Biology capitulo3- El agua y la aptitud que provee el ambiente para la vida

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Biology capitulo3- El agua y la aptitud que provee el ambiente para la vida

  1. 1. Capítulo 3 El agua y la aptitud que provee al ambiente para la vidaPowerPoint® Lecture Presentations for Biology Eighth EditionNeil Campbell and Jane ReeceLectures by Chris Romero, updated by Erin Barley with contributions from Joan SharpCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  2. 2. Al finalizar el capítulo debes:1. Enumerar y explicar las cuatro propiedades del agua que surgen de los enlaces de hidrógeno que puede formar esta molécula.2. Distinguir entre los siguientes términos: sustancias hidrófilas e hidrófobas; un soluto, un solvente, y una solución3. Definir acido, base, y pH4. Enumerar las amenazas principales a la calidad del agua en el planetaCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  3. 3. Fig. 3-1Panorama: La molécula que sostiene la vida• El agua es el que sostienela vida (medio biológico) enla Tierra•Todos los organismos larequieren más quecualquier otra sustancia•La mayoría de las célulasestán rodeadas de agua ya su vez las células son de70–95% agua La principal razón por la cual la Tierra es habitable es la abundancia de agua
  4. 4. Concepto 3.1: La polaridad de las moléculas deagua produce enlaces de hidrógeno• La molécula de agua es una molécula polar: Extremos opuestos tienen cargas opuestas• La polaridad permite que las moléculas de agua formen enlaces de hidrógeno con otras moléculas de agua Animation: Water StructureCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  5. 5. Fig. 3-2 – Hydrogen + bond H —— O + – —— H – + – +
  6. 6. Fig. 3-UN1 Trabajo de grupo 1. ¿Qué es electronegatividad y cómo afecta las interacciones de las moléculas de agua? 2. ¿Por qué no es probable que dos moléculas de agua se arreglen como aparecen en la figura de abajo? 3. ¿Cuál sería el efecto en las propiedades del agua si el hidrógeno y el oxígeno tuvieran la misma electronegatividad?
  7. 7. Concepto 3.2: Cuatro propiedades del agua quecontribuyen a la aptitud que tiene la Tierra para lavida• Cuatro propiedades del agua que facilitan un ambiente propicio para la vida: – Muestra Cohesión – Habilidad para moderar la temperatura – Al congelarse se expande – Versatilidad como solventeCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  8. 8. Cohesión• Colectivamente, los enlaces de hidrógeno mantienen las moléculas de agua juntas. Este fenómeno se llama cohesión• La cohesión ayuda a transportar agua en las plantas en contra de la gravedad• Adhesión es la atracción entre diferentes sustancias, por ejemplo, entre el agua y la pared celular de las plantas Animation: Water TransportCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  9. 9. Fig. 3-3 Adhesion Water-conducting cells Direction Cohesion of water 150 µm movement
  10. 10. Fig. 3-4 Tensión superficial es una medida de cuán difícil es romper la superficie de un líquido La tensión superficial esta relacionada con la cohesión
  11. 11. Moderación de la temperatura• El agua absorbe calor de aire más caliente y libera calor almacenado hacia el aire más frío• El agua puede absorber o liberar una gran cantidad de calor con solamente un leve cambio de su propia temperaturaCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  12. 12. Calor y temperatura• Energía cinética es la energía de movimiento• Calor es la medida de la cantidad total de energía cinética debido al movimiento de las moléculas• Temperatura mide la intensidad del calor debido al promedio de average energía cinética de las moléculasCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  13. 