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5.4: Enlaces químicos - Biología


Objetivos de aprendizaje

  • Explicar la relación entre moléculas y compuestos.
  • Distinguir entre iones, cationes y aniones.
  • Identificar la diferencia clave entre enlaces iónicos y covalentes.
  • Distinguir entre enlaces covalentes no polares y polares.
  • Explica cómo las moléculas de agua se unen a través de enlaces de hidrógeno.

Los átomos separados por una gran distancia no pueden unirse; más bien, deben acercarse lo suficiente para que los electrones de sus capas de valencia interactúen. Pero, ¿los átomos alguna vez se tocan entre sí? La mayoría de los físicos dirían que no, porque los electrones cargados negativamente en sus capas de valencia se repelen entre sí. Ninguna fuerza dentro del cuerpo humano, ni en ninguna parte del mundo natural, es lo suficientemente fuerte como para superar esta repulsión eléctrica. Entonces, cuando lea acerca de los átomos que se unen o chocan, tenga en cuenta que los átomos no se están fusionando en un sentido físico.

En cambio, los átomos se unen formando un enlace químico. A vínculo es una atracción eléctrica débil o fuerte que mantiene a los átomos en la misma vecindad. La nueva agrupación es típicamente más estable (es menos probable que reaccione de nuevo) que los átomos que la componen cuando estaban separados. Una agrupación más o menos estable de dos o más átomos unidos por enlaces químicos se llama molécula. Los átomos enlazados pueden ser del mismo elemento, como en el caso de H2, que se llama hidrógeno molecular o gas hidrógeno. Cuando una molécula está formada por dos o más átomos de elementos diferentes, se llama sustancia química. compuesto. Por lo tanto, una unidad de agua, o H2O, es un compuesto, como lo es una sola molécula del gas metano, o CH4.

Tres tipos de enlaces químicos son importantes en la fisiología humana, porque mantienen unidas las sustancias que utiliza el cuerpo para aspectos críticos de la homeostasis, la señalización y la producción de energía, por nombrar solo algunos procesos importantes. Estos son enlaces iónicos, enlaces covalentes y enlaces de hidrógeno.

Iones y enlaces iónicos

Recuerde que un átomo normalmente tiene la misma cantidad de protones cargados positivamente y electrones cargados negativamente. Mientras se mantenga esta situación, el átomo es eléctricamente neutro. Pero cuando un átomo participa en una reacción química que da como resultado la donación o aceptación de uno o más electrones, el átomo se cargará positiva o negativamente. Esto sucede con frecuencia para la mayoría de los átomos para tener una capa de valencia completa, como se describió anteriormente. Esto puede suceder ya sea ganando electrones para llenar una capa que está más de la mitad de su capacidad, o regalando electrones para vaciar una capa que está a menos de la mitad, dejando así la siguiente capa de electrones más pequeña como la nueva valencia llena. cascarón. Un átomo que tiene una carga eléctrica, ya sea positiva o negativa, es un ion.

Mire este video para aprender sobre la energía eléctrica y la atracción / repulsión de cargas. ¿Qué le sucede al electroscopio cargado cuando se mueve un conductor entre sus láminas de plástico y por qué?

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El potasio (K), por ejemplo, es un elemento importante en todas las células del cuerpo. Su número atómico es 19. Tiene solo un electrón en su capa de valencia. Esta característica hace que el potasio participe en reacciones químicas en las que dona un electrón. (Es más fácil para el potasio donar un electrón que ganar siete electrones). La pérdida hará que la carga positiva de los protones del potasio sea más influyente que la carga negativa de los electrones del potasio. En otras palabras, el ion potasio resultante será ligeramente positivo. Un ion de potasio se escribe K+, lo que indica que ha perdido un solo electrón. Un ion cargado positivamente se conoce como catión.

Ahora considere el flúor (F), un componente de huesos y dientes. Su número atómico es nueve y tiene siete electrones en su capa de valencia. Por lo tanto, es muy probable que se una a otros átomos de tal manera que el flúor acepte un electrón (es más fácil para el flúor ganar un electrón que donar siete electrones). Cuando lo haga, sus electrones superarán en uno a sus protones y tendrá una carga negativa general. La forma ionizada de flúor se llama fluoruro y se escribe como F. Un ion cargado negativamente se conoce como anión.

Los átomos que tienen más de un electrón para donar o aceptar terminarán con cargas positivas o negativas más fuertes. Un catión que ha donado dos electrones tiene una carga neta de +2. Usando magnesio (Mg) como ejemplo, esto se puede escribir Mg++ o Mg2+. Un anión que ha aceptado dos electrones tiene una carga neta de –2. La forma iónica del selenio (Se), por ejemplo, se escribe típicamente Se2–.

Las cargas opuestas de cationes y aniones ejercen una atracción mutua moderadamente fuerte que mantiene a los átomos muy próximos formando un enlace iónico. Un enlace iónico es una asociación cercana y continua entre iones de carga opuesta. La sal de mesa que rocías sobre tu comida debe su existencia a los enlaces iónicos. Como se muestra en la Figura 1, el sodio comúnmente dona un electrón al cloro, convirtiéndose en el catión Na+. Cuando el cloro acepta el electrón, se convierte en el anión cloruro, Cl. Con sus cargas opuestas, estos dos iones se atraen fuertemente entre sí.

El agua es un componente esencial de la vida porque es capaz de romper los enlaces iónicos de las sales para liberar los iones. De hecho, en los fluidos biológicos, la mayoría de los átomos individuales existen como iones. Estos iones disueltos producen cargas eléctricas dentro del cuerpo. El comportamiento de estos iones produce los trazados de la función cardíaca y cerebral que se observan como ondas en un electrocardiograma (EKG o ECG) o un electroencefalograma (EEG). La actividad eléctrica que se deriva de las interacciones de los iones cargados es la razón por la que también se denominan electrolitos.

Enlaces covalentes

A diferencia de los enlaces iónicos formados por la atracción entre la carga positiva de un catión y la carga negativa de un anión, las moléculas formadas por un enlace covalente comparten electrones en una relación mutuamente estabilizadora. Al igual que los vecinos de al lado cuyos hijos pasan el rato primero en una casa y luego en la otra, los átomos no pierden ni ganan electrones de forma permanente. En cambio, los electrones se mueven hacia adelante y hacia atrás entre los elementos. Debido al estrecho intercambio de pares de electrones (un electrón de cada uno de dos átomos), los enlaces covalentes son más fuertes que los enlaces iónicos.

Enlaces covalentes no polares

La Figura 2 muestra varios tipos comunes de enlaces covalentes. Tenga en cuenta que los dos átomos unidos covalentemente generalmente comparten solo uno o dos pares de electrones, aunque es posible que se compartan más grandes. El concepto importante a partir de esto es que en los enlaces covalentes, los electrones en la capa de valencia más externa se comparten para llenar las capas de valencia de ambos átomos, estabilizando finalmente ambos átomos involucrados. En un enlace covalente simple, un solo electrón se comparte entre dos átomos, mientras que en un enlace covalente doble, dos pares de electrones se comparten entre dos átomos. Incluso hay enlaces covalentes triples, donde se comparten tres átomos.

Figura 2. Enlace covalente

Puede ver que los enlaces covalentes que se muestran en la Figura 2 están equilibrados. El intercambio de electrones negativos es relativamente igual, al igual que la atracción eléctrica de los protones positivos en el núcleo de los átomos involucrados. Esta es la razón por la que las moléculas unidas covalentemente que están eléctricamente equilibradas de esta manera se describen como no polares; es decir, ninguna región de la molécula es más positiva o más negativa que cualquier otra.

