Quiralidad para niños
La quiralidad es una característica de asimetría muy importante en varias áreas de la ciencia. La palabra quiralidad viene del griego χειρ (kheir), que significa ‘mano’. Nuestras manos son un ejemplo muy conocido de objetos quirales.
Un objeto o un sistema es quiral si es diferente de su imagen en un espejo. Es decir, no se puede superponer exactamente sobre ella. Por el contrario, la imagen en un espejo de un objeto aquiral, como una pelota, es idéntica al objeto. Un objeto quiral y su imagen en el espejo se llaman enantiomorfos (que significa ‘formas opuestas’). Cuando hablamos de moléculas, se les llama enantiómeros. Un objeto que no es quiral se llama aquiral y sí se puede superponer sobre su imagen en el espejo.
El científico Lord Kelvin usó el término por primera vez en 1893. Él dijo que una figura es "quiral" si su imagen en un espejo no puede coincidir con ella misma. Las manos humanas son el ejemplo más fácil de entender. Tu mano izquierda es como la imagen en un espejo de tu mano derecha, pero no puedes poner una encima de la otra y hacer que coincidan perfectamente. Intenta poner un guante de la mano izquierda en tu mano derecha para ver esta diferencia.
Contenido
¿Qué es la Quiralidad en Matemáticas?
En matemáticas, una figura es quiral si no puedes hacer que coincida con su imagen en el espejo solo girándola o moviéndola. Por ejemplo, un zapato derecho es diferente de un zapato izquierdo. Un objeto quiral y su imagen en el espejo se llaman enantiomorfos. La palabra enantiomorfo viene del griego y significa ‘formas opuestas’. Una figura que no es quiral se llama aquiral.
La hélice (como un tornillo) y la tira de Möbius son ejemplos de objetos quirales. Los bloques en forma de J, L, S y Z del famoso videojuego Tetris también son quirales, pero solo en un espacio de dos dimensiones.
Muchos objetos que usamos a diario tienen esta misma simetría quiral, como los guantes o los zapatos. También se usa una idea similar de quiralidad en la teoría de nudos.
Algunos objetos quirales tridimensionales, como la hélice, pueden tener una orientación "derecha" o "izquierda", siguiendo la regla de la mano derecha.
Quiralidad en la Geometría
En geometría, una figura es aquiral si su grupo de simetría tiene al menos una operación que invierte su orientación (como reflejarla). En dos dimensiones, cualquier figura que tenga un eje de simetría es aquiral. En tres dimensiones, si una figura tiene un plano de simetría o un centro de simetría, es aquiral. Sin embargo, hay figuras aquirales que no tienen ni plano ni centro de simetría.
Quiralidad en la Teoría de Nudos
Un nudo se llama aquiral si se puede transformar continuamente en su imagen en el espejo. Si no se puede, se llama quiral. Por ejemplo, el nudo simple y el nudo en forma de ocho son aquirales. En cambio, el nudo trébol es quiral.
¿Cómo se aplica la Quiralidad en la Física?
En física, la quiralidad se puede ver en el giro de una partícula. La "habilidad" de un objeto se define por la dirección en que gira la partícula. No hay que confundirla con la helicidad, que es la proyección del giro a lo largo del movimiento de una partícula subatómica. La quiralidad es un fenómeno de la mecánica cuántica, como el giro.
La "habilidad" en la quiralidad y la helicidad se relaciona con cómo gira una partícula mientras se mueve en línea recta, como si usáramos nuestras manos. Si el pulgar de tu mano apunta en la dirección del movimiento, y tus dedos se curvan en la dirección del giro, la partícula puede ser "izquierda" o "derecha". Una transformación de simetría entre estas dos se llama paridad.
Quiralidad y Electromagnetismo
La propagación de las ondas electromagnéticas se describe en términos de polarización. La polarización de una onda electromagnética es la propiedad que describe la orientación y la amplitud del vector del campo eléctrico a lo largo del tiempo.
¿Qué es la Quiralidad en Química?
Una molécula quiral es un tipo de molécula que tiene una imagen especular que no se puede superponer. La razón más común de la quiralidad en las moléculas es la presencia de un átomo de carbono asimétrico.