13. • La escala Celsius es una medida de temperatura usando grados Celsius (°C)• Una caloría (cal) es la cantidad de calor necesario para subir la temperatura de un 1 g de agua un 1°C• Las “calorías” en los empaques de alimentos son kilocalorías (kcal), donde 1 kcal = 1,000 cal• Un joule (J) es otra medida de energía, donde 1 J = 0.239 cal, o 1 cal = 4.184 JCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  14. 14. El calor específico del agua• El calor específico de una sustancia es la cantidad de calor que se tiene que absorber o perder para que un 1 g de esa sustancia cambie tu temperatura 1ºC• El calor específico del agua es 1 cal/g/ºC• El agua resiste los cambios de su temperatura por su alto calor específicoCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  15. 15. • El alto calor específico del agua se debe a los enlaces de hidrógeno – Se absorbe calor cuando se rompen enlaces de hidrógeno – Se libera calor cuando se forman enlaces de hidrógeno• El alto calor específico del agua minimiza las fluctuaciones en la temperatura a limites que sostienen la vidaCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  16. 16. Fig. 3-5 Burbank San Bernardino Santa Barbara 73° 90° 100° Los Angeles Riverside 96° (Airport) 75° Santa Ana Palm Springs 70s (°F) 84° 106° 80s Pacific Ocean 90s 100s San Diego 72° 40 miles
  17. 17. Enfriamiento que provee la evaporación• Evaporación es la transformación de una sustancia de líquido a gas• Calor de vaporización es el calor que un líquido tiene que absorber para que 1 g se convierta a gas• Según un líquido se evapora, la superficie que queda se enfría. Este proceso se llama enfriamiento a través de evaporación.• El efecto de enfriamiento a través de evaporación del agua ayuda a estabilizar las temperaturas de los organismo y de los cuerpos de aguaCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  18. 18. Hielo sobre los cuerpos de agua actúa como un aislante• El hielo flota sobre agua líquida porque sus enlaces de hidrógeno tiene más “orden”, lo cual hace al hielo menos denso• El agua alcanza su mayor densidad a 4°C• Si el hielo se hundiera, todos los cuerpos de agua eventualmente se congelarían y la vida sería imposible en la TierraCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  19. 19. Fig. 3-UN4 Ice: stable hydro- Liquid water: gen bonds transient hydrogen bonds
  20. 20. Fig. 3-6 Hydrogen bond Ice Liquid water Hydrogen bonds are stable Hydrogen bonds break and re-form
  21. 21. El solvente de la vida• Una solución es un líquido que contiene una mezcla homogénea de sustancias• Un solvente es el agente donde se disuelve una solución• El soluto es la sustancia que se disuelve• Una solución acuosa es una en donde el agua es el solventeCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  22. 22. • El agua es un solvente versátil por su polaridad, la cual permite que se formen enlaces de hidrógeno fácilmente• Cuando un compuesto iónico se disuelve en agua, cada ión será rodeado por una esfera de moléculas de agua llamada la capa de hidraciónCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  23. 23. Fig. 3-7 – Na+ + + – – + – – Na+ – + + Cl– Cl– – + – + – + – –
  24. 24. • El agua también puede disolver compuestos hechos de moléculas polares no-iónicas• Aún las moléculas grandes y polares como las proteínas se pueden disolver en agua si tienen regiones polares o iónicasCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  25. 25. Fig. 3-8 (a) Lysozyme molecule in a (b) Lysozyme molecule (purple) in an aqueous (c) Ionic and polar regions nonaqueous environment environment on the protein’s surface attract water molecules.
