Posgrado
  1. Química Física  1.1. Termodinámica  1.1.1. Leyes de la Termodinámica  1.1.2. Entalpía y capacidad calorífica  1.1.3. Entropía y energía libre  1.1.4. Equilibrio de Fase  1.1.5. Termodinámica estadística  1.1.6. Ciclo termodinámico  1.1.7. Fugacidad y actividad  1.2. Química Cuántica  1.2.1. Principios de la mecánica cuántica  1.2.2. Ecuación de Schrödinger  1.2.3. Partícula en una caja  1.2.4. Operadores y valores propios  1.2.5. Orbitales atómicos  1.2.6. Teoría de orbitales moleculares  1.2.7. Teoría de perturbaciones  1.2.8. Teoría del enlace de valencia  1.2.9. Hibridación y enlace químico  1.3. Cinética química  1.3.1. Leyes de velocidad y mecanismos de reacción  1.3.2. Teoría de colisiones  1.3.3. Teoría del estado de transición  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reacciones en cadena y polimerización  1.3.6. Reacciones fotoquímicas  1.4. Mecánica estadística  1.4.1. Función de partición  1.4.2. Funciones de distribución molecular  1.4.3. Distribución de Boltzmann  1.4.4. Estadísticas de Bose–Einstein y Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopía  1.5.1. Espectroscopía Rotacional  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopía Electrónica  1.5.4. Espectroscopia de resonancia magnética nuclear  1.5.5. Espectrometría de Masas  1.5.6. Espectroscopía Raman  1.5.7. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  1.6. Química de superficies y coloides  1.6.1. Isoterma de absorción  1.6.2. Tensión superficial y mojado  1.6.3. Estabilidad Coloidal  1.6.4. Catalisis  1.6.5. Emulsiones y micelas  1.7. Electroquímica  1.7.1. Ecuación de Nernst  1.7.2. Células electroquímicas  1.7.3. Conductividad y movilidad  1.7.4. Guerra  1.7.5. Celdas de combustible  1.7.6. Electrólisis
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones pericíclicas  2.2. Espectroscopia y determinación estructural  2.2.1. Espectroscopía UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopía de RMN  2.2.4. Espectrometría de Masa  2.2.5. Cristalografía de rayos X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidad y actividad óptica  2.3.2. Análisis estructural  2.3.3. Isomería geométrica  2.3.4. Estereoquímica Dinámica  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.4.2. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio  2.4.3. Complejos de metales de transición  2.4.4. Enlace metal-carbono  2.5. Química de polímeros  2.5.1. Mecanismo de polimerización  2.5.2. Características de los Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradable  2.5.4. Polímero conductor  2.5.5. Polímeros supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Diseño y desarrollo de fármacos  2.6.2. Farmacocinética y farmacodinámica  2.6.3. Relaciones estructura-actividad  2.6.4. Acoplamiento molecular y selección de fármacos
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Teoría del campo cristalino  3.1.2. Teoría del campo de ligandos  3.1.3. Serie espectroquímica  3.1.4. Quelación y estabilidad  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalysis por complejos organometálicos  3.2.3. Metalocenos  3.3. Química bioinorgánica  3.3.1. Metaloproteínas y enzimas  3.3.2. El rol de los metales en los sistemas biológicos  3.3.3. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  3.4. Química del estado sólido  3.4.1. Estructuras Cristalinas  3.4.2. Teoría de bandas de los sólidos  3.4.3. Superconductors  3.4.4. Defectos en el cristal  3.5. Lantánidos y Actínidos  3.5.1. Configuración electrónica en lantánidos y actínidos  3.5.2. Química de coordinación de los lantánidos  3.5.3. Propiedades Magnéticas de los Lantánidos
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Resolución  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.2.2. Difracción de rayos X  4.2.3. Espectroscopía de plasma acoplado inductivamente  4.3. Métodos electroanalíticos  4.3.1. Potenciometría  4.3.2. Voltametría  4.3.3. Colometría  4.4. Espectrometría de masas  4.4.1. Técnica de Ionización  4.4.2. Patrón de Fragmentación  4.5. Chemometría  4.5.1. Análisis multidisciplinario  4.5.2. Aprendizaje Automático en Química
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.1.1. Force fields and energy minimization  5.1.2. Simulación de Monte Carlo en simulaciones de dinámica molecular  5.2. Métodos químicos cuánticos  5.2.1. Teoría de Hartree–Fock  5.2.2. Teoría del funcional de la densidad  5.2.3. Métodos semiempíricos  5.3. Diseño computacional de fármacos  5.3.1. Alineamiento Molecular  5.3.2. Modelado QSAR  5.3.3. Tamizaje Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inhibición  6.2. Metabolismo y Bioenergética  6.2.1. Glicólisis  6.2.2. Ciclo del ácido cítrico  6.2.3. Cadena de transporte de electrones  6.3. Biología Molecular  6.3.1. Replicación y reparación del ADN  6.3.2. La síntesis de proteínas  6.3.3. Regulación Génica  6.4. Bioquímica Estructural  6.4.1. Plegado de proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efecto invernadero  7.1.2. Agotamiento del ozono  7.1.3. Contaminantes del aire y humo  7.2. Química del Agua  7.2.1. pH y dureza del agua  7.2.2. Tratamiento de aguas residuales  7.2.3. Química Acuática  7.3. Química del Suelo  7.3.1. Contaminación por metales pesados  7.3.2. pH del Suelo y Amortiguación  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicología y Seguridad Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Evaluación de Riesgos en Toxicología y Seguridad Química en Química Ambiental  7.4.3. Efectos de los contaminantes en el medio ambiente

