“QUÍMICA, CIENCIA Y VIDA”.
(Dr. Alfonso Romo de Vivar)
(Síntesis por capítulo de libro).
§ CAPÍTULO I.
Átomos y moléculas en el Universo.
n
1948 el científico George Gamow postuló como origen del Universo una Gran explosión
que a partir de una enorme concentración de materia formó as innumerables
galaxias que actualmente se localizan en el Universo, entre las cuales se
encuentra la Vía Láctea (formada por más de
100 000 millones de estrellas, entre ellas, nuestro Sol).
Cuando la temperatura del Universo era de
alrededor de 1 000 000 000°C, se
comenzaron a formarlos núcleos de los elementos. Primero se formaron los más
simples, el de hidrógeno (H) y el de helio (He); posteriormente, en el interior
de las estrellas se fueron formando los núcleos de los elementos, que
actualmente forman parte de los cuerpos celestes y de toda forma de vida.
Después de la Gran explosión el Universo se
ha ido expandiendo y enfriando hasta alcanzar una temperatura de 3K (-270°C),
temperatura que en la actualidad tienen los cuerpos interestelares.
Los elementos que existen en el Cosmos se
han ido descubriendo poco a poco. A mediados del siglo XIX ya se conocían 66
elementos, y varios científicos intentaron clasificarlos. Dmitrí Mendeléiev
(1834-1907) los ordeno de acuerdo con su peso atómico en lo que se conoce como
la Tabla periódica de los elementos donde se revela una notable periodicidad de
las propiedades físicas y químicas, de modo que se pudo predecir dichas
propiedades de elementos desconocidos que a futuro fueron descubiertos, y
mostraban coincidencias con las predicciones. Aunque también con el paso del
tiempo fueron apareciendo algún as inconsistencias evidentes en la actual tabla
periódica.
En 1940 ya se conocían 92 elementos. En
Berkeley, California, en los Estados Unidos, se sintetizaron los elementos del
96 a 106. En la década de los ochenta del siglo XX, el grupo alemán de
Darmstadt tomo la estafeta y comenzó a sintetizar elementos cada vez más
pesados. El científico Günter Herrmann menciono que los elementos sintetizados
deben existir en la naturaleza.
Para 1988 ya se habían sintetizado los
elementos 107, 108 y 109, en 1994 se logro sintetizar os elementos del 110 al
112. En la primera década del siglo XXI en Dubna, Rusia, se sintetizaron los elementos 113,
114, 115, 116 y 118; dejando bastante amplia la tabla periódica, pero con un
hueco que ocuparía el elemento 117. Para su preparación se necesitaron los 20
protones del calcio -48 (4820
Ca) y los 97 del elemento berkelio -249 (24997Bk).
Los primeros elementos formados –que son
también los más ligeros–, el hidrógeno (H9
y el helio (He), son os principales constituyentes de Universo. El hidrógeno se
encuentra en una porción superior al 90% y el helio alrededor del 8%.
§
CAPÍTULO II.
El átomo de carbono, los hidrocarburos y otras moléculas
orgánicas.
a
teoría de la Gran explosión como origen del Universo concibe las formación
del átomo de carbono (peso atómico= 12)
en el interior de las estrellas mediante la colisión de tres átomos de
helio (peso atómico= 4).
La Tierra, el tercer planeta del Sistema
Solar, tuvo la fortuna de no ser tan caliente como Mercurio y Venus, ni tan
frío como los planetas más alejados del Sol. Contiene agua en abundancia y
carbono también en cantidades relativamente abundantes, además de elementos
estables, es decir, prácticamente todos los elementos de la tabla periódica
hasta en número 92, con excepción del tecnecio (Z= 43), primer
elemento obtenido artificialmente y que no se encuentra en la Tierra, pero que
se ha detectado espectroscópicamente en una estrella de la constelación
Andrómeda. Este elemento inestable fue preparado en 1937 por medio de la fusión
entre molibdeno y deuterio:
9642Mo + 21H → 9743Tc
+ 10n
Cuando en una cadena de desintegración
sucede la emisión de una partícula α (alfa) y dos emisiones de β (beta), el
elemento resultante tendrá un peso atómico con cuatro unidades de masa menos
que el elemento de partida, pero con el mismo número atómico, por lo que
ocupara el mismo lugar en la tabla periódica, será un isótopo. Cualquier
elemento natural o sintético identificado por su número atómico z puede tener un
número variable de isótopos.