  26. 26. Sustancias hidrófilas e hidrófugas• Una sustancia hidrófila es aquella que tiene afinidad con el agua• Una sustancia hidrófuga es aquella que no tiene afinidad con el agua• Moléculas de aceite son hidrófugas porque tienen enlaces no-polares• Un coloide es una suspensión estable de partículas finas en un líquidoCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  27. 27. Concentración de soluto en soluciones acuosas• La mayoría de las reacciones bioquímicas ocurren en agua• Las reacciones químicas dependen del choque de las moléculas y por lo tanto de la concentración del soluto en una solución acuosaCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  28. 28. Concepto 3.3: Ácidos y bases afectan losorganismos• Un átomo de hidrógeno de un enlace de hidrógeno entre dos moléculas de agua puede cambiar: – El átomo de hidrógeno puede dejar su electrón y ser transferido como un protón, ión de hidrógeno (H+) – La molécula que contiene el protón extra ahora es ión de hidronio (H3O+), aunque usualmente lo escribimos como H+ – La molécula que perdió el protón es ahora un ión de hidróxido (OH–)Copyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  29. 29. Fig. 3-UN2 H H O H O O H O H H H H 2H2O Hydronium Hydroxide ion (H3O+) ion (OH–)
  30. 30. • El agua está en un equilibrio dinámico en donde las moléculas de agua se disocian a la misma tasa que se vuelven a formarCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  31. 31. • La disociación de las moléculas de agua tiene un efecto en los organismos• Cambios en las concentraciones de H+ y OH– pueden afectar la química de una célulaCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  32. 32. Efectos en los cambios de pH• Las concentraciones de H+ y OH– son iguales en agua pura• Si añadimos ciertos solutos, llamados ácidos o bases, se modificaran las concentraciones de H+ y OH–• Usamos la escala de pH para describir si una solución es ácida o básicaCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  33. 33. Ácidos y Bases• un ácido es cualquier sustancia que aumenta la concentración de H+ de una solución• una base es cualquier sustancia que reduce la concentración de H+ de una soluciónCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  34. 34. Fig. 3-UN5 0 Acidic [H+] > [OH–] Acids donate H+ in aqueous solutions Neutral [H+] = [OH–] 7 Bases donate OH– or accept H+ in Basic aqueous solutions [H+] < [OH–] 14
  35. 35. Fig. 3-9 pH Scale 0 1 Battery acid Gastric juice, 2 lemon juice Increasingly Acidic H+ H+ [H+] > [OH–] + – H H+ OH 3 Vinegar, beer, + OH– H H+ wine, cola H+ H+ Acidic 4 Tomato juice solution Black coffee 5 Rainwater OH– 6 Urine Saliva Mayoría de OH– Neutral H+ H+ OH – OH– OH + – [H+] = [OH–] 7 Pure water Human blood, tears las H soluciones + H H+ 8 Seawater Neutral solution Increasingly Basic [H+] < [OH–] 9 biológicas 10 Milk of magnesia OH– OH– OH– 11 H+ OH– OH– OH– Household ammonia – H+ OH 12 Basic solution Household 13 bleach Oven cleaner 14
  36. 36. Amortiguadores (buffers)• El ambiente interno de la mayoría de las células se mantiene cerca a un pH 7• Amortiguadores son sustancias que minimizan los cambios en concentraciones de H+ y OH– en una soluciónCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  37. 37. Amenazas a la calidad del agua en la Tierra• Lluvia ácida puede ser lluvia, nieve, o neblina con un pH menor de 5.6• Lluvia ácida es causada por la mezcla de diferentes contaminantes con el agua en el aire y esta puede caer lejos de su fuente• Lluvia ácida daña la vida en los cuerpos de agua• Los efectos de la lluvia ácida en la química de los suelos ha contribuido a la disminución de ciertos bosquesCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  38. 38. Fig. 3-10 0 More 1 acidic 2 3 Acid 4 rain 5 Normal 6 rain 7 8 9 10 11 12 13 More 14 basic
  39. 39. • Actividades humanas, como la quema de combustible fósil amenaza la calidad del agua• CO2 es liberado por la quema de combustible fósil y contribuye a: – Un calentamiento de la tierra llamado efecto de invernadero (“greenhouse” effect) – Acidificación de los océanos; esto lleva a que los corales no puedan formar colares calcificadosCopyright © 2008 Pearson Education, Inc., publishing as Pearson Benjamin Cummings
  40. 40. Fig. 3-11a EXPERIMENT
  41. 41. Fig. 3-11b RESULTS 40 Calcification rate per m2 per day) (mmol CaCO3 20 0 150 200 250 300 [CO32–] (µmol/kg)
  42. 42. Fig. 3-UN7

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