Reacciones Químicas: Conceptos Fundamentales y Tipos

Las reacciones químicas son procesos de transformación de la materia.

Representación de Reacciones Químicas

La forma de representar las reacciones escritas es mediante la ecuación química, que muestra los reactivos y los productos.

Clasificación de Reacciones Químicas

Según la Energía (Termoquímica)

• Exergónicas: Liberan energía.
• Endorgónicas: Necesitan aporte de energía.

Según Reactivos y Productos

• Ácido-Base.
• Óxido-Reducción (Redox).

Según la Sustancia

• Síntesis.
• Degradación (Descomposición).

Energía y Termoquímica

La energía en las reacciones químicas está relacionada con la fuerza que mantiene unidos a los átomos en la molécula. A mayor energía, mayor fuerza de enlace.

La Termoquímica estudia los intercambios de calor que se producen mediante la transformación química.

• Reacción Endotérmica: Se produce con absorción de calor. Necesita un aporte de energía continuo; es preciso calentar los reactivos para que se produzca.
• Reacción Exotérmica: Se produce con desprendimiento de calor, evidenciándose muchas veces la emisión de luz.

Ejemplo: La cocción de alimentos utiliza energía calórica. Ocurren reacciones que necesitan calor, el cual se libera en la reacción de combustión del gas de la cocina.

Procesos Bioquímicos Fundamentales

Fotosíntesis (Reacción de Síntesis)

En la fotosíntesis, los compuestos inorgánicos se transforman en compuestos orgánicos.

Etapas de la Fotosíntesis

1. Fase Lumínica (dependiente de la luz): Necesita la presencia de luz. Ocurre la ruptura de la molécula de agua y la liberación de oxígeno.
2. Fase Oscura (independiente de la luz): Sin presencia directa de luz. Ocurre la fijación del CO₂ y la formación de materia orgánica (glucosa). El CO₂ y los H⁺ se unen para formar glucosa (C₆H₁₂O₆). La energía lumínica se transforma en energía química.

Ecuación General de la Fotosíntesis

6CO₂ + 12H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O

Respiración Celular

La respiración celular permite a los seres vivos aprovechar la energía contenida en los nutrientes para cumplir sus funciones vitales. Es un proceso catabólico de degradación de nutrientes.

La oxidación de la glucosa es una reacción química indispensable para la obtención de energía. La energía liberada en los enlaces químicos es aprovechada por los seres vivos, y otra parte se libera en forma de calor.

Relación entre Respiración Mecánica y Celular

Respiración Mecánica	Respiración Celular
Ingreso de oxígeno (Inspiración)	Oxidación de glucosa
Salida de CO₂ (Espiración)	Productos: CO₂, H₂O, ATP

Etapas de la Respiración Celular

1. Glucólisis.
2. Ciclo de Krebs.
3. Cadena Respiratoria.

Ecuación General de la Respiración Celular

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + ATP (Energía)

Fermentación (Respiración Anaeróbica)

Mientras que la respiración celular ocurre en presencia de oxígeno, la fermentación ocurre en ausencia de este.

• Fermentación Láctica: Realizada por bacterias lácticas y células musculares.
• Fermentación Alcohólica: Realizada por levaduras.

Reacciones de Óxido-Reducción (Redox)

Una reacción de óxido-reducción se produce cuando una sustancia cede o gana electrones. Cuando un elemento se oxida, siempre hay otro que se reduce.

• Oxidación: Reacción en la cual los átomos ceden electrones (a menudo implica la participación del oxígeno).
• Reducción: Transformación química en la cual los átomos ganan electrones.

Agentes Redox

• Agentes Oxidantes: Sustancias que realizan la oxidación de otra (ej. el oxígeno, que interviene en procesos espontáneos de corrosión de metales y en las combustiones).
• Agentes Reductores: Sustancias que realizan la reducción de otras (ej. el hidrógeno, utilizado en reacciones de hidrogenación de compuestos orgánicos).

Tipos de Reacciones Redox

• Síntesis.
• Descomposición (una sola sustancia se rompe produciendo dos o más).
• Combustión (ciertas sustancias arden en presencia de oxígeno, liberando luz y calor).
• Sustitución (un átomo es sustituido por otro).