A los isótopos que tienen vida media corta
por descomponerse emitiendo partículas, se les llama isótopos radiactivos o
radisótopos.
El carbono –elemento base de la vida– se
encuentra en la corteza terrestre en una proporción no mayor al 0.1%, ya sea
libre o formando parte de diversas moléculas.
Las cuatro formas conocidas en que los
átomos de carbono se pueden arreglar son:
a)
Diamante: Es un cuerpo duro y
transparente en el que cada átomo de carbono se encuentra unido a otros cuatro,
localizados en los vértices de un tetraedro.
b)
Grafito: Los átomos de
carbono están fuertemente unidos a tres átomos vecinos, formando capas de hexágonos.
c)
Fulerenos: Sólido blando de
color café amarillento o café oscuro, con carácter aromático por tener 60
átomos de carbono unidos por enlaces dobles.
d)
Nanotubos de carbono: Están formados por
una capa de grafito enrollado, formando un tubo que se encuentra encerrado en
ambos extremos por furelenos truncados.
§ CAPÍTULO III.
La radiación solar y las reacciones fotoquímicas.
n el
Sol se están generando constantemente grandes cantidades de energía mediante
reacciones termonucleares. La energía radiante se propaga por el espacio a
razón de 300 000 kilómetros por segundo. A esta velocidad, las radiaciones
llegan a la Tierra en ocho minutos después de ser generadas.
Las distintas radiaciones solares –de las
cuales la luz visible es solo una pequeña parte– viajan por el espacio en todas
las direcciones, como los radios de un círculo (de donde proviene nombre).
Debido a que las radiaciones viajan como
ondas a la velocidad de la luz (c), tendrán como
característica la longitud de onda (۸).
El número de ondas que a una velocidad
constante pasan por un determinado punto, se le llama frecuencia (۷). Mientras menor sea la longitud de onda, más ondas pasarán
cada segundo, siendo por tanto mayor la frecuencia; y cuando ۸ es mayor,
menos ondas pasarán y por tanto la frecuencia será menor, por lo que, a la
velocidad de la luz (c), la frecuencia será inversamente proporcional a ۸:
۷=c/۸
Las radiaciones de mayor frecuencia tendrán
mayor energía, ya que es igual a la frecuencia ۷
multiplicada por la constante de Plank
(h), siendo h= 6.626x10-34 Js. La energía será, por lo tanto,
E= h۷.
Otras radiaciones de alta energía –por lo
tanto peligrosas para la vida– son los rayos X y las radiaciones gamma. Por su
parte, a longitudes de onda mayores que las de la luz roja (800 nm) existen
radiaciones de baja energía, llamados infrarrojo, microondas y ondas de radio.
Cuando una molécula ha sido excitada, un
camino para relajarla, es una reacción química o fotoquímica como, por ejemplo,
en la reacción fotoquímica que se lleva a cabo en el proceso de la visión:
Cuando la luz
llega a la retina, el 11-cis-retinal que forma la rodopsina sufre una reacción
fotoquímica por medio de la cual cambia su geometría a trans, geometría que
elimina a la opsina. El trans-retinal se reduce a vitamina A, se transporta al
hígado donde se isomeriza; se transporta al ojo donde se oxida y transforma en
cis-retinal que se combina con la opsina para dar rodopsina e iniciar de nuevo
el ciclo visual…
En este capítulo también se habla de las
celdas fotovoltaicas, del proceso de la fotosíntesis y de la formación de
azúcares y otros compuestos orgánicos.
§
CAPÍTULO IV.