Enlaces covalentes polares

Los redactores de noticias suelen describir a los grupos de legisladores con puntos de vista completamente opuestos sobre un tema en particular como "polarizados". En química, un Molécula polar es una molécula que contiene regiones que tienen cargas eléctricas opuestas. Las moléculas polares ocurren cuando los átomos comparten electrones de manera desigual, en enlaces covalentes polares.

El ejemplo más familiar de una molécula polar es el agua (Figura 3). La molécula tiene tres partes: un átomo de oxígeno, cuyo núcleo contiene ocho protones, y dos átomos de hidrógeno, cuyos núcleos contienen cada uno solo un protón. Debido a que cada protón ejerce una carga positiva idéntica, un núcleo que contiene ocho protones ejerce una carga ocho veces mayor que un núcleo que contiene un protón. Esto significa que los electrones cargados negativamente presentes en la molécula de agua son más fuertemente atraídos por el núcleo de oxígeno que por los núcleos de hidrógeno. Por lo tanto, el electrón negativo único de cada átomo de hidrógeno migra hacia el átomo de oxígeno, lo que hace que el extremo de oxígeno de su enlace sea ligeramente más negativo que el extremo de hidrógeno de su enlace.

Figura 3. Enlaces covalentes polares en una molécula de agua

Lo que es cierto para los enlaces es cierto para la molécula de agua en su conjunto; es decir, la región de oxígeno tiene una carga ligeramente negativa y las regiones de los átomos de hidrógeno tienen una carga ligeramente positiva. Estas cargas a menudo se denominan "cargas parciales" porque la fuerza de la carga es menor que un electrón completo, como ocurriría en un enlace iónico. Como se muestra en la Figura 3, las regiones de polaridad débil se indican con la letra griega delta (∂) y un signo más (+) o menos (-).

Aunque una sola molécula de agua es inimaginablemente diminuta, tiene masa, y las cargas eléctricas opuestas de la molécula tiran de esa masa de tal manera que crea una forma parecida a una tienda triangular (ver Figura 3b). Este dipolo, con las cargas positivas en un extremo formadas por los átomos de hidrógeno en la "parte inferior" de la tienda y la carga negativa en el extremo opuesto (el átomo de oxígeno en la "parte superior" de la tienda) hace que las regiones cargadas sean muy probables. para interactuar con regiones cargadas de otras moléculas polares. Para la fisiología humana, el enlace resultante es uno de los más importantes formados por el agua: el enlace de hidrógeno.

Enlaces de hidrógeno

A enlace de hidrógeno se forma cuando un átomo de hidrógeno débilmente positivo ya unido a un átomo electronegativo (por ejemplo, el oxígeno en la molécula de agua) es atraído por otro átomo electronegativo de otra molécula. En otras palabras, los enlaces de hidrógeno siempre incluyen hidrógeno que ya es parte de una molécula polar.

El ejemplo más común de enlace de hidrógeno en el mundo natural ocurre entre moléculas de agua. Ocurre ante sus ojos cuando dos gotas de lluvia se funden en una cuenta más grande, o un arroyo se derrama en un río. El enlace de hidrógeno se produce porque el átomo de oxígeno débilmente negativo en una molécula de agua es atraído por los átomos de hidrógeno débilmente positivos de otras dos moléculas de agua (Figura 4).

Las moléculas de agua también atraen fuertemente otros tipos de moléculas cargadas, así como iones. Esto explica por qué la "sal de mesa", por ejemplo, en realidad es una molécula llamada "sal" en química, que consta de cantidades iguales de sodio cargado positivamente (Na+) y cloruro cargado negativamente (Cl), se disuelve tan fácilmente en agua, en este caso formando enlaces dipolo-ion entre el agua y los iones cargados eléctricamente (electrolitos). Las moléculas de agua también repelen moléculas con enlaces covalentes no polares, como grasas, lípidos y aceites. Puede demostrarlo con un sencillo experimento de cocina: vierta una cucharadita de aceite vegetal, un compuesto formado por enlaces covalentes apolares, en un vaso de agua. En lugar de disolverse instantáneamente en el agua, el aceite forma una perla distinta porque las moléculas de agua polares repelen el aceite no polar.


5.4: Enlaces químicos - Biología

El enlace químico describe una variedad de interacciones que mantienen unidos a los átomos en compuestos químicos.

Objetivos de aprendizaje

Enumere los tipos de enlaces químicos y sus propiedades generales.

Conclusiones clave

Puntos clave

  • Los enlaces químicos son fuerzas que mantienen unidos a los átomos para formar compuestos o moléculas.
  • Los enlaces químicos incluyen enlaces covalentes, covalentes polares e iónicos.
  • Los átomos con electronegatividades relativamente similares comparten electrones entre ellos y están conectados por enlaces covalentes.
  • Los átomos con grandes diferencias en electronegatividad transfieren electrones para formar iones. Entonces, los iones se atraen entre sí. Esta atracción se conoce como enlace iónico.

Términos clave

  • vínculo: Enlace o fuerza entre átomos vecinos en una molécula o compuesto.
  • enlace iónico: Atracción entre dos iones que se utiliza para crear un compuesto iónico. Esta atracción generalmente se forma entre un metal y un no metal.
  • enlace covalente: Una interacción entre dos átomos, que implica compartir uno o más electrones para ayudar a cada átomo a satisfacer la regla del octeto. Esta interacción se forma típicamente entre dos no metales.
  • intramolecular: Se refiere a las interacciones dentro de una molécula.
  • fuerzas intermoleculares: Se refiere a las interacciones entre dos o más moléculas.

Enlaces químicos

Los enlaces químicos son las conexiones entre los átomos de una molécula. Estos lazos incluyen tanto fuertes intramolecular interacciones, como enlaces covalentes e iónicos. Están relacionados con los más débiles intermolecular fuerzas, como las interacciones dipolo-dipolo, las fuerzas de dispersión de London y los enlaces de hidrógeno. Las fuerzas más débiles se discutirán en un concepto posterior.

Enlaces químicos: Esta imagen muestra ejemplos de enlaces químicos utilizando la notación de puntos de Lewis. El hidrógeno y el carbono no están unidos, mientras que en el agua hay un enlace simple entre cada hidrógeno y oxígeno. Los enlaces, especialmente los enlaces covalentes, a menudo se representan como líneas entre átomos enlazados. El acetileno tiene un triple enlace, un tipo especial de enlace covalente que se discutirá más adelante.

Enlaces covalentes

Los enlaces químicos son las fuerzas de atracción que unen a los átomos. Los enlaces se forman cuando los electrones de valencia, los electrones en el & # 8220shell & # 8221 electrónico más externo de un átomo, interactúan. La naturaleza de la interacción entre los átomos depende de su electronegatividad relativa. Los átomos con electronegatividad igual o similar forman enlaces covalentes, en los que la densidad de electrones de valencia se comparte entre los dos átomos. La densidad de electrones reside entre los átomos y es atraída por ambos núcleos. Este tipo de enlace se forma con mayor frecuencia entre dos no metales.

Cuando hay una mayor diferencia de electronegatividad que entre átomos unidos covalentemente, el par de átomos suele formar un enlace covalente polar. Los electrones todavía se comparten entre los átomos, pero los electrones no son igualmente atraídos por ambos elementos. Como resultado, los electrones tienden a encontrarse cerca de un átomo en particular la mayor parte del tiempo. Nuevamente, los enlaces covalentes polares tienden a ocurrir entre no metales.

