelo por cultivos anteriores.

Los fertilizantes son utilizados desde lugares como pequeños jardines hasta grandes zonas de cultivo.

Para que una planta crezca y prospere, necesita una cantidad de elementos químicos diferentes. Los más importantes son:

  • Carbono
  • Hidrógeno
  • Oxígeno
  • Nitrógeno
  • Fósforo
  • Potasio
  • Azufre
  • Calcio
  • Magnesio

Sin embargo, en menor proporción, también necesitan nutrientes como el boro, cobalto, cobre, hierro, manganeso, molibdeno y zinc.

Los nutrientes más importantes para las plantas son el fósforo, el nitrógeno y el potasio.

Si alguno de los nutrientes falta o es difícil de obtener del suelo, se limitará la tasa de crecimiento de la planta. En la naturaleza, el nitrógeno, el fósforo y el potasio a menudo provienen de la descomposición de las plantas que han muerto, en el caso específico del nitrógeno, el reciclaje de plantas muertas a plantas vivas suele ser la única fuente de nitrógeno en el suelo.

Para que las plantas crezcan rápidamente, ese deben suministrar los elementos que necesitan en formas fácilmente disponibles, ese es el objetivo de los fertilizantes. La mayoría de los fertilizantes suministran sólo nitrógeno, fósforo y potasio porque los otros químicos son necesarios en cantidades mucho menores y generalmente están disponibles en la mayoría de los suelos.

¿Cuáles son los tipos de abono?

Fertilizantes orgánicos

Los fertilizantes orgánicos son aquellos que generalmente están hechos de ingredientes individuales que por lo general se encuentran en la naturaleza. Los fertilizantes orgánicos agregan sustancias, las cuales, a causa de la humedad y los organismos beneficiosos que están en el suelo, son descompuestas en nutrientes que luego la planta puede adquirir fácilmente.

Los tipos de fertilizantes orgánicos pueden provenir de fuentes vegetales, animales o minerales:

  • Fertilizantes orgánicos a base de plantas: se descomponen más rápido que otros fertilizantes orgánicos. Dentro de este tipo de fertilizantes se pueden destacar, el de harina de alfalfa o el compost, los cuales ayudan a agregar drenaje y retención de humedad a los suelos pobres.
¿Sabías qué...?
El compost es un tipo de fertilizante orgánico compuesto por estiércol, residuos sólidos y residuos agropecuarios, entre otros. Estos componentes se someten a un proceso de fermentación llamado compostaje que permite la liberación de nutrientes.
Otros fertilizantes a base de plantas incluyen: harina de semilla de algodón, melaza o cultivos de cobertura de legumbres.
  • Fertilizantes orgánicos a base de animales: dentro de este grupo destacan el estiércol, harina de huesos o harina de sangre. La función de estos fertilizantes es añadir gran cantidad de nitrógeno al suelo. Es ideal para plantas frondosas y un crecimiento fuerte.
La harina de sangre se hace a base de sangre animal cocida.
  • Fertilizantes orgánicos minerales: pueden agregar nutrientes al suelo, así como aumentar o disminuir el nivel de pH, cuando sea necesario, para un crecimiento saludable de las plantas.

Fertilizantes inorgánicos

Los fertilizantes inorgánicos, también conocidos como fertilizantes sintéticos, se fabrican artificialmente y contiene minerales o productos químicos sintéticos. Por ejemplo, los fertilizantes nitrogenados sintéticos generalmente están hechos de petróleo o gas natural.

Los fertilizantes inorgánicos, aunque son muy eficaces, a la larga pueden provocar daños en el suelo.

Los fertilizantes inorgánicos equilibrados son usados por su alto en macronutrientes, comúnmente incluyen productos como el nitrato de amonio, sulfato de amonio, cloruro de potasio, superfosfato triple y sulfato de magnesio.

¿Abonos simples o abonos compuestos?

