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Quimica, Universo, Tierra y Vida

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Manuel Garcìa Blanco

on 4 June 2015

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Transcript of Quimica, Universo, Tierra y Vida

Quimica, Universo, Tierra y Vida
E L Á T O M O D E C A R B O N O , L O S
H I D R O C A R B U R O S , O T R A S
M O L É C U L A S O R G Á N I C A S , S U
P O S I B L E E X I S T E N C I A E N L A
T I E R R A P R I M I T I V A
Y E N O T R O S C U E R P O S C E L E S T E S
El carbono, elemento base de la vida, se encuentra en la
corteza terrestre en una proporción de 0.03%, ya sea
libre o formando parte de diversas moléculas.
Como era
de suponerse, el carbono se encuentra también en los
demás planetas de nuestro Sistema Solar, ya que todos
fueron formados a partir de la misma nebulosa.
Átomos y moléculas en el universo.
Cuando la temperatura del universo era de alrededor de mil millones de grados, se comenzaron a formar los núcleos de los elementos.
Primero se formaron los más simples, el hidrógeno (H) y el helio (He); posteriormente, en el interior de las estrellas se fueron formando los núcleos de los elementos.
El hidrogeno representa un 90% en la atmosfera mientras que el helio el 8%. Posteriormente en interior de las se formaron los núcleo del elementos.
Muchos físicos y químicos postura que el origen del universo se debe a partir de una gran explosión y a partir de concentración de materia formando las galaxias que ahora pueblan nuestro universo
Los elementos que existen en el universo se han ido descubriendo poco a poco. A mediados del siglo xIx se conocían 66 de ellos y varios científicos intentaron clasificarlo.
El núcleo de los elementos contienen neutrones con carga eléctrica + y neutrones con -
El agua oxigenada por su facultad de liberar oxígeno, mata a muchos bichos por lo que se emplea para desinfectantes de heridas, en cuyo contacto se desprendiese en forma de burbuja
El agua oxigenada se emplea como descolorante, por lo que se utiliza entre otras aplicaciones, para aclarar el color del cabello.
El aluminio es el tercer elemento más abundante en la corteza terrestre. Se le encuentra formando parte de minerales tan comunes como el granito y la mica.
Para obtener aluminio a partir de bauxita, ésta es previamente purificada, y disuelta posteriormente en un baño de criolita fundida. La solución caliente de bauxita (óxido de aluminio o A12 O3) en criolita es colocada en una tina de carbón, se insertan en ellas barras de grafito y se hace pasar corriente eléctrica a través del mineral fundido.
Con este descubrimiento, el aluminio se abarató, y como llegó a ser tan común y sus usos tan variados, hoy en día se le puede ver en todas las cocinas y formando parte de las fachadas de la mayoría de los edificios.
El hidrógeno en las condiciones de nuestro planeta. Se en cuenta en forma de moléculas diatónicas (H), siendo un gas más ligero que el aire, Por lo que a un globo llenado con él habrá necesidad de sujetarlo o, de lo contrario, se elevará por los aires.
El hidrógeno se combina con otros elementos formando moléculas.
A esto Proust le llamó ley de las proporciones constantes e indica que dos átomos de hidrógeno, cada uno de peso atómico 1, reaccionan con un átomo de oxígeno, con peso atómico de 16, produciendo una molécula agua, con peso molecular de 18, y si se analiza agua sin importar su procedencia siempre se encontrará que está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.

El helio, segundo elemento más abundante en el Universo y en el Sol, es también un gas ligero que, a diferencia del hidrógeno, es inerte, es decir, no se combina con otros elementos. Es también un gas que a diferencia del hidrogeno es inerto.

