domingo, 26 de mayo de 2019
domingo, 19 de mayo de 2019
La vida, origen y evolución
Que es la vida
La vida y los seres vivos se definen por medio de siete características
que los diferencian de todo aquello que no tiene vida. Todos los seres vivos
como se conocen en la actualidad, cumplen con siete características:
EL ORIGEN DE LA VIDA
¿De dónde viene la vida?
Hace algunos siglos, la respuesta a como aparece
la vida, se limitaba a explicaciones por GENERACIÓN ESPONTÁNEA.
Aristóteles (s. IV AdC): Los animales pueden originarse en el suelo
Virgilio (s. II AdC): Las abejas se originan a partir de la miel.
Biblia: El hombre surge a partir del barro (tierra y agua).
Edad Media, la Alquimia ofrece "recetas" para producir
animales, en el siglo XVII un célebre médico alquimista, van Helmont
recetaba: "El agua de la fuente más pura, colocada en un
recipiente impregnado por el aroma de un fermento, se enmohece y engendra
gusanos. Los olores que se elevan desde el fondo de los pantanos producen
ranas, babosas, sanguijuelas, hierbas... Hagan un agujero en un ladrillo,
introduzcan albahaca triturada, coloquen un segundo ladrillo sobre el
primero de modo de cubrir totalmente el agujero, expongan los dos ladrillos al
sol y, al cabo de algunos días, el olor de la albahaca, actuando como fermento,
transformará [a la hierba] en verdaderos escorpiones"
La vida surge a partir de la no vida.
Jean-Baptiste de Lamarck publica en 1809 su célebre Filosofía zoológica y coloca a la generación espontánea como el punto de partida de la evolución biológica.
Estas son entre otras son algunas explicaciones de la generación espontánea. Con el avance de la ciencia y la tecnología, estas explicaciones pasaron al olvido.
La
atmosfera en la antigüedad
Astrofísicos y geólogos calculan la edad de la
tierra en 4600 millones de años por esa razón no se sabrá con certeza la
composición, sin embargo no será misterio afirmar que las condiciones de la
tierra primitiva, distaban mucho de las actuales. Hay un consenso
científico en concluir que la atmósfera primitiva contenía:
Dióxido de Carbono (CO2), Monóxido de Carbono (CO),
Vapor de Agua (H2O), Hidrógeno (H2), Nitrógeno (N2). También es posible
que hubiera Amoníaco (NH3), Sulfuro de Hidrógeno (H2S) y Metano (CH4). Es
probable que tuviera poco o nada de oxígeno (O2).
Para la evolución química de la vida se necesitaban
4 requerimientos:
Ausencia total o casi completa de Oxígeno libre: ya
que al ser muy reactivo hubiera oxidado las moléculas orgánicas que son
esenciales para la vida.
Una fuente de energía: la tierra primitiva era un
lugar caracterizado por la presencia de vulcanismo generalizado, tormentas
eléctricas, bombardeo de meteoritos e intensa radiación, especialmente
ultravioleta.
Sustancias químicas que funcionaran como "bloques de
construcción químicos": agua, minerales inorgánicos y gases.
Tiempo: la
edad de la tierra se calcula en 4600 millones de años y los vestigios de vida
más antiguos datan de 3.800 millones de años, de modo que la vida tardo solo unos 800 millones de años en formarse. fósiles de rocas australianas y de rocas obtenidas de Groenlandia soportan esta teoría
A principios del siglo en 1924 los investigadores
Alexander Oparin y John Haldane exponen que los seres vivos se formaron por
evolución de la materia inerte. Stanley Miller (1953), motivado ante esta
propuesta, diseña un aparato para demostrar lo expuesto por Oparin-Haldane y
diseña un aparato denominado como su autor, aparato de Miller,
Hay que
destacar que la vida -una célula- es infinitamente más que proteínas, no
obstante, al ser éstas un componente esencial de todo ser viviente, cualquier
hipótesis de biogénesis (origen de la vida) que no pueda explicar
satisfactoriamente este origen queda (por este solo hecho) descalificada.
En pocas palabras, podemos sintetizar lo
propuesto por A. Oparin-Haldane de la siguiente manera: Hace aproximadamente
5000 millones de años se formó el sistema solar. Tiempo después, la Tierra se
rodeaba de una atmósfera constituida por hidrógeno y helio. Esta atmósfera fue
sustituida por otra de vapor de agua, hidrógeno, metano, amoniaco y dióxido de
carbono, gases tanto de la atmósfera inicial como provenientes de la erupción
de volcanes. Además actuaban diferentes manifestaciones de energía, descargas
eléctricas, rayos ultravioleta y otros elementos radiactivos que interactuando
después de muchos millones de años cayeron al mar y formaron compuestos
orgánicos como azúcares, lípidos y proteínas. A este conjunto de fenómenos se
les denominó "caldo primitivo".