Los abonos simples son aquellos que están compuestos por un solo nutriente principal, por ejemplo:

  • Nitrogenados: el elementos que contienen en mayor proporción es el nitrógeno, la urea es un ejemplo perfecto, contiene 46 % de nitrógeno.
  • Fosfatos: el elemento principal es el fosforo, el superfosfato triple tiene 46 % de P2O5.
  • Potasas: el elemento principal es el potasio, por ejemplo, el cloruro de potasio, el cual tiene 60 % de K2

Por otro lado, los abonos compuestos son los que tienen más de un nutriente principal y algún nutriente secundario. Por ejemplo, el fosfato diamónico, que contiene nitrógeno y fósforo como elementos principales.

Ventajas del abono

orgánico El abono orgánico al ser de origen natural es más amigable con los suelos que el abono sintético, entre sus ventajas están: fácil elaboración, promueven la recuperación de la materia orgánica del suelo, aumentan la actividad microbiana y gracias a ellos los residuos orgánicos son reciclados.

Ciclos biogeoquímicos

Los seis elementos más comunes asociados con las moléculas orgánicas como el carbono, el hidrógeno, el nitrógeno, el oxígeno, el fósforo y el azufre, toman una variedad de formas químicas y pueden existir durante largos períodos en la atmósfera, en tierra, en agua o debajo de la superficie terrestre.

Procesos geológicos como la erosión, el drenaje de agua, el movimiento de las placas continentales y la meteorización, están involucrados en el ciclo de elementos en la Tierra. El reciclaje de materia inorgánica entre los organismos vivos y su medio ambiente se denomina ciclo biogeoquímico.

El término biogeoquímico proviene de los procesos biológicos, geológicos y químicos que causan la transferencia de materia.

Los ciclos biogeoquímicos pueden clasificarse como gaseosos, en los que el reservorio es el aire o los océanos (por evaporación) y sedimentarios, en el que el yacimiento es la corteza terrestre. Los gaseosos tienden a moverse más rápidamente que los sedimentarios y se ajustan más fácilmente a los cambios en la biosfera debido al gran reservorio atmosférico.

Ciclo del agua

Una molécula muy significativa en nuestro planeta que recorre los ecosistemas es la molécula de agua (H2O). Si bien generalmente se trata del ciclo del agua como los diversos estados que presenta la misma, al menos algunas moléculas de agua son absorbidas por las plantas y se dividen en átomos de hidrógeno y oxígeno; este último se libera en la atmósfera como oxígeno molecular (O2). Así, en virtud de los organismos fotosintéticos, el ciclo del agua es una parte importante de los ciclos del oxígeno y del hidrógeno.

La mayor parte del agua se encuentra en los océanos y las capas polares, aunque el agua también está presente en lagos y ríos de agua dulce, el cuerpo de los organismos y en el suelo como agua subterránea.

El agua se mueve entre los depósitos de almacenamiento por medio de la evaporación, la precipitación y por escurrimiento de la tierra.

El ciclo de sedimentación es una extensión del ciclo hidrológico. El agua transporta material de la tierra al océano, donde se añaden como sedimentos. El ciclo de sedimentos incluye la erosión física y química, el transporte de nutrientes y la formación de sedimentos a partir de los flujos de agua.

El ciclo de sedimentos está ligado con el flujo de seis elementos importantes, que son el hidrógeno, el carbono, el oxígeno, el nitrógeno, el fósforo y el azufre. Estos elementos, también conocidos como macroelementos, constituyen el 95 % de todos los seres vivos. El equilibrio de estas moléculas es necesario para sostener la vida.

Ciclo del carbono

El carbono es uno de los elementos más importantes para los organismos vivos, como lo demuestra su abundancia y presencia en todas las moléculas orgánicas. El ciclo del carbono ejemplifica la conexión entre los organismos en varios ecosistemas. El carbono se intercambia entre los heterótrofos y los autótrofos dentro y entre los ecosistemas principalmente a través del CO2 atmosférico, una versión completamente oxidada del carbono que sirve como bloque básico para que los autótrofos puedan construir moléculas orgánicas de alta energía como la glucosa.

¿Sabías qué...?
La liberación mundial de carbono a través de las actividades humanas ha aumentado de 1 billón de toneladas al año en 1940 a 6,5 millones de toneladas en el año 2000.