La generación del carbono y de los átomos más pesados
se dio en el interior de las estrellas antes de la formación
de nuestro Sistema Solar, cuyo nacimiento, a partir de
materiales cósmicos, polvo y gas provenientes de los
restos de estrellas.
En el diamante, cada átomo de carbono está rodeado por
otros cuatro átomos acomodados en los vértices de un
tetraedro.En el grafito, en cambio, los átomos de carbono están fuertemente unidos a tres
átomos vecinos, formando capas de hexágonos.
La diferente composición química del cuerpo de los
planetas y de su atmósfera se debe en parte a que se
formaron en regiones de la nebulosa con distintas
temperaturas.
La Tierra, al igual que los demás planetas, tuvo en su
primera época una atmósfera rica en hidrógeno (H2), por
lo que el carbono (C) reaccionó con él formando
moléculas de hidrocarburos (carbono hidrogenado).
Los hidrocarburos lineales tendrán la fórmula CnH2n +2.
Así, por ejemplo, el hidrocarburo lineal de 5 átomos de
carbono o pentano CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3 será
C5H(2 X 5) +2 o sea C5H12. Si el hidrocarburo es
ramificado, como por ejemplo el isobutano, su fórmula es
también.
LA R A D I A C I Ó N S O L A R Y LAS REACCUINES FOTOQUIMICAS
Las distintas radiaciones solares, de las cuales la luz
visible es sólo una pequeña parte, viajan por el espacio
en todas las direcciones, como los radios de un círculo,
de donde proviene su nombre.
El número de ondas que a una velocidad constante pasan
por un determinado punto cada segundo se le llama
frecuencia (v).
Las radiaciones de mayor frecuencia tendrán también
mayor energía, ya que la energía (E) es igual a la
frecuencia y multiplicada por la constante de Plank (h),
siendo h = 6.626x10-34 J.s. La energía será, por lo
tanto, E = hv.
La pequeña porción del espectro electromagnético que
percibe el ojo humano es llamada "luz visible" y está
compuesta por radiaciones de poca energía, con
longitudes de onda .
El proceso que se puede realizar en el laboratorio es el
mismo que sucede espontáneamente cuando las
personas se exponen a los rayos solares.
La sustancia más activa para combatir el raquitismo es la
vitamina D2 que se obtuvo al irradiar al ergosterol, una
sustancia inactiva aislada de levadura.
La transformación fotoquímica del ergosterol en vitamina
D2 es la que se muestra enseguida.
Reacciones fotoquímicas, como lo que se acaba de
ilustrar, se pueden aplicar a la transformación de
diversas sustancias, lo que resulta de gran utilidad en
síntesis orgánicas.
La energía luminosa es también la base de las celdas
fotovoltaicas que producen electricidad por excitación en
el estado sólido.
Las celdas fotovoltaicas se han usado en el espacio
desde 1958 para suministrar energía eléctrica a los
53
satélites artificiales. Y esto debido a que son muy
eficientes en la conversión de energía solar a energía
eléctrica (± 20%), aunque, debe aclararse, tienen el
inconveniente de ser muy caras.

Las celdas fotovoltaicas se han usado en el espacio
desde 1958 para suministrar energía eléctrica a los
53
satélites artificiales. Y esto debido a que son muy
eficientes en la conversión de energía solar a energía
eléctrica (± 20%), aunque, debe aclararse, tienen el
inconveniente de ser muy caras.

El procedimiento está basado en la propiedad que tiene
la energía luminosa de excitar los electrones de los
átomos. Si sobre un cristal de silicio, cuyos átomos
tienen cuatro electrones de valencia, se hace incidir la
luz, éstos serán excitados y podrán abandonar el átomo,
dejando un hueco que equivale a una carga positiva, el
cual atraerá a un electrón de un átomo vecino,
generando en él un nuevo hueco. De esta manera las
cargas negativas (electrón) y las positivas (hueco)
viajarán libremente por el cristal y al final quedarán
balanceadas.

En la fotosíntesis ocurre un proceso similar al descrito
para las celdas fotovoltaicas. Aunque en aquélla no se
produce una corriente eléctrica, es sin embargo más
eficiente que el realizado en una celda fotovoltaica
artificial.

La energía de los compuestos organicos
La capa de ozono formada por la acción de la luz
ultravioleta dio a la Tierra una protección contra la alta
energía de esta misma radiación, creándose así las
condiciones apropiadas para la aparición de la vida.
Los organismos animales, para realizar la reacción de
oxidación y liberar las 686 kilocalorías contenidas en la
molécula de glucosa, utilizan como transportador de
oxígeno un pigmento asociado con proteína conocido
como hemoglobina.
La hemoglobina toma oxígeno del aire y lo transporta a
los tejidos, que es donde se realiza la reacción contraria
a la fotosíntesis.
La hemoglobina es una cromoproteína compuesta por
una proteína, la globina, unida a una molécula muy
parecida a la clorofila, pero que, en vez de magnesio,
contiene fierro; el oxígeno se le une en forma reversible.
Cuando la hemoglobina está unida a oxígeno se llama
oxihemoglobina y cuando lo ha soltado
deoxihemoglobina.

