Instrucciones
Usted tiene las siguientes opciones en este simulador para moléculas pequeñas tanto inorgánicas como orgánicas.
- En la parte superior, aparecen los botones 2D y 3D para que pueda observar el modelo en dos o tres dimensiones.
- A continuación se presenta el modelo en dos o tres dimensiones.
- "Search" puede ser utilizado para buscar alguna molécula, escribiendo el nombre en inglés, por ejemplo al escribir, sulphuric acid (ácido sulfúrico).
- Color de fondo, sirve seleccionar el color del fondo del modelo en tres dimensiones.
- Acercar +, acerca el modelo.
- Acercar -, aleja el modelo.
- Girar X, Y, Z, para girar el modelo en tres dimensiones en los ejes x, y, z.
- Alambres, varillas y pelotas y varillas, para cambiar el modelo en tres dimensiones en esas representaciones.
- Energía, aparce en la parte superior la energía de la molécula en kJ/mol o kcal/mol.
- Minmizar por MMFF94, normalmente las estructuras iniciales que se crean en los simuladores poseen energías mucho mayores a las que tendría un objeto real, por esta razón, se utilizan algoritmos para calcular las posiciones y fuerzas originales, con el objetivo de minimizarlas y que sean más realistas.
- Arrastrar Minimizar, usted puede arrastrar un átomo, soltarlo y entonces el sistema hace un cálculo de minimización de energía.
- Simetría, muestra los planos de simetría en la molécula.
- Editar, puede editar la molécula agragando o quitando átomos y enlaces.
- Superficie VDW, la superficie de van der Waals de una molécula es una representación abstracta o modelo de esa molécula, que ilustra dónde, en términos muy generales, podría haber una superficie para la molécula en función de los cortes duros de los radios de van der Waals para átomos individuales, y representa una superficie a través de la cual la molécula podría concebirse interactuando con otras moléculas.
- PEM es el mapa de potencial electrostático.
- Carga parcial calcula la carga parcial de cada átomo.
- Tetraedros, para el caso que exista alguna átomo tetraédrico.
- Dipolos enlaces, para ver el los dipolos de todos los enlaces.
- Dipolo molecular, para ver el momento dipolar resultante de toda la molécula.
- Hibridación sp, sp2 y sp3, para ver la hibridacion del átomo de carbono.
- Anillo aromático, muestra los anillos aromáticos.
- Heteroátomo, muestra los heteroátomos en heterociclos.
- C quiral (nomenclatura R/S) y E/Z para isomería geométrica en alquenos, los descriptores R/S permiten indicar en un compuesto orgánico la configuración (la disposición espacial de los sustituyentes) de un carbono o centro quiral, estereocentro o centro estereogénico, que es el caso de un átomo de carbono con cuatro sustituyentes diferentes. Se añade R o S entre paréntesis como prefijo delante del nombre de la molécula orgánica. En caso de ser más de uno el centro estereogénico, separados por coma se indica el descriptor R o S de cada uno, precedido del número o localizador que identifica su posición.
- Invertir R/S, para cambiar la quiralidad.
- Nomenclatura E/Z en Alquenos, el sistema tradicional para nombrar los isómeros geométricos de un alqueno, en el que los mismos grupos están dispuestos de manera diferente, es nombrarlos como cis o trans. Sin embargo, es fácil encontrar ejemplos donde el sistema cis-trans no se aplica fácilmente.
- N electrones, O electrones y S electrones, para ver los electrones libres del nitrógeno, oxígeno y azufre.
- C primario, C secundario, C terciario, C cuaternario, identifica la clasificación de los átomos de carbono.
- Dadores y aceptores de puentes de hidrógeno, señala los átomos que pueden dar o aceptar puentes de hidrógeno
- Botón 2D, cuando escoge el botón 2D, la aplicación tiene su propio menú y quedan inhabilitados todos los botones 3D.
Soluciones
¡Atención!
El agua es el componente principal en peso de todos los seres vivos.