Los fotoautótrofos y los quimioautótrofos aprovechan la energía del Sol y de los compuestos químicos inorgánicos para unir los átomos de carbono y transformarlos en compuestos orgánicos reducidos cuya energía se puede absorber posteriormente a través de los procesos de respiración y fermentación.

Ciclo del carbono

Ciclo del nitrógeno

En el suelo, así como en las raíces de ciertas plantas, el nitrógeno es fijado por bacterias, rayos y radiación ultravioleta.

Las bacterias fijan el nitrógeno elemental en una forma que puede ser usada por los organismos.

Ciertas bacterias toman las formas en las que se fijó el nitrógeno y posteriormente lo procesan. Este proceso que se conoce como oxidación proporciona energía para que el ciclo del nitrógeno tenga lugar. Las plantas absorben nitratos o iones de amonio del suelo y los convierten en compuestos orgánicos; por su parte, los animales obtienen nitrógeno mediante el consumo de plantas u otros animales.

Los residuos de los animales contienen nitrógeno; por lo tanto, independientemente de la forma de excreción del animal, algún nitrógeno se libera de nuevo en el ecosistema a través de este proceso.

Muchos problemas ambientales son causados por la interrupción del ciclo del nitrógeno gracias a la actividad humana, desde la producción de smog troposférico hasta la perturbación del ozono estratosférico y la contaminación del agua subterránea. Un ejemplo de uno de los problemas causados es la formación de gases de efecto invernadero.

Ciclo de Azufre

El azufre es un elemento esencial para las macromoléculas de los seres vivos. Varios grupos de microorganismos son responsables de llevar a cabo los procesos implicados en el ciclo del azufre.

El ciclo del azufre contiene tanto procesos atmosféricos como terrestres.

Dentro de la porción terrestre, el ciclo comienza con el desgaste de las rocas, lo que hace que el azufre almacenado se libere; luego entra en contacto con el aire donde se convierte en sulfato. El sulfato es absorbido por plantas y microorganismos y se convierte en formas orgánicas; los animales consumen estas formas orgánicas a través de los alimentos, de tal manera que es movido a través de la cadena alimentaria. A medida que los organismos mueren y se descomponen, se libera de nuevo como sulfato y algunos entran en los tejidos de los microorganismos. También hay una variedad de fuentes naturales que emiten azufre directamente en la atmósfera, donde se incluyen las erupciones volcánicas, la descomposición de materia orgánica en pantanos y la evaporación del agua.

El azufre eventualmente se instala en la Tierra. Una pérdida continua de este elemento ocurre a través del drenaje en lagos y arroyos, y ocasionalmente en océanos. Dentro del océano se realizan algunos ciclos de azufre a través de las comunidades marinas, que se mueven a través de la cadena alimentaria; una parte de éste es emitida de nuevo a la atmósfera por la evaporación, el restante se pierde en las profundidades del océano, donde se combina con el hierro para formar el sulfuro ferroso que es el responsable del color negro de la mayoría de los sedimentos marinos.

Una tercera parte de todo el azufre que llega a la atmósfera proviene de las actividades humanas.

Ciclo del fósforo

El fósforo es un elemento importante para todas las formas de vida. Como fosfato, constituye una parte importante del marco estructural que mantiene el ADN y el ARN juntos. Al igual que el calcio, el fósforo es importante para los vertebrados; en el cuerpo humano, el 80 % del fósforo se encuentra en los dientes y huesos.

El ATP contiene tres moléculas de fosfato que requieren fósforo.

El ciclo de fósforo difiere de los otros ciclos biogeoquímicos en que no incluye una fase gaseosa; aunque pequeñas cantidades de ácido fosfórico pueden llegar a la atmósfera, lo que contribuye, en algunos casos, a la lluvia ácida. Muy poco fósforo circula en la atmósfera porque a las temperaturas y presiones normales de la Tierra, el fósforo y sus diversos compuestos no son gases. El fósforo se mueve en un ciclo a través del agua, el suelo, los sedimentos y los organismos, pero el mayor reservorio de fósforo está en la roca sedimentaria.