La energía de los compuestos orgánicos.
a capa de ozono (O3)
formada por la luz ultravioleta dio a la Tierra una protección contra la alta
energía de esta misma radiación, creándose así las condiciones apropiadas para
la vida. Las algas verde-azules y los vegetales perfeccionaron en procedimiento
para cambiar el CO2 atmosférico con el agua (H2O) y los
minerales del suelo con producción de materia orgánica y liberación de oxígeno
que transformaría, en forma lenta pero segura, a la atmosfera terrestre de
reductora a oxidante.
El oxígeno que se generaba por la fotólisis
del agua, ahora se libera de forma eficiente mediante la reacción de
fotosíntesis, usando la luz solar como fuente de energía.
h۷
6CO2 + 6H2O → C6H12O6
+ 6O2
Por medio de la reacción anterior por una
parte se acumuló en el planeta una gran cantidad de energía en forma de materia
orgánica, y por la otra, la atmosfera se enriqueció en oxígeno, dándose así las
condiciones para el nacimiento de un nuevo tipo de vida. Este nuevo tipo de
vida realizó la operación contraria a la que efectuaban los vegetales:
C6H12O6 + 6O2
→ 6CO2 + 6H2O + energía
Los organismos
animales, para realizar la reacción de oxidación y liberar las 687 Kcal
contenidas en la molécula de glucosa, utilizaban como transportador de oxígeno
un pigmento asociado con proteína conocido como hemoglobina, la cual contiene
fierro.
El cerebro humano recibe glucosa como
fuente de energía, y para su oxidación usa casi 20% del oxígeno total que consume
un ser humano adulto.
El opio ha sido usado como sustancia
analgésica desde los tiempos más remotos –usado por los griegos varios siglos
antes de Cristo–. Uno de sus principales compuestos es la morfina, la cual es
un analgésico muy potente que además de calmar dolores, causa euforia, regula
la respiración y es antidiarreico; se usa en las últimas fases del cáncer.
Existe un gran número de receptores de
morfina en partes del sistema nervioso involucrados en la transmisión del dolor
y en la parte responsable de las emociones. Pasando a otro tema…
Un paso fundamental en el dominio de la
naturaleza por el hombre, fue el descubrimiento del fuego. Esta reacción
llevada a cabo en una fogata alimentada con leña se puede expresar así:
(C6H12O6)n
+ O2 → CO2 + H2O + energía (luz y calor)
§
CAPÍTULO V.
Usos mágicos y medicinales de las plantas.
uego de que el hombre
aprendiera a dominar el fuego, pudo fabricar recipientes de arcilla; con los
cuales pudo calentar agua, cocinar alimentos y preparar infusiones medicinales
y aromáticas. De esta manera, los aceites esenciales arrastrados por el vapor
agua aromatizaban la caverna y se condensaban en el techo, con lo que se
separaban las sustancias químicas obtenidas en las plantas. El químico
primitivo descubrió que los aceites esenciales no sólo tenían olor agradable,
sino también que algunos de ellos tenían propiedades medicinales, y otros
servían para ahuyentar a los insectos. Además las plantas fueron de gran
utilidad en el arte pictórico.
Numerosas plantas fueron utilizadas en
ritos mágico-religiosos, y muchas de ellas se siguen utilizando en la
actualidad.
A continuación se mencionan algunos
ejemplos de plantas mexicanas y sudamericanas, y sus utilidades:
a)
Peyote. Fue considerada
planta divina. Esta planta al ser comida daba resistencia contra la fatiga,
contra el hambre y contra la sed.
b)
Hongos. Fueron usados con
fines rituales en varias regiones del territorio mexicano, hasta nuestros días.
c)
Curare. Es un preparado
obtenido a partir de diversas plantas –usado como veneno de flechas–. Es un
extracto acuoso de varias plantas, entre ellas generalmente especies de
Chondodendron cissompelas y Strychros toxifera.