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Ciclo de nutrientes


Introducción

El ciclo de nutrientes es un concepto fundamental en la química del suelo y la química ambiental. Involucra la transformación, movimiento y reciclaje de elementos químicos esenciales como el carbono, nitrógeno, fósforo, y otros dentro de un ecosistema. Estos ciclos son vitales para mantener la productividad y estabilidad del ecosistema. En esta lección exhaustiva, exploraremos los diversos ciclos de nutrientes, sus reacciones químicas y sus roles en el medio ambiente.

Importancia del ciclo de nutrientes

El ciclo de nutrientes es importante para un ecosistema por varias razones:

  • Esto asegura la disponibilidad de nutrientes esenciales para el crecimiento de las plantas.
  • Promueve la fertilidad del suelo y la productividad agrícola.
  • Ayuda a mantener el flujo de energía y la productividad biológica en el ecosistema.
  • Esto minimiza la pérdida de nutrientes del ecosistema.

En ausencia de un ciclo de nutrientes efectivo, el ecosistema colapsará debido a la falta de elementos esenciales.

Ciclo del carbono

El ciclo del carbono involucra el movimiento de elementos de carbono en varias formas a través de la atmósfera, hidrosfera, litosfera y biosfera. Los procesos primarios en el ciclo del carbono incluyen la fotosíntesis, la respiración, la descomposición y la combustión.

Procesos Mayores:

  • Fotosíntesis: Las plantas convierten el dióxido de carbono atmosférico en glucosa (C_6H_{12}O_6) a través de la fotosíntesis.
  • Respiración: Los animales y las plantas convierten la glucosa de vuelta en dióxido de carbono (CO_2), liberando energía almacenada.
  • Descomposición: Los descomponedores descomponen la materia orgánica y liberan dióxido de carbono.
  • Combustión: La quema de combustibles fósiles y materia orgánica libera dióxido de carbono de nuevo a la atmósfera.
    Fotosíntesis: 6 CO_2 + 6 H_2O + energía luminosa -> C_6H_{12}O_6 + 6 O_2
    Respiración: C_6H_{12}O_6 + 6 O_2 -> 6 CO_2 + 6 H_2O + energía
Atmósfera CO 2 ↔ fotosíntesis Respiración ↔ CO 2

Ciclo del nitrógeno

El nitrógeno es esencial para la síntesis de proteínas y ácidos nucleicos en los organismos vivos. El ciclo del nitrógeno describe la serie de procesos por los cuales el nitrógeno se convierte entre sus diferentes formas químicas en el medio ambiente.