Los cambios en el ciclo del fósforo no tienen efectos directos sobre el clima, pero su disponibilidad condiciona la actividad vegetal y microbiana en los ecosistemas.

Con el tiempo, la lluvia y la intemperie causan que las rocas liberen iones de fosfato y otros minerales. Este fosfato inorgánico se distribuye entonces en el suelo y en el agua.

Las plantas absorben fosfato inorgánico del suelo y pueden ser consumidas por los animales; una vez en la planta o el animal, el fosfato se incorpora en moléculas orgánicas como el ADN. Cuando la planta o el animal mueren, se descomponen por la acción de bacterias, el fosfato orgánico se devuelve al suelo y puede estar disponible nuevamente para las plantas. Este proceso se conoce como mineralización.

El fósforo en el suelo puede terminar en los cursos de agua y eventualmente en los océanos. Una vez allí, se puede incorpora con el tiempo a los sedimentos.

El mismo proceso ocurre dentro del ecosistema acuático. El fósforo no es muy soluble, se une fuertemente a las moléculas en el suelo y alcanza principalmente las aguas donde viaja con las partículas de suciedad. Los fosfatos también entran en las vías fluviales a través de escurrimientos de fertilizantes, filtraciones de aguas residuales, depósitos minerales naturales y desechos de otros procesos industriales.

Aunque obviamente es beneficioso para muchos procesos biológicos, en aguas superficiales una concentración excesiva de fósforo se considera un contaminante. El fosfato estimula el crecimiento excesivo del plancton y las plantas, que tienden a consumir grandes cantidades de oxígeno disuelto, lo que potencialmente sofoca a los peces y otros animales marinos, al mismo tiempo que bloquea la luz solar disponible para las especies que habitan en el fondo. Esto se conoce como eutrofización.

Contaminación

Las actividades humanas han aumentado considerablemente los niveles de CO2 en la atmósfera y los niveles de nitrógeno en la biosfera. Los ciclos biogeoquímicos alterados combinados con el cambio climático aumentan la vulnerabilidad de la biodiversidad, la seguridad alimentaria, la salud humana y la calidad del agua.

El peso molecular

Peso molecular de un compuesto químico es la suma de los pesos atómicos de los elementos que constituyen la molécula de ese compuesto.

Mediante un ejemplo precisaremos el concepto y mostraremos cómo se calcula el peso molecular de un compuesto (cuando se conoce con certeza su fórmula) a partir de los pesos atómicos de sus elementos constituyentes.

Ejemplo:

1) Hallar el peso molecular del carbonato de calcio, CaCO3.

Escribiremos PM (CaCO3) o simplemente PM para representar el peso molecular del carbonato de calcio y PA(Ca), PA(C) y PA(O) para representar, respectivamente, los pesos atómicos del calcio, el carbono y el oxígeno. Será:

PM= PA(Ca) + PA(C) + 3 PA(O)

Esto es porque la molécula de CaCO3 contiene un átomo de Ca, uno de C y tres de O.

Consultando la tabla de pesos atómicos encontramos que:

PA(Ca) = 40,08

PA (C) = 12,011

PA (O) = 15,999

Por lo tanto,

PM= 40,08 +12,011 +3·15,999 = 100,088

El peso molecular se refiera a la suma de los pesos atómicos de un compuesto.

Determinación experimental de los pesos moleculares

Del concepto de peso atómico se deduce que al considerar las reacciones entre todos los elementos podían encontrase relaciones similares a la relación PC = 3/7 . PSi, con lo que resultaría posible expresar todos los pesos atómicos en función del peso atómico de un elemento cualquiera, que podríamos escoger a voluntad.

Sin embargo, para los químicos de principios del s. XIX el problema era que en general no conocían las fórmulas de los compuestos y por lo tanto no podían estar seguros de si los elementos reaccionaban átomo a átomo o no, con lo cual se hacía imposible establecer con certeza relaciones entre los pesos de sus átomos.