Los experimentos de Stanley Miller y Harold C. Urey
En el aparato se introdujeron las sustancias que aparentemente formaban la atmósfera de aquella época. Se hicieron circular por el aparato y se les expuso a descargas eléctricas producidas por un electrodo. Después de 24 horas de que las sustancias circularon y se les aplicaron descargas eléctricas se detuvo el funcionamiento y se analizaron las que se habían formado. Se encontraron diferentes aminoácidos, sustancias que forman las proteínas. A partir del experimento de Stanley Miller se han realizado muchas variantes del mismo, modificando los compuestos iniciales y las fuentes de energía, así como el tiempo' de circulación. Se han formado un sinnúmero de sustancias orgánicas, todas ellas indispensables para los seres vivos pero aún no se han obtenido proteínas
Luego sucedió que muchos compuestos complejos se unieron entre sí por afinidad química y se aislaron precipitándose al fondo de los océanos y las primeras formas de vida aparecieron.
Esta primera etapa de la biogénesis cuenta con el modelo experimental, de Miller, quien, lanzando una serie de descargas eléctricas en un balón lleno de los gases que se supone componían la atmósfera primitiva, obtuvo algunos aminoácidos (pequeñas partes que unidas en largas cadenas forman las proteínas). Como se ve, estamos a varios años luz de una célula. Y también de una proteína. El origen de las proteínas plantea, entre otros, varios problemas, pero trataré tres solamente porque aún no inicias tus estudios de física y química. Los aminoácidos formados en este experimento deberían ser retirados rápidamente del sistema para evitar su destrucción por la misma fuente de energía que los generó. Esto es muy importante pues cabe preguntarse ¿cómo hicieron entonces los aminoácidos para escapar a la destrucción energética durante la biogénesis? El agua de mares cálidos y poco profundos, debe ser el medio en el cual prosperaron estas partículas prebióticas.
El siguiente paso fue la formación de grandes moléculas por polimerización de las pequeñas moléculas. La interacción entre las moléculas así generadas se incrementó a medida que su concentración aumentaba. Dado que la atmósfera primitiva carecía de oxigeno libre y de cualquier forma de vida, estas moléculas orgánicas se acumularon sencillamente porque no fueron devoradas ni reaccionaron con el oxígeno como lo haría en la actualidad. Esta acumulación sería lo que se llama actualmente "caldo de cultivo primitivo" y a partir del cual podría haber surgido la primera forma de vida.
Si se agita agua que contiene proteínas y lípidos se forman estructuras huecas que se denominan microesferas, muy similares en diversos aspectos a las células: tiene un límite externo bien definido y en ciertas condiciones son capaces de absorber material de una solución e inclusive dividirse.
En la década de los años veinte, Oparín formó protobiontes a partir de proteínas y polisacaridos. Eran bastante estables y se denominaron coacervados. Los productos producidos en base a esos ácidos nucleicos podrían haber quedado cerca del ácido nucleico y, eventualmente, ser rodeados de una membrana lipoprotéica, que habría resultado en la primera célula. Este panorama, es soportado por múltiples investigaciones.
El registro fósil ubica a las primeras células hace 3.500 millones de años. Las primeras células eran procariotas, es decir carecen de núcleo diferenciado. Estos heterótrofos primitivos obtenían su alimento del espeso caldo primitivo. Dado que no había oxígeno libre, el metabolismo era completamente anaerobio y por lo tanto bastante deficiente.
Cuando las moléculas orgánicas que se acumularon espontáneamente durante millones de años se acabaron, solo algunos organismos sobrevivieron, tal vez hayan ocurrido mutaciones (cambios permanentes y heredables del material genético) que permitieron a algunas células obtener energía de la luz solar, apareció entonces la FOTOSÍNTESIS. Se desarrollaron varios tipos de bacterias fotosintéticas, pero las más importantes desde el punto de vista evolutivo son las cianobacterias, que al convertir el agua y el dióxido de carbono en compuestos orgánicos y liberaron oxígeno como producto de desecho a la atmósfera. Estamos a 3.100 millones de años atrás. Su presencia quedó registrada en los estromatolitos; fósiles microbianos se han encontrado en rocas compuestas por finas capas, formados por bacterias heterótrofas y fotótrofas que vivían en un tipo de colonias.
Hace unos 2.000 millones de años, las cianobacterias habían producido suficiente oxígeno para modificar la atmósfera terrestre sustancialmente. Muchos anaerobios obligados (aquellos que no viven en presencia de oxígeno) fueron dañados por el oxígeno, algunos desarrollaron modos de neutralizarlo o se restringieron a vivir en áreas donde este no penetra. Algunos organismos aerobios se adaptaron a vivir desarrollando una vía respiratoria que utilizaba el oxígeno para extraer más energía de los alimentos y transformarla en ATP. La respiración aerobia se incorpora así al proceso anaerobio ya existente de la glucólisis. Esta aparición de organismos aerobios tuvo varias consecuencias:
Los organismos que usan el O2 obtienen más energía de una molécula de glucosa que la que obtienen los anaerobios por fermentación, por lo tanto son mucho más eficientes.
| |
El O2 liberado a la atmósfera era tóxico par los anaerobios obligados, que se confinaron a áreas restringidas.
| |
Se estabilizó el oxígeno y el dióxido de Carbono en la atmósfera, y por lo tanto el Carbono empezó a circular por la ecósfera.