Enlaces iónicos

Finalmente, para los átomos con las diferencias de electronegatividad más grandes (como los metales que se unen con no metales), la interacción de enlace se llama iónica y los electrones de valencia se representan típicamente como transferidos del átomo metálico al no metal. Una vez que los electrones se han transferido al no metálico, tanto el metálico como el no metálico se consideran iones. Los dos iones con carga opuesta se atraen entre sí para formar un compuesto iónico.

Bonos, estabilidad y compuestos

Las interacciones covalentes son direccionales y dependen de la superposición orbital, mientras que las interacciones iónicas no tienen una direccionalidad particular. Cada una de estas interacciones permite que los átomos involucrados ganen ocho electrones en su capa de valencia, cumpliendo la regla del octeto y haciendo que los átomos sean más estables.

Estas propiedades atómicas ayudan a describir las propiedades macroscópicas de los compuestos. Por ejemplo, los compuestos covalentes más pequeños que se mantienen unidos por enlaces más débiles suelen ser blandos y maleables. Por otro lado, las interacciones covalentes de mayor alcance pueden ser bastante fuertes, lo que hace que sus compuestos sean muy duraderos. Los compuestos iónicos, aunque se componen de fuertes interacciones de enlace, tienden a formar redes cristalinas frágiles.


Introducción

Intuitivamente, una reacción de desacetilación requiere una acetilación previa. La introducción de un grupo acetilo en una molécula da como resultado la formación de un enlace amida tras la acetilación del nitrógeno (N-acetilación) y la creación de un enlace éster si se acetila un oxígeno (O-acetilación). Históricamente, la N-acetilación de biomoléculas ha recibido una atención abrumadora sobre la O-acetilación, debido al descubrimiento de características biológicas reguladoras excepcionales y muy generales: en 1976, se informó por primera vez sobre la acetilación co-traduccional de la proteína N-terminal 1, una modificación que tiene una profundo impacto en la estabilidad y localización de proteínas. La reacción es catalizada por acetiltransferasas N-terminales (NAT), seis de las cuales se han identificado en humanos hasta ahora. Otro descubrimiento importante fue la dinámica de acetilación / desacetilación que controla la función de las histonas a cargo de las actividades de histona acetiltransferasa (HAT) e histona desacetilasa (HDAC) 2, y el hecho de que se requiere acetilación para activar la proteína supresora de tumores p53 3. Otro ejemplo destacado es la acetilación de lisina 40 en α-tubulina, que es un requisito para la formación estable de microtúbulos 4,5,6. En comparación con estos importantes objetivos, la O-acetilación ha permanecido mucho menos explorada. El ejemplo más destacado ha sido la acetilación de residuos de serina y treonina por parte de la familia efectora bacteriana YopJ. La bacteria de la plaga Yersinia pestis utiliza acetiltransferasas para acetilar fosfositos dentro de la vía MAPK, cortando así la transducción de señales en la célula huésped y saboteando la respuesta inmune 7. La superfamilia YopJ de acetiltransferasas se conserva en bacterias patógenas de animales y plantas 8 y, de hecho, los detalles estructurales sobre la activación y el mecanismo de YopJ se conocen a partir de estudios sobre HopZ1a y PopP2, que son producidos por los fitopatógenos. Pseudomonas syringae y Ralstonia solanacearum, respectivamente 9,10. No está claro si la O-acetilación de proteínas es exclusivamente una estrategia utilizada por patógenos o si también es una reacción nativa común, que regula dinámicamente el fosfoproteoma celular.

Además de la acetilación y desacetilación de aminoácidos, discutimos cómo el alto número de dianas acetiladas y diferentes moléculas diana ha llevado a la evolución de una diversidad uniformemente alta de enzimas desacetilantes (Fig. 1). Estos, aunque tienen una química catalítica básica en común, se caracterizan por características estructurales específicas que les permiten reconocer una gran variedad de sustratos: por ejemplo, la mayoría de los carbohidratos acetilados, como la quitina, el peptidoglicano y la N-acetilglucosamina, se modifican con grupos acetilo. mediante un enlace amida en sus átomos de nitrógeno 11, con la excepción del acetilxilano, que está O-acetilado mediante un enlace éster (Fig. 2a). Por último, describimos cómo pequeñas moléculas metabólicas con grupos acetilo ligados a O, como el antibiótico cefalosporina C o la heroína opioide (Fig. 2b), suelen desacetilarse mediante esterasas promiscuas 12,13 y discutimos el papel de las desacetilasas en la inmunidad de las plantas.

Árbol filogenético de las familias de desacetilasas discutidas en esta revisión, que muestra las secuencias de referencia NCBI (RefSeq) 87 números de acceso. Creado con SeaView 4.5.4 88. Todas las estructuras proteicas de este documento se visualizaron con CCP4 mg 89. Las proteínas discutidas en esta revisión se tomaron para representar a cada familia y se muestran mostrando sus pliegues, códigos PDB y anotaciones de la base de datos CAZy 90 (CE4, CE7 y CE9)

Resumen de la diversidad de sustratos de desacetilasa discutidos en esta revisión. a Carbohidratos B moléculas pequeñas, y C residuos de aminoácidos. El N-acetilo se resalta en azul y el O-acetilo en rojo, respectivamente. Las estructuras químicas se dibujaron usando ChemDraw (Perkin Elmer)


5.4: Enlaces químicos - Biología

Proteínas
(Canadian Campbell 2nd ed - Concepto 5.4)


Las proteínas tienen numerosas funciones importantes en el organismo vivo. Las proteínas forman muchas características estructurales como el cabello, las pezuñas y los tendones. Los elementos de las proteínas son carbón, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, y en algunas proteínas, azufre.

Todas las proteínas son polímeros de aminoácidos unidos covalentemente en largas cadenas que posteriormente se enrollan y pliegan en formas complejas que determinan la función de la molécula de proteína resultante. El enlace químico que mantiene unidos los aminoácidos se llama enlace peptídico. El enlace se forma entre los grupos funcionales de dos aminoácidos. Específicamente, se produce un enlace peptídico entre el grupo carboxilo (-COOH) de un aminoácido y el grupo amino (-NH 2) de su aminoácido vecino. Muchos aminoácidos unidos forman una polipéptido. Las proteínas son polipéptidos.

¿Cuál es la característica común entre la formación de enlaces glucosídicos y peptídicos?

Las enzimas son una clase de proteínas particularmente importante. Controlan las numerosas reacciones químicas que mantienen viva la célula. Actuando como catalizadores, la enzima causa reacciones químicas que no ocurrirían en ausencia de las enzimas o acelera reacciones que serían muy lentas. Las enzimas logran este efecto reduciendo la energía de activación de una reacción bioquímica, que es la energía necesaria para iniciar la reacción. Específico sustratos, o reactivos, se combinan con enzimas en su (s) sitio (s) activo (s), lo que induce reacciones bioquímicas que dan como resultado productos utilizados por la célula. La actividad de una enzima específica se ve afectada por muchos factores como el pH, la temperatura y inhibidores (sustancias que impiden la acción normal de la enzima). Una temperatura y / o pH superior a lo normal para una enzima desnaturalizar (alterar la forma molecular de) la proteína, deshabilitando así la actividad normal de la enzima. Un pH más bajo de lo normal tendrá un efecto similar. Las enzimas no se desnaturalizan con temperaturas más bajas, pero la energía cinética se reduce a un punto en el que la velocidad de las reacciones bioquímicas se reduce considerablemente. La actividad enzimática puede verse disminuida por inhibidores que se unen al sitio activo de la enzima. Esto evita que las moléculas del sustrato se unan y no se produzca ninguna reacción química. La actividad enzimática también puede verse disminuida por inhibidores que se unen a un sitio diferente al sitio activo de la enzima. Esto hace que la enzima sea inoperante al alterar su forma.