Dalton supuso erróneamente que cuando dos elementos se combinan para dar un compuesto siempre lo hacen átomo a átomo. Así, en el caso del agua pensó que su fórmula era HO y, como había hallado experimentalmente que el hidrógeno y el oxígeno se combinan para formar agua en una proporción ponderal de 1:7 (la verdadera proporción es 1:7,9365, pero este error experimental es comprensible para la época), concluyó que el peso atómico del oxígeno expresado en la escala del hidrógeno es 7 (hoy sabemos que la fórmula del agua es H2O, por lo que el peso atómico del oxígeno, expresado en función del peso atómico del hidrógeno, es realmente 2·7,9365 = 15,873).

El problema de establecer los pesos atómicos de los elementos no pudo así resolverse hasta que se hallaron métodos prácticos para determinar por vía experimental los pesos moleculares de sus compuestos. Los métodos experimentales para la determinación de pesos moleculares son aplicables a sustancias en estado gaseoso y a solutos en disolución. La determinación del peso molecular de un gas se basa en la ecuación de estado de los gases ideales, por lo que es preciso conocer la masa de sustancia gaseosa contenida en un determinado volumen, así como ese mismo volumen y la presión y la temperatura a que se encuentra el gas. Como estas dos últimas variables son directamente medibles, lo que se determina realmente es la masa de la sustancia contenida en un volumen que se puede conocer.

Para conocer el peso molecular de sustancias sólidas se recurre a su disolución en agua o en otro líquido. Toda una serie de propiedades de las disoluciones dependen del número de moléculas que contienen disueltas en un peso dado de disolvente (propiedades coligativas), de manera que es posible calcular el peso molecular del soluto a partir, por ejemplo, del descenso del punto de congelación (crioscopia) o bien del aumento del punto de ebullición (ebulloscopia) de la disolución en relación al punto respectivo del disolvente puro.

 

Para conocer el peso molecular de sustancias sólidas se recurre a su disolución en agua o en otro líquido.

Los alcanos

Los alcanos son compuestos que están formados solo por enlaces entre átomos de carbono e hidrógeno. Comúnmente se los suele llamar también hidrocarburos.

El alcano más simple es el metano, cuya fórmula molecular es CH4. Admitiendo la tetravalencia del carbono y la monovalencia del hidrógeno, solamente es posible una estructura para el metano:

El alcano con dos átomos de carbono, el etano, tiene por fórmula molecular C2H6. Su fórmula estructural es:

Cuando el número de átomos de carbono es n, su fórmula molecular es CnH2n+2. Los alcanos pueden suponerse derivados del metano por sustitución sucesiva de un hidrógeno por un grupo metilo, CH3.

Los alcanos pueden ser de cadena lineal o de cadena ramificada. En la cadena normal cada átomo de carbono está unido directamente a lo sumo a otros dos, es decir, los carbonos son primarios o secundarios; en las cadenas ramificadas existen también átomos de carbono terciarios o cuaternarios:

 

El metano es el alcano más simple.

Una cadena ramificada se puede considerar como una cadena normal en la que la parte de sus átomos de hidrógeno han sido sustituidos por grupos CnH2n+1, que se denominan cadenas laterales.

Dado que la fórmula estructural desarrollada ocupa mucho espacio, para los alcanos de cadena larga se acostumbra usar la fórmula estructural abreviada, que se escribe poniendo entre paréntesis las cadenas laterales (y los sustituyentes) para indicar que esos átomos o grupos están directamente unidos al átomo de carbono precedente no escrito entre paréntesis. Por ejemplo, la última fórmula que hemos escrito en forma desarrollada, en forma abreviada se escribiría:

CH3 CH(CH3)CH2 C(CH3)3

Nomenclatura de los alcanos

Los primeros químicos nombraban en general los compuestos haciendo referencia a su origen. Esto dio lugar a una nomenclatura vulgar que, en muchos casos, aún se emplea. A medida que fue aumentando el número de compuestos orgánicos conocidos se fue haciendo evidente la necesidad de sistematizar la nomenclatura, de manera que el nombre de un compuesto reflejara su estructura. La nomenclatura actual se basa en la establecida en el Congreso de Química de Ginebra de 1892 (nomenclatura de Ginebra), que ha sido revisada repetidas veces, siendo las últimas reglas las que recomendó en 1957 la Comisión de Nomenclatura de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC). En esta obra seguiremos el sistema de la IUPAC, aunque usaremos nombres vulgares cuando éstos estén muy arraigados.

