Ficha de Trabajo: Las sustancias que originaron la vida

1° año B.D. Química

Docente Javier Ponce

Las Sustancias que originaron la Vida “Desde que el hombre tuvo la capacidad de pensar y de razonar, se empezó a preguntar cómo surgió la vida, surgiendo así uno de los problemas más complejos y difíciles que se ha planteado el ser humano, es su afán de encontrar una respuesta, se intento solucionarlo mediante explicaciones religiosas, mitológicas y científicas, a partir de estas últimas han surgido varias teorías y otras han sido descartadas. Algunas de las teorías que han intentado dar explicación al origen de la vida han sido: el creacionismo, que supone que un dios o varios pudieron originar todo lo que existe. Otras explicaciones provienen de la ciencia han sido: a) La teoría de la generación espontánea. b) La teoría De Oparin-Haldane: de acuerdo con esta teoría, en la Tierra primitiva existían determinadas condiciones de temperatura, así como radiaciones del Sol que afectaron las sustancias que existían entonces en los mares primitivos. Dichas sustancias se combinaron de tal manera que dieron origen a los seres vivos. Hace aproximadamente unos 5.000 millones de años se formo la Tierra, junto con el resto del sistema solar. Los materiales de polvo y gas cósmico que rodeaban al Sol fueron fusionándose y solidificándose para formar todos los planetas. Cuando la Tierra se condenso, su superficie estaba expuesta a los rayos solares, al choque de meteoritos y a la radiación de elementos como torio y el uranio. Estos procesos provocaron que la temperatura fuera muy elevada. La atmósfera primitiva contenía vapor de agua (H2O), metano (CH4), amoniaco (NH3), ácido cianhídrico (HCN) y otros compuestos, los cuales estaban sometidos al calor desprendido de los volcanes y a la radiación ultravioleta proveniente del Sol. Otra característica de esta atmósfera es que carecía de dioxígeno (O2) libre necesario para la respiración. Como en ese tiempo tampoco existía la capa formada por ozono (O3), que se encuentra en las partes superiores de la atmósfera y que sirven para filtrar el paso de las radiaciones ultravioletas del Sol, estas podrían llegar en forma directa a la superficie de la Tierra. También había gran cantidad de rayos cósmicos provenientes del espacio exterior, así como actividad eléctrica y radiactiva, que eran grandes fuentes de energía. Con el enfriamiento paulatino de la Tierra, el vapor de agua se condenso y se precipito sobre el planeta en forma de lluvias torrenciales, que al acumularse dieron origen al océano primitivo, cuyas características definieron al actual. Las sustancias que se encontraban en la atmósfera y los mares primitivos se combinaron para formar compuestos, como carbohidratos, las proteínas y los aminoácidos. Conforme se iban formando estas sustancias, se fueron acumulando en los mares, y al unirse constituyeron sistemas microscópicos esferoides delimitados por una membrana, que en su interior tenían agua y sustancias disueltas…”

Actividad: Responde a partir del texto e investiga sobre las siguientes cuestiones 1) ¿Qué sustancias estaban presentes en la atmósfera primitiva? ¿Son sustancias simples o compuestas? 2) ¿Qué sustancias que hay hoy en día en la atmósfera no estaban presentes en la atmósfera primitiva? ¿Son sustancias simples o compuestas? 3) Al enfriarse la tierra, ¿qué tipo de cambio sufrió el agua? 4) ¿Qué elementos radiactivos habían en ese momento? Para uno de ellos indica su ubicación en la tabla periódica. 5) Representa el enlace químico que hay en las moléculas de las sustancias que estaban presentes en la atmósfera primitiva. 6) ¿Qué sustancias de las presentes en la atmósfera primitiva se habrán disuelto en el agua líquida, cuando la Tierra se enfrió? Explica a nivel corpuscular porqué se disuelven en agua. 7) ¿Por qué no existían moléculas de dioxígeno e la atmósfera primitiva, ni tampoco de ozono? ¿Qué funciones cumplen estas sustancias en la atmósfera? ¿En qué capas de la misma son más abundantes?