El agua, el líquido más común de la superficie terrestre, el componente principal en peso de todos los seres vivos, tiene un número de propiedades destacables. Estas propiedades son consecuencia de su estructura molecular y son responsables de la "aptitud" del agua para desempeñar su papel en los sistemas vivos. Es la sustancia que forma el mayor porcentaje del cuerpo y constituye alrededor del 60% de los hematíes, 75% del tejido muscular y el 92% del plasma sanguíneo. El agua es un excelente disolvente y medio de suspensión.
Estructura del Agua
La estructura de la molécula de agua está dada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno que se mantienen unidos por enlaces covalentes. Es una molécula polar y, en consecuencia, forma enlaces -llamados puentes de hidrógeno- con otras moléculas. Aunque los enlaces individuales son débiles -se rompen y se vuelven a formar continuamente- la fuerza total de los enlaces que mantienen a las moléculas juntas es muy grande.
La molécula de (H2O) puede ser representada de varias maneras distintas. Una de ellas es el modelo compacto y otra el modelo de esferas.
Como se ve en este modelo, el modelo orbital, desde el núcleo de oxígeno de una molécula de agua se ramifican cuatro orbitales constituyendo un tetraedro hipotético. Dos de los orbitales están formados por los electrones compartidos que enlazan los átomos de hidrógeno al átomo de oxígeno. Debido a la fuerte atracción que ejerce el núcleo del oxígeno hacia los electrones, los electrones que intervienen en los enlaces covalentes pasan más tiempo alrededor del núcleo de oxígeno que el que pasan alrededor de los núcleos de hidrógeno. En consecuencia, la región que se encuentra cerca de cada núcleo de hidrógeno es una zona débilmente positiva. Además, el átomo de oxígeno tiene cuatro electrones adicionales en su nivel energético exterior. Estos electrones, que no están implicados en el enlace covalente con el hidrógeno, están apareados en dos orbitales. Cada uno de estos orbitales es una zona débilmente negativa. Así, la molécula de agua, desde el punto de vista de la polaridad, tiene cuatro "vértices", dos "vértices'' cargados positivamente y otros dos cargados negativamente.
Como resultado de estas zonas positivas y negativas, cada molécula de agua puede formar puentes de hidrógeno (representadas por líneas de puntos) con otras cuatro moléculas de agua. En condiciones normales de presión y temperatura, los puentes de hidrógeno se rompen y vuelven a formarse continuamente, siguiendo un patrón variable. Por esa causa, el agua es un líquido.
En este experimento se observa el efecto de la interacción del agua (H2O) que es una sustancia polar, con dos varillas eléctricamente cargadas, la primera de baquelita y la segunda una varilla de vidrio. La varilla de baquelita se frotó con la piel y la varilla de vidrio con seda.
En este experimento se observa el efecto de la interacción del etanol (C2H6O) que es una sustancia polar, con dos varillas eléctricamente cargadas, la primera de baquelita y la segunda una varilla de vidrio. La varilla de baquelita se frotó con la piel y la varilla de vidrio con seda.
En este experimento se observa el efecto de la interacción del hexano (C6H14) que es una sustancia no polar, con dos varillas eléctricamente cargadas, la primera de baquelita y la segunda una varilla de vidrio. La varilla de baquelita se frotó con la piel y la varilla de vidrio con seda.
Los puentes de hidrógeno determinan muchas de las extraordinarias propiedades del agua. Entre ellas están su gran cohesión, su alta tensión superficial y sus altos calores específico, de vaporización y de fusión. Los fenómenos de capilaridad e imbibición están también relacionados con la presencia de puentes de hidrógeno.
La polaridad de la molécula de agua es, además, responsable de su adhesión a otras sustancias polares, de ahí, su tendencia al movimiento capilar.
También debido a su polaridad el agua es un buen solvente para iones y moléculas polares. Las moléculas que se disuelven fácilmente en agua se conocen como hidrofílicas. Las moléculas de agua, a raíz de su polaridad, excluyen activamente de la solución a las moléculas no polares. Las moléculas excluidas de la solución acuosa se conocen como hidrofóbicas.