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En la atmósfera superior el O2 reaccionó para formar OZONO (O3) que se acumuló hasta formar una capa que envolvió a la tierra e impidió que las radiaciones ultravioletas del sol llegaran a la tierra... pero con su ausencia disminuyó la síntesis abiótica de moléculas orgánicas.
La abundancia de bacterias ofrece un rico panorama para quién pueda alimentarse de ellas. A pesar que no existe registro fósil, los paleobiólogos especulan que algunos predadores primitivos eran capaces de rodear a bacterias enteras como presa; debieron haber sido bastante primitivos (considerando la época, claro), ya que al ser incapaces de realizar fotosíntesis y metabolismo aeróbico metabolizaba de manera deficiente lo que engullían. En vez de digerir al pequeño organismo, el grande y el pequeño entraron en un tipo de simbiosis conocida como mutualismo en el cual ambos se benefician y ninguno es dañando.
El organismo grande pudo haber ganado un excedente de ATP, provisto por la "protomitocondria" o un excedente de azúcar provisto por el "protocloroplasto", y haber proveído al endosimbionte recién llegado de un medio ambiente estable y de material nutritivo.
Con el tiempo esta unión se convirtió en algo tan estrecho (la función regeneradora de ATP se delegó a los orgánulos celulares) que las células eucariotas heterotróficas no pueden sobrevivir sin mitocondrias ni los eucariotas fotosintéticos sin cloroplastos (la membrana que rodea al protoplasto del eucariota no dispone de los componentes de la cadena de transporte de electrones), y el endosimbiota no puede sobrevivir fuera de la célula huésped.
Esta teoría también se aplica a otros orgánulos celulares como cilios, flagelos y microtúbulos, originados por simbiosis entre bacterias del tipo de los espirilos y un eucariota primitivo.
¿Y el Núcleo?: su origen aún no se ha podido explicar. Tal vez se formó por una invaginación de la membrana externa rodeó al ADN....Lo cierto es que su presencia determinó la aparición de las células Eucarióticas.
Elabore un mapa conceptual sobre las teorías que explican el origen de los seres vivos, incluya los casos especiales de evolución. ¿Que especies nuevas se han encontrado en Antioquía? Por que
crees que se desarrollan nuevas especies.
Algunos casos especiales de evolución.
En otra guía se estudia los mecanismos de la evolución, en este capitulo analizaremos algunos casos especiales.
Origen de las plantas carnívoras
Los hábitats pobres en nutrientes han llevado a algunas plantas a convertirse en carnívoras y a capturar insectos a base de atraparlos en el interior de las hojas. Una vez dentro, los líquidos digestivos del vegetal se encargan de deshacer la carne de sus presas y sus exoesqueletos para aprovechar el nitrógeno y el fósforo que necesitan.
Curiosamente, las plantas carnívoras de Australia, Asia y América, pese a haber evolucionado de forma separada, emplean este mismo método para nutrirse. Un nuevo estudio liderado por el Instituto Nacional de Biología de Japón, con participación de la Universidad de Barcelona (UB) y publicado en Nature Ecology & Evolution, ha identificado los cambios genéticos que han permitido adaptarse a la dieta carnívora de tres especies de plantas: la australiana Cephalotus follicularis, la asiática Nepenthes alata y la americana Sarracenia purpurea.
  
Primero secuenciaron el genoma de la Cephalotus follicularis, una pequeña planta carnívora originaria de Australia que tiene hojas modificadas en forma de jarro que funciona como un pozo en el cual caen los insectos que le servirán de alimento. El Cephalotus tiene bien diferenciadas las hojas insectívoras –las que sirven de trampa– de las hojas no insectívoras, similares a las de las plantas normales. El genoma de esta especie es relativamente grande, casi la mitad del genoma humano. Los investigadores identificaron más de 36.000 genes.
Según Julio Rozas, del departamento de Genética, Microbiología y Estadística de la UB, "la capacidad de las plantas carnívoras para comer animales en suelos empobrecidos es el resultado de la acción de la selección natural que ha promovido varios cambios genéticos sobre un mismo conjunto de genes. Con el análisis comparativo de los genes que se expresan diferencialmente en los dos tipos de hojas, esta investigación ha identificado los cambios genéticos asociados con la dieta carnívora en plantas".