Los cuatro primeros alcanos tienen nombres especiales (relacionados con su historia); a partir del quinto término se nombran según el prefijo griego o latino correspondiente al número de átomos seguido de la terminación -ano.

Los alcanos de cadena normal se indican colocando una n delante del nombre (n-butano) cuando se los quiere diferenciar de los que tienen el mismo número de átomos de carbono pero cadena ramificada en el primer enlace, a los que se antepone el prefijo iso- (iso-butano).

Los radicales monovalentes que se forman eliminando un átomo de hidrógeno de un carbono extremo de un alcano se denominan radicales alquilo. El nombre de cada radical se obtiene cambiando el sufijo -ano del nombre del alcano por -ilo, o bien por -il si el nombre del radical antecede en el nombre del compuesto (por ejemplo, el radical metilo o metil es CH3).

Para nombrar a los hidrocarburos ramificados se elige la cadena más larga y el compuesto se nombra como derivado de ese alcano de cadena normal. La cadena de carbonos se numera de un extremo a otro, eligiendo empezar por el extremo que permita que los números usados para ubicar las cadenas laterales sean lo más bajos posible. Por ejemplo, el 2-etil-3-metil-pentano sería:

Al examinar las fórmulas de los alcanos se observa que dos cualesquiera de ellos se diferencian en uno o más CH2. Una serie de compuestos en la que, como en las parafinas, los sucesivos términos se diferencian en un CH2 se denomina serie homóloga, denominándose homólogos los términos de la misma.

Los constantes físicas (densidad, solubilidad, punto de fusión, índice de refracción, etc.) de los términos de una misma serie homóloga suelen variar de un modo continuo con el aumento del peso molecular, sobre todo los puntos de fusión y de ebullición.

Propiedades generales de los alcanos

Las propiedades físicas de los alcanos siguen la gradación propia de los términos de una serie homóloga. Los cuatro primeros términos de los alcanos normales son gaseosos, del 5 al 16 son líquidos y los términos superiores, sólidos. Son incoloros e inodoros, insolubles en agua, miscibles entre sí y fácilmente solubles en disolventes orgánicos, tales como éter, sulfuro de carbono, benceno, etc. Fácilmente combustibles, arden con llama tanto más luminosa cuanto mayor es el número de carbonos de su molécula. Son estables y químicamente inertes puesto que a temperatura ambiente no son atacados por los ácidos ni las bases fuertes; ésta es la razón por la que se les denomina también parafinas (poca afinidad). Los halógenos se combinan con ellos por sustitución, formándose el derivado halogenado y el hidrácido correspondiente. Así, el metano reacciona con gas cloro dando cloruro de metilo y cloruro de hidrógeno:

CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl

El proceso puede proseguir hasta la sustitución de todos los hidrógenos por átomos de Cl, formándose tetracloruro de carbono.

El alcano más importante es el metano, que es muy estable, ya que sólo empieza a descomponerse por encima de los 600 °C.

Los alcanos son incoloros, inoloros e insolubles en agua.

Estado natural de los alcanos

Los alcanos son compuestos muy abundantes en la naturaleza. El primer término de la serie, el metano, se desprende en los pantanos como producto de la descomposición de sustancias orgánicas por acción de bacterias anaerobias (es decir, en ausencia de aire); de ahí su antiguo nombre de gas de los pantanos. También se desprende en las minas de carbón (grisú), donde puede provocar peligrosas explosiones. Es el principal componente del gas natural, cada día más utilizado por ser un combustible limpio y de elevado poder calorífico. Los demás alcanos se hallan contenidos en el gas natural y en el petróleo, del que pueden obtenerse muchos hidrocarburos saturados por destilación fraccionada. El propano y el butano son constituyentes del gas natural y del gas de los pozos petrolíferos, de los cuales se pueden separar por fraccionamiento. Se utilizan como combustibles, comercializándose licuados bajo presión en bombonas, a diferencia del gas natural, que se suministra por cañerías.