Quimica Nuclear

Química nuclear

Esta rama se halla íntimamente ligada a la radioactividad y las diversas propiedades y procesos nucleares, es la química que se da entre los distintos elementos radioactivos, como el uranio, radón, radio y los actínidos, el comportamiento de las sustancias radioactivas (por ejemplo en su interacción y efectos con sustancias como las que conforman a los seres vivos, plantas, animales y el ser humano), tras la exposición y absorción de radiaciones y sus efectos en la química de estos.

Es la química de los elementos radiactivos tales como los actínidos, radio y radón junto con la química asociada con el equipo (tales como los reactores nucleares), los cuales son diseñados para llevar a cabo procesos nucleares. Esto incluye la corrosión de superficies y el comportamiento bajo condiciones tanto normales como anormales de operación (un ejemplo de este último es durante un accidente nuclear). Un área importante es el comportamiento de los objetos y materiales después de ser dispuestos en un depósito de desechos nucleares o un sitio de eliminación de desechos.
Incluye el estudio de los efectos químicos como resultado de la absorción de radiación dentro de los animales, plantas y otros materiales. La química de radiación controla gran parte de la biología de radiación ya que la radiación tiene un efectos es los seres vivos a un nivel molecular, para explicarlo de otra forma, la radiación altera los bioquímicos dentro del organismo, la alteración de las biomoléculas cambian la química que ocurre dentro del organismo; es así como este cambio en la bioquímica puede generar un resultado biológico. Como resultado, la química nuclear asiste de manera significativa a la comprensión de tratamientos médicos (tales como cáncer, radioterapia) y ha permitido que estos tratamientos sean mejorados.

Áreas principales

La radioquímica es la química de los materiales radiactivos, en donde los isótopos radiactivos de los elementos son utilizados para estudiar las propiedades y reacciones químicas de los isótopos no radiactivos (comúnmente dentro de la radioquímica la ausencia de radiactividad genera una sustancia descrita como inactiva mientras que los isótopos son estables).

Química de radiación

La química de radiación es el estudio de los efectos químicos de la radiación en la materia; esto es muy diferente de la radioquímica ya que no es necesario que se presente radiactividad en el material que está siendo químicamente modificado por la radiación. Un ejemplo es la conversión de agua en gas hidrógeno y peróxido de hidrógeno.

Química para fuerza nuclear

La radioquímica, química de radiación e ingeniería químico nuclear juegan un papel muy importante para la síntesis de combustibles precursores de uranio y torio, comenzando por las menas de estos elementos, la fabricación del combustible, la química de enfriamiento, reprocesamiento del combustible, tratamiento y almacenaje de desperdicios radiactivos, monitoreo de la liberación de elementos radiactivos durante el proceso de operación del reactor, almacenamiento geológico radiactivo, etc.

Estudio de las reacciones nucleares

Una combinación entre radioquímica y química de radiación es utilizada para estudiar las reacciones nucleares tales como fisión y fusión. Evidencia reciente para la fisión nuclear fue la formación de un radio-isótopo de vida corta a partir del bario, el cual fue aislado de un neutrón irradiado de uranio (Ba, con una vida media de 83 minutos y Ba, con una vida media de 12.8 días, son productos de fisión del uranio). En aquel entonces se pensó que éste era un nuevo isótopo del radio, posteriormente fue una práctica radioquímica estándar para utilizar sulfato de bario precipitado en el aislamiento de radio.[8]. Recientemente, una combinación de métodos radio químicos y física nuclear han sido utilizados para intentar generar nuevos elementos 'súper fuertes'; se piensa que islas de estabilidad relativa existen en donde los núcleos tienen una vida media de año, de esta forma habilitando grandes cantidades de los nuevos elementos para ser aislados. Para más detalles del descubrimiento original de la fisión nuclear ver el trabajo de Otto Hahn.

Bioquimica

Bioquímica

Es la rama de la química que se encarga propiamente del estudio de la composición y propiedades químicas de los seres vivos, tanto en los reinos vegetal, animal y fungí, analizando los compuestos y moléculas orgánicas de que estos están compuestos (aminoácidos, proteínas, lípidos, ácidos nucleicos, carbohidratos, reacciones bioquímicas en las células y demás procesos químicos que se dan en los seres vivos.
La bioquímica es una rama de la ciencia que estudia la composición química de los seres vivos, especialmente las proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos, además de otras pequeñas moléculas presentes en las células y las reacciones químicas que sufren estos compuestos (metabolismo) que les permiten obtener energía (catabolismo) y generar biomoléculas propias (anabolismo). La bioquímica se basa en el concepto de que todo ser vivo contiene carbono y en general las moléculas biológicas están compuestas principalmente de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre.
Es la ciencia que estudia la base química de las moléculas que componen algunas células y los tejidos, que catalizan las reacciones químicas del metabolismo celular como la digestión, la fotosíntesis y la inmunidad, entre otras muchas cosas.

Ramas de la bioquímica

Esquema de una célula típica animal con sus orgánulos y estructuras.

El pilar fundamental de la investigación bioquímica clásica se centra en las propiedades de las proteínas, muchas de las cuales son enzimas. Sin embargo, existen otras disciplinas que se centran en las propiedades biológicas de carbohidratos (Glucobiología) y lípidos (Lipobiología)

Por razones históricas la bioquímica del metabolismo de la célula ha sido intensamente investigada, en importantes líneas de investigación actuales (como el Proyecto Genoma, cuya función es la de identificar y registrar todo el material genético humano), se dirigen hacia la investigación del ADN, el ARN, la síntesis de proteínas, la dinámica de la membrana celular y los ciclos energéticos.

Las ramas de la bioquímica son muy amplias y diversas, y han ido variando con el tiempo y los avances de la biología, la química y la física.

• Bioquímica estructural: es un área de la bioquímica que pretende comprender la arquitectura química de las macromoléculas biológicas, especialmente de las proteínas y de los ácidos nucleicos (DNA y RNA). Así se intenta conocer las secuencias peptídicas, su estructura y conformación tridimensional, y las interacciones físico-químicas atómicas que posibilitan a dichas estructuras. Uno de sus máximos retos es determinar la estructura de una proteína conociendo solo la secuencia de aminoácidos, que supondría la base esencial para el diseño racional de proteínas (ingeniería de proteínas).

• Química bioorgánica: Es un área de la química que se encarga del estudio de los compuestos orgánicos (es decir, aquellos que tienen enlaces covalentes carbono-carbono o carbono-hidrógeno) que provienen específicamente de seres vivos. Se trata de una ciencia íntimamente relacionada con la bioquímica clásica, ya que en la mayoría de los compuestos biológicos participa el carbono. Mientras que la bioquímica clásica ayuda a comprender los procesos biológicos con base en conocimientos de estructura, enlace químico, interacciones moleculares y reactividad de las moléculas orgánicas, la química bioorgánica intenta integrar los conocimientos de síntesis orgánica, mecanismos de reacción, análisis estructural y métodos analíticos con las reacciones metabólicas primarias y secundarias, la biosíntesis, el reconocimiento celular y la diversidad química de los organismos vivos. De allí surge la Química de Productos Naturales (V. Metabolismo secundario).

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• Enzimología: estudia el comportamiento de los catalizadores biológicos o enzimas, como son algunas proteínas y ciertos RNA catalíticos, así como las coenzimas y cofactores como metales y vitaminas. Así se cuestiona los mecanismos de catálisis, los procesos de interacción de las enzimas-sustrato, los estados de transición catalíticos, las actividades enzimáticas, la cinética de la reacción y los mecanismos de regulación y expresión enzimáticas, todo ello desde un punto de vista bioquímico. Estudia y trata de comprender los elementos esenciales del centro activo y de aquellos que no participan, así como los efectos catalíticos que ocurren en la modificación de dichos elementos; en este sentido, utilizan frecuentemente técnicas como la mutagénesis dirigida.

• Bioquímica metabólica: es un área de la bioquímica que pretende conocer los diferentes tipos de rutas metabólicas a nivel celular, y su contexto orgánico. De esta forma son esenciales conocimientos de enzimología y biología celular. Estudia todas las reacciones bioquímicas celulares que posibilitan la vida, y así como los índices bioquímicos orgánicos saludables, las bases moleculares de las enfermedades metabólicas o los flujos de intermediarios metabólicos a nivel global. De aquí surgen disciplinas académicas como la Bioenergética (estudio del flujo de energía en los organismos vivos), la Bioquímica nutricional (estudio de los procesos de nutrición asociados a rutas metabólicas)^[5]​ y la bioquímica clínica (estudio de las alteraciones bioquímicas en estado de enfermedad o traumatismo). La metabolómica es el conjunto de ciencias y técnicas dedicadas al estudio completo del sistema constituido por el conjunto de moléculas que constituyen los intermediarios metabólicos, metabolitos primarios y secundarios, que se pueden encontrar en un sistema biológico.

• Xenobioquímica: es la disciplina que estudia el comportamiento metabólico de los compuestos cuya estructura química no es propia en el metabolismo regular de un organismo determinado. Pueden ser metabolitos secundarios de otros organismos (P. ejemplo las micotoxinas, los venenos de serpientes y los fitoquímicos cuando ingresan al organismo humano) o compuestos poco frecuentes o inexistentes en la naturaleza

Quimica Inorganica

Química inorgánica

Esta se ocupa del estudio de las propiedades de aquellas sustancias y compuestos que están formados por moléculas y átomos distintos al carbono (aunque existen algunas excepciones en cuanto a los compuestos químicos inorgánicos que sí cuentan con carbono dentro de su composición o estructura). Esta rama de la química se especializa en compuestos que en general no cuentan con enlaces hidrocarbonados, sustancias tales como ácidos entre otros compuestos inorgánicos. Es importante en particular en cuanto al campo de la química industrial y sus ramales.

La química inorgánica se encarga del estudio integrado de la formación, composición, estructura y reacciones químicas de los elementos y compuestos inorgánicos (por ejemplo, ácido sulfúrico o carbonato cálcico); es decir, los que no poseen enlaces carbono-hidrógeno, porque éstos pertenecen al campo de la química orgánica. Dicha separación no es siempre clara, como por ejemplo en la química organometálica que es una superposición de ambas.
Antiguamente se definía como la química de la materia inorgánica, pero quedó obsoleta al desecharse la hipótesis de la fuerza vital, característica que se suponía propia de la materia viva que no podía ser creada y permitía la creación de las moléculas orgánicas.

Campo de trabajo

El nombre tiene su origen en la época en la que todos los compuestos del carbono se obtenían de seres vivos; de ahí la química del carbono se denomina química orgánica. La química de compuestos sin carbono, fue, por ende, llamada química inorgánica. Actualmente, se obtienen compuestos orgánicos en el laboratorio, de forma que la separación es artificial. Algunas de las sustancias con carbono que entran en el campo de la química inorgánica se incluye en uno de estos:

• grafito, diamante (fulereno, grafeno y nanotubos se consideran más bien orgánicos)
• carbonatos y bicarbonatos
• carburo

Clasificación de los compuestos inorgánicos

Los compuestos inorgánicos se dividen según su estructura

Compuestos binarios

• Óxidos metálicos
• Anhídridos
• Peróxidos
• Hidruros metálicos
• Hidruros volátiles
• Hidrácidos
• Sales neutras
• Sales volátiles

Compuestos ternarios

• Hidróxidos
• Oxoácidos
• Oxisales

Compuestos y sustancias importantes

Hay  muchos compuestos  y sustancias  inorgánicas de gran importancia, comercial y biológica. Entre ellos:

• Muchos fertilizantes, como el nitrato amónico, potásico, fosfatos o sulfatos
• muchas sustancias y disolventes cotidianos, como el amoníaco, el agua oxigenada, la lejía, el salfumán
• muchos gases de la atmósfera, como el oxígeno, el nitrógeno, el dióxido de carbono, los óxidos de nitrógeno y de azufre...
• todos los metales y las aleaciones
• los vidrios de ventanas, botellas, televisores...
• las cerámicas de utensilios domésticos, industriales, o las losetas de las lanzaderas espaciales.
• el carbonato de calcio de nuestros huesos
• los chips de silicio semiconductores que hacen posible la microelectrónica y los ordenadores
• las pantallas LCD
• el cable de fibra óptica
• muchos catalizadores de interés industria
• el centro activo de las metaloenzima.

Quimica Organica

Química orgánica o química del carbono

Denominamos química orgánica a la rama de esta ciencia que se encarga del estudio de las reacciones que existen entre los diversos compuestos químicos que poseen un origen orgánico, es decir, es la que se encarga del estudio, análisis y experimentación con compuestos que poseen dentro de su composición elementos propios de los seres orgánicos, como el carbono, hidrógeno y oxígeno entre otros elementos  Su campo son todas las moléculas orgánicas y los compuestos que estas forman, incluyendo dentro de esta ciencia tanto el estudio de la estructura, propiedades, síntesis, degradación, comportamientos y los posibles usos de los compuestos hidrocarbonados u orgánicos (independientemente de que dichos compuestos o moléculas pertenezcan o no a entidades orgánicas), entrando dentro del campo de esta ciencia diversas sustancias como los hidrocarburos, que son compuestos orgánicos que si bien alguna vez pertenecieron a seres orgánicos, actualmente no pertenecen a seres vivos, pero cuya estructura sigue siendo orgánica (hidrocarbonada).

En otras palabras, esta abarca tanto el estudio de los compuestos químicos de que están compuestos los seres vivos, como a los compuestos del tipo orgánico que existen pero que no forman parte de seres vivos, (como los compuestos pertenecientes a los hidrocarburos antes mencionados), entre otros.

Cronología

• 1675: Lémery clasifica los productos químicos naturales, según su origen en minerales, vegetales y animales

• 1784: Antoine Lavoisier demuestra que todos los productos vegetales y animales están formados básicamente por carbono e hidrógeno y, en menor proporción, nitrógeno, oxígeno y azufre

• 1807: Jöns Jacob Berzelius clasifica los productos químicos en:
  • Orgánicos: los que proceden de organismos vivos.
  • Inorgánicos: los que proceden de la materia inanimada.
• 1816: Michel Eugène Chevreul prepara distintos jabones a partir de diferentes fuentes de ácidos grasos y diversas bases, produciendo así distintas sales de ácidos grasos (o jabones), que no resultaron ser más que productos orgánicos nuevos derivados de productos naturales (grasas animales y vegetales).

• 1828: Friedrich Wöhler, a partir de sustancias inorgánicas y con técnicas normales de laboratorio, sintetizó la sustancia urea, la segunda sustancia orgánica obtenida artificialmente, luego del oxalato de amonio.

Clasificación de compuestos orgánicos

La clasificación de los compuestos orgánicos puede realizarse de diversas maneras: atendiendo a su origen (natural o sintético), a su estructura (p. ej.: alifático o aromático), a su funcionalidad (p. ejm.:alcoholes o cetonas), o a su peso molecular (p. ej.: monómeros o polímeros).

Clasificación según su origen

La clasificación de los compuestos orgánicos según el origen es de dos tipos: naturales o sintéticos. A menudo, los de origen natural se entiende que son los presentes en los seres vivos, pero no siempre es así, ya que algunas moléculas orgánicas también se sintetizan ex-vivo, es decir en ambientes inertes, como por ejemplo el ácido fórmico en el cometa Halle-Bopp.

Natural

Los compuestos orgánicos presentes en los seres vivos o "biosintetizados" constituyen una gran familia de compuestos orgánicos. Su estudio tiene interés en medicina, farmacia, perfumería, cocina y muchos otros campos más.

Carbohidratos

Los carbohidratos están compuestos fundamentalmente de carbono (C), oxígeno (O) e hidrógeno (H). Son a menudo llamados "azúcares" pero esta nomenclatura no es del todo correcta. Tienen una gran presencia en el reino vegetal (fructosa, celulosa, almidón, alginatos), pero también en el animal (glucógeno, glucosa). Se suelen clasificar según su grado de polimerización en:

• Monosacáridos (glucosa, fructosa, ribosa y desoxirribosa)
• Disacáridos (sacarosa, lactosa, maltosa)
• Trisacáridos (Maltotriosa, rafinosa)
• Polisacáridos (alginatos, ácido algínico, celulosa, almidón, etc)

Lípidos

Los lípidos son un conjunto de moléculas orgánicas, la mayoría biomoléculas, compuestas principalmente por carbono e hidrógeno y en menor medida oxígeno, aunque también pueden contener fósforo, azufre y nitrógeno. Tienen como característica principal el ser hidrófobas (insolubles en agua) y solubles en disolventes orgánicos como la bencina, el benceno y el cloroformo. En el uso coloquial, a los lípidos se les llama incorrectamente grasas, ya que las grasas son sólo un tipo de lípidos procedentes de animales. Los lípidos cumplen funciones diversas en los organismos vivientes, entre ellas la de reserva energética (como los triglicéridos), la estructural (como los fosfolípidos de las bicapas) y la reguladora (como las hormonas esteroides).

Proteínas

Las proteínas son polipéptidos, es decir están formados por la polimerización de péptidos, y estos por la unión de aminoácidos. Pueden considerarse así "poliamidas naturales" ya que el enlace peptídico es análogo al enlace amida. Comprenden una familia muy importante de moléculas en los seres vivos pero en especial en el reino animal. Por otra parte, son producto de la expresión de genes contenidos en el ADN. Algunos ejemplos de proteínas son el colágeno, las fibroínas, o la seda de araña.

Ácidos nucleicos

Los ácidos nucleicos son polímeros formados por la repetición de monómeros denominados nucleótidos, unidos mediante enlaces fosfodiéster. Se forman, así, largas cadenas; algunas moléculas de ácidos nucleicos llegan a alcanzar pesos moleculares gigantescos, con millones de nucleótidos encadenados. Están formados por la moléculas de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y fosfato.Los ácidos nucleicos almacenan la información genética de los organismos vivos y son los responsables de la transmisión hereditaria. Existen dos tipos básicos, el ADN y el ARN.

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Tipos de Quimica

Química

La química es la ciencia que estudia tanto la composición, la estructura y las propiedades de la materia, como los cambios que esta experimenta durante las reacciones químicas y su relación con la energía. Linus Pauling la define como la ciencia que estudia las sustancias, su estructura (tipos y formas de acomodo de los átomos), sus propiedades y las reacciones que las transforman en otras sustancias en referencia con el tiempo

Tipos de Química

Denominamos como química a la rama de la ciencia y del conocimiento, que se dedica al estudio de la composición, la estructura y las propiedades de la materia, así como de los cambios que se suceden en ella y sus reacciones químicas (conjuntamente con su correlación con la energía durante las propias reacciones), es decir, es la ciencia que se encarga del estudio de átomos, compuestos, y las sustancias y sus transformaciones, analizando y definiendo todas las reacciones que se pueden dar entre las diversas sustancias. Por medio de esta ciencia estudiamos los fenómenos que son comunes a toda la materia, analizando sus propiedades inherentes.