Los análisis genéticos demuestran que, durante su evolución hacia la dieta carnívora, las hojas que atrapan insectos han adquirido nuevas funciones enzimáticas. Hay un grupo concreto de proteínas que han evolucionado para actuar como enzimas digestivas, en opinión de Pablo Librado, otro de los autores, que trabaja en el Centro de Geogenética de la Universidad de Copenhague. Con el tiempo, en las tres especies, las familias de proteínas vegetales que originalmente ayudaron en la autodefensa contra enfermedades y otras amenazas se convirtieron en las enzimas digestivas actuales, como son la quitinasa básica capaz de descomponer la quitina, el principal componente de los exoesqueletos de las presas, y la fosfatasa ácida púrpura –que permite a las plantas obtener el fósforo de los cuerpos descompuestos–.
Es como si estas plantas dispusieran de una caja de herramientas genéticas y trataran de encontrar una respuesta para llegar a ser carnívoras. Al final, todas llegan a la misma solución. El caso de las plantas insectívoras es un claro ejemplo de convergencia evolutiva, probablemente debido a las fuertes restricciones biológicas impuestas por los ecosistemas extremos.
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El siguiente cuestionario es únicamente para repaso personal
1.- En la obra de Charles Darwin sobre el origen de las especies, considera dos factores importantes en el proceso evolutivo:
a.- El mimetismo y la competencia
b.- el origen de la vida en los mares que se conocen como la sopa primitiva
c.- La acción de los seres humanos sobre el ecosistema
d.- La Selección natural y la lucha por la existencia
2.- Si una especie no logra adaptarse a las cambiantes condiciones de su entorno
a.- Se vuelve más numerosa y en consecuencia en una especie dominante
b.- Se combina con otra especie para adquirir los rasgos de la otra especie
c.- Termina por extinguirse
d.- Se intercambia información genética con otra especie que si se adapta y logra sobrevivir
3.- Hace aproximadamente cuatro mil millones de años surgieron las primeras manifestaciones de vida a través de células rudimentarias. Las condiciones de la atmosfera en estos geológicos, se caracteriza por:
a.- Abundancia de oxigeno libre debido a la existencia de organismos fotosintetizadores
b.- Ausencia de Oxigeno libre debido a que aún no existían plantas ni otros organismos
c.- Abundancia de oxigeno debido a la presencia de organismos animales
d.- Ausencia de oxígeno en la atmosfera y en la corteza terrestre, por la actividad volcánica
4.- El estudio genético revela que el cromosoma 6 humano es idéntico al del gorila, el chimpancé y el orangután. De este estudio se puede concluir que:
a.- Estos organismos comparten un antepasado común
b.- Son especies totalmente diferentes
c.- La información contenida en el cromosoma 6, no es importante en estos organismos
d.- Todos los genes de estas especies son semejantes.
5.- La macroevolución, estudia las relaciones entre especies, géneros, familias, y otros grupos taxonómicos superiores, por el contrario, la microevolución estudia los cambios evolutivos que ocurren entre las distintas poblaciones de una especie, o entre especies emparentadas. La principal diferencia entre ambas es:
a.- La macroevolución estudia la evolución de la especie humana y la microevolución de otros seres vivos.
b.- La macroevolución estudia la evolución de las rocas y del planeta y la microevolución la evolución de los seres vivos.
c.- La escala temporal que abarcan; la macroevolución estudia cambios evolutivos que ocurren durante millones de años y la microevolución abarca, por lo general, cambios que se miden en cientos o miles de años
d.- La macroevolución estudia la evolución de poblaciones y la microevolución estudia los cambios que se presentan en los individuos.
6.- El proceso por el cual se originó la vida en la Tierra, y que ha dado lugar a la enorme diversidad de seres vivos que pueblan nuestro planeta, es un proceso gradual que se conoce como:
a.- Evolución biológica
b.- Evolución geológica
c.- Evolución astronómica
d.- Microevolución
7.- Los cambios en la información genética se denominan mutaciones. Esta afecta la información hereditaria en los seres vivos. Si una mutación es benéfica para la superviviencia de una especie,
a.- se transmite a la descendencia, de padres a hijos
b.- lleva a que las poblaciones afectadas desaparezcan
c.- favorece los procesos de competencia entre organismos
d.- permitirá el desarrollo de nuevas especies, con diferencias significativas con la especie original
8.- Hacia el Devónico aparecieron los peces verdaderos, antepasados de nuestros tiburones y rayas. Estaban dotados de un esqueleto cartilaginoso, aunque bien desarrollado, y dimensiones apreciables. Eran buenos nadadores y temibles depredadores y, aunque en un principio no eran muy variados, se fueron diversificando y especializándose ocupando tanto las aguas oceánicas como las dulces. Del periodo devónico podemos afirmar que
a.- ya existían los seres humanos viviendo en comunidades primitivas
b.- no existían los insectos y estos organismos aparecerán en otros periodos geológicos más adelante
c.- el devónico es el llamado periodo o era de los dinosaurios, debido al desarrollo de estos enormes organismos
d.- al final del devónico o periodo de los peces, aparecerán los anfibios al empezar a colonizar el medio terrestre.