La enzima que usará, catecol oxidasa, se encuentra en los tejidos vegetales. Como su nombre lo indica, la catecol oxidasa oxida (elimina el hidrógeno) del sustrato catecol, que también se encuentra en las plantas, y lo convierte en benzoquinona, que es de color marrón. Esta reacción explica el oscurecimiento de frutas y verduras magulladas. La catecol oxidasa se libera cuando una célula vegetal se daña y reacciona con la catecol para formar benzoquinona. En condiciones normales de descorche, la catecol y la catecol oxidasa no entran en contacto entre sí. Benzoquinona es tóxico para las bacterias y ayuda a prevenir la descomposición en el tejido vegetal dañado. La benzoquinona tiene un color marrón característico. En el laboratorio usaremos una papa como nuestra fuente de catecol y catecol oxidasa.

Examinaremos la velocidad a la que la catecol oxidasa produce benzoquinona a diferentes temperaturas.

Usamos 5 tubos de ensayo configurados de la siguiente manera:

Tubo 1

Tubo 2

Tubo 3

Tubo 4

Tubo 5

10 ml de agua

10 ml de agua

10 ml de agua

10 ml de agua

10 ml de agua

-----

Patata cortada

Patata cortada

Patata cortada

Patata cortada

5 ml de catecol

5 ml de catecol

5 ml de catecol

5 ml de catecol

5 ml de catecol

Temperatura ambiente

100 ° C

Temperatura ambiente.

0 y grados

40 ° C

Después de 20 minutos, los tubos aparecieron como se muestra a continuación:

Considere las siguientes preguntas. Para obtener respuestas a las preguntas, consulte el manual de laboratorio, el libro de texto y las notas de clase.


Cuestionario sobre enlaces químicos en compuestos

  • Química
    • Moléculas
    • Lo esencial
    • Leyes químicas
    • Tabla periódica
    • Proyectos y Experimentos
    • Método científico
    • Bioquímica
    • Química Física
    • Química Médica
    • Química en la vida cotidiana
    • Químicos famosos
    • Actividades para niños
    • Abreviaturas y acrónimos
    • Ph.D., Ciencias Biomédicas, Universidad de Tennessee en Knoxville
    • Licenciatura en Física y Matemáticas, Hastings College

    Un ejemplo sería el enlace entre dos átomos de hidrógeno para formar hidrógeno gaseoso.

    Las alcalinotérreas son el segundo grupo (columna) de la tabla periódica. Los átomos de estos elementos forman iones con una carga de +2. Conocer la valencia habitual de los elementos de un grupo ayuda a la hora de predecir los compuestos que se pueden formar.

    Los metales de transición pueden tener diferentes valencias, por lo que es importante enumerar la valencia en un nombre compuesto.

    Los no metales forman enlaces covalentes entre sí. En lugar de llamar a cualquier combinación de nitrógeno y oxígeno "óxido de nitrógeno", debe especificar cuántos átomos de cada tipo están presentes.

    Los no metales forman enlaces covalentes. Dado que los valores de electronegatividad no son idénticos, sabes que es un enlace polar.

    Responda esto buscando el número atómico (número de protones) en la tabla periódica. La cantidad de protones y electrones no es la misma, por lo que se trata de un ion. Si hay más protones que electrones, hay una carga neta positiva. Si hay más electrones que protones, es un ion con carga negativa.

    Los iones poliatómicos son grupos de átomos unidos entre sí que actúan como un catión o anión para formar enlaces y formar compuestos. Para responder a esta pregunta, necesita conocer la fórmula de un nitrato.


    Capítulo 05 - La estructura y función de las macromoléculas

    • Los carbohidratos incluyen azúcares y sus polímeros.
    • Los carbohidratos más simples son los monosacáridos o azúcares simples.
    • Los disacáridos, o azúcares dobles, consisten en dos monosacáridos unidos por una reacción de condensación.
    • Los polisacáridos son polímeros de muchos monosacáridos.

    Los azúcares, los carbohidratos más pequeños, sirven como combustible y fuente de carbono.

    • Los monosacáridos generalmente tienen fórmulas moleculares que son múltiplos de la unidad CH2O.
      • Por ejemplo, la glucosa tiene la fórmula C6H12O6.
      • Dependiendo de la ubicación del grupo carbonilo, el azúcar es una aldosa o una cetosa.
      • La mayoría de los nombres de azúcares terminan en -osa.
      • La glucosa, una aldosa y la fructosa, una cetosa, son isómeros estructurales.
      • La glucosa y otros azúcares de seis carbonos son hexosas.
      • Las cadenas principales de cinco carbonos son pentosas, los azúcares de tres carbonos son triosas.
      • Por ejemplo, la glucosa y la galactosa, ambas aldosas de seis carbonos, difieren en la disposición espacial de sus partes alrededor de carbonos asimétricos.
      • La maltosa, azúcar de malta, se forma al unir dos moléculas de glucosa.
      • La sacarosa, azúcar de mesa, se forma al unir glucosa y fructosa. La sacarosa es la principal forma de transporte de azúcares en las plantas.
      • La lactosa, el azúcar de la leche, se forma al unir glucosa y galactosa.

      Los polisacáridos, los polímeros de los azúcares, tienen funciones de almacenamiento y estructurales.

      • Los polisacáridos son polímeros de cientos a miles de monosacáridos unidos por enlaces glicosídicos.
      • Algunos polisacáridos sirven para el almacenamiento y se hidrolizan ya que se necesitan azúcares.
      • Otros polisacáridos sirven como materiales de construcción para la célula o para todo el organismo.
      • El almidón es un polisacárido de almacenamiento compuesto enteramente por monómeros de glucosa.
        • La mayoría de estos monómeros están unidos por 1 a 4 enlaces (carbono número 1 al carbono número 4) entre las moléculas de glucosa.
        • La forma más simple de almidón, la amilosa, no está ramificada y forma una hélice.
        • Las formas ramificadas como la amilopectina son más complejas.
        • Los animales que se alimentan de plantas, especialmente de partes ricas en almidón, tienen enzimas digestivas que pueden hidrolizar el almidón en glucosa.
        • El glucógeno está muy ramificado como la amilopectina.
        • Los seres humanos y otros vertebrados almacenan el suministro diario de glucógeno en el hígado y los músculos.
        • Las plantas producen casi cien mil millones de toneladas de celulosa al año. Es el compuesto orgánico más abundante en la Tierra.
        • La diferencia se basa en el hecho de que en realidad hay dos estructuras de anillo ligeramente diferentes para la glucosa.
        • Estas dos formas de anillo difieren en si el grupo hidroxilo unido al carbono número 1 está fijado por encima (beta glucosa) o por debajo (alfa glucosa) del plano del anillo.
        • Mientras que los polímeros construidos con glucosa alfa forman estructuras helicoidales, los polímeros construidos con glucosa beta forman estructuras rectas.
        • Las estructuras rectas construidas con beta glucosa permiten que los átomos de H en una hebra formen enlaces de hidrógeno con grupos OH en otras hebras.
        • En las paredes de las células vegetales, las moléculas de celulosa paralelas que se mantienen juntas de esta manera se agrupan en unidades llamadas microfibrillas, que forman materiales de construcción fuertes para las plantas (y para los humanos, como madera).
        • La celulosa en los alimentos humanos pasa a través del tracto digestivo y se elimina en las heces como "fibra insoluble".
        • A medida que viaja a través del tracto digestivo, la celulosa desgasta las paredes intestinales y estimula la secreción de moco, lo que ayuda al paso de los alimentos.
        • Algunos hongos también pueden digerir la celulosa.
        • La quitina es similar a la celulosa, excepto que contiene un apéndice que contiene nitrógeno en cada monómero de glucosa.
        • La quitina pura es correosa pero se puede endurecer mediante la adición de carbonato de calcio.