El curare se prepara del siguiente modo:
Los nativos, generalmente los jíbaros (los
místicos como los chamanes o caciques conocidos como también Curaca en la
cordillera andina), cocinan las raíces y tallos, agregándole otras plantas y
los usan para el envenenamiento de sus flechas y virotes. Para elaborar el
curare se mezclan cortezas de arboles, raíces de plantas venenosas, tallos,
zarcillos y venenos de serpiente. El producto final es una pasta que se guarda
en calabazas o en tubos de bambú. Para su último proceso se dejan ocultar en
cuevas que alberguen animales muertos para que su olor se junte con la
sustancia del curare.
Muchos medicamentos
de origen vegetal fueron usados por el hombre, aunque era variable el contenido del
principio activo, era difícil su dosificación. Tuvieron que pasar muchos años
antes de que se pudieran aislar los principios activos al estado puro, para así
poder dosificarlos bien. Fue hasta finales del siglo XVIII que Antonie
Lavoisier (1743-1794) demostró que el aire está constituido por nitrógeno y
oxígeno, y que en la combustión del oxígeno, este se combinaba con el carbono
de las sustancias orgánicas para producir CO2 y H2O.
C6H12O6 + 6O2
→ 6CO2 + 6H2O
§
CAPÍTULO VI.
Fermentaciones y modificaciones químicas.
uchos microorganismos
son capaces de provocar cambios químicos en diferentes sustancias,
especialmente en carbohidratos. Se conoce el hecho de que si se dejan ciertas
sustancias a la intemperie durante algún tiempo, estos quedarían alterados en
su olor y en su sabor, y comenzarías a desprender burbujas como si estuviera
hirviendo. Esta reacción fue denominada fermentación. Esta reacción –que ocurre
espontáneamente–, es provocada por microorganismos que ya existían (o que
cayeron del aire), por ejemplo, hacen que la leche se ponga agria, que los
frijoles se aceden y que otros alimentos se descompongan.
La fermentación es uno de los procesos
químicos más antiguos que el hombre pudo controlar. Ejemplos del proceso de
fermentación son los siguientes:
a)
Uvas: Se observó que al
fermentarse las uvas, estos producían vino. Este se producía en regiones del
Tigris y del Egipto desde hace ya varios miles de años.
b)
Pulque: Obtenido de la
fermentación del agua miel. Su contenido alcohólico promedio es de 4.26%. Entre
los principales microorganismos que intervienen en esta fermentación están el
Lacto bacillos sp., y la Saccharmyces carbajali, que es la levadura responsable
de la fermentación alcohólica.
c)
Colonche: Bebida alcohólica
roja de sabor dulce, obtenida por la fermentación del jugo de tuna
–especialmente de la tuna Cardona–.
d)
Tesgüino: Para su preparación, se remoja maíz durante varios días, se
escurre y se deja reposar en la oscuridad para que al germinar produzca
plántulas blancas de sabor dulce, después de muele en un metate; enseguida se
hierve hasta que adquiera un color amarillo, se coloca en un recipiente de
barro y se deja fermentar. Para lograr la fermentación se agregan varias
plantas y cortezas, dejando la mezcla en reposo por varias días antes de
servirla para su consumo.
e)
Pozol: Es maíz molido y
fermentado que al ser diluido con agua, produce una suspensión blanca que se
consume como bebida refrescante y nutritiva.
La fermentación alcohólica se produce por
levaduras; mientras que la fermentación láctica, se produce por
microorganismos; o por cocos.
§
CAPÍTULO VII.
Jabones, soporinas y detergentes.
os jabones se
preparan por medio de una de las reacciones químicas más conocidas; la llamada
saponificación.
Los aceites vegetales y las grasas animales
son ésteres de glicerina con ácidos grasos (triglicéridos). Por eso son
tratados con una base fuerte –sosa o potasa–, se saponifican, es decir,
producen la sal del ácido graso conocida como jabón y liberan glicerina. Cuando
la saponificación se efectúa con sosa, el jabón que se produce es sólido;
mientras que con potasa, se produce jabón líquido.
Los primeros detergentes sintéticos fueron
descubiertos en Alemania en 1936, en lugares donde el agua es muy dura y por lo
tanto el jabón formaba natas y no daba espuma. Los primeros detergentes fueron
sulfatos de alcoholes y después alquílenselos sulfurados –más tarde sustituidos
por una larga cadena alifática –.