El agua tiene una ligera tendencia a ionizarse, o sea, a separarse en iones H+ (en realidad iones hidronio H3O+) y en iones OH-. En el agua pura, el número de iones H+ y el número de iones OH- es igual a 10-7 mol por litro. Una solución que contiene más iones H+ que iones OH- es ácida; una solución que contiene más iones OH- que iones H+ es básica o alcalina. La escala de pH refleja la proporción de iones H+ a iones OH-. Una solución ácida tiene un pH inferior a 7; una solución básica tiene un pH superior a 7. Casi todas las reacciones químicas de los sistemas vivos tienen lugar en un estrecho intervalo de pH alrededor de la neutralidad. Los organismos mantienen este estrecho intervalo de pH por medio de buffers, que son combinaciones de formas de ácidos débiles o bases débiles; dadores y aceptores de H+.
Peso Específico
Elevado calor específico: Al calentar el agua, parte de la energía se utiliza para romper puentes de hidrógeno y no tanto para aumentar su temperatura, lo que supone que incrementos o descensos importantes en la temperatura externa, únicamente producen pequeñas variaciones en el medio acuoso. Hace falta 1 Kcal. para elevar 1 ºC la temperatura de 1 litro. Esta propiedad hace posible que tenga función termorreguladora.
Punto de Ebullición
Elevado punto de ebullición: Dado que los puentes hidrógeno deben romperse para pasar al estado gaseoso, su punto de ebullición es mucho más elevado que el de otros compuestos líquidos. Esta propiedad implica que es un líquido en la mayor parte de la superficie terrestre en la mayoría de las estaciones.
Constante Dieléctrica
Alta constante dieléctrica: Su naturaleza dipolar hace que sea un buen disolvente frente a gran cantidad de sustancias como, las sales minerales y compuestos orgánicos neutros con grupos funcionales hidrófilos.
Tensión Superficial
Alta tensión superficial puede definirse como la fuerza que ejerce un líquido sobre una determinada superficie debido a la existencia de una atracción no compensada hacia el interior del mismo sobre las moléculas individuales de la superficie. Es la forma en que se refleja la cohesión entre moléculas en un líquido. La tensión superficial depende de la naturaleza del mismo, del medio que le rodea y de la temperatura. En general, disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de cohesión disminuyen al aumentar la agitación térmica. La influencia del medio exterior se comprende ya que las moléculas del medio ejercen acciones atractivas sobre las moléculas situadas en la superficie del líquido, contrarrestando las acciones de las moléculas del líquido.
Grado de Ionización
Bajo grado de ionización: sólo una molécula de cada 551.000 de agua se encuentra ionizada:
Cohesión Molecular
Elevada cohesión molecular: El hecho de ser un fluido dentro de un amplio margen de temperatura permite al agua dar volumen a las células, turgencia a las plantas e incluso actuar como esqueleto hidrostático en algunas animales invertebrados. También explica las deformaciones que sufren determinadas estructuras celulares, como el citoplasma y la función mecánica amortiguadora que ejerce en las articulaciones de los animales vertebrados, constituyendo el líquido sinovial que evita el contacto entre los huesos.
Capacidad de Disolvente
Elevada capacidad de disolvente: Las moléculas de agua, debido a su carácter polar, tienden a disminuir las atracciones entre los iones de las sales y los compuestos iónicos, facilitando su disociación en forma de aniones y cationes y rodeándolos por dipolos de agua que impiden su unión. Esta tendencia del agua a oponerse a las atracciones electrostáticas viene determinada por su elevada constante dieléctrica.
Por lo tanto, el agua es el principal disolvente biológica, permite el transporte en el interior de los seres vivos y su intercambio con el medio externo, facilitando el aporte de sustancias nutritivas y la eliminación de productos de desecho. Además, constituye el medio en el que se realizan la mayoría de las reacciones bioquímicas.
Dentro de los sistemas vivos, muchas sustancias se encuentran en solución acuosa. Una solución es una mezcla homogénea de moléculas de dos o más sustancias. La sustancia presente en mayor cantidad, que es habitualmente líquida, se llama solvente, y las sustancias presentes en cantidades menores se llaman solutos. La polaridad de las moléculas de agua es la responsable de la capacidad solvente del agua. Las moléculas polares de agua tienden a separar sustancias iónicas, como el cloruro de sodio (NaCl), en sus iones constituyentes. Las moléculas de agua se aglomeran alrededor de los iones con carga y los separan unos de otros.
