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• Eduardo Remy Bravo Soldevilla

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HIDROGENO Y OXIGENO (GRUPO 2 – Seminario Química) HIDROGENO CONCEPTOS:  Elemento más antiguo del universo. Primer elemento de la tabla periódica.  Es el elemento más sencillo formado solo por un protón y un electrón.  Es el elemento más abundante del universo. Es el elemento más abundante del cuerpo humano.  Fue descubierto por Boyle en 1671 PROPIEDADES: Físicas:  El estado del hidrógeno en su forma natural es gaseoso. Incoloro, inodoro e insípido a temperatura ambiental.  Es el elemento más liviano que existe. Posee 3 Isotopos: Protio, Deuterio y Tritio.  Su molécula consiste de dos átomos de hidrógeno (H2) unidos por un enlace covalente. Químicas:  El átomo de hidrógeno no puede aislarse, siempre se encuentra formando moléculas o compuestos.  La molécula más sencilla es el hidrógeno diatomico.  Químicamente, el hidrogeno es capaz de combinarse con la mayoría de los elementos cuando se tienen las condiciones adecuadas.  Es un poderoso reductor (Tiende a perder electrones).  Forma hidruros. 

Reacciona con el oxígeno para formar agua.

ESTRUCURA ATOMICA: Se basa en el modelo atómico de Niels Bohr (quien basándose en la teoría de los cuantos de energía propone un átomo con niveles circulares) 

El átomo de hidrógeno tiene un núcleo con un protón.

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El átomo de hidrógeno tiene un electrón que está girando en la primera órbita alrededor del núcleo. Esta órbita es la de menor energía.

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Si se le comunica energía a este electrón, saltará desde la primera órbita a otra de mayor energía. cuando regrese a la primera órbita emitirá energía en forma de radiación luminosa.

ESTRUCTURA MOLECULAR: Diagrama sobre el hidrogeno molecular, las fuerzas que une a la molécula y su equilibrio. Se encuentra unido por enlace covalente apolar.

LOS PUENTES DE HIDROGENO: Es un tipo de enlace especial entre el átomo de hidrogeno de un enlace polar y un átomo electronegativo de O, F y N. Con energías de enlace que varían de 5 a 30 KJ/mol son incluso menores a la de un enlace covalente lo cual explica lo débil de su atracción. Aun así es mucho más que una fuerza de dispersión de London. Esta energía depende además del ángulo de enlace, siendo máxima cuando los tres átomos están alineados En este tipo de enlace se debe de distinguir a dos estructuras, el átomo dador y el aceptor (de protones). Los donadores serán siempre los grupos O-H y el N-H (claro que es hidrogeno el que se va a desplazar), y los aceptores del hidrógeno va a ser un átomo electronegativo (otra vez oxígeno o nitrógeno) pero con una peculiaridad: el hidrógeno se va a unir a un orbital ocupado por dos electrones solitarios. OXIGENO: CONCEPTOS: • El oxígeno es uno de los elementos más abundantes en el planeta tierra. • Existe en estado libre en la atmosfera, se encuentra el 20,8% del volumen de oxigeno molecular o 23,1% en masa. El agua tiene 89% de masa de oxígeno. • Fundamental en la formación de las biomoleculas • Constituye poco más de la cuarta parte de átomos de un ser vivo (25,75). • El contenido de oxígeno en el cuerpo de un ser vivo es normalmente mayor en el sistema respiratorio y disminuye a lo largo de cualquier sistema arterial, los tejidos periféricos y el sistema venoso, respectivamente. El contenido de oxígeno en este sentido se suele dar como la presión parcial, que es la presión que tendría el oxígeno si ocupase por sí solo el volumen de las venas. ISOTOPOS DEL OXIGENO: En su núcleo atómico el átomo de oxigeno puede presentar diferentes cantidades de neutrones. • En la naturaleza posee tres isotopos estables • Existen además 10 radioisótopos muy inestables cuyo período de semidesintegración oscila entre 8,58 milisegundos (13-O) y 122,24 segundos (15-O). Isotopos Naturales:  16-O (99,762%), Más abundante, se sintetiza por fusión del helio. Masa atómica de 15.9949146  17-O (0,038%) Surge producto de la combustión del hidrogeno en el ciclo del CNO.  18-O (0,200%) Producto de la unión del N – 14 con un núcleo de He. El O-18 es importante por la producción de positrones en el cual ocupa la tomografía por emisión de positrón, bombardeando iones de hidrogeno creando fluor18 finalmente se sintetiza y se le inyecta a la persona. ALOTROPOS DEL OXIGENO: Son aquellas sustancias químicas que en el mismo estado físico poseen distinta estructura pero están compuestos del mismo elemento. Para el caso, oxigeno. Oxigeno diatomico (dioxigeno): Tiene una longitud de enlace de 121 pm y una energía de enlace de 498 kJ•mol−1. Es paramagnética (con dos e desapareados). Y tiene un orden de enlace 2 Suele ser muy estable, su reacción de síntesis es exotérmica.