El cerebro es un órgano maravilloso que distingue al
hombre de los demás animales y lo ha llevado a dominar el planeta y, más aún, a conocer otros mundos.
Siendo el cerebro un órgano tan importante, es lógico
que sea alimentado en forma privilegiada en relación con los demás órganos del cuerpo.

Siendo el cerebro un órgano tan importante, es lógico
que sea alimentado en forma privilegiada en relación con
los demás órganos del cuerpo. El cerebro recibe glucosa
pura como fuente de energía, y para su oxidación usa
casi el 20% del oxígeno total que consume un ser
humano adulto.
El cerebro de un adulto requiere más de 120 gramos de
glucosa por día, misma que puede provenir de
precursores tales como el piruvato y los aminoácidos.


El comportamiento de la morfina como analgésico es
impresionante, ya que además de calmar el dolor, causa
euforia, regula la respiración y es antidiarreico. Es un
analgésico tan poderoso que se usa en las últimas fases
del cáncer.

El fuego es la primera reacción química que el hombre
domina a voluntad; en esta importante reacción
exotérmica se libera, en forma rápida, la energía que el
organismo animal liberaba de los alimentos en forma
lenta e involuntaria. El hombre aprendió a iniciar la
reacción o a avivarla aumentando el oxígeno al soplar
sobre las brasas en contacto con leña seca, y más tarde
supo iniciarlo con chispas y por fricción.
Una vez controlado el fuego, el hombre lo pudo aplicar,
primero, al cocimiento de alimentos, y más tarde a la
fabricación de utensilios de arcilla, endurecidos por el
fuego.
El fuego condujo al
conocimiento de los primeros elementos químicos: el
oro, el plomo, el cobre, el estaño, el azufre y el carbón.
Con el dominio del fuego los ritos mágicos fueron más
impresionantes: el hombre quemó hierbas aromáticas
cuyos componentes químicos muchas veces tuvieron
propiedades curativas. .
Más tarde, al disponer de
recipientes de arcilla pudo hacer infusiones de plantas,
obteniendo así algunas sustancias curativas.
Al hervir sus infusiones, el vapor de agua arrastró las
sustancias volátiles que no sólo daban olor agradable a la
cueva, sino que ahuyentaban insectos, desinfectaban y
curaban a los enfermos.
Usos mágicos y medicinales de las plantas
UNA vez que el hombre aprendió a dominar el fuego,
estuvo en condiciones de fabricar recipientes de arcilla,
los que, endurecidos por el fuego, le servirán para
calentar agua, cocinar alimentos y hacer infusiones
mágicas y medicinales. De esta manera los aceites
esenciales arrastrados por el vapor de agua
aromatizaban la caverna y se condensaban en el techo,
con lo que se separaban las sustancias químicas
contenidas en las plantas

La planta mexicana llamada ololiuqui por los mexicas
corresponde, según los estudios botánicos recientes, a la
enredadera Turbina corymbosa, de la familia
Convolvulácea. El ololiuqui tenía un amplio uso mágicoreligioso
en el México prehispánico. Según los primeros
escritos posteriores a la conquista la semilla molida era
usada, mezclada con otros vegetales, para ungir a
sacerdotes indígenas, quienes pretendían adquirir la
facultad de comunicarse con sus dioses.

La planta mexicana llamada ololiuqui por los mexicas
corresponde, según los estudios botánicos recientes, a la
enredadera Turbina corymbosa, de la familia
Convolvulácea. El ololiuqui tenía un amplio uso mágicoreligioso
en el México prehispánico. Según los primeros
escritos posteriores a la conquista la semilla molida era
usada, mezclada con otros vegetales, para ungir a
sacerdotes indígenas, quienes pretendían adquirir la
facultad de comunicarse con sus dioses.