Reacciones Ácido-Base y Escala de pH

Definiciones de Ácido y Base

• Ácido: Sustancia que, en solución acuosa, cede cationes hidrógeno (H⁺). Ejemplos: limón, vinagre, jugo gástrico.
• Base: Sustancia que debe poder ceder aniones hidróxido (OH⁻) en solución acuosa, o que es capaz de incorporar un átomo de hidrógeno ionizado. Poseen grupos hidróxidos unidos a un metal.

El carácter ácido de una sustancia está vinculado con la presencia de hidrógeno.

Concepto y Escala de pH

El pH (Potencial de Hidrógeno) permite determinar, a través de una escala, si una sustancia es ácida o básica (alcalina).

La escala de pH se mide con un indicador (como el papel de tornasol), que cambia de color según el pH:

• pH < 7: Ácido (el indicador se vuelve rojo).
• pH = 7: Neutro.
• pH > 7: Básico o Alcalino (el indicador se vuelve azul).

Bioelementos y Biomoléculas: La Química de la Vida

Bioelementos

Los bioelementos son los elementos químicos que constituyen a los seres vivos, combinados de diferentes maneras. Los principales son: Carbono, Hidrógeno, Oxígeno, Nitrógeno, Fósforo y Azufre.

Clasificación de Bioelementos

• Bioelementos Primarios (CHONPS): Forman el 99% del ser humano.
• Bioelementos Secundarios: Esenciales para el organismo en menor proporción (ej. Calcio, Sodio, Potasio, Magnesio, Yodo, Hierro).

Biomoléculas

Las principales moléculas que forman el organismo se denominan biomoléculas o moléculas de importancia biológica.

Clasificación de Biomoléculas

• Moléculas Orgánicas (Compuestos del Carbono): Se caracterizan por tener un esqueleto o estructura formada por cadenas de átomos de carbono enlazados entre sí. Ejemplos: Proteínas, Lípidos, Hidratos de Carbono, Ácidos Nucleicos, Vitaminas.
• Moléculas Inorgánicas: Ejemplos: Agua, Dióxido de Carbono, Sales Minerales.

Conceptos Estructurales

• Monómero: Cada una de las unidades que componen las grandes moléculas.
• Polímero: El producto que resulta de la unión de monómeros.

Funciones de las Biomoléculas

1. Estructural: Materiales de construcción utilizados para la formación, funcionamiento y reemplazo de estructuras dañadas.
2. Energética: Almacenan y aportan la energía necesaria para mantener la organización y el funcionamiento del organismo.
3. Reguladora: Controlan y regulan las reacciones químicas en las que intervienen.

Biomoléculas y sus Unidades Monoméricas

Biomolécula	Unidad Monomérica
Carbohidratos	Monosacárido
Proteínas	Aminoácido
Lípidos	Ácido Graso
Ácidos Nucleicos	Nucleótido

Profundización en Hidratos de Carbono (Carbohidratos)

Desde el punto de vista químico, los hidratos de carbono están formados por Carbono, Hidrógeno y Oxígeno.

La función energética la tienen los hidratos de carbono por excelencia (a corto plazo), pero también son constituyentes de paredes celulares.

Clasificación y Ejemplos

• Monosacáridos: Son los glúcidos más simples (monómeros). Están formados por moléculas que contienen entre tres y ocho átomos de carbono. Ejemplo: Glucosa.
• Disacáridos: Formados por dos monosacáridos (ej. Lactosa y Sacarosa).
• Trisacáridos: Tres moléculas de monosacáridos.
• Polisacáridos: Son polímeros, unidos por centenares de moléculas sencillas que forman cadenas.

Funciones de Polisacáridos Clave

• Almidón: Cumple funciones de reserva alimenticia en las plantas. Está formado por dos fracciones: amilosa y amilopectina.
• Glucógeno: Cumple funciones de reserva energética en los animales.
• Celulosa: Cumple función de sostén. Es el principal constituyente de la pared celular de las plantas, dándoles rigidez. Es la materia prima con la cual se elabora el papel.

Importancia de la Glucosa

La glucosa se considera un combustible celular porque reacciona con el oxígeno mediante la respiración celular y se convierte en dióxido de carbono, agua y energía.

Nota sobre el sabor: Solamente los carbohidratos simples (monosacáridos y disacáridos) poseen sabor dulce; los polisacáridos generalmente no tienen esta característica.

Alimentos ricos en hidratos de carbono: pan, frutas, papas, batatas, porotos.