        Concepto 5.3 Los lípidos son un grupo diverso de moléculas hidrófobas

        • A diferencia de otras macromoléculas, los lípidos no forman polímeros.
        • La característica unificadora de los lípidos es que todos tienen poca o ninguna afinidad por el agua.
        • Esto se debe a que consisten principalmente en hidrocarburos, que forman enlaces covalentes no polares.
        • Los lípidos son muy diversos en forma y función.

        Las grasas almacenan grandes cantidades de energía.

        • Aunque las grasas no son estrictamente polímeros, son moléculas grandes ensambladas a partir de moléculas más pequeñas mediante reacciones de deshidratación.
        • Una grasa está formada por dos tipos de moléculas más pequeñas: glicerol y ácidos grasos.
          • El glicerol es un alcohol de tres carbonos con un grupo hidroxilo unido a cada carbono.
          • Un ácido graso consiste en un grupo carboxilo unido a un esqueleto de carbono largo, a menudo de 16 a 18 carbonos de largo.
          • Los numerosos enlaces C — H no polares en el esqueleto largo de hidrocarburos hacen que las grasas sean hidrófobas.
          • Las grasas se separan del agua porque las moléculas de hidrógeno se unen entre sí y excluyen las grasas.
          • Si el ácido graso no tiene dobles enlaces carbono-carbono, entonces la molécula es un ácido graso saturado, saturado con hidrógenos en todas las posiciones posibles.
          • Si el ácido graso tiene uno o más dobles enlaces carbono-carbono formados por la eliminación de átomos de hidrógeno del esqueleto carbónico, entonces la molécula es un ácido graso insaturado.
          • La mayoría de las grasas animales están saturadas.
          • Las grasas saturadas son sólidas a temperatura ambiente.
          • Las grasas vegetales y de pescado son líquidas a temperatura ambiente y se conocen como aceites.
          • Las torceduras causadas por los dobles enlaces evitan que las moléculas se empaquen lo suficientemente apretadas como para solidificarse a temperatura ambiente.
          • La frase "aceites vegetales hidrogenados" en las etiquetas de los alimentos significa que las grasas insaturadas se han convertido sintéticamente en grasas saturadas mediante la adición de hidrógeno.
            • La mantequilla de maní y la margarina se hidrogenan para evitar que los lípidos se separen en forma de aceite.
            • Un gramo de grasa almacena más del doble de energía que un gramo de un polisacárido como el almidón.
            • Debido a que las plantas son inmóviles, pueden funcionar con un almacenamiento de energía voluminoso en forma de almidón. Las plantas usan aceites cuando la dispersión y el almacenamiento compacto son importantes, como en las semillas.
            • Los animales deben llevar consigo sus reservas de energía y beneficiarse de tener un depósito de grasa más compacto.
            • Los seres humanos y otros mamíferos almacenan grasas como reservas de energía a largo plazo en las células adiposas que se hinchan y encogen a medida que la grasa se deposita o se retira del almacenamiento.
            • Esta capa subcutánea es especialmente gruesa en ballenas, focas y la mayoría de los demás mamíferos marinos.

            Los fosfolípidos son componentes principales de las membranas celulares.

            • Los fosfolípidos tienen dos ácidos grasos unidos al glicerol y un grupo fosfato en la tercera posición.
              • El grupo fosfato tiene carga negativa.
              • Pueden unirse grupos más pequeños adicionales al grupo fosfato para formar una variedad de fosfolípidos.
              • Las colas de ácidos grasos son hidrófobas, pero el grupo fosfato y sus uniones forman una cabeza hidrófila.
              • Este tipo de estructura se llama micela.
              • Nuevamente, las cabezas hidrófilas están en el exterior de la bicapa, en contacto con la solución acuosa, y las colas hidrófobas apuntan hacia el interior de la bicapa.
                • La bicapa de fosfolípidos forma una barrera entre la célula y el entorno externo.

                Los esteroides incluyen colesterol y ciertas hormonas.

                • Los esteroides son lípidos con un esqueleto de carbono que consta de cuatro anillos fusionados.
                • Different steroids are created by varying functional groups attached to the rings.
                • Cholesterol, an important steroid, is a component in animal cell membranes.
                • Cholesterol is also the precursor from which all other steroids are synthesized.
                  • Many of these other steroids are hormones, including the vertebrate sex hormones.

                  Concept 5.4 Proteins have many structures, resulting in a wide range of functions

                  • Proteins account for more than 50% of the dry mass of most cells. They are instrumental in almost everything that an organism does.
                    • Protein functions include structural support, storage, transport, cellular signaling, movement, and defense against foreign substances.
                    • Most important, protein enzymes function as catalysts in cells, regulating metabolism by selectively accelerating chemical reactions without being consumed.
                    • Each type of protein has a complex three-dimensional shape or conformation.

                    Amino acids are the monomers from which proteins are constructed.

                    • Amino acids are organic molecules with both carboxyl and amino groups.
                    • At the center of an amino acid is an asymmetric carbon atom called the alpha carbon.
                    • Four components are attached to the alpha carbon: a hydrogen atom, a carboxyl group, an amino group, and a variable R group (or side chain).
                      • Different R groups characterize the 20 different amino acids.
                      • One group of amino acids has hydrophobic R groups.
                      • Another group of amino acids has polar R groups that are hydrophilic.
                      • A third group of amino acids includes those with functional groups that are charged (ionized) at cellular pH.
                        • Some acidic R groups are negative in charge due to the presence of a carboxyl group.
                        • Basic R groups have amino groups that are positive in charge.
                        • Note that all amino acids have carboxyl and amino groups. The terms acidic and basic in this context refer only to these groups in the R groups.
                        • The resulting covalent bond is called a peptide bond.
                        • At one end is an amino acid with a free amino group (the N-terminus) and at the other is an amino acid with a free carboxyl group (the C-terminus).

                        The amino acid sequence of a polypeptide can be determined.

                        • Frederick Sanger and his colleagues at Cambridge University determined the amino acid sequence of insulin in the 1950s.
                          • Sanger used protein-digesting enzymes and other catalysts to hydrolyze the insulin at specific places.
                          • The fragments were then separated by a technique called chromatography.
                          • Hydrolysis by another agent broke the polypeptide at different sites, yielding a second group of fragments.
                          • Sanger used chemical methods to determine the sequence of amino acids in the small fragments.
                          • He then searched for overlapping regions among the pieces obtained by hydrolyzing with the different agents.
                          • After years of effort, Sanger was able to reconstruct the complete primary structure of insulin.
                          • Most of the steps in sequencing a polypeptide have since been automated.

                          Protein conformation determines protein function.