La atmósfera es la capa gaseosa que envuelve la tierra y que se mantiene unida al planeta por la fuerza de la gravedad. Entre sus funciones más importantes cabe destacar que provee a los seres vivos de gases imprescindibles para la vida, forma parte del ciclo hidrológico, nos sirve de protección frente a los rayos cósmicos y distribuye la energía del sol por toda la Tierra. Tiene un espesor de aproximadamente 1000 kilómetros y a su vez se divide en varias capas concéntricas sucesivas, que se extienden desde la superficie del planeta hacia el espacio exterior. Atendiendo a una clasificación en función de la distribución de temperatura la podemos dividir en troposfera, estratosfera, mesosfera y termosfera. A continuación se detalla la clasificación de las capas de la atmósfera basada en la distribución de temperaturas y en función de la altura. De esta manera podemos distinguir las indicadas a continuación. La capa inferior o troposfera se extiende desde la superficie hasta unos 10-15 kilómetros de altitud (menor en los polos y mayor en el ecuador). Contiene aproximadamente el 75% de la masa de gases totales que componen la atmósfera. En esta capa la temperatura disminuye con la altitud. Cada 100 m de ascenso disminuye la temperatura 0,64 ºC. En general, podemos considerar que la troposfera tiene una composición homogénea, ya que existe una mezcla continua de gases debida a las diferencias de presiones, las cuales originan una circulación global de grandes masas de aire en la Tierra. También a nivel local, en función del relieve y la meteorología de la zona se producen movimientos y mezclas de las masas de aire. En esta capa, donde se producen importantes movimientos verticales y horizontales de las masas de aire (vientos) se dispersan la mayor parte de los contaminantes y aquí es donde tienen lugar los fenómenos meteorológicos. En el extremo superior de la troposfera se encuentra la tropopausa, una superficie ideal que marca el principio de la estratosfera, a una altura en donde la temperatura llega aproximadamente a los -57ºC. La estratosfera se extiende desde la tropopausa (15 km de altitud) hasta la estratopausa (50 km de altitud). En ella podemos distinguir dos partes: la estratosfera inferior, en la que la temperatura se mantiene constante, y la estratosfera superior, en la que la temperatura va aumentando conforme ascendemos pudiendo llegar a alcanzar 60C en su punto más alto, coincidiendo con la estratopausa. El aumento de temperatura en la estratosfera se debe a la presencia de ozono (O3). Éste se localiza aproximadamente a un intervalo de altura de 20 a 40 kilómetros y tiene la propiedad de absorber gran parte de las radiaciones ultravioletas (con una λ menor de 360 nm) que llegan del sol, de esta manera se produce ese efecto de calentamiento. Por encima de la estratopausa se encuentra la mesosfera, esta capa se extiende por encima de los 50 kilómetros, aquí la temperatura vuelve a descender hasta un mínimo de 85ºC a una altura de 80 kilómetros. Sobre la mesosfera se encuentra la mesopausa.

A continuación, nos encontramos con la termosfera, o ionosfera. Las radiaciones ultravioleta desempeñan un papel fundamental en esta capa, por su capacidad de disociar las moléculas de nitrógeno y oxígeno existentes. La temperatura vuelve a ascender alcanzando temperaturas de hasta aproximadamente 1.500ºC debido a la absorción de estas radiaciones de alta energía. Los gases se encuentran fuertemente ionizados, esta ionización va en aumento con la altura y alcanza varios máximos llamados capas: capa D, base de la ionosfera; capa E o de Kennelly-Heavyside, a 120 Km; capa F o de Appleton, a 160 Km y la capa Fr de 260 a 350 Km. Estas capas ionizadas son conductoras de la electricidad y reflejan las ondas hertzianas, principalmente las de onda corta. A partir de los 600 a 800 Km, empieza la capa externa o exosfera, que sólo contiene el 1% de la masa total de la atmósfera. Sus gases están en estado atómico y pueden extenderse hasta los 1200 Km.

Geometría Molecular Si pudiéramos observar las moléculas por dentro con un potente lente, veríamos que los átomos que las conforman se ubican en el espacio en posiciones bien determinadas. El ordenamiento tridimensional de los átomos en una molécula se llama geometría molecular. En una molécula con enlaces covalentes hay pares de electrones que participan en los enlaces o electrones enlazantes, y electrones desapareados, que no intervienen en los enlaces o electrones no enlazantes. La interacción eléctrica que se da entre estos pares de electrones, determina la disposición de los átomos en la molécula. Veamos algunos ejemplos. 

La molécula de agua H2O posee dos enlaces simples O - H y viene dos pares de electrones no enlazantes en el átomo de oxígeno. Su geometría molecular es angular.

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La molécula de amoníaco (NH3) presenta 3 enlaces simples N - H y posee un par de electrones no enlazantes en el nitrógeno. La geometría molecular es piramidal.

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La molécula de metano (CH4) tiene cuatro enlaces simples C - H y ningún par de electrones enlazantes. Su geometría molecular es tetraédrica.

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Molécula de ácido Cianhídrico:

¿Cómo se puede saber la geometría de una molécula? En la actualidad se emplean diversos métodos experimentales para conocer en forma precisa la estructura de una molécula particular. Pero en ocasiones basta con aplicar algunos métodos sencillos para obtener una geometría molecular aproximada. Uno de los métodos para predecir la geometría molecular aproximada, está basada en la repulsión electrónica de la órbita atómica más externa, es decir, los pares de electrones de valencia alrededor de un átomo central se separan a la mayor distancia posible para minimizar las fuerzas de repulsión. Estas repulsiones determinan el arreglo de los orbitales, y estos, a su vez, determinan la geometría molecular, que puede ser lineal, trigonal, tetraédrica, angular y pirámide trigonal.  Geometría lineal: Dos pares de electrones alrededor de un átomo central, localizados en lados opuestos y separados por un ángulo de 180º.  Geometría plana trigonal: Tres pares de electrones en torno a un átomo central, separados por un ángulo de 120º.  Geometría tetraédrica: Cuatro pares de electrones alrededor de un átomo central, ubicados con una separación máxima equivalente a un ángulo de 109,5º.  Geometría pirámide trigonal: Cuatro pares de electrones en torno a un átomo centra, uno de ellos no compartido, que se encuentran separados por un ángulo de 107º.  Geometría angular: Cuatro pares de electrones alrededor de un átomo central, con dos de ellos no compartidos, que se distancian en un ángulo de 104,5º.

Al leer todas estas descripciones, vemos que la forma de las moléculas es el resultado de las direcciones en que se ubican los electrones enlazantes. Parece increíble pensar que la forma que tiene una molécula es determinante en la manera cómo actúa, estableciendo sus propiedades.

Fotosíntesis: