Estructuras químicas
¿Por qué el hielo flota sobre el agua, mientras que la mayoría de los sólidos se hunden cuando se colocan en su líquido? ¿Qué hace que el propeno tenga un punto de ebullición más bajo que el propano?
Todas estas propiedades se deben a la estructura química del compuesto. La estructura química incluye el ángulo de enlace, el tipo de enlaces, el tamaño de la molécula y las interacciones entre moléculas.
Los cambios leves en la estructura química pueden afectar drásticamente las propiedades del compuesto. Incluso los isómeros , compuestos con la misma fórmula química pero diferentes estructuras, pueden tener propiedades drásticamente diferentes.
- Las propiedades físicas incluyen el punto de fusión y el punto de ebullición.
- Las propiedades químicas incluyen reactividad e inflamabilidad.
Isómeros y estructuras químicas
Realmente podemos ver cómo la estructura química afecta las propiedades de un compuesto cuando observamos los isómeros. Esto es cuando los átomos en el compuesto son exactamente iguales, simplemente están organizados de manera diferente en estructura. A pesar de esta pequeña diferencia, dos isómeros pueden tener propiedades muy diferentes.
Por ejemplo, si los aminoácidos están conectados con la amina (NH 2 ) de la derecha y el ácido carboxílico de la izquierda (llamados D-aminoácidos ), nuestro cuerpo ni siquiera reconocerá esa molécula como un aminoácido. Pero si la amina está a la izquierda y el ácido carboxílico a la derecha (llamados L-aminoácidos ), nuestro cuerpo lo reconocerá.
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El cuerpo no puede reconocer los D-aminoácidos porque las enzimas que los utilizan están diseñadas como una llave perfecta para los L-aminoácidos. Entonces, incluso si tiene dos llaves que son muy similares, pero solo un corte es ligeramente diferente, entonces no podrán desbloquear el mismo candado. Lo mismo ocurre con los compuestos químicos y las reacciones.
Formaciones cis y trans
Otro cambio común en los isómeros son los dobles enlaces. Un doble enlace puede estar en la formación cis o en la formación trans, y esto afectará la forma en que nuestro cuerpo lo trata.
- Una formación cis es cuando los dos sustituyentes más grandes están en el mismo lado del doble enlace.
- Una transformación es cuando los dos sustituyentes más grandes están en lados opuestos del doble enlace.
Esto es particularmente un problema cuando se trata de grasas cis y grasas trans. Echemos un vistazo a dos ácidos grasos diferentes: ácido oleico y ácido elaídico.
La fórmula química de ambos compuestos es: C 18 H 34 O 2 . La diferencia entre las dos moléculas es que el ácido oleico es un ácido graso cis mientras que el ácido elaídico es un ácido graso trans.
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El ácido oleico es un líquido a temperatura ambiente y el punto de fusión es de aproximadamente 56 grados Fahrenheit. El ácido elaídico es un sólido a temperatura ambiente y el punto de fusión es de aproximadamente 113 grados Fahrenheit.
En el cuerpo, el ácido oleico disminuye el colesterol malo mientras que el ácido elaídico lo aumenta. Es una locura pensar que una diferencia tan pequeña en la estructura química puede cambiar la forma en que una molécula reacciona de manera tan drástica, pero por eso la estructura de un compuesto es tan importante.
Agua y ángulo de unión
El agua es un compuesto interesante porque cuando lo comparamos con compuestos similares (por ejemplo, sulfuro de dihidrógeno) reacciona de una manera muy diferente. Normalmente, los sólidos se hunden en su forma líquida, pero en el agua, el hielo flota sobre el agua líquida. Tiene puntos de ebullición y congelación muy altos y una de las tensiones superficiales más altas de todos los líquidos.
Todas estas características del agua se deben a la estructura química de la molécula de agua y su ángulo de enlace , el ángulo entre dos enlaces en un átomo. Echemos un vistazo a la estructura de una molécula de agua:
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El ángulo de enlace es de 104,5 grados. La naturaleza altamente electronegativa del oxígeno atrae más electrones que los átomos de hidrógeno. Dado que el ángulo de enlace coloca ambos átomos de hidrógeno en un lado del oxígeno, esto crea un dipolo.
Si el ángulo de enlace fuera de 180 grados (creando una línea recta), un dipolo no sería posible porque las cargas positivas parciales en cada átomo de hidrógeno se cancelarían entre sí:
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Este ligero dipolo permite que las moléculas de agua creen enlaces de hidrógeno entre sí. Entonces, cuando el agua se congela, crea una estructura cristalina que es menos densa que el agua líquida, por lo que flota en la parte superior.
También crea una superficie cohesiva fuerte que crea una alta tensión superficial. Además, la fuerza de los enlaces entre cada molécula dificulta el cambio de estado de sólido a líquido (y de líquido a gas) porque esos enlaces de hidrógeno deben romperse.
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Resumen de la lección
La estructura de un compuesto químico (no solo los átomos que lo forman) afecta sus propiedades. Por ejemplo, el cuerpo trata los compuestos de manera diferente cuando hay una orientación 3D variable, como en los isómeros . El cuerpo usa L-aminoácidos , donde el grupo amina está a la izquierda, pero ni siquiera reconoce los D-aminoácidos , donde el grupo amina está a la derecha.
El cuerpo también trata los ácidos grasos trans de manera muy diferente a los ácidos grasos cis . Los ácidos grasos trans aumentan el colesterol malo, mientras que los ácidos grasos cis disminuyen el colesterol malo.
La estructura química del agua hace que tenga propiedades únicas. En particular, el ángulo de enlace de 104,5 grados crea un dipolo mientras permite que se produzcan enlaces de hidrógeno. Esto hace que la densidad del agua sólida sea menor que la del agua líquida y una tensión superficial, un punto de ebullición y un punto de fusión muy altos.
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