En química, la quiralidad se refiere a las moléculas. Dos imágenes en el espejo de una molécula quiral se llaman enantiómeros o isómeros ópticos. Los pares de enantiómeros a menudo se designan como "diestro" (derecho) o "zurdo" (izquierdo). Cuando la luz polarizada pasa a través de una molécula quiral, el plano de polarización girará en el sentido de las agujas del reloj (hacia la derecha) o en sentido contrario (hacia la izquierda). Una rotación hacia la derecha se llama dextrorrotatoria (d), y hacia la izquierda, levorrotatoria (l). Los isómeros d y l son el mismo compuesto, pero son enantiómeros.
La quiralidad molecular es muy importante en la estereoquímica, que se estudia en varias ramas de la química, como la química inorgánica, la química orgánica y la bioquímica.
Recientemente, se han desarrollado nanopartículas inorgánicas quirales. Estas pueden tener formas similares a los centros quirales de los átomos de carbono, pero a una escala mucho mayor.
¿Por qué es importante la Quiralidad en Biología?
Todas las formas de vida que conocemos muestran propiedades quirales específicas en sus estructuras químicas, así como en su anatomía y comportamiento. En un organismo o grupo de organismos, los compuestos, órganos o comportamientos individuales se encuentran en una única forma enantiomórfica. Las desviaciones (tener la forma opuesta) son raras y dependen de la genética del organismo. A nivel molecular, los sistemas biológicos son muy específicos en cómo crean, absorben y procesan los compuestos. Un sistema vivo suele tratar a los dos enantiómeros de un mismo compuesto de maneras muy diferentes.
En biología, la homoquiralidad es una propiedad común de los aminoácidos y los carbohidratos. Los aminoácidos que forman proteínas se presentan en forma L. Sin embargo, los aminoácidos D también se encuentran en la naturaleza. Los monosacáridos (unidades de carbohidratos) se encuentran comúnmente en la configuración D. La doble hélice del ADN es quiral (como cualquier tipo de hélice), y la forma B del ADN gira hacia la derecha.
A veces, cuando dos enantiómeros de un compuesto se encuentran en los organismos, tienen sabores, olores y otras acciones biológicas muy diferentes. Por ejemplo, el (+) - limoneno, que se encuentra en las naranjas, causa su olor. El (-) - limoneno, que se encuentra en los limones, causa su olor. Esto se debe a que interactúan de manera diferente con nuestra nariz. El (+) - carvona es el responsable del olor del aceite de semilla de alcaravea, mientras que el (-) - carvona es el responsable del olor del aceite de menta verde.
Además, en el caso de los medicamentos, los dos enantiómeros a veces tienen efectos muy diferentes. Por ejemplo, el (S)-naproxeno es un analgésico, pero el isómero R puede causar problemas de salud. La forma natural de la vitamina E es RRR-α-tocoferol, mientras que la forma sintética es una mezcla de diferentes formas con menor actividad biológica.
Ejemplos grandes de quiralidad se encuentran en el reino vegetal y animal. Un ejemplo sencillo es la dirección en que se enrolla una planta trepadora, que puede crecer formando una hélice hacia la izquierda o hacia la derecha.
En anatomía, la quiralidad se ve en la simetría imperfecta de muchos cuerpos de animales. Organismos como los caracoles muestran quiralidad en sus conchas enrolladas, lo que les da una apariencia asimétrica. Más del 90% de las especies de caracoles tienen conchas que se enrollan hacia la derecha, pero una pequeña parte de las especies se enrollan casi siempre hacia la izquierda.
En los seres humanos, la quiralidad (también conocida como "lateralidad") es una característica definida por la habilidad desigual de nuestras manos izquierda y derecha. Una persona que es más hábil con la mano derecha se llama "diestra", y la que es más hábil con la izquierda se llama "zurda". La quiralidad también se observa en el estudio de la asimetría facial.
En los peces planos, la platija tiene los ojos en el lado izquierdo, mientras que el fletán los tiene en el lado derecho.
Más información
- Asimetría
- Mano dominante
- Regla de la mano derecha
- Sinistral y dextral
- Estereoquímica
Véase también
En inglés: Chirality Facts for Kids