9.- la era mesozoica es llamada la era de los dinosaurios, comprende tres periodos geológicos: triásico, jurásico y cretáceo. Al finalizar el cretáceo hace 65 millones de años, los grandes dinosaurios desaparecen. La principal hipótesis que explica la desaparición de estos colosales organismos está relacionada con
a.- la abundancia de mamíferos que se alimentaban de los huevos de los dinosaurios
b.- el impacto de un meteorito que debió alzar una nube densa de polvo, vulcanismo, cambios drásticos en la temperatura ambiental, entre otras causas
c.- el fraccionamiento del supercontinente Pangea, y la formación de los actuales continentes
d.- La primera evolución de los seres humanos y la utilización de los recursos naturales para poder sobrevivir.
10.- La era Cenozoica, es la era de los mamíferos, encontramos en los periodos de esta era; aves y plantas con flores; con lo cual, la mayor parte de la Tierra quedó poblada por formas de vida “modernas”, similares o muy próximas a las actuales. Cada especie de la antigüedad, tiene en la actualidad un linaje que nos recuerda la vida en el pasado; los descendientes directos de los dinosaurios son:
a.- los cocodrilos reptiles con mucho parecido a los antiguos dinosaurios
b.- los mamíferos carnívoros, representantes de los antiguos reptiles
c.- la aves que al igual que los dinosaurios son homotermos y comparten otras similitudes
d.- los seres humanos que al igual que los dinosaurios en su tiempo somos ahora la especie dominante.
Rana de cejas amarillas, nueva especie hallada en Colombia
Una rana terrestre de cejas amarillas que habita en la cordillera Oriental de Colombia fue identificada como nueva especie por investigadores del Instituto Humboldt, informó este martes esta entidad vinculada al ministerio de Ambiente.
fuente: Ramiro Velásquez Gómez. El colombiano. El 07 de marzo De 2016
"Una nueva rana terrestre habita los páramos del complejo Iguaque Merchán, al norte del municipio de Arcabuco (Boyacá, centro), la Pristimantis macrummendozai, especie que desde ahora ingresa al registro del mundo científico", señaló en un comunicado esta corporación civil.
"A diferencia de otras, la Pristimantis macrummendozai aprovecha el ambiente húmedo para depositar huevos en tierra y así reproducirse, razón por la cual carece de almohadillas nupciales en las patas delanteras, un mecanismo similar al velcro con las que muchas ranas macho retienen a la hembra, escurridiza, para aparearse en ambientes acuáticos", explicó el Instituto Humboldt.
La institución señaló que con este descubrimiento hay 10 especies de ranas que viven y se reproducen en ambientes de alta montaña de la cordillera Oriental colombiana, que reúne 16 complejos de páramos como Chingaza, Santurbán, Almorzadero, Cundinamarca, Guantiva-La Rusia, Tota-Bijagual-Mapamacha, Pisba, Cruz Verde-Sumapaz, entre otros.
"Al parecer, las alturas desde los 3.500 metros (sobre el nivel del mar) ofrecen las condiciones para la reproducción de la nueva especie", indicaron los expertos. "A nivel mundial, este tipo de descubrimientos ubica a Colombia entre los cinco países más megadiversos", dijo Andrés Acosta, curador de Colecciones Biológicas del Instituto Humboldt, citado en el comunicado.
Para los investigadores, los complejos de alta montaña equivalen a "islas geográficas" hábitat de especies únicas. Por eso, instaron a protegerlos y a continuar con el inventario que documente la diversidad en estas áreas.
En el marco del Convenio de las Naciones Unidas sobre la Diversidad Biológica, ratificado por Colombia en 1994, el Instituto Humboldt genera el conocimiento necesario para evaluar el estado de la biodiversidad en Colombia y para tomar decisiones sostenibles sobre la misma, según informa la entidad en su sitio web.
El tiempo Marzo 08 de 2016
El cucarachero Paisa.A mediados de 2012 la Unión de Ornitólogos Americanos anunció oficialmente la existencia en tierras antioqueñas del Cucarachero Paisa, una especie de pájaro que no se conocía y que entra a engrosar la lista de la gran riqueza ornitológica que tenemos en nuestra tierra. En sus dominios del Cañón del río Cauca y de los municipios de Ituango y Concordia, esta pequeña ave de color café claro vuela libremente, portando características físicas que lo diferencian plenamente de sus especies hermanas, indica el comunicado.Tras el descubrimiento del Cucarachero Paisa, el llamado es a protegerlo, a estar vigilantes para que ésta y otras especies similares no entren en esa carrera sin retorno que los lleva a su extinción. El mayor peligro para estas aves es que su hábitat, los bosques secos tropicales, están cada vez más amenazados por la mano del hombre que los está tumbando. 