                          • A functional protein consists of one or more polypeptides that have been twisted, folded, and coiled into a unique shape.
                          • It is the order of amino acids that determines what the three-dimensional conformation of the protein will be.
                          • A protein’s specific conformation determines its function.
                          • When a cell synthesizes a polypeptide, the chain generally folds spontaneously to assume the functional conformation for that protein.
                          • The folding is reinforced by a variety of bonds between parts of the chain, which in turn depend on the sequence of amino acids.
                            • Many proteins are globular, while others are fibrous in shape.
                            • For example, an antibody binds to a particular foreign substance.
                            • An enzyme recognizes and binds to a specific substrate, facilitating a chemical reaction.
                            • Natural signal molecules called endorphins bind to specific receptor proteins on the surface of brain cells in humans, producing euphoria and relieving pain.
                              • Morphine, heroin, and other opiate drugs mimic endorphins because they are similar in shape and can bind to the brain’s endorphin receptors.
                              • Lysozyme, an enzyme that attacks bacteria, consists of 129 amino acids.
                              • The precise primary structure of a protein is determined by inherited genetic information.
                              • The substitution of one amino acid (valine) for the normal one (glutamic acid) at a particular position in the primary structure of hemoglobin, the protein that carries oxygen in red blood cells, can cause sickle-cell disease, an inherited blood disorder.
                              • The abnormal hemoglobins crystallize, deforming the red blood cells into a sickle shape and clogging capillaries.
                              • The weakly positive hydrogen atom attached to the nitrogen atom has an affinity for the oxygen atom of a nearby peptide bond.
                              • Each hydrogen bond is weak, but the sum of many hydrogen bonds stabilizes the structure of part of the protein.
                              • The presence of so many hydrogen bonds makes each silk fiber stronger than a steel strand of the same weight.
                              • These interactions include hydrogen bonds between polar and/or charged areas, ionic bonds between charged R groups, and hydrophobic interactions and van der Waals interactions among hydrophobic R groups.
                              • While these three interactions are relatively weak, strong covalent bonds called disulfide bridges that form between the sulfhydryl groups (SH) of two cysteine monomers act to rivet parts of the protein together.
                              • Collagen is a fibrous protein of three polypeptides that are supercoiled like a rope.
                                • This provides structural strength for collagen’s role in connective tissue.
                                • It consists of four polypeptide subunits: two alpha and two beta chains.
                                • Both types of subunits consist primarily of alpha-helical secondary structure.
                                • The folding occurs as the protein is being synthesized within the cell.
                                • Alterations in pH, salt concentration, temperature, or other factors can unravel or denature a protein.
                                • These forces disrupt the hydrogen bonds, ionic bonds, and disulfide bridges that maintain the protein’s shape.
                                • This explains why extremely high fevers can be fatal. Proteins in the blood become denatured by the high body temperatures.
                                • Nevertheless, it is still difficult to predict the conformation of a protein from its primary structure alone.
                                • Chaperonins do not specify the final structure of a polypeptide but rather work to segregate and protect the polypeptide while it folds spontaneously.
                                • This method does not require protein crystallization.

                                Concept 5.5 Nucleic acids store and transmit hereditary information

                                • The amino acid sequence of a polypeptide is programmed by a unit of inheritance known as a gene.
                                • A gene consists of DNA, a polymer known as a nucleic acid.

                                There are two types of nucleic acids: RNA and DNA.

                                • There are two types of nucleic acids: ribonucleic acid (RNA) and deoxyribonucleic acid (DNA).
                                  • These are the molecules that allow living organisms to reproduce their complex components from generation to generation.
                                  • Each DNA molecule is very long, consisting of hundreds to thousands of genes.
                                  • Before a cell reproduces itself by dividing, its DNA is copied. The copies are then passed to the next generation of cells.
                                  • Proteins are responsible for implementing the instructions contained in DNA.

                                  A nucleic acid strand is a polymer of nucleotides.

                                  • Nucleic acids are polymers made of nucleotide monomers.
                                  • Each nucleotide consists of three parts: a nitrogenous base, a pentose sugar, and a phosphate group.
                                  • The nitrogen bases are rings of carbon and nitrogen that come in two types: purines and pyrimidines.
                                    • Pyrimidines have a single six-membered ring.
                                      • There are three different pyrimidines: cytosine (C), thymine (T), and uracil (U).
                                      • The two purines are adenine (A) and guanine (G).
                                      • The only difference between the sugars is the lack of an oxygen atom on carbon two in deoxyribose.
                                      • Because the atoms in both the nitrogenous base and the sugar are numbered, the sugar atoms have a prime after the number to distinguish them.
                                      • Thus, the second carbon in the sugar ring is the 2’ (2 prime) carbon and the carbon that sticks up from the ring is the 5’ carbon.
                                      • The combination of a pentose and a nitrogenous base is a nucleoside.
                                      • This creates a repeating backbone of sugar-phosphate units, with appendages consisting of the nitrogenous bases.
                                      • One end has a phosphate attached to a 5’ carbon this is the 5’ end.
                                      • The other end has a hydroxyl group on a 3’ carbon this is the 3’ end.
                                      • Because genes are normally hundreds to thousands of nucleotides long, the number of possible base combinations is virtually limitless.

                                      Inheritance is based on replication of the DNA double helix.

                                      • An RNA molecule is a single polynucleotide chain.
                                      • DNA molecules have two polynucleotide strands that spiral around an imaginary axis to form a double helix.
                                        • The double helix was first proposed as the structure of DNA in 1953 by James Watson and Francis Crick.
                                        • The two backbones run in opposite 5’ -> 3’ directions from each other, an arrangement referred to as antiparallel.
                                        • Adenine (A) always pairs with thymine (T) and guanine (G) with cytosine (C).
                                        • The two strands are complementary.
                                        • This results in two identical copies of the original double-stranded DNA molecule, which are then distributed to the daughter cells.

                                        We can use DNA and proteins as tape measures of evolution.

                                        • Genes (DNA) and their products (proteins) document the hereditary background of an organism.
                                        • Because DNA molecules are passed from parents to offspring, siblings have greater similarity in their DNA and protein than do unrelated individuals of the same species.
                                        • This argument can be extended to develop a “molecular genealogy” to relationships between species.
                                        • Two species that appear to be closely related based on fossil and molecular evidence should also be more similar in DNA and protein sequences than are more distantly related species.
                                          • In fact, that is so.
                                            • For example, if we compare the sequence of 146 amino acids in a hemoglobin polypeptide, we find that humans and gorillas differ in just 1 amino acid.
                                              • Humans and gibbons differ in 2 amino acids.
                                              • Humans and rhesus monkeys differ in 8 amino acids.
                                              • Humans and mice differ in 27 amino acids.
                                              • Humans and frogs differ in 67 amino acids.

                                              Lecture Outline for Campbell/Reece Biology, 7th Edition, © Pearson Education, Inc. 5-1


                                              Base pair

                                              Nuestros editores revisarán lo que ha enviado y determinarán si deben revisar el artículo.

                                              Base pair, in molecular biology, two complementary nitrogenous molecules that are connected by hydrogen bonds. Base pairs are found in double-stranded DNA and RNA, where the bonds between them connect the two strands, making the double-stranded structures possible. Base pairs themselves are formed from bases, which are complementary nitrogen-rich organic compounds known as purines or pyrimidines. According to Watson-Crick base-pairing, which forms the basis for the helical configuration of double-stranded DNA, DNA contains four bases: the two purines adenine (A) and guanine (G) and the two pyrimidines cytosine (C) and thymine (T). Within the DNA molecule, A bonds only with T and C bonds only with G. In RNA, thymine is replaced by uracil (U). Non-Watson-Crick base-pairing models display alternative hydrogen-bonding patterns examples are Hoogsteen base pairs, which are A-T or C-G analogues.