Los detergentes han resultado ser tan
útiles por emulsionar grasa con mayor facilidad y eficiencia que los jabones;
su uso se ha popularizado, pero, contradictoriamente, ha creado problemas de
contaminación, ya que muchos de ellos no son biodegradables.
Antes de que el hombre creara la gran industria
del jabón, se usaron jabones llamados saporinas. Muchas raíces y follajes de
plantas tienen propiedades de hacer espuma con el agua, por lo que se han
utilizado desde la Antigüedad para lavar ropa. Los pueblos prehispánicos del
centro de México llamaban amole a estas plantas y eran sus jabones hasta la
actualidad.
§
CAPÍTULO VIII.
Hormonas.
odo ser vivo necesita
de hormonas para lograr un crecimiento armónico, esto es pequeñas cantidades de
sustancias que se desplazan a través de sus fluidos regulando su crecimiento,
adecuándolos a las circunstancias.
Las hormonas, en el caso de las plantas,
influyen tanto en: para su crecimiento, su sobrevivencia y su movimiento.
También existen tres clases de mensajeros
químicos: alomonas, kairomonas y
feromonas.
a)
Alomonas: Son sustancias que
los insectos toman de las plantas y que posteriormente usan como arma
defensiva.
b)
Kairomonas: Son sustancias
químicas que al ser emitidas por un insecto atraen a ciertos parásitos que lo
atacarán.
c)
Feromonas: Son sustancias
químicas por medio de las cuales se envían mensajes (como atracción sexual, o
como alarma).
Los animales
responden a señales químicas, ya que por medio de ciertas secreciones (como la
orina o las heces) marcan territorios, o reconocen a otro ser de su misma
especie, o de sexo opuesto, etc…; también se tiene la posibilidad de que
ciertas secreciones –como la orina, las heces y la saliva– contengan feromonas,
pero ha sido difícil comprobarlo.
El ser humanos produce hormonas que ayudan
a regular sus funciones. Las hormonas masculinas se denominan andrógenos,
mientras que las hormonas femeninas se denominan estrógenos; -la verdadera
hormona femenina es el estradiol, el producto de su descomposición es el
estrona–.
El estradiol mostró ser una hormona nueve
veces más potente que la estrona. Cuando se aislaba la estrona, se producía
estriol; la cual es menos potente que la estrona.
Existen sustancias sintéticas que, aunque
no poseen estructura de esteroide, tienen fuerte actividad hormonal
–estrogénica–. Estas son las drogas llamadas dietilestilbestrol y hexestrol
(son de alta toxicidad).
A partir de la progesterona se empezaron a
crear los primeros anticonceptivos.
La testosterona tiene propiedades en
desarrollo muscular. Los esteroides anabólicos son usados por personas que
desean mejorar su físico, aunque esto puede producir efectos letales como acné,
mal carácter y tumores mortales.
El metabolismo animal transforma sustancias
vegetales en hormonas animales. El hombre, con su gran capacidad intelectual,
ha hecho posible la transformación química de sustancias vegetales en hormonas
sexuales, y en otras sustancias útiles para arreglos de la salud.
§
CAPÍTULO IX.
Guerras químicas/accidentes químicos.
ntes de que el hombre
apareciera sobre la Tierra ya existía la guerra. Los vegetales luchaban entre
sí por la luz y por el agua, sus armas eran sustancias químicas que inhibían la
germinación y el crecimiento del rival. La lucha contra insectos devoradores ha
sido constante durante millones de años. Las plantas mal armadas sucumbían y
eran sustituidas por las que, al evolucionar, han elaborado nuevas y más
eficaces armas para su defensa.
Los insectos también responden, adaptándose
hasta tolerar las nuevas sustancias; muchos perecen y muchas especies se
extinguen, pero otras llegan a un acuerdo y logran lo que se llama simbiosis
(se brindad ayuda mutua).
Insectos y mamíferos para atacar o
defenderse usan distintas sustancias químicas, las cuales tienen efectos
particulares contra quienes son usados.
