CuEstIonArIo

Cuestionario

1.- Funciones esenciales del agua

Importante reguladora de la temperatura corporal, como disolvente y vehículo portador de nutrientes y productos catabólicos, como reactante y medio de reacción, como lubricante y plastificador, como estabilizante de la conformación de biopolímeros, como probable inductora del comportamiento dinámico de macromoléculas, incluyendo sus propiedades (Enzimáticas) catalíticas y de otras formas ignoradas.

2.-. Que es la acción disolvente del agua?
El agua es el líquido que más sustancias disuelve (disolvente universal), esta propiedad se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias, ya que estas se disuelven cuando interaccionan con las moléculas polares del agua.

3.- ¿Qué determina el comportamiento de un compuesto en una solución?

Son las complejas interacciones de tipo eléctrico en las superficies de las moléculas. Por ejemplo, la solubilidad de un compuesto químico en agua depende de la magnitud de las interacciones de unión entre sus moléculas y las del agua.

4.-¿Qué es la fuerza de cohesión?

Los puentes de hidrógeno mantienen a las moléculas fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible.

5-. ¿Qué es el producto iónico del agua?

El producto [H+]·[OH-]= 10-14, se denomina producto iónico del agua, y constituye la base para establecer la escala de pH, que mide la acidez o alcalinidad de una disolución acuosa , es decir, su concentración de iones [H+] o [OH-] respectivamente.

6.- ¿Qué es una solución, disolvente y soluto?

Una solución es una mezcla homogénea. En este tipo de mezcla, la sustancia que esta presente en mayor cantidad se denomina disolvente, que se define como la sustancia en la cual se disuelve otra. Esta última, que es la que se disuelve en la primera, se denomina soluto.

7.- ¿Qué es la hidratación?

La hidratación puede definirse como la atracción que existe entre las moléculas del disolvente, que es el agua, hacia las del soluto. La hidratación crea una capa de moléculas de agua en torno al catión y otro alrededor del anión. Las capas de hidratación aíslan a unos y a otros entre sí, de manera que se desplazan en forma independiente dentro de la solución.

8.- ¿Qué es una solución saturada?

Cuando se alcanza el límite de solubilidad a una temperatura en particular, y parte del soluto no disuelto se conserva, se dice que se formó una solución saturada. En estas condiciones queda establecido un equilibrio dinámico entre las moléculas disueltas y las no disueltas del soluto.

9.- ¿Qué es la molaridad?

La molaridad es una identificación de concentración de uso general cuyo símbolo es M y que se define como la cantidad de moles de soluto disueltos en cada litro de solución.

10.- ¿ Que son las propiedades coligativas?

Las propiedades de una solución que se determinan según la cantidad de partículas de soluto presentes se conocen con el nombre de PROPIEDADES COLIGATIVAS.

11.- ¿ Que dice la ley de Raoult?

La presión de vapor de un componente A es el producto de la fracción molar Xa por la presión de vapor del componente puro Pvap = Xa.Pa

12.-¿Qué es la presión osmótica?

Es el producto de la molaridad, la constante de los gases y la temperatura (K) a la que se encuentra la solución

13.- ¿ Que efecto tiene el soluto sobre el punto de congelación?

En condiciones ordinarias, el agua se congela a 0°C; pero si existe algún material disuelto en el líquido, el soluto interfiere de alguna manera con las moléculas de agua cuando tratan de formar los conglomerados de los que hablamos antes. Las moléculas de agua se ven obligadas a perder incluso más energía para contrarrestar este efecto de impedimento ejercido por las partículas disueltas. Esto hace que descienda el punto de congelación de una solución acuosa.

14.- ¿ Como cambia el punto de ebullición en presencia de soluto?

El punto de ebullición aumenta en 0.51°C por cada mol de especie de soluto que esté en solución. Por lo tanto, una solución 1.00 molal de glucosa hierve a 100.51°C.

15.-¿Qué es ósmosis?

Si una solución y su solvente puro están separados por una membrana semipermeable que deja pasar solamente a las moléculas de solvente, el resultado neto es el paso de solvente a la solución.

16.-¿Qué es un electrolito?

Hay soluciones que presentan valores para sus propiedades coligativas, muy diferentes a lo calculado teóricamente y además son conductoras de la electricidad. A estas soluciones se les denomina electrolitos y a las otras no electrolitos.

17.-¿Cómo se explica el modelo de mosaico fluido?

En la actualidad el modelo más aceptado para explicar la estructura de las membranas es el llamado "mosaico fluido". Su base estructural es una capa bimolecular de fosfolípidos; las moléculas son lineares y se asocian débilmente por los lados, permitiendo que las moléculas se desplacen fácilmente en el plano. Además hay proteínas de distinto tipo, algunas de ellas enzimáticas, y además pequeñas cantidades de hidratos de carbono.

18.- Menciona 3 características de las membranas

− Permeabilidad selectiva: papel activo en la diferenciación con el entorno permitiendo el paso de unas sustancias y rechazando otras. Sistema especial de transporte de moléculas polares e iones. Hay proteínas específicas transportadoras, algunas polares. El agua es muy pequeña por lo que atraviesa las membranas sin dificultad.

− Las membranas son capaces de mantener gradientes iónicos. Como no pasan libremente se puede establecer una diferencia de potencial a ambos lados de la membrana.

− Acepción de energía en las células fotosintéticas.

19.- Menciona y explica los 3 tipos de lípidos en membrana

Hay de tres clases, han de tener componentes polares y apolares.

1.− Glicolípidos: tienen un grupo hidrato de carbono, glucosa, galactosa, monosacáridos ...

2.− Fosfolípidos: derivado del glicerol con dos cadenas hidrocarbonadas y un grupo fosfato con grupo polar,. En entorno acuoso es estable en estructura bicapa.

3.− Esfingolípidos: derivados del alcohol esfingosina.

20-¿Qué son las proteínas solubles?

Se extraen fácilmente. Están asociadas débilmente a proteínas globulares (hidrofílicas). Algún residuo permite asociarse a la membrana. Algunas se asocian más permanentemente uniéndose de forma covalente a algo hidrofóbico, las cadenas laterales de los aminoácidos reaccionan con un ácido graso que se inserta dentro de la membrana.

21.-¿Cómo se da el transporte pasivo?

Se realiza a favor de gradiente de concentración o de potencial electroquímico, y no necesita aporte externo de energía.

22.-¿Qué son los canales?

Son proteínas que tienen en su interior un poro a través del cual pueden pasar iones o moléculas.

23.- Menciona 2 ejemplos de transporte activo primario

􀂉 Bomba de Na+-K+: Transporta sodio al exterior de la célula y potasio al interior en contra de potencial electroquímico.

􀂉 Bomba de Ca2+: Transporta calcio al exterior de la célula.

MeMbRaNaS cELuLaReS

La noción de una "membrana celular," una barrera entre el citoplasma de la célula y medio ambiente, ya era viejo en el cambio de siglo.
En cualquier caso, desde los primeros estudios de la membrana de la célula se supone, explícita o implícitamente, a ser permeable al agua pero no a los solutos.

Las Células fueron consideradas como osmometros cuyas variaciones en el volumen y / o de presión dado por el resultado de los movimientos transmembranales de agua regido de algún modo por la composición del líquido.

Hugo de Vries descubrio que el unico soluto que fácilmente penetraba hacia el interior de las células rojas de la remolacha era la ammonia, mas tarde descubrio el paso lento del glicerol.

Gorter y Grendel calculó que los glóbulos rojos, que carecen de orgánulos delimitados por memmbrana, contienen lípidos suficientes para producir una monocapa del doble de la superficie celular y, por tanto, propuso el modelo prospecto bimolecular para la membrana celular.

Los avances en microscopía electrónica le permitieron a Robertson formular el concepto de la "unidad de membrana",que nos dice que todas las membranas celulares estan compuestas por una cubierta bimolecular (polar) de lípidos cubierto con monocapas no lipidicas, principalmente hidratos de carbono, en la cara exterior .

De sus experimentos Overton concluyó que el Na extracelular es esencial para la excitabilidad (sólo Li podría sustituirlo, y la naturaleza de los aniones es irrelevante) y pensar que debe haber un intercambio de sodio de potasio durante laexcitación nerviosa y la contracción muscular. No escapo a su atención que un mecanismo secretor podría ser necesario para evitar la acumulación intracelular de