En la siguiente fotografía se puede observar la diferencia entre una solución de cloruro de sodio en agua y una suspensión de almidón en agua:Este diagrama muestra al cloruro de sodio (NaCl) disolviéndose (animación) en el agua a medida que las moléculas de ésta se aglomeran alrededor de los iones individuales sodio y cloruro separándolos unos de otros. Nótese la diferencia entre el modo en que las moléculas de agua están dispuestas alrededor de los iones sodio y la manera en que se disponen alrededor de los iones cloruro.
Muchas de las moléculas importantes en los sistemas vivos que presentan uniones covalentes, como los azúcares (animación), tienen regiones de carga parcial positiva o negativa. Estas moléculas, por lo tanto, atraen moléculas de agua y también se disuelven en agua. Las moléculas polares que se disuelven rápidamente en agua son llamadas hidrofílicas ("que aman al agua''). Estas moléculas se disuelven fácilmente en agua porque sus regiones parcialmente cargadas atraen moléculas de agua tanto o más que lo que se atraen entre sí. Las moléculas polares de agua compiten de este modo con la atracción existente entre las moléculas de soluto.
Moléculas tales como las grasas, que carecen de regiones polares, tienden a ser muy insolubles en el agua. Los puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua actúan como una fuerza que excluye a las moléculas no polares. Como resultado de esta exclusión, las moléculas no polares tienden a agruparse en el agua, al igual que las gotitas de grasa tienden a juntarse, por ejemplo, en la superficie del caldo de gallina. Dichas moléculas son llamadas hidrofóbicas ("que tienen aversión por el agua") y los agrupamientos se producen por interacciones hidrofóbicas.
La versatilidad del agua como disolvente se debe a sus enlaces covalentes polares, en los que los electrones no son compartidos en forma equivalente por los átomos.
En una molécula de agua existen tanto áreas positivas como negativas debido a la diferencia de electronegatividades entre el oxígeno y los átomos de hidrógeno. Esto se indica por medio de cargas parciales (+δ, δ-):
Se observa la forma tetraédrica del agua, y su distribución de cargas eléctricas. Debido a la fuerte atracción que ejerce el núcleo del oxígeno hacia los electrones, éste se carga negativamente y los hidrógenos positivamente.
Proceso de disolución
El proceso de disolución entre el agua y los compuestos iónicos solubles se lleva a cabo debido a la naturaleza polar esta molécula. El agua tiene un átomo de oxígeno sumamente electronegativo que adquiere una carga parcialmente negativa (δ-), y dos átomos de hidrógeno que por ser menos electronegativos, adquieren una carga parcialmente positiva (δ+). Citando como ejemplo al cloruro de sodio (NaCl), varias moléculas de agua rodean al ion positivo (Na+) y otras al ion negativo (Cl-). favoreciendo el proceso de disolución como se puede observar a continuación:
El agua participa en las reacciones químicas
Durante la digestión, por ejemplo, puede añadirse agua a las grandes moléculas de los elementos nutritivos para degradarlas y formar otras moléculas más pequeñas.
Este tipo de degradación se llama hidrólisis, es necesaria para que el cuerpo utilice la energía de los elementos nutritivos.
El agua absorbe y libera calor
En comparación con otras sustancias, el agua requiere una gran cantidad de calor para elevar su temperatura y una gran pérdida de calor para reducirla.
La existencia de una gran cantidad de agua reduce los efectos de los cambios de temperatura y ayuda a mantener la homeostasis de la temperatura corporal.
El agua controla la temperatura del cuerpo
El agua requiere una gran cantidad de calor para cambiar de líquido a gas.
Cuando el agua se evapora de la piel capta grandes cantidades de calor y proporciona un excelente mecanismo de enfriamiento.
El agua tiene un calor de vaporización alto.
Forma una parte importante del moco y de otros líquidos lubricantes, en los que las proteínas se disuelven para hacer que sean más viscosos (más densos).
El agua como lubricante
La lubricación es especialmente necesaria en el tórax y en el abdomen, donde los órganos internos rozan y se deslizan unos sobre otros.
En el aparato gastrointestinal el agua del moco humedece los alimentos y garantiza una progresión suave de los mismos.
También es necesaria en las articulaciones, donde los huesos, los ligamentos y los tendones rozan unos con otros.