Fuente: Adriana María Sanín Escobar y Diego Armando Zapata Zapata. en UdeA. Periodico Alma mater. 06-nov-2018
Aguapanela arvi.Un género nuevo de tarántula que habita cerca de Medellín ha sido descrito por investigadores en la UdeA.
Corpulenta,
cubierta de vellos en buena parte urticantes (que irritan la piel al tocarlos)
y sumamente fuerte. Cuando es amenazada, levanta sus patas delanteras como un
potro encabritado y muestra sus “colmillos” ―que en realidad son apéndices
llamados quelíceros― goteantes de veneno.
Es una tarántula. De
un género que nunca antes había sido registrado por la ciencia. Vive en el Parque Arví, una reserva natural en las afueras
de Medellín; fue identificada por el grupo de Ofidismo de la Universidad
de Antioquia y descrita como género y especie nuevos por el coordinador
Sebastián Estrada Gómez y sus colegas Yeimi Cifuentes, de la Universidad
Nacional de Colombia, y Carlos Perafán, de la Universidad de la República
(Uruguay), quienes la bautizaron Aguapanela
arvi
Fuente: Sergio A.
Urquijo Morales – UdeA. Vicerrectoría de Investigación. 22-enero-2016
|
pH y pOH
En una primera aproximación de la química inorgánica, las
sustancias se clasifican en cuatro tipos de funciones: Óxidos, Ácidos, bases y sales,
cada uno de estos grupos tiene sus características, su nomenclatura y sus
propiedades que les permiten diferenciarse entre ellas.
Las propiedades de ácidos y base son objeto
de análisis en todas las reacciones[1]: para la síntesis de nuevos productos, para
el análisis, tanto en la industria y también en las reacciones propias de los
seres vivos, el comportamiento de estas sustancias y especialmente su
equilibrio dinámico en soluciones acuosas
conduce a una definición de ácidos, como aquella especie que contiene un
átomo de hidrogeno acido, que puede transferirse como núcleo (protón) a otra
especie que actúa como base,
la trasferencia de protones se presenta por contacto directo por ejemplo: en
una solución diluida de ácido clorhídricos el hidrogeno del ácido se trasfiere
al agua, que en este caso actúa como una
base
HCl (aq) + H2O
(liquido) ®
H3 O+ (aq) + CL-(ac)
El ion H3O+
recibe el nombre ion hidronio, en este caso específico todas las
moléculas de HCl donan sus protones; este es un ácido fuerte. Adema del ácido
clorhídrico, entre los acido fuertes más comunes están:
Tabla No 01: principales ácidos fuertes
HBr
|
ácido
bromhídrico
|
HClO3
|
ácido
clórico
|
HI
|
ácido
yodhídrico
|
HClO4
|
ácido
perclórico
|
HNO3
|
ácido
nítrico
|
H2SO4
|
ácido
sulfúrico
|
Fuente: de la física a la vida. Pág
53. Luis Carlos Burgos, Pablo Javier Patiño
En el caso de las bases, se conoce como bases fuertes a
aquellas que se disocian completamente, a diferencias de los ácidos las bases
fuertes son pocas:
Tabla No 02: principales bases
fuertes
NaOH
|
Hidróxido
de sodio
|
LiOH
|
Hidróxido
de litio
|
KOH
|
Hidróxido
de potasio
|
Ca(OH)2
|
Hidróxido
de calcio
|
Fuente: de la física a la vida. Pág
53. Luis Carlos Burgos, Pablo Javier Patiño
Los ácidos débiles a diferencia de los ácidos fuertes, se
disocian parcialmente, su disolución
en solución acuosa se representa de la siguiente forma:
HCN(aq)+H2O
(liquido) D H3 O+ (aq)
+ CN-(ac)
la magnitud cuantitativa que permite establecer la fuerza de
un ácido o de una base se denomina constante de ionización que se expresa de la
siguiente manera
Esta expresión se deriva del análisis de la siguiente
ecuación:
Aa + Bb D Cc + Dd
Donde
Cc +Dd es la suma de los productos de las concentraciones molares de las sustancias finales.
Aa + Bb
es la suma de los productos de las concentraciones molares
de los reactivos
A, B, C y D corresponden al valor de los coeficientes de
balanceo de la reacción
La naturaleza acida la constante es Ka, la naturaleza alcalina es Kb, Estos valores se determinan así:
Los valores de esta constantes, alcanzan magnitudes menores
que uno. Al logarítmo de dicha expresión
cambiado de signo es lo que se conoce como pK
|
|
|
|
Los Ácidos con valor de pKa en rangos entre−2 a 12 se
consideran débiles, y aquellos ácidos con valores de pKa menores que −2 se dice
que son ácidos fuertes.