Las propiedades medicinales del ololiuqui han sido
mencionadas por Francisco Hernández, quien dice que es
útil contra la gota. Por su parte, Acosta dice que la planta
untada alivia las partes enfermas, por lo que se le llamó
medicina divina.
PRINCIPIOS ACTIVOS
Albert Hoffmann encontró en 1960 alcaloides del tipo del
ácido lisérgico. Entre ellos obtuvo, en forma cristalina, la
amida del ácido lisérgico y su epímero, la amida del
ácido isolisérgico, ambos con fórmula C16H17ON3,
además del alcaloide de hongos, la chanoclavina. Los
mismos alcaloides se encontraron en otra convolvulácea,
la Ipomea tricolor.

La flora sudamericana es rica en plantas medicinales. Los
polvos de corteza de quina adquirieron gran fama como
medicina antimalárica después de que la marquesa de
Chinchón, esposa del virrey del Perú, fue curada de
78
paludismo con esa droga. El género de plantas andinas
antipalúdicas fue llamado Cinchona y la medicina fue
introducida a Europa desde 1640.

Como este medicamento, muchos otros de origen
vegetal fueron usados por el hombre; aunque por ser
variable el contenido del principio activo, era difícil su
dosificación. Es por esto que cuando en la Edad Media se
daba de beber a los acusados infusiones de dedalera
(Digitalis purpurea) para ejecutar los juicios de Dios, no
todos los acusados morían.

Las investigaciones químicas siguieron así
perfeccionando sus conocimientos y ya no se
conformaban con efectuar un simple análisis que
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encontrara cuántos átomos de cada elemento existen en
la molécula, si no que querían saber cómo estaban
acomodados, es decir la estructura de cada compuesto.



F E R M E N T A C I O N E S y modificaciones quimicas
MUCHOS microorganismos son capaces de provocar
cambios químicos en diferentes sustancias,
especialmente en carbohidratos. Es de todos conocido el
hecho de que al dejar alimentos a la intemperie en poco
tiempo han alterado su sabor y, si se dejan algún tiempo
más, la fermentación se hace evidente comenzando a
desprender burbujas como si estuviesen hirviendo. Esta
observación hizo que el proceso fuese denominado
fermentación (de fervere, hervir).
La fermentación alcohólica producida por levaduras ha
sido utilizada por todos los diferentes pueblos de la
Tierra.
En la obtención industrial de etanol se usan diversos
sustratos; entre ellos, uno de los principales son las
mieles incristalizables que quedan como residuo después
de la cristalización del azúcar en los ingenios.
Muchos sustratos con alto contenido de azúcares y
almidones se utilizan en la preparación de bebidas
alcohólicas como la cerveza, que tiene muy amplio
consumo en el ámbito mundial. Pero no sólo para la
producción de alcohol o vino se emplea la levadura, un
empleo muy antiguo y actualmente generalizado en el
mundo entero es la fabricación de pan.

La leche es fermentada por varios microorganismos tales
como Lactobacillus casei, o por cocos como el
Streptococcus cremoris, transformándose en alimentos
duraderos como yogur y la gran variedad de quesos tan
preciados en la mesa.
La acidez de la leche fermentada se debe al ácido láctico
que se forma por la transformación de los azúcares de la
leche (de la lactosa). Este mismo tipo de fermentación es
el que sufre la col en la preparación del sauerkraut de
tan amplio consumo en la mesa de los pueblos europeos.

Jabones,saponinas y deterjentes
Muchas veces hemos visto maravillados cómo en una fría
mañana invernal los patos nadan en el estanque sin una
aparente preocupación por ser mojados por las frías
aguas; cuando por fin dejan el estanque, simplemente se
sacuden de las gotas superficiales y su plumaje queda
tan seco como antes de su contacto con el agua.

Al
observar las aguas estancadas es frecuente ver insectos
que con gran seguridad van y vienen corriendo sobre la
superficie del agua. Ambos fenómenos tienen que ver
con el hecho muy conocido de que el agua y el aceite no
se mezclan.


Los jabones de sodio tienen un amplio uso en nuestra
civilización, por lo que la industria jabonera es una de las
más extensamente distribuidas en el mundo entero.

