Agua y Carbono: La base Química de la Vida

La teoría de la evolución Química tiene un componente modelo que realiza una propuesta acerca del mundo Natural y un componente proceso que explica ese modelo. La evolución química es la propuesta de que al inicio de la historia en la tierra, compuestos simples como la atmósfera y el océano se unieron para formar Sustancias más grandes y complejas. Como resultado, la química de los océanos y la atmosfera cambio con el tiempo. El nombre de la teoría es inadecuado porque el significado más simple de evolución es “cambio en el tiempo”. Según la teoría, el proceso responsable de este modelo fue la conversión de la energía cinética de la luz solar y el calor en energía química en forma de enlaces, que formaron moléculas grandes y complejas.

La teoría también mantiene que empezaron a acumularse sustancias más grandes y complejas, y después reaccionaron entre ellas para producir compuestos todavía más complejos, y esa evolución química continúa, condujo finalmente al origen de la vida. En concreto, La hipótesis es que una de esas complejas moléculas fue capaz de hacer una copia de sí misma, o autoreplicarse. A medida que esta molécula se multiplicaba, tuvo lugar el proceso de la evolución de selección natural: La evolución química pasó a ser evolución biológica. Finalmente, una molécula es capaz de autorreplicarse y se rodea por una membrana y empezó la vida celular. En primero instancia, la teoría de la evolución química parece muy pasible.

Los Ladrillos de la Evolución Química

El 96% de toda la materia de los organismos actuales esta formada por solo cuatro tipos de átomo: hidrógeno, carbono, nitrógeno y oxigeno. Buena parte de las moléculas encontradas en la células vivas contienen miles, o incluso millones, de estos átonos unidos entre si. Sin embargo al inicio de la historia de la tierra es probable que estos elementos existieran solo en sustancias simples como el agua y el dióxido de carbono, que contienen únicamente tres átonos cada una.  La teoría de la evolución química mantiene que los compuestos simples de la atmósfera y el océano primitivo se unieron para formar las sustancias mas grandes y complejas de las células vivas para entender como pudo empezar este proceso, es necesario tener en cuenta las siguientes preguntas:

• ¿Cuál es la estructura física del hidrógeno, el carbono, el nitrógeno, el oxigeno y otros átonos de las células vivas?
• ¿Cuál es la estructura del agua, el dióxido de carbono y otras moléculas simples que actuaron como ladrillos de la evolución química?

¿Que átonos están en los organismos?

La figura 2.1 muestra una forma sencilla de representar la estructura de un átomo, utilizando hidrógeno y carbono como ejemplos. Partículas extremadamente pequeñas, denominadas electronos, órbita alrededor de un núcleo atómico compuesto por partículas grandes, llamadas protones y neutrones. Los protones tiene una carga eléctrica positiva, los neutrones son eléctricamente neutros y los electrones tiene una carga eléctrica negativa. Las cargas opuestas se atraen, las iguales se repelen. Cuando el numero de protones de un átomo (o molécula) es igual que el numero de electrones, las cargas se equilibran y el átomo es eléctricamente neutro.

La figura 2.2 muestra un segmento de la tabla periódica de los elementos. Observa que cada elemento contiene un numero característico de protones, que se denomina numero atómico del elemento. El numero atómico se muestra como el sub-índice del símbolo de cada elemento en la tabla. Sin embargo, el numero de protones de un elemento puede variar. Las formas de un elemento con distintos números de protones se conocen como isótopos (iguales- lugares). 

¿Como mantienen unidas a las moléculas los enlaces covalentes?

Para entender como se hacen estables los átomos compartiendo electrones, observa el hidrógeno. El átomo de hidrógeno solo tiene un electrón, que ocupa una capa que puede albergar dos electrones. Cuando dos átomos de oxigeno se acercan, los dos electrones presentes pasan a ser compartidos por los dos núcleos (figura 2.4). Ambos átomos poseen entonces una capa completa y han formado un enlace química. Juntos los átomos de hidrógeno enlazados son más estables que los átomos indivuales. Los electrones compartidos “pegan” los átomos en un enlace covalente. Las sustancias que se mantienen unidas por enlaces covalentes se llaman moléculas. En este caso, los átomos de hidrógeno unidos forman una única molécula de hidrógeno, que se escribe H-H O H2.

Suele resultar útil considerar los enlaces covalentes como atracciones y repulsiones eléctricas. A medida que los dos atomos de hidrógeno se aproximan, sus núcleos, cargados positivamente, se repelen y sus electrones, cargados negaticamente, se repelen también. Pero cada protón atrae a ambos electrones y cada electrón a ambos protones.

Dos ejemplos por unión de enlaces ionicos

Enlace covalente:

Algunas Moléculas sencillas formadas con H, C, N, O

El numero de electrones no emparejados en las capas de valencia de los atomos de carbono, nitrógeno y oxigeno: el carbono tiene cuatro, el nitrógeno tiene tres, y el oxigeno tiene dos. Cada electrón no emparejado puede formar medio enlace covalente. Como resultado un átomo de carbono puede formar un total de cuatro enlaces covalentes; el nitrógeno puede formar tres, y el oxigeno dos. Cuando cada uno de los cuatro electrones no emparejados de  un átomo de carbono se une covalentemente con un átomo de hidrógeno, la molécula resultante se escribe CH4 y se denomina metano. Esta es la molécula mas común del gas natural. Cuando los tres electrones no emparejados de un átomo de nitrógeno se unen a tres atomos de hidrógeno el resultado es NH3  o amónico. Del mismo modo, un átomo de oxigeno puede formar enlaces covalentes con dos atomos de hidrógeno, resultando una molécula de agua (H2O).