UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR CARRERA DE INGENIERIA AMBIENTAL PROYECTO DE INVESTIGACION GRUPAL TEMA DEL PROYECTO EL CARBONO COMO ELEMENTO AUTORES: ESTEFANO NAVARRETE LISBETH NATASHA LUCAS CARBO ANDREA ESTEFANIA DOCENTE GUÍA: ING. CARLOS FRANCISCO ORTEGA ORDOÑEZ PERIODO: 2024 – 2025 GUAYAQUIL-ECUADOR 2 1 objetivos del proyecto 1.1 Definir las características del carbono El carbono, ubicado en la tabla periódica entre los elementos ideos, presenta un número atómico de 6 y una masa atómica de 12,01, siendo simbolizado con la letra C. Clasificado como un elemento no metálico, exhibe propiedades conductoras de electricidad cuando adopta la forma de grafito. En líneas generales, el carbono no posee una toxicidad elevada, siendo seguro para el manejo humano en la mayoría de sus formas físicas. Sin embargo, diversos compuestos orgánicos e inorgánicos basados en carbono pueden resultar tóxicos o incluso mortales para los seres humanos. Los hidrocarburos, por ejemplo, pueden ocasionar daños severos en el sistema respiratorio, al igual que el carbón, como se evidencia en casos de deterioro de la salud en mineros de carbón y trabajadores en estaciones de extracción de hidrocarburos. Por otro lado, el dióxido y monóxido de carbono (CO2 y CO) pueden ser letales en grandes concentraciones al interferir con la correcta oxigenación del organismo. Además, el isótopo radiactivo carbono-14 representa un riesgo potencial de contaminación. El cianuro (CN-), reconocido como uno de los venenos más mortales, se compone de átomos de carbono y nitrógeno. Aunque se han encontrado trazas de carbono e hidrocarburos en planetas distantes, como los gigantes gaseosos del Sistema Solar, esto no indica necesariamente la existencia de vida orgánica en dichos cuerpos celestes. Entre algunas de sus características está: • Es conductor de la electricidad. • Representa el 0,2% de la corteza terrestre. • Es vital para la vida 3 La combinación de este elemento con otros elementos de la tabla periódica conduce a la formación de nuevos compuestos químicos. Este elemento puede manifestarse en distintas formas, ya sea gaseoso, sólido o, en estado líquido, puede encontrarse mezclado con el agua. Se considera que el núcleo del planeta Tierra alberga la mayor reserva de carbono. El carbono puede variar desde una textura tan suave como la del grafito hasta una resistencia tan elevada como la del diamante. La gran mayoría de los seres que habitan en la Tierra tienen en su estructura molecular al carbono como base fundamental. Estos se localizan principalmente en regiones subterráneas, donde tanto la presión como la temperatura permiten que se reorganicen en diversas estructuras. Los hidrocarburos, esenciales para la vida, constituyen una de las formas de carbono combinadas con otros elementos. Aunque el carbono en pequeñas cantidades no es perjudicial para la salud humana, existen compuestos que lo contienen, como el dióxido, el monóxido de carbono y el cianuro, que pueden ser nocivos. El carbono se destaca como un elemento versátil que muestra una amplia variedad de propiedades singulares, lo que lo posiciona como uno de los elementos más cruciales para la vida y la química orgánica. Una de sus características más sobresalientes radica en su capacidad para establecer enlaces covalentes tanto con otros átomos de carbono como con diversos elementos. Esta capacidad de generar una diversidad considerable de moléculas complejas es esencial para la formación de la amplia gama de compuestos orgánicos presentes en la naturaleza, incluyendo carbohidratos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos. 4 Otro aspecto crucial del carbono es su habilidad para existir en múltiples formas alotrópicas, siendo las más conocidas el grafito, el diamante y los fullerenos. Estas variaciones alotrópicas difieren considerablemente en sus propiedades físicas y químicas, lo que les confiere una amplia diversidad de aplicaciones en la industria y la tecnología. Por ejemplo, el diamante es reconocido por su extrema dureza y se utiliza en herramientas de corte y pulido, mientras que el grafito destaca por su excelente conductividad eléctrica, siendo utilizado en aplicaciones como electrodos de baterías y lubricantes sólidos. Por lo tanto, el carbono desempeña un papel esencial en la vida tal como la conocemos, ya que constituye la columna vertebral de las moléculas biológicas. La capacidad del carbono para formar cadenas carbonadas largas y estructuras ramificadas es fundamental para la diversidad molecular de los organismos vivos y para la transmisión de información genética a través del código genético. En resumen, la versatilidad del carbono en la formación de enlaces y moléculas, su presencia en múltiples formas alotrópicas y su papel central en los sistemas biológicos lo consagran como uno de los elementos más cruciales y fascinantes de la tabla periódica. 