El proceso de fabricación de jabón es, a grandes rasgos,
el siguiente: se coloca el aceite o grasa en un recipiente
de acero inoxidable, llamado paila, que puede ser
calentado mediante un serpentín perforado por el que se
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hace circular vapor. Cuando la grasa se ha fundido
±8Oº, o el aceite se ha calentado, se agrega lentamente
y con agitación una solución acuosa de sosa. La agitación
se continúa hasta obtener la saponificación total. Se
agrega una solución de sal común (NaCl) para que el
jabón se separe y quede flotando sobre la solución
acuosa.

Antes de que el hombre creara la gran industria del
jabón se usaban jabones naturales llamados saponinas
(nombre derivado del latín sapo, jabón) y conocidos por
los mexicanos como amole. Muchas raíces y follaje de
plantas tienen la propiedad de hacer espuma con el
100
agua, por lo que se han utilizado desde la Antigüedad
para lavar ropa.
Antes de que el hombre creara la gran industria del
jabón se usaban jabones naturales llamados saponinas
(nombre derivado del latín sapo, jabón) y conocidos por
los mexicanos como amole. Muchas raíces y follaje de
plantas tienen la propiedad de hacer espuma con el
100
agua, por lo que se han utilizado desde la Antigüedad
para lavar ropa.
Las saponinas producen hemolisis a grandes diluciones y
están constituidas por grandes moléculas orgánicas,
como esteroides o triterpenos, unidas a una o varias
azúcares, por lo que contienen los elementos necesarios
para emulsionar la grasa.
H O R M O N A S
Las plantas no sólo necesitan para crecer agua y
nutrientes del suelo, luz solar y bióxido de carbono
atmosférico. Ellas, como otros seres vivos, necesitan
hormonas para lograr un crecimiento armónico, esto es,
pequeñas cantidades de sustancias que se desplazan a
través de sus fluidos regulando su crecimiento,
adecuándolos a las circunstancias.
Cuando la planta
germina, comienzan a actuar algunas sustancias
hormonales que regulan su crecimiento desde esa
temprana fase: las fitohormonas, llamadas giberelinas,
son las que gobiernan varios aspectos de la germinación
Todos hemos observado que en invierno las plantas
dejan caer sus hojas y que, aunque el invierno no sea
muy crudo, debido a la escasez de agua, la planta suelta
su follaje.
Las sustancias responsables de la caída de las hojas y
frutos se llama ácido abscísico:
Su descubrimiento fue anunciado en 1956 por tres
grupos de científicos que, trabajando
independientemente, llegaron a descubrirlo. Estos tres
grupos de investigadores —uno, el grupo inglés,
encabezado por Rothwell K.; otro, el australiano, por
Waring, y el tercero, el estadunidense, encabezado por
Addicot— llevaron su descubrimiento al Congreso,
llamado "Régulateurs Natureles de la Croissance
Végétal", celebrado en París en 1964.
Algunas otras plantas despiden sustancias tóxicas, ya
sea por su follaje, cuando están vivas, o como producto
de degradación, al descomponerse en el suelo. Estas
sustancias que impregnan el suelo evitan la germinación
y, en caso de que nazcan otras plantas, retardan su
crecimiento, evitando así la competencia por el agua.
Es perfectamente conocido por todos el que las flores del
girasol ven hacia el Oriente por la mañana y que voltean
hacia el Poniente por la tarde, siguiendo los últimos
rayos del Sol. Es también interesante observar cómo los
colorines y otras leguminosas, cuando se ha ocultado el
Sol, doblan sus hojas como si durmieran y cómo se
enderezan a la mañana siguiente para recibir la luz del
Sol. Más impresionante todavía quizá es el caso de la
vergonzosa (Mimosa pudica). Esta bella, aunque
pequeña planta, que tiene hojas pinadas, al más
pequeño roce contrae sus hojas, aparentando tenerlas
marchitas
Es perfectamente conocido por todos el que las flores del
girasol ven hacia el Oriente por la mañana y que voltean
hacia el Poniente por la tarde, siguiendo los últimos
rayos del Sol. Es también interesante observar cómo los
colorines y otras leguminosas, cuando se ha ocultado el
Sol, doblan sus hojas como si durmieran y cómo se
enderezan a la mañana siguiente para recibir la luz del
Sol. Más impresionante todavía quizá es el caso de la
vergonzosa (Mimosa pudica). Esta bella, aunque
pequeña planta, que tiene hojas pinadas, al más
pequeño roce contrae sus hojas, aparentando tenerlas
marchitas
El que los animales respondan a señales químicas se
sabe desde la Antigüedad: los perros entrenados siguen
a su presa por el olor.
Las sustancias químicas son a veces características de un
individuo que las usa para demarcar su territorio. Más
aún, ciertas sustancias le sirven para atraer miembros
del sexo opuesto.
El marcar su territorio le ahorra muchas veces el tener
que pelear, ya que el territorio marcado será respetado
por otros congéneres y habrá pelea sólo cuando el
territorio marcado sea invadido.

