8.1.2: Geología- Los fósiles más antiguos de la Tierra

Encontrar la evidencia de la vida más temprana en la tierra es un desafío que se enfrenta a muchos geólogos. La Tierra se formó hace unos 4.5 mil millones de años, a lo largo del eón Hadeano, hasta hace unos 4.0 mil millones de años, hacía demasiado calor para ser habitable por plantas y animales conocidos. Pero la evidencia química de las rocas más antiguas, de formaciones de 3.5 a 3.8 mil millones de años de antigüedad del eón arcaico (hace 4.0 a 2.5 mil millones de años) de Groenlandia, Sudáfrica y Australia, sugieren que los seres vivos podrían haber surgido para ese momento. Paleontólogos Afirmaron que los microfósiles que prueban la existencia de vida se encontraron en el Apex Chert de 3.465 mil millones de años de edad de Australia Occidental.

chert

En nuestra discusión sobre las sustancias iónicas, describimos una serie de propiedades macroscópicas, como la conductividad eléctrica, la forma y escisión del cristal, y el comportamiento químico característico de los iones. Éstas eran comprensibles en términos de la imagen microscópica de iones individuales empaquetados en una red cristalina en un compuesto iónico sólido o capaces de pasar unos de otros en un líquido o solución. Las propiedades macroscópicas de las sustancias covalentes y polares covalentes también se pueden atribuir a la estructura microscópica. Veremos cómo la naturaleza de las moléculas en una sustancia unida covalentemente influye en su comportamiento.

El número de sustancias covalentes es mucho mayor que el número de compuestos iónicos, en gran parte debido a la capacidad de un elemento, el carbono, para formar fuertes enlaces consigo mismo.

El hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno y varios otros elementos también se unen fuertemente al carbono, y puede resultar una tremenda variedad de compuestos. En los primeros días de la química tales compuestos se obtuvieron de plantas o animales en lugar de ser sintetizados por químicos, y así llegaron a conocerse como compuestos orgánicos. Esto los distingue de los compuestos inorgánicos disponibles en partes no vivas de la superficie terrestre. Hoy literalmente millones de compuestos de carbono se pueden sintetizar en laboratorios, por lo que esta distinción histórica ya no es válida. Sin embargo, el estudio de los compuestos de carbono todavía se conoce como química orgánica. Dado que todos los compuestos orgánicos involucran enlaces covalentes, describiremos varios de ellos a medida que discutimos sustancias covalentes. Muchos son de considerable importancia comercial, y probablemente los encuentres, quizás sin saberlo, todos los días.

Las propiedades físicas macroscópicas, como los puntos de fusión y ebullición, dependen de las fuerzas que mantienen unidas las partículas microscópicas. En el caso de moléculas cuyos átomos están conectados por enlaces covalentes, tales fuerzas intermoleculares pueden ser de tres tipos. Todas las moléculas son atraídas juntas por las débiles fuerzas londinenses. Estos dependen de la polarización instantánea y del aumento de la fuerza con el tamaño de la nube de electrones moleculares. Cuando una molécula contiene átomos cuyas electronegatividades difieren significativamente y los dipolos de enlace resultantes no cancelan los efectos de los demás, ocurren fuerzas dipolares. Esto da como resultado puntos de fusión y ebullición más altos que para las sustancias no polares.

El tercer tipo de fuerza intermolecular, el enlace de hidrógeno, ocurre cuando una molécula contiene un átomo de hidrógeno conectado a una pareja altamente electronegativa. La otra molécula debe contener un átomo electronegativo, como flúor, oxígeno o nitrógeno, que tiene un par solitario. Aunque cada enlace de hidrógeno es débil en comparación con un enlace covalente, un gran número de enlaces de hidrógeno puede tener efectos muy significativos. Un ejemplo de esto está en las propiedades del agua. Este líquido altamente inusual juega un papel importante en hacer que los sistemas vivos y el medio ambiente de la tierra se comporten como lo hacen.

El carbono normalmente forma cuatro enlaces, y los enlaces carbono-carbono son bastante fuertes, lo que permite la formación de cadenas largas a las que se pueden unir ramas laterales y una variedad de grupos funcionales. De ahí que el número de estructuras moleculares que pueden ser adoptadas por los compuestos orgánicos es extremadamente grande. Los grupos funcionales que contienen átomos de oxígeno, átomos de nitrógeno y múltiples enlaces a menudo determinan las propiedades químicas y físicas de los compuestos de carbono. Por lo tanto, la química orgánica puede sistematizarse mediante el estudio de grupos relacionados de compuestos tales como alcanos, cicloalcanos, compuestos aromáticos, alquenos y alquinos, alcoholes, éteres, aldehídos y cetonas, ácidos carboxílicos, ésteres, aminas, etc. Dentro de cada una de estas categorías, los comportamientos químicos y físicos están estrechamente relacionados con las estructuras moleculares. Algunas sustancias unidas covalentemente no consisten en moléculas pequeñas individuales. En cambio, se forman macromoléculas gigantes. Los ejemplos incluyen la mayoría de las rocas en la corteza de la tierra, así como los plásticos modernos. Las propiedades de tales sustancias dependen de si las macromoléculas son tridimensionales (como diamante), bidimensionales (como grafito o láminas de mica) o unidimensionales (como polietileno). En estos dos últimos casos las fuerzas de fuerzas entre macromoléculas adyacentes tienen un efecto significativo en las propiedades de las sustancias.