Carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno
En el desierto de Atacama casi no llueve y se ven muy pocos organismos. En los bosques de Chiloé, en cambio, la vida desborda por todas partes. Ambos lugares están hechos de átomos. ¿Qué tienen los seres vivos que las rocas no tienen, y por qué la vida necesita justo ciertos elementos? Al final de la página volveremos a Atacama y Chiloé para responder.
Los cuatro elementos de la vida
Si pudieras «desarmar» un completo, una empanada o a ti mismo en sus átomos, encontrarías unos pocos tipos que se repiten una y otra vez. Cuatro de ellos forman la gran mayoría de la materia viva:
| Elemento | Símbolo |
|---|---|
| Carbono | C |
| Hidrógeno | H |
| Oxígeno | O |
| Nitrógeno | N |
Los siglas CHON ayudan a recordarlos. Existen otros elementos en menor cantidad, como calcio (Ca), hierro (Fe), sodio (Na), fósforo (P) o azufre (S), y también son necesarios, pero los cuatro de CHON son la base.
Escribe el nombre y el símbolo químico de los cuatro elementos que, junto con otros en menor cantidad, forman la mayor parte de la materia de los seres vivos. Después…
Escribe el nombre y el símbolo químico de los cuatro elementos que, junto con otros en menor cantidad, forman la mayor parte de la materia de los seres vivos. Después indica cuál de ellos es el que forma el esqueleto básico de las moléculas orgánicas, como los azúcares y las grasas.
Clasifica cada uno de los siguientes elementos según si forma parte de los cuatro elementos más abundantes en la materia viva (C, H, O, N) o no: calcio, nitrógeno,…
Clasifica cada uno de los siguientes elementos según si forma parte de los cuatro elementos más abundantes en la materia viva (C, H, O, N) o no: calcio, nitrógeno, hierro, carbono, oxígeno, sodio. Presenta tu respuesta en dos listas.
Qué hace cada elemento
Cada elemento cumple un papel distinto dentro de las moléculas de la vida:
-
Carbono (C): forma el esqueleto de las moléculas orgánicas (azúcares, grasas, proteínas). Puede unirse con otros átomos de carbono formando cadenas y anillos, y eso permite moléculas muy variadas.
-
Hidrógeno (H) y oxígeno (O): juntos forman el agua y están presentes en casi todas las moléculas orgánicas. El oxígeno además participa en la respiración celular.
-
Nitrógeno (N): es parte de las proteínas y de los ácidos nucleicos (el material genético).
Los carbohidratos contienen C, H y O. Las proteínas contienen C, H, O y N, y algunas además azufre (S). Por eso el nitrógeno distingue a una proteína de un carbohidrato.
¿De dónde sale el nitrógeno que tu cuerpo necesita? Lo obtienes comiendo alimentos ricos en proteínas, como carne, pescado, huevos, legumbres (porotos, lentejas) o lácteos. Tu cuerpo desarma esas proteínas y con sus partes fabrica las propias.
Vicente prepara un trabajo sobre las proteínas. Investiga y descubre que todas contienen carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, y que algunas además contienen azufre.…
Vicente prepara un trabajo sobre las proteínas. Investiga y descubre que todas contienen carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, y que algunas además contienen azufre. Los carbohidratos, en cambio, contienen solo carbono, hidrógeno y oxígeno.
- a) ¿Qué elemento permite distinguir una proteína de un carbohidrato en la lista anterior?
- b) Explica por qué una persona necesita incorporar nitrógeno a través de su alimentación, mencionando un tipo de alimento que lo aporte.
El agua: la molécula de la vida
Dos de los cuatro elementos, hidrógeno y oxígeno, forman la molécula más abundante en las células: el agua, de fórmula H₂O. Cada molécula tiene 2 átomos de hidrógeno y 1 de oxígeno.
El agua es importante porque:
-
Es el medio donde ocurren las reacciones químicas de la célula.
-
Disuelve y transporta sustancias, como nutrientes y desechos en la sangre.
-
Ayuda a regular la temperatura: al sudar, el agua se evapora y enfría el cuerpo.
-
Es materia prima de procesos como la fotosíntesis.
Un cuerpo humano adulto es, en gran parte, agua. Por eso el hidrógeno y el oxígeno son tan abundantes en él.
Isidora está estudiando para una prueba y anota que «el agua está formada por hidrógeno y oxígeno». Indica cuál es la fórmula química del agua y explica con tus palabras…
Isidora está estudiando para una prueba y anota que «el agua está formada por hidrógeno y oxígeno». Indica cuál es la fórmula química del agua y explica con tus palabras por qué el agua es importante para los seres vivos, mencionando al menos una función.
Leer tablas de composición
Para argumentar con evidencias, los científicos usan tablas de composición. Mira esta, con el porcentaje de átomos del cuerpo humano:
| Elemento | Porcentaje de átomos |
|---|---|
| Hidrógeno | 63 |
| Oxígeno | 25 |
| Carbono | 9 |
| Nitrógeno | 1 |
| Otros | 2 |
Observa que el hidrógeno tiene el mayor porcentaje de átomos. Es coherente: cada molécula de agua aporta dos átomos de hidrógeno, y el agua es el componente más abundante de las células.
La siguiente tabla muestra la composición aproximada, en porcentaje de átomos, del cuerpo humano. | Elemento | Porcentaje de átomos | |---|---| | Hidrógeno | 63 | |…
La siguiente tabla muestra la composición aproximada, en porcentaje de átomos, del cuerpo humano.
| Elemento | Porcentaje de átomos |
|---|---|
| Hidrógeno | 63 |
| Oxígeno | 25 |
| Carbono | 9 |
| Nitrógeno | 1 |
| Otros | 2 |
- a) ¿Qué porcentaje de los átomos corresponde a los cuatro elementos C, H, O y N en conjunto?
- b) El hidrógeno es el elemento con mayor porcentaje de átomos. Explica por qué esto es coherente con que el agua sea el componente más abundante de las células.
Seres vivos y corteza terrestre
¿Los seres vivos están hechos de lo que más abunda a su alrededor? Compara la composición en masa de la corteza terrestre y del cuerpo humano:
| Elemento | Corteza terrestre (%) | Cuerpo humano (%) |
|---|---|---|
| Oxígeno | 46 | 65 |
| Silicio | 28 | casi 0 |
| Carbono | casi 0 | 18 |
| Hidrógeno | casi 0 | 10 |
Lo que muestra la tabla:
-
El silicio abunda en la corteza (rocas y arena), pero casi no está en el cuerpo.
-
El carbono y el hidrógeno son escasos en la corteza, pero abundantes en los seres vivos.
-
El oxígeno es abundante en ambos.
Los seres vivos entonces no solo toman lo que más abunda: seleccionan ciertos elementos y los organizan en moléculas con funciones precisas.
Además, el mismo elemento puede estar en compuestos distintos. En las rocas, el oxígeno forma óxidos y silicatos junto con el silicio. En los seres vivos, forma agua y moléculas orgánicas junto con carbono e hidrógeno.
Se comparan dos muestras de materia con datos aproximados de su composición en masa: | Elemento | Corteza terrestre (%) | Cuerpo humano (%) | |---|---|---| | Oxígeno |…
Se comparan dos muestras de materia con datos aproximados de su composición en masa:
| Elemento | Corteza terrestre (%) | Cuerpo humano (%) |
|---|---|---|
| Oxígeno | 46 | 65 |
| Silicio | 28 | casi 0 |
| Carbono | casi 0 | 18 |
| Hidrógeno | casi 0 | 10 |
- a) Identifica un elemento muy abundante en la corteza que casi no está en el cuerpo humano, y uno que es abundante en el cuerpo humano pero escaso en la corteza.
- b) Explica qué indica esta comparación sobre la idea de que los seres vivos solo toman los elementos que más abundan en su entorno.
Javiera afirma: «Como el oxígeno es el elemento más abundante tanto en la corteza terrestre como en el cuerpo humano, los seres vivos están hechos de la misma materia…
Javiera afirma: «Como el oxígeno es el elemento más abundante tanto en la corteza terrestre como en el cuerpo humano, los seres vivos están hechos de la misma materia que las rocas». Analiza esta afirmación usando la tabla del ejercicio anterior (corteza terrestre y cuerpo humano). Argumenta en qué parte tiene razón y en qué parte no, considerando el tipo de compuestos en que se encuentra el oxígeno en cada caso (por ejemplo, agua y moléculas orgánicas en los seres vivos, óxidos y silicatos en las rocas) y el papel del carbono.
De dónde obtienen los elementos los seres vivos
Tener los elementos en el planeta no basta: deben estar en una forma que los organismos puedan aprovechar.
| Elemento | Cómo lo obtienen |
|---|---|
| Carbono | Las plantas toman CO₂ del aire y lo usan en la fotosíntesis. Los animales lo obtienen comiendo plantas u otros animales. |
| Hidrógeno | Del agua (H₂O) y de las moléculas orgánicas de los alimentos. |
| Oxígeno | Del O₂ del aire (respiración), del agua y de los alimentos. |
| Nitrógeno | Las plantas lo absorben del suelo como sales con nitrógeno disueltas en agua. Los animales lo obtienen de las proteínas de su alimento. |
Aunque el aire es casi 78 % nitrógeno (N₂), la mayoría de los organismos no puede usarlo directamente: lo necesitan en otras formas, que algunas bacterias del suelo ayudan a producir.
Ahora puedes cerrar el gancho. En Atacama casi no hay agua líquida ni suelo con nutrientes disponibles, así que los elementos de la vida no están en formas aprovechables y hay pocos organismos. En los bosques de Chiloé llueve mucho y el suelo es rico, así que hay agua, nitrógeno disponible y plantas que fijan carbono, y la vida es abundante.
En el norte de Chile, en el desierto de Atacama, hay zonas donde casi no llueve y se observan muy pocos organismos, mientras que en los bosques del sur, como los de…
En el norte de Chile, en el desierto de Atacama, hay zonas donde casi no llueve y se observan muy pocos organismos, mientras que en los bosques del sur, como los de Chiloé, la vida es muy abundante. Un grupo de estudiantes propone: «La vida depende de que existan carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, pero también de que estos elementos estén disponibles en formas que los organismos puedan aprovechar».
- a) Explica qué quiere decir esta afirmación, indicando en qué formas los seres vivos obtienen cada uno de los cuatro elementos (por ejemplo, el carbono desde el dióxido de carbono o desde los alimentos).
- b) Argumenta, con dos razones, por qué en un lugar con mucho oxígeno en el aire, como el desierto, la vida puede ser escasa si falta otro factor como el agua.
- c) Propón una evidencia que podrías medir o recolectar para comprobar la afirmación del grupo.