Fuerte agente oxidante. Usado en muchas reacciones oxidantes orgánicas e inorgánicas. Empleado en la industria del acero En estado sólido presenta tres modificaciones: a-O2 (ortorrómbica, entre 0-23,88 K, r = 1,40 g/cm3), b-O2 (romboédrica, entre 23,88-43,80 K, r = 1,39 g/cm3) y g-O2 (cúbica, entre 43,80-54,36 K (Punto de fusión), r = 1,32 g/cm3). Ozono (trioxigeno): Fue descubierto en 1839 por Schönbein. Se caracteriza por: • Gas. Muy toxico, Azul pálido • Olor Picante e irritante (evidencia de que hay descargas eléctricas). • Debido a su energía libre estándar de formación es una cantidad positiva grande, el ozono es menos estable que el oxígeno, • Es una molécula resonante, con geometría angular y Angulo de enlace de 116,5°. • Principales usos:  Purificación para obtener agua potable.  Desodorizacion del aire y gases.  Blanqueamiento de ceras, aceites y textiles. LA OXIDACION: Parte de la reacción de oxidación – reducción. En este segmento el compuesto oxidado pierde los e- los transfiere al compuesto oxidante. Es la semirreaccion que implica la perdida de electrones. El oxígeno tiene la capacidad de oxidar porque:  Es aceptor de los e-- del elemento con el que reacciona.  Porque con el sucede la semirreaccion de reducción.  Porque el oxígeno termina ganando los electrones y adquiriendo una carga negativa. RADICALES LIBRES: Un radical libre es cualquier especie química, molécula o átomo, portadora de uno o más electrones desapareados, cuya presencia es el origen de la alta reactividad de los radicales libres. Una de las características más importantes de las reacciones de los radicales libres es que se forman por reacciones en cadena; esto significa que un radical libre puede dar lugar a la formación de otro, de manera que este mecanismo permite que la actividad se propague y que el daño se generalice. Radicales libres derivados del Oxigeno: También llamados estados moleculares del oxígeno, o lo que se pueden llamar “especies reactivas del oxígeno” que siendo derivados del metabolismo del oxígeno son muy reactivos y generan daños en altas concentraciones: 

Triplete: Es el estado fundamental en sí, no representa ninguna alguna variación, es simplemente oxigeno diatomico. Posee dos electrones desapareados en OM degenerados.

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Singlete: Es la forma diamagnética del oxígeno molecular, los electrones se reordenaron formando un nuevo enlace, es más reactivo e inestable que el Triplete.

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Anión Superoxido: Este es un radical libre, el oxígeno molecular acepto un electrón mas, se volvió anión y muy reactivo.

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Peróxido de hidrogeno (H2O2): Dos radicales Superoxido sufren una dismutacion, uno gana e- y el otro los pierde. Puede generarse en los peroxisomas.

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Radical Hidroxilo (OH-): Suele ser un derivado del peróxido de hidrogeno, es oxidante y reactivo en extremo.

ANTIOXIDANTES: Sustancias que pueden reaccionar generando efectos de neutralización para los radicales libres. Antioxidacion en la Célula: La membrana citoplasmática es generalmente inducida por un radical hidroxilo que sustrae un hidrógeno a la cadena lateral de un ácido graso formando un radical carbonado, lo que genera una cadena de reacciones oxidativas. Los antioxidantes, pueden formar complejos estables impidiendo la acción catabólica de los radicales libres en la membrana celular.

Hay enzimas básicas con capacidades antioxidantes: Superoxido dismutasa. Existe en las mitocondrias (SOD de Mn2+) y en el citosol (SOD de Cu2+ y de Zn2+). Cataliza la dismutación del radical anión superóxido para dar oxígeno molecular y peróxido de hidrógeno: 2 O2– + 2 H+

O2 + H2O2

2. Glutatión peroxidasa. Existe principalmente en el citosol y contiene selenio. Cataliza la siguiente reacción: 2GSH + H2O2

GSSG + 2H2O (donde: GSH-glutatión reducido y GSSG-glutatión

Oxidado). 3. Catalasa. Existe principalmente en los peroxisomas y su función es destruir el agua oxigenada por disimulación: H2O2 + H2O2

2H2O + O2

Existen las sustancias capaces de neutralizar a los radicales o limitar su reactividad, Llamadas atracadoras: Vitamina E (tocoferol) y beta caroteno: Reaccionan con los radicales peróxido y suspenden la cadena de reacciones de radicales. Son liposolubles y por eso pueden proteger las membranas. El selenio (aunque muy toxico en el cuerpo) también se combina con la vitamina E y funciona como antioxidante. Vitamina C. Reacciona directamente con los superóxidos, con el singlete de oxígeno y con el radical hidroxilo; regenera la vitamina E al reaccionar con el radical tocoferilo y lo convierte en radical ascorbilo, también muy estable.