Procesos Mayores:

  • Fijación de nitrógeno: Conversión del nitrógeno atmosférico (N_2) a amoníaco (NH_3) por bacterias.
  • Nitrificación: Conversión de amoníaco a nitrito (NO_2^−) y luego a nitrato (NO_3^−) por bacterias nitrificantes.
  • Asimilación: Absorción de nitratos por las plantas para formar proteínas y otros compuestos.
  • Amonificación: Descomposición de nitrógeno orgánico en amonio (NH_4^+).
  • Desnitrificación: Reducción de nitratos de vuelta a gas nitrógeno (N_2) por bacterias desnitrificantes.
    Fijación de nitrógeno: N_2 + 3 H_2 -> 2 NH_3
    Nitrificación: NH_3 -> NO_2^- -> NO_3^-
    Desnitrificación: NO_3^- -> N_2
N2 en la atmósfera Fijación de nitrógeno NH 3 / NH 4 + No. 2 - / No. 3 - Desnitrificación

Ciclo del fósforo

A diferencia de los ciclos del carbono y el nitrógeno, el ciclo del fósforo opera a una escala local más que global, ya que el fósforo no tiene una fase gaseosa y se cicla dentro de los ecosistemas a través de la litosfera, hidrosfera y biosfera.

Procesos Mayores:

  • Meteorización: La liberación de iones fosfato de las rocas a través de la meteorización y lixiviación.
  • Absorción por las plantas: Asimilación de iones fosfato por las plantas para diversas funciones biológicas.
  • Descomposición: La materia orgánica se descompone, liberando fosfato inorgánico de nuevo al suelo.
  • Escorrentía: Transporte de compuestos de fósforo desde el suelo a los sistemas acuáticos.
    Meteorización: ${text{Ca}_3(text{PO}_4)_2 + text{H}_2text{O} -> text{HPO}_4^{2-} + text{Ca}^{2+}}
    Descomposición: ${(text{PO}_4)_{text{orgánico}} -> text{PO}_4^{3-}}
Las plantas absorben fósforo Meteorización de rocas Drenaje

Ciclo del azufre

El ciclo del azufre describe el movimiento del azufre a través del medio ambiente. El azufre es un elemento esencial para las proteínas y vitaminas en los organismos vivos.

Procesos Mayores:

  • Mineralización: Conversión de compuestos orgánicos de azufre en formas inorgánicas como el sulfuro de hidrógeno (H_2S).
  • Oxidación: Conversión de sulfuros y azufre elemental a sulfato (SO_4^{2-}).
  • Asimilación: Absorción de sulfato por las plantas.
  • Reducción: Reducción del sulfato de vuelta a compuestos de azufre en condiciones anaeróbicas.
    Mineralización: (text{R-SH}) -> text{H}_2text{S}
    Oxidación: text{H}_2text{S} + text{O}_2 -> text{SO}_4^{2-}
    Reducción: text{SO}_4^{2-} -> text{H}_2text{S}
Ciclo del azufre H 2 S SO 4 2-

Conclusión

El ciclo de nutrientes es una parte integral para mantener el equilibrio ecológico, la productividad agrícola y la salud ambiental. Cada ciclo de carbono, nitrógeno, fósforo y azufre involucra caminos únicos y transformaciones químicas que aseguran el suministro continuo y el reciclaje de nutrientes esenciales. Comprender estos ciclos es crítico para campos como la ecología, la agricultura y la gestión ambiental. A medida que continuamos explorando y preservando nuestros ecosistemas, un entendimiento profundo del ciclo de nutrientes permanece siendo primordial.


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