El ácido clorhídrico es un ácido fuerte, porque se
desprotoniza completamente en agua
HCl (aq) + H2O
(liquido) ®
H3 O+ (aq) + CL-(ac)
En este caso CL-(ac) se denomina su
base conjugada, se deduce de este análisis, que se trata de una base débil.
Ejemplo de un ácido débil como el ácido cianhídrico será : (observar la doble flecha entre reactivos y productos)
HCN(aq)+H2O
(liquido) D H3 O+ (aq)
+ CN-(ac)
En
este caso, su base conjugada CN-(ac) se considera una base
fuerte, esto significa que el ion cianuro (CN-) , tiene
un alto porcentaje de aceptación de iones hidrogeno, restaurando el ácido
original, por eso se dice que el ácido cianhídrico es un ácido débil.
Parafraseando a Piter W. Atkins: “cuanto más fuerte es el ácido más débil es su
base conjugada, y cuanto más fuerte es la base más débil es su acido
conjugado”.
Dado
que el comportamiento de estas moléculas parte de la consideración que están
como soluciones acuosas, es el agua la recibe en el caso de ácidos, o que dona
en el caso de bases Protones (H+). La concentración molar de iones hidronio [H3 O+],
permite establecer una magnitud de la acidez que se conoce como pH.
El pH es utilizado para medir el grado de alcalinidad o
acidez de una sustancia, tiene mucha importancia biológica, ya que varios de
los procesos que ocurren en los seres vivos están influenciados por pH.
pH se
define como el logaritmo cambiado de signo de la concentración molar de iones
hidronio contenidos en una solución.
pOH, es el logaritmo negativo de la
concentración de hidroxilos (base conjugada) contenidos en la misma solución.
El valor del pH está ubicado en una escala de 1
a 14; este valor es el resultado de la ionización del agua.
Para determinar el pH de una sustancia, existen dos tipos de
métodos: cualitativos y cuantitativos, los primeros utilizan reactivos
indicadores, el más conocido de ellos es el papel tornasol; el papel tornasol
azul se utiliza para identificar sistemas ácidos, en este caso el papel cambia
de azul a rojo. el papel tornasol rojo
se utiliza para identificar sistemas alcalinos y en este caso el papel cambia
de rojo a azul; sin embargo, se trata de un método muy elemental; existen
indicadores que permiten determinar la acidez-alcalinidad, dentro de unos
rangos determinados como lo indica la siguiente tabla
Tabla No 03: principales sustancias
tituladora de pH
Sustancia Indicadora
|
Rango de pH
|
Coloración alcanzada
|
Azul de
timol
|
1.2
– 2.8
|
Amarillo
|
Naranja de
metilo
|
3.2
– 4.4
|
Amarillo
|
Azul de
bromofenol
|
3.0
- 4.6
|
Azul
|
Verde de
bromocresol
|
3.8
– 5.4
|
Azul
|
Rojo de
metilo
|
4.8
– 6.0
|
Amarillo
|
Tornasol
|
5.0
– 8.0
|
Azul
|
Azul de
bromotimol
|
6.0
– 7.6
|
Azul
|
Rojo fenol
|
6.6
– 8.0
|
Rojo
|
Azul de
timol
|
8.0
– 9.6
|
Azul
|
Fenolftaleína
|
8.2
– 10.0
|
Rosa
|
Amarillo
de alizarina
|
10.1
– 12.0
|
Rojo
|
alizarina
|
11.1
– 12.4
|
Violeta
|
Fuente: principios de química los
caminos del descubrimiento. Pág 493. Peter W. Atkins
Los métodos cuantitativos pueden ser: instrumentales y
analíticos; el método instrumental utiliza el peachimetro
El pH se obtiene mediante el análisis de las variables:
volumen adicionado de sustancia tituladora vs concentración de sustancia a
titular, técnicamente llamada analito, a partir esta relación se obtiene un
diagrama que se conoce como curva de pH.
Los
sistemas amortiguadores o sistemas tampón son una mezcla de un ácido débil y su
base conjugada o base débil y su ácido conjugada, el cual tiene por función
mantener estables los niveles de pH, gracias a la capacidad que tienen para
captar o liberar protones de forma inmediata en respuesta a las variaciones de
pH que se produzcan, en el
organismo todas las moléculas biológicas son muy sensibles a los cambios
de pH, por eso son tan importantes las soluciones tampón, es por esto que todos
los líquidos corporales tienen varios amortiguadores de pH, los amortiguadores
se estudian mediante la ecuación de Heder Hasselbach:
Cuando
el pH es igual a la
se
dice que el sistema tampón está en el rango de amortiguamiento efectivo.
En
condiciones normales el pH de la sangre se ubica en un intervalo de 7.35 a 7.45
en promedio 7.4, para regular este pH el organismo utiliza las propiedades
iónicas del ácido carbónico, el cual se disocia en ion bicarbonato e ion
hidrogeno.