5 1.2 Indagar las reacciones químicas del carbono El carbono y sus reacciones juegan un papel fundamental en prácticamente todos los aspectos de la vida y el funcionamiento de nuestro planeta. Este elemento, con su capacidad única para formar enlaces estables con otros átomos de carbono y una amplia gama de otros elementos, es el pilar de la química orgánica. Desde los carbohidratos que proporcionan energía, hasta los ácidos nucleicos que codifican la información genética, pasando por los lípidos que componen las membranas celulares, el carbono es esencial para la existencia y la diversidad de la vida. Además, las reacciones químicas que involucran al carbono son clave en procesos industriales, como la síntesis de productos farmacéuticos, la producción de energía y la fabricación de materiales avanzados, lo que subraya aún más su importancia en nuestra sociedad moderna. Algunos de las cuantas reacciones son: - Tetrahidrolipastatina, un potente inhibidor de las enzimas lipasa (ver sección 11.6) se está probando como posible fármaco antiobesidad. La lipastatina, un derivado cercano, es sintetizada por la bacteria Streptomyces toxytricini. La vía biosintética implica el siguiente paso que se muestra a continuación: dibujar un mecanismo probable 6 - El metabolismo del alcanfor por algunas bacterias implica el paso a continuación - La vía de la glucogeogénesis, mediante la cual se sintetiza la glucosa a partir del piruvato, comienza con una reacción catalizada por el piruvato carboxilasa. La enzima requiere la biotinaCO22 portadora para funcionar, pero se piensa que el paso final es la simple carboxilación del piruvato por dióxido de carbono libre - Un mecanismo razonable para esta etapa de descarboxilación en la biosíntesis de triptófano. Un paso de tautomerización precede a la descarboxilación 7 - La vía biosintética para el compuesto antibiótico rabelomicina comienza con la condensación de maloniloCoA, acetiloCoA. - El producto de esta etapa de descarboxilación en la biosíntesis del aminoácido tirosina. - Un mecanismo probable para esta reacción a partir de la biosíntesis de lisina - El Compuesto A experimenta escisión hidrolítica en algunos hongos para formar los productos mostrados 8 1.3 Estudiar los efectos del carbono en el medio ambiente El carbono es un elemento fundamental cuyo papel en el medio ambiente es de suma importancia y, en muchos aspectos, es tanto una bendición como una preocupación. Por un lado, el ciclo del carbono, que involucra la absorción y liberación de este elemento a través de procesos naturales como la fotosíntesis, la respiración y la descomposición, es vital para mantener el equilibrio climático y sustentar la vida en la Tierra. Sin embargo, las actividades humanas, como la quema de combustibles fósiles y la deforestación, han alterado drásticamente este ciclo, conduciendo a un aumento de las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera y contribuyendo al cambio climático y otros problemas ambientales. Por lo tanto, comprender el comportamiento del carbono y sus efectos en el medio ambiente es esencial para abordar los desafíos actuales y forjar un futuro sostenible para nuestro planeta. La huella de carbono es un indicador ambiental que calcula la cantidad de gases de efecto invernaderos emitidos durante la producción o consumo de bienes y servicios, por parte de un país, empresa o individuo, se expresa en unidades de carbono equivalente, gracias a esta herramienta, sabemos que, en 2018, las emisiones mundiales de CO2 alcanzaron un récord de 33.143 millones de toneladas, no debe confundirse con la huella ecológica, que mide la demanda de recursos por parte de las personas, para contrastarla con la capacidad regenerativa del planeta. Los gases que mide este indicador contribuyen al efecto invernadero y este cambio climático tiene multitud de consecuencias negativas. Algunas de estas son los cambios en los ecosistemas, fenómenos meteorológicos extremos, migraciones masivas, extinción de especies, acidificación y subida del nivel del mar, etc. 9 El dato de actividad es el parámetro que define la acción generadora de emisiones; por ejemplo, el gas natural utilizado en la calefacción. El factor de emisión es la cantidad de gases emitidos por cada unidad del parámetro “dato de actividad” conocer nuestras emisiones ayuda a enfocar los esfuerzos para reducirlas. Generalmente, se utilizan cuatro métodos que te presentamos a continuación. Aunque el primero que citamos es el más utilizado, cada uno hace aportes específicos por lo que cada persona, empresa, etc. debe discernir cuál le resulta más conveniente Otro efecto en el medio ambiente de este elemento es el llamado "Ciclo del Carbono". Es un proceso fundamental que regula el flujo de carbono a través de los diferentes compartimentos de la Tierra, incluyendo la atmósfera, la biosfera, la hidrosfera y la litosfera. Este ciclo es esencial para mantener el equilibrio climático y sostener la vida en nuestro planeta. La fotosíntesis, por ejemplo, es un componente clave del ciclo del carbono, ya que las plantas y otros organismos fotosintéticos absorben dióxido de carbono de la atmósfera para producir carbohidratos y liberan oxígeno como subproducto, lo que contribuye a mantener niveles saludables de oxígeno en el aire. Además, el ciclo del carbono juega un papel crucial en la regulación del clima global. El carbono almacenado en la biomasa y en los océanos actúa como un sumidero natural de carbono, ayudando a mitigar el efecto invernadero al absorber parte del dióxido de carbono atmosférico. Sin embargo, las actividades humanas, como la quema de combustibles fósiles y la deforestación, han perturbado este equilibrio al liberar grandes cantidades de carbono almacenado en la tierra y en los océanos, lo que contribuye al aumento de las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera y al calentamiento global. 10 Además de su papel en el clima y la biosfera, el ciclo del carbono también influye en otros procesos importantes, como la formación de minerales y rocas sedimentarias a largo plazo, así como en la disponibilidad de nutrientes para los organismos vivos. En resumen, el ciclo del carbono es un componente crucial de la maquinaria que sustenta la vida en la Tierra, y comprender su funcionamiento es fundamental para abordar los desafíos ambientales globales y garantizar la salud y la sostenibilidad de nuestro planeta 2 Introducción El carbono, es el cuarto elemento más abundante en el universo por masa después del hidrógeno, el helio y el oxígeno. Se destaca por su presencia en una infinita cantidad de compuestos químicos (que van desde los más simples hasta los más complejos). Esta versatilidad se deriva de su capacidad para formar enlaces covalentes (tanto simples como múltiples), con otros átomos de carbono y una variedad de otros elementos, permitiendo una amplia gama de configuraciones estructurales y propiedades físicas y químicas. Esta característica es fundamental para entender la diversidad de moléculas biológicas y sintéticas que existen en el mundo, desde las proteínas que catalizan reacciones en los organismos vivos hasta los materiales avanzados utilizados en ámbitos tan fascinantes como la industria aeroespacial. La fibra de carbono, por ejemplo, es un material extremadamente resistente y ligero ampliamente utilizado en la fabricación de aviones, automóviles de carreras y equipamiento deportivo de alta gama. En términos biológicos, el carbono es el pilar de las macromoléculas que forman las células, proporcionando la estructura básica para el ADN, ARN, proteínas y lípidos que son esenciales para la vida tal como la conocemos. En el contexto del ciclo biogeoquímico global, el exceso de carbono liberado a la atmósfera a través de actividades humanas, 11 (como la quema de combustibles fósiles), ha llevado a un aumento en las concentraciones de gases de efecto invernadero y un cambio climático acelerado. Este impacto ambiental negativo resalta la necesidad urgente de comprender y gestionar de manera sostenible el ciclo del carbono y promover alternativas energéticas más limpias y renovables. En el presente proyecto, se explorarán en profundidad tanto los aspectos definitorios, como los desafíos relacionados con el carbono. Desde su estructura atómica hasta sus implicaciones en la sociedad moderna, con el objetivo de proporcionar una comprensión integral de este elemento fundamental para la vida. Bibliografía Álvarez, D. O. (2021, 30 septiembre). Carbono: definición, tipos, aplicaciones y características. Recuperado de https://humanidades.com/carbono/ Carbono (C) Propiedades químicas y efectos sobre la salud y el medio ambiente. (s. f.-a). Recuperado de https://www.lenntech.es/periodica/elementos/c.htm Carbono (C) Propiedades químicas y efectos sobre la salud y el medio ambiente. (s. f.-b). Recuperado de https://www.lenntech.es/periodica/elementos/c.htm Gabriela. (2019, 12 febrero). 15 características del carbono. Recuperado de https://ejemplos.net/15-caracteristicas-del-carbono/#google_vignette 12 Huella de carbono e impacto en el ambiente | Manos Verdes. (2020, 28 noviembre). Recuperado de https://www.manosverdes.co/huella-de-carbono-y-su-impactoambiental/ Valverde, M., & Valverde, M. (2023, 13 marzo). ¿Qué es el carbono y por qué se le considera el rey de la tabla periódica? Recuperado de https://www.zschimmerschwarz.es/noticias/que-es-el-carbono-y-por-que-se-le-considera-el-rey-de-la-tablaperiodica/