                                              Base pairs often are used to measure the size of an individual gene within a DNA molecule. The total number of base pairs is equal to the number of nucleotides in one of the strands (each nucleotide consists of a base pair, a deoxyribose sugar, and a phosphate group). With extremely complex genomes, the detailing of base pairs can be complicated. The human genome, for example, is made up of an estimated three billion base pairs, with about 20,000 to 25,000 distinct genes. For dealing with those large numbers, scientists use measures such as kilobase pair (kb, or kbp), which is equivalent to 1,000 base pairs megabase pair (Mb), which is equivalent to one million base pairs and gigabase pair (Gb), which is equivalent to one billion base pairs.


                                              5.4: Chemical Bonds - Biology

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                                              • Atomic Number - Isotopes
                                              • Atomic Mass
                                              • Atomic Orbitals
                                              • Orbital Diagrams
                                              • Electron Configuration
                                              • Exceptions to Electron Configuration
                                              • Valence Electrons
                                              • Electron Configurations for Transition Metals and Their Ions Problem
                                              • Energy in Hydrogen Emission Spectrum Problem
                                              • Isotopes, Isoelectronics and Isomers
                                              • Tips on Deciding if an Atom is Excited
                                              • Electromagnetic Spectrum
                                              • Photoelectric Effect
                                              • Planck's Constant

                                              The Periodic Table

                                              The time-saving online video lessons in the Periodic Table unit explain what the periodic table of elements is and how the structure of the periodic table reflects the qualities of the elements found within it. Topics include:

                                              • Periodic Table Overview
                                              • s-Block Elements
                                              • p-Block Elements
                                              • d-Block Elements - f-Block Elements
                                              • Transition Metals - Inner Transition Metals
                                              • Boron Family - Carbon Family - Nitrogen Family
                                              • Oxygen Family
                                              • Halogens
                                              • Noble Gases
                                              • Electronegativity
                                              • Ionization Energy - Periodic Trends
                                              • Atomic Radii - Ionic Radii
                                              • Remembering Common Ions for Transition Metals
                                              • Tips on Electron Configuration
                                              • Understanding the Trend of Atomic vs Ionic Radii

                                              Chemical Bonds

                                              The time-saving online video lessons in the Chemical Bonds unit discuss the bonds that can form between compounds and the molecular, chemical, and physical properties of these bonds. Topics include:

                                              • Ionic Bond
                                              • Ionic Compound Properties
                                              • Metallic Bond
                                              • Covalent Bonds
                                              • Hydrates
                                              • Lewis Electron Dot Diagram
                                              • Polarity
                                              • Naming Covalent Compounds
                                              • Naming Ionic Compounds
                                              • Hybridization
                                              • Intermolecular Forces
                                              • VSEPR Model
                                              • Tips for Determining Bond Type
                                              • Tips for Determining Hybridization
                                              • Tips for Drawing Lewis Electron Dot Diagrams
                                              • Tips for Identifying Intermolecular Forces
                                              • Tips for Naming Covalent Compounds
                                              • Tips for Naming Ionic Compounds
                                              • Tips for Writing Formulas of Ionic Compounds

                                              Chemical Reactions

                                              The time-saving online video lessons in the Chemical Reactions unit explore the different types of chemical reactions and provides an overview of concepts which underlie the mathematics behind chemical reactions. Topics include:

                                              • Chemical Equations
                                              • Balancing Chemical Equations
                                              • Synthesis Reactions
                                              • Combustion Reactions
                                              • Decomposition Reaction
                                              • Single Replacement Reaction
                                              • Double Replacement Reactions
                                              • Net Ionic Equation
                                              • Types of Reactions
                                              • Chemistry Mole
                                              • Molar Mass
                                              • Law of Conservation of Mass
                                              • Empirical Formula - Molecular Formula
                                              • Stoichiometry
                                              • Percent Yield
                                              • Limiting Reactants
                                              • How to Balance Reactions
                                              • How to Solve Single Replacement Reactions
                                              • Net Ionic Reactions
                                              • Predicting Products
                                              • Types of Reactions

                                              Kinetic-Molecular Theory

                                              The time-saving online video lessons in the Kinetic Molecular Theory unit explains the three physical states of matter - solids, liquids, and gases - and explain the effects of the differences between these states in chemical interactions. Topics include:

                                              • Three States of Matter
                                              • Phase Change
                                              • Phase Diagrams
                                              • Boiling Point
                                              • Vapor Pressure
                                              • Gases
                                              • Avogadro's Principle
                                              • Dalton's Law
                                              • Graham's Law
                                              • Boyle's Law
                                              • Charles Law
                                              • Gay Lussac's Law
                                              • Combined Gas Law
                                              • Ideal Gas Law
                                              • 5 Tips on How to Solve Gas Law Problems
                                              • Tips on Finding the Units of k Instantly
                                              • Tips on How to Manipulate the Ideal Gas Law
                                              • Tips on when to use Differential Rate Laws and Integrated Rate Laws

                                              Chemical Solutions

                                              The time-saving online video lessons in the Chemical Solutions unit discuss the unique properties of chemical solutions and explains the distinctions between different types of solutions. They also explain the importance of solution concentration. Topics include:

                                              • Osmosis
                                              • Types of Solutions
                                              • Solvation
                                              • Molarity - Molality
                                              • Colligative Properties
                                              • Vapor Pressure Lowering
                                              • Boiling Point Elevation
                                              • Freezing Point Depression
                                              • Colloids - Suspensions
                                              • Beer's Law
                                              • Boiling Point Elevation & Freezing Point Depression
                                              • Solving Stoichiometry Problems Using Millimoles
                                              • Tips About Osmotic Pressure
                                              • Tips for Classifying Electrolytes
                                              • Tips for Dilutions

                                              Chemical Reaction Rates

                                              The time-saving online video lessons in the Chemical Reaction Rates unit explain chemical reactions on a molecular level, how to find the rate of a reaction, which factors affect reaction rates, and how mechanisms are used in multistep reactions. Topics include:

                                              • Collision Theory
                                              • Reaction Rates Factors
                                              • Reaction Mechanism
                                              • Reaction Rate Laws
                                              • Reaction Rate Problems
                                              • Energy Diagrams
                                              • Determining Order of a Reaction Using a Graph
                                              • Factors Affecting Collision Based Reaction Rates
                                              • Factors Affecting Homogeneous Reactions
                                              • Rates of Disappearance and Appearance
                                              • Tips for Figuring Out What a Rate Law Means
                                              • Tips on Differentiating Between a Catalyst and an Intermediate
                                              • Understanding Energy Diagrams

                                              Chemical Equilibrium

                                              The time-saving online video lessons in the Chemical Equilibrium unit explain what the concept of equilibrium means in Chemistry, how to set up and use an equilibrium expression, and how equilibrium relates to solubility. Topics include:

                                              • Chemical Equilibrium Definition
                                              • Heterogeneous Equilibrium - Homgeneous Equilibrium
                                              • Le Chatelier's Principle
                                              • Equilibrium Changes
                                              • Solubility Equilibrium
                                              • Equilibrium Constants from Initial Concentrations
                                              • Equilibrium Constants When Manipulating Equations
                                              • Tips for Converting to Kp from Kc
                                              • Tips for Determining Direction Shifts in Reactions
                                              • Tips for Le Chateliers Principle
                                              • Tips for Writing Equilibrium Constant Expressions

                                              Acids and Bases

                                              The time-saving online video lessons in the Acids and Bases unit explain the properties of acids and bases and explore reactions between acids and bases on a molecular level. Additional, these videos discuss uses for acids and bases such as buffers and the equilibrium systems. Topics include:

                                              • Acid and Base Properties
                                              • Strength of Acids and Bases
                                              • Salts
                                              • Buffered Solutions
                                              • pH and pOH
                                              • Bronsted-Lowry Model
                                              • Conjugate Acids and Bases
                                              • Equilibrium Systems
                                              • Naming Acids
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                                              • Tips for Identifying Acid and Base Strength
                                              • Tips for IDing if a Solution Is a Buffer
                                              • Tips for Making a Buffer via Neutralization

                                              Electrochemistry

                                              The time-saving online video lessons in the Electrochemistry unit explore oxidation - reduction reactions and their uses in voltaic and galvanic cells. Topics include:

                                              • Oxidation Reduction Reactions - Redox
                                              • Half-reactions
                                              • Voltaic Cells
                                              • Chemistry Corrosion
                                              • Electrolysis
                                              • Oxidation Number Method
                                              • Balancing Redox Reactions Using Oxidation Number Method
                                              • Balancing Redox Using Half-Reaction Method
                                              • Determining What is Oxidized or Reduced
                                              • How Many Electrons Are Transferred in Redox Equations
                                              • Tips for Approximating Delta G from Cell Potential
                                              • Tips for Assigning Oxidation Numbers
                                              • Tips for Determining Oxidation Numbers
                                              • Tips for Using the Nernst Equation
                                              • Understanding Redox Reactions

                                              Organic Chemistry

                                              The time-saving online video lessons in the Organic Chemistry unit explore the structure and interaction of different types of organic molecules and their isomers. Topics include:

                                              Biochemistry

                                              The time-saving online video lessons in the Biochemistry unit discuss the chemical structure of a variety of molecules which form the building blocks of organic life. Topics include:

                                              Nuclear Chemistry

                                              The time-saving online video lessons in the Nuclear Chemistry unit discuss radioactivity and nuclear radiation on the subatomic scale and their applications on a larger scale. Topics include:

                                              • Nuclear Reactions
                                              • Radioactivity
                                              • Beta Decay
                                              • Alpha Decay
                                              • Electron Capture
                                              • Nuclear Stability
                                              • Transmutation
                                              • Half-life
                                              • Fission
                                              • Fusion
                                              • Tips About Nuclear Fusion and Nuclear Fission
                                              • Tips for Half-Life Calculations
                                              • Tips for Nuclear Radiation Equations

                                              Thermochemistry

                                              The time-saving online video lessons in the Thermochemistry unit explore the roles of entropy and enthalpy in chemical reactions and their affects on a reaction's spontaneity. Topics include:


                                              College of Letters & Science

                                              Hybridization

                                              When thinking of chemical bonds, atoms do not use atomic orbitals to make bonds but rather what are called hybrid orbitals. Understanding the hybridization of different atoms in a molecule is important in organic chemistry for understanding structure, reactivity, and over properties. To learn how to find the hybridization of carbon atoms, we will look at the three simplest examples ethane, ethylene, and acetylene.

                                              Calculations done at B3LYP/6-311G+(2d,p). Click on any image above to view the optimized structure.

                                              Ethane, a two carbon molecule with a single-bond between the carbons, is the simplest alkane. To understand the hybridization, start by thinking about the orbital diagram of the valence electrons of atomic, unhybridized carbon.

                                              Carbon has four valence electrons, two in the 2s orbital and two more in three 2p orbitals (pictured left) Looking back at ethane above, in this molecule carbon needs to make four single bonds, one to the other carbon atom and three more to the hydrogen atoms. Single bonds can only be made with s-orbitals or hybrid orbitals, and as it stands carbon can not make four bonds. To rectify this the atomic orbitals go through a mixing process called hybridization, where the one 2s and the three 2pag orbitals are mixed together to make four equivalent sp 3 hybrid orbitals (pictured right). Remember, as many hybrid orbitals are made at the end of the mixing process equal to the number of atomic orbitals mixed in. One s orbital and 3 pag-orbitals were used in this case, and the result is a total of four sp 3 hybrids. The four electrons are then distributed equally among them.

                                              Before moving on, a quick refresher on orbital shapes. Pictured above, there are two types of orbitals with two types of shapes. Any s type orbital is simply a sphere of electron density around an atom. Hybrids and s orbitals can make sigma type bonds where the electron density is shared directly between the atoms. The other type, pag-orbitals, have two lobes above and below the plane of the atom. They are used to make π bonds, which make up double and triple bonds (more on that later).

                                              sp 3 hyrbid orbital

                                              Calculations done at B3LYP/6-311G+(2d,p). Click on any image above to view the NBO output.

                                              Shown above is the sp 3 orbital used by the carbon to make the sigma bond with the adjacent carbon. There are three things to notice:

                                              1) The bulk of the electron density is directly between the two carbon atoms, indicative of a sigma bond.

                                              2) The shape of the hybrid matches what orbitals were used to make it. For this case, sp 3 hybrids are 3 parts pag orbitals and 1 part s orbital. The end result is an orbital that is mostly pag shaped but it a little bit lop-sided.

                                              3) sp 3 hybrids take a tetrahedral geometry with an angle between them of 109.5 degrees. Click on one of the ethane pictures above and rotate the 3D image until you can see this geometry.

                                              Using the above process we can also justify the hybridization for the molecule below, ethylene.

                                              Calculations done at B3LYP/6-311G+(2d,p). Click on any image above to view the optimized structure.

                                              In this case, the carbon atoms have three sigma bonds, and one π bond making up the double bond. Remember that π bonds, unlike sigma bonds, are made from p-orbitals.

                                              One pag-orbital is needed to make the double-bond to the other carbon. Now when the hybridization happen, there is one less available pag-orbtial, and so a total of 1 s orbital and 2 pag-orbitals are mixed together to make three sp 2 orbitals. The three hybrids will be used to make the single bonds to the hydrogen atoms and the other carbon.

                                              sp 2 hybrid orbital

                                              Calculations done at B3LYP/6-311G+(2d,p). Click on any image above to view the NBO output.

                                              The output of the NBO calculation shows the sp 2 hybridization of the carbon. The image on the left is very clearly a π bond, with the electron density between the two carbons shared above and below the plane of the bond. The image on the right shows a sp 2 hybridized orbital making the sigma bond between the carbons. Notice the shape of the orbital compared to the sp 3 hybrid of ethane. Because sp 2 is only two parts p orbital compared to three, its shape is more s like and even more lopsided.

                                              Make sure to click on one of the images above to see and rotate the 3D model of ethylene. The geometry of sp 2 orbitals is planar with 120 degree bond angles, which can be easily seen in the images and 3D models.

                                              To complete the series, let us consider acetylene.

                                              Calculations done at B3LYP/6-311G+(2d,p). Click on any image above to view the optimized strcuture.

                                              There is a triple bond between the two carbons. Each carbon has two sigma bonds, one to hydrogen and one to carbon, and two π bonds (the second and third bonds of the triple bond).

                                              Looking at the orbital diagram above, two pag-orbitals must be removed from the hybridization pool to make the triple bond. This leaves one s and one p-orbital, leaving two sp orbitals.

                                              sp hybrid orbital

                                              Calculations done at B3LYP/6-311G+(2d,p). Click on any image above to view the NBO output.

                                              Again using NBO the orbitals described in the orbital diagram can be visualized. There are two pag orbitals that are perpendicular from each other. This is shown in the left most image above and the center image, which rotates acetylene around from a head-on view to show the other pag orbital. The left image shows the sp orbital between the two carbons. Having the highest s character of the hybrid orbitals, it looks mostly like a s orbital.


                                              Ver el vídeo: ITZ ingeniería bioquímica enlaces químicos (Diciembre 2021).