H2CO3 (aq)
D HCO3-(aq) + H+(aq)
La
relación normal entre ion bicarbonato y acido carbónico en la sangre es de 20 a
1, con la mayor parte del ácido en forma de CO2 disuelto. Si la concentración
de HCO3- se
incrementa el pH de la sangre se eleva, a esta alteración se le conoce como
alcalosis, de manera contraria si el pH sanguíneo disminuye significa que HCO3-
disminuye a esta alteración se le conoce como acidosis. Ambos
trastornos amenazan seriamente la vida. El organismo regula el pH a través de
dos vías: respiratoria y metabólica.
Los mecanismos respiratorios se
relacionan con la regulación en la concentración del CO2, aquella
situaciones o trastornos que reduce la capacidad para respirar, elevan la
concentración del CO2 es lo que se conoce como acidosis
respiratoria, su tratamiento natural es la ventilación
mecánica; existen medicamentos bronco dilatadores que cumplen con dicho
objetivo. En la alcalosis respiratoria el aumento del pH está asociada a la
hiper ventilación.
La acidosis metabólica está relacionada con la
liberación excesiva de subproductos metabólicos como el ácido láctico, estas
sustancias inducen a la producción de H2CO3 llevando la
relación a valores por debajo de lo normal. si se incrementa el pH por
enfermedades o por ingestión química o por el exagerado uso de diuréticos, este
trastorno se conoce como alcalosis metabólica.
Además
del ácido carbónico que es un ácido diprotico en el organismo encontramos otros
ácidos poliproticos, hay que tener presente que se denominan ácidos
monoproticos cuando en la estructura molecular encontramos la presencia de un
hidrogeno, diproticos si hay dos y triprotico si hay tres; los sistemas
biológicos utilizan los ácidos polipróticos y sus aniónes liberados en la
regulación del pH. Al titular el ácido poliprótico se puede observar que tiene
tantos puntos de equivalencia como protones de hidrógenos se encuentren en la
molécula, es decir: ácidos monoproticos un punto de equivalencia, ácidos
diproticos, dos puntos de equivalencia y así sucesivamente.
ANALICEMOS EL PH DE DIFERENTES SUSTANCIAS UTILIZANDO EXTRACTO DE LA COL
LOMBARDA
Objetivo general
-
Utilizar el pigmento de la hortaliza Brassica oleracea nombre
vulgar Repollo morado, como método cualitativo para determinar el pH de
diferentes sustancias
Objetivos específicos
-
Identificar la acidez-alcalinidad de una
sustancia, como una propiedad química fundamental de la materia o sus
disoluciones
-
Analizar cualitativamente el pH y relacionar
esta característica con otras propiedades físicas, color, olor o sabor.
-
Elaborar material reactivo de análisis para el
pH, utilizando el extracto de la col lombarda o repollo morado.
Materiales
-
200 gramos de repollo morado pequeño, limón,
naranja, bicarbonato, detergente, leche y otras de acuerdo al listado que se
indico en el aula de clase. Alcohol, papel filtro, libreta de registro
-
Elementos de cocina, olla, estufa, frascos con
su tapa de cierre hermético, gotero
Procedimientos
Selecciones, lave y ralle de dos a cuatro hojas de repollo; coloque la
ralladura en una olla pequeña, agregue agua en cantidad que permita calentar la
sustancia y extraer el pigmento a utilizar y caliente en la estufa a fuego
lento.
Coloque la tintura producida en un frasco, de preferencia de color
oscuro, agregue un poco de alcohol a este extracto y proteja con una tapa
hermética.
En frascos de análisis, coloque muestras (aproximadamente un volumen
de una cuarta parte), de sumo de cítricos, champú comercial, detergente (si es
en polvo previamente disuelva una pequeña cantidad en agua), leche de magnesia;
de acuerdo a las sustancias del listado. Recuerde rotular y evite así cometer
errores en el registro de las observaciones. A cada una de las muestras
rotuladas, agregue la tintura obtenida, agite y observe los cambios.
Informe de laboratorio:
Registre
en su cuaderno los resultados, se recomienda utilizar colores.
Presente en una tabla las observaciones observadas cambio de color y pH que usted considere de acuerdo al cambio de coloración.
Cuál es el pH de
las sustancias analizadas?
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limón
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agua
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Sustancia
asignada
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Bicarbonato
de sodio
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Color obtenido
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pH - sustancia
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Consulte con sus compañeros otros los resultados y presente una tabla que contenga sustancia y pH
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Elabore papel indicador utilizando papel filtro y el pigmento extraído,
Corte tiras de papel filtro de aproximadamente 1 centímetro de ancho, impregne en la solución del extracto obtenido, deje secar y almacene en un frasco que proteja de la humedad. Verifique el funcionamiento, del papel tornasol, con soluciones de diferente pH. Presente en el informe los resultados obtenidos.
Consulta con el docente día y hora de asesoría virtual, utiliza el siguiente enlace
https://forms.gle/9tE7h7uX2HrvGVmr9
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