Posiblemente la primera reacción química
que el hombre pudo controlar y aprovechar para destruir a su enemigo fue el
fuego. La misma reacción de oxidación que logró dominar para luego tener luz y calor, para cocinar alimentos y
fabricar utensilios, en fin, para hacer su vida más placentera. Fue usado para
dar muerte a sus enemigos y congéneres.
Al pasar el tiempo el hombre invento los
explosivos –la mezcla de salitre, azufre y carbón–. Este invento atribuido a
los chinos, fue utilizado posteriormente por el hombre para disparar
proyectiles y así poder cazar animales para su sustento. Pero asimismo, por la
agresión del hombre, se fue empleando el poder explosivo para las guerras.
El hombre no se ha conformado con fabricar
armas basados en reacciones químicas, sino que ha manipulado el átomo para
crear la bomba atómica.
Además de que también el hombre ha hecho
uso de sustancias toxicas en la guerra como el gas mostaza, los gases
neurotóxicos o el agente naranja; las cuales han dañado gravemente la
naturaleza y han perjudicado al mismo ser humano.
En las grandes industrias, ha habido accidentes
de sustancias toxicas, que han causado daños graves al medio ambiente y a la
población. Tal es el caso ocurrido Bhopal, India, en 1984; donde hubo un
accidente químico, la liberación de un gas altamente toxico denominado isocionato de metilo –usado en la fabricación
y elaboración de insecticidas carbarilo, el que a su vez se prepara con
metilamina, y con el también muy toxico, gas fosgeno–.
Los daños de dicho accidente fueron
obviamente catastróficos, pues miles de personas murieron, –en sueño no
despertaron, y si despertaban, quedaban con una ceguera y al poco rato
fallecían–; y otras miles con daños menores.
v Opinión general.
ste libro titulado:
“Química, ciencia y vida”, del doctor Alfonso Romo de Vivar; es una obra
admirable, ya que nos enseña varias cosas relacionadas, como dice el título,
entre la química, el universo que nos rodea, la misma ciencia y la vida.
Al principio se nos relata el famoso
postulado, la teoría de la Gran explosión como creación del Universo que ahora
conocemos, se ahí se parte para dar comienzo a todo un proceso de investigación
que ha llevado ya muchos años. Se nos habla primeramente del átomo,
especialmente de los más simples y sencillos, el de hidrógeno (H) y el de helio
(He), de ahí, también hablamos de las moléculas; y de cómo estas están
relacionadas con el Universo y la vida.
De ahí pasamos a hablar de lo qué es el
carbono, de dónde se encuentra, y de los compuestos orgánicos y la energía que
estos producían.
En el primer capítulo no se debe olvidad de
que también se fue hablando de la sintonización de algunos elementos, y de la
Tabla periódica de Mendeleiev.
Se habló de la radiación y de las
reacciones fotoquímicas, del proceso de la fotosíntesis, etc…
Mencionamos algunos usos de las plantas, de
las propiedades medicinales principalmente que algunas tenían, así como su uso
en ciertos rituales religiosos. Del uso que tenían como jabones en la
Antigüedad y en algunos pueblos prehispánicos del centro de México. Así pues,
se habló de la fermentación, y se señalaban varios ejemplos, como la
fermentación de las uvas, etc.
No olvidemos que un tema fundamental e
interesante fue el de las “hormonas”, y las funciones que estas sustancias
químicas tenían en los seres vivos.
Finalmente se habló se las guerras
químicas, de las sustancias que servían de armas para las plantas, de la
simbiosis entre otras cosas más; se habla de la bomba atómica y de sus
terribles consecuencias, así como del ciertos gases y sustancias químicas de
alto riesgo como, el gas mostaza o como, el agente naranja. También esto se
ejemplificaba con un ejemplo particular de accidentes químicos, como el
ocurrido en Bhopal, India, en 1984.
Este libro, esta obra, nos enriquece de más
conocimiento y nos lleva a conocer más a fondo lo que la química y la ciencia
hacen en nuestro entorno.