Diagramas de Lewis

Uno de los principales usos de los diagramas de Lewis es identificar cuántos electrones de valencia tiene un átomo, para definir cómo se va a enlazar químicamente con otros átomos, ya que una de las características de estas partículas es que se vuelven estables al tener ocho electrones de valencia en su último nivel de energía. Si no los tienen, tenderán a ganar o ceder electrones hasta completar su octeto, ya sea con átomos del mismo elemento o de uno distinto. Todo lo referido es conocido como la regla del octeto.

Los diagramas de Lewis se construyen a partir de la configuración electrónica de cada elemento. Los electrones que se encuentran en la capa más externa del átomo suelen representarse con puntos alrededor del símbolo del elemento. Este modelo es una herramienta que permite observar cuántos electrones de valencia tiene un elemento y, por ende, cuántos electrones necesita para ser estable, es decir, cuántos enlaces es posible que forme con otros átomos.

La configuración electrónica describe la ubicación de los electrones alrededor del núcleo en un átomo. Como ya sabemos, un átomo está conformado por un núcleo central que contiene protones y neutrones, y está rodeado por una nube electrónica. Si bien todos los electrones tienen la misma carga y la misma masa, cada uno de ellos tiene diferente cantidad de energía, y eso se relaciona con la cercanía al núcleo. La capa electrónica de primer (menor) nivel de energía es la más cercana al núcleo, y las capas de mayor nivel energético son más alejadas al núcleo. Los electrones que se encuentran alejados al núcleo tienen un alto valor energético.

Macromoléculas y Nutrición

Los carbohidratos y lípidos proporcionan principalmente energía; las proteínas pueden ser estructurales o reguladoras de reacciones químicas en el organismo.

Química e Importancia de los Carbohidratos, Proteínas y Lípidos en la Alimentación

La alimentación es la acción de ingerir alimentos para obtener nutrientes; en el caso de los seres humanos, esto implica seleccionarlos y prepararlos para la ingesta e incluso para socializar con otras personas. El cuerpo humano es considerado un sistema que intercambia materia y energía con el medio, pues libera calor, consume materia como alimento y desecha lo que no necesita en forma de vapor de agua, sudor, dióxido de carbono, orina y heces.

Las células de un organismo están formadas por proteínas, carbohidratos, lípidos y agua, principalmente. En los humanos, los alimentos ingresan por la boca, bajan por el esófago hasta el estómago y en ese recorrido son digeridos. Posteriormente, los nutrientes son absorbidos por los intestinos y pasan a la sangre para ser distribuidos por todo el cuerpo. Al proceso mediante el cual se degradan sustancias complejas en otras más simples se le conoce como catabolismo, y en éste se libera energía. El proceso de formación de sustancias orgánicas complejas a partir de elementos inorgánicos simples con gasto de energía, se le llama anabolismo.

Macronutrientes: se necesitan en cantidades mayores e incluyen proteínas, carbohidratos y grasas. Micronutrientes: se necesitan en cantidades muy pequeñas. Dentro de este grupo se consideran las vitaminas y los minerales.

Carbohidratos

Los carbohidratos son hidratos de carbono, moléculas orgánicas formadas por carbono, hidrógeno y oxígeno, su fórmula general es CH₂O. Ejemplos: arroz, frijol, azúcar, lenteja, avena, etcétera. Hay dos tipos de carbohidratos:

• Carbohidratos simples: son los de más fácil digestión y se metabolizan más rápido, por eso se les llama energía rápida y se encuentran mayormente en azúcares.
• Carbohidratos complejos: son los que se digieren lentamente y su metabolismo es más lento, se les llama energía lenta y se encuentran en tubérculos y almidones. Se dividen en polisacáridos, monosacáridos y disacáridos.

Proteínas

Las proteínas están formadas por miles y millones de aminoácidos con un gran peso molecular. Las funciones de las proteínas son muy específicas del cuerpo, ya que forman parte de la estructura celular e incluso en la sangre. Al desintegrarse, las proteínas se descomponen en aminoácidos. Existen algunos indispensables para el cuerpo, los cuales son (valina, leucina, treonina, lisina, histidina, fenilalanina, triptófano). Las proteínas se clasifican en primaria, secundaria, etc., y se encuentran en pescado, huevo, etcétera.

Catabolismo y Anabolismo

La energía que el cuerpo humano necesita se obtiene de los alimentos a partir del metabolismo. Éste se refiere a todos los procesos físicos y químicos que transforman o usan energía (como respiración, regulación de temperatura, digestión).

El metabolismo se divide en:

• Catabolismo: en el que se transforman las moléculas orgánicas complejas en moléculas más sencillas y se almacena la energía química.
• Anabolismo: en el que se usa la energía química y se sintetizan moléculas complejas a partir de moléculas sencillas. En este proceso se necesita energía.

Los alimentos proporcionan al organismo carbohidratos, lípidos y proteínas. Al degradar estas grandes biomoléculas como parte del organismo, se obtienen moléculas más pequeñas como la glucosa, que se transforma en las células. En las células ocurren reacciones químicas para obtener adenosín trifosfato (ATP), el que provee energía para todas las funciones. El ATP por lo regular se obtiene a partir de la glucosa.

Ácidos y Bases

Los ácidos son sustancias químicas que, en un medio acuoso, liberan iones de hidrógeno, es decir H⁺, mientras que las bases son aquellas sustancias que en un medio acuoso liberan iones hidróxido, es decir grupos OH^–. A la reacción de un ácido y una base se le conoce como neutralización y produce una sal más agua.

Escala del pH

La escala del pH se refiere a qué tan alcalina (básica) o ácida es una sustancia y es una medida muy importante en diferentes industrias, por ejemplo, la alimentaria y la cosmética. El pH se define como el logaritmo negativo de la concentración de iones de hidrógeno: pH = -log[H⁺].

Se considera que el pH neutro es 7, tomando el agua pura como referencia. Todas las medidas de pH entre 0 y 7 se consideran ácidas y por arriba del 7 hasta el 14 se consideran básicas o alcalinas.

Existen indicadores de pH naturales como el té de canela o el agua de Jamaica, que toman otro color cuando el pH cambia. Hay indicadores de tiras de papel que cambian de color hasta instrumentos de medición conocidos como potenciómetros.

Modelo de Arrhenius

Según el modelo de Arrhenius, cuando un ácido y una base se encuentran en un medio acuoso, el ácido tiende a generar iones de hidrógeno H⁺ y las bases tienden a generar iones hidróxido para formar H₂O. A esto se le llama reacciones de neutralización. En las reacciones de neutralización pueden darse de cuatro formas, dependiendo de las propiedades de sus reactivos.

Ácido Fuerte y Base Fuerte

El reactivo más abundante quedará en la disolución respecto del otro. El pH de la disolución resultante dependerá de cuál de los reactivos se encuentre con mayor proporción. Ejemplo: HCl + NaOH -> NaCl + H₂O. Se obtendrá una solución de pH básico si la base permanece en la disolución. Ejemplo: CH₃COOH + NaOH -> CH₃COONa + H₂O.

Ácido Fuerte y Base Débil

Se neutraliza el ácido y permite un ambiente ácido en la disolución, dependiendo del grado de concentración del ácido. El pH de la disolución resultante es ácido. Ejemplo: HNO₃ + NH₃ -> NH₄NO₃.

Ácido Débil y Base Débil

El resultado será un ácido o básico, dependiendo de la concentración de sus reactivos.

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