Desde principios del siglo (1911), L. Loeb demostró que
el cuerpo amarillo del ovario inhibía la ovulación. L.
Haberland, en 1921, al trasplantar ovarios de animales
preñados a otros animales observó en estos últimos una
esterilidad temporal.
La acción de la progesterona aislada en 1934 es muy
específica. Ningún otro producto natural la posee y, como era
muy escasa, se intentó su síntesis. En 1935 el colesterol pudo
119
ser degradado oxidativamente a dehidro espiandrosterona
G U E R R A S Q U Í M I C A S ,
A C C I D E N T E S Q U Í M I C O S


La lucha contra insectos devoradores ha sido constante
durante millones de años. Las plantas mal armadas
sucumben y son sustituidas por las que, al evolucionar,
han elaborado nuevas y más eficaces sustancias que las
defienden. Los insectos también responden, adaptándose
hasta tolerar las nuevas sustancias
Posiblemente la primera reacción química que el hombre
aprovechó para destruir a su enemigo fue el fuego. La
misma reacción de oxidación que logró dominar para
tener luz y calor, para cocinar alimentos y fabricar
utensilios, en fin, para hacer su vida más placentera, fue
usada para dar muerte a sus congéneres al quemar sus
habitaciones y cosechas.
Más tarde se fueron descubriendo explosivos más
poderosos. Varios productos nitrados, por su alto
contenido de oxígeno, son buenos explosivos. Así, la
nitración de la
Esta sustancia es sumamente peligrosa pues explota con
mucha facilidad, por lo que debe tenerse mucho cuidado
a la hora de su fabricación.
En la segunda Guerra Mundial se usó otra sustancia
orgánica nitrada, el trinitrotolueno o TNT, obtenida por
tratamiento del tolueno con mezcla sulfonítrica.
El TNT es también un potente explosivo, pero de manejo
mucho más seguro que la nitroglicerina
Las sustancias de alta toxicidad fueron utilizadas como
armas químicas en la primera Guerra Mundial. Los
alemanes lanzaron, en abril de 1915, una nube de cloro
sobre los soldados franceses quienes, al no estar
protegidos, tuvieron que retirarse varios kilómetros.
Pocos días después los alemanes repitieron el ataque
contra las tropas canadienses con los mismos resultados.
Las auxinas sintéticas usadas para matar las malezas de
los cultivos y así obtener mejores cosechas fueron
138
desarrolladas en Inglaterra desde los años treinta, poco
después del descubrimiento del ácido indol acético como
regulador natural del crecimiento de las plantas.
Estas sustancias fueron preparadas en una gran variedad
dependiendo de la planta que se pretende matar. El
ácido 2,4,D fue un herbicida selectivo que mata a plantas
de hojas anchas sin dañar a los cereales, por lo que
protege en forma eficiente a cultivos de trigo, avena,
cebada y otros granos. En cambio, existen herbicidas tan
potentes, como el ácido 3,4-diclorofenoxiacético, que
mata a todo tipo de plantas, por lo que en vez de
proteger los cultivos los aniquila.

EL agua no sólo es abundante en la tierra, también se detectado evidencias de su presencia en otros cuerpos celes. Por ejemplo. En Marte, aunque presumiblemente ha desaparecido de su superficie dejando vacíos los lechos de lagos y ríos, ya que la escasa gravedad del planeta (40% de la terrestre) no la pudo retener, aunque probablemente exista agua congelada en los polos, donde se encuentra mezclada con hielo seco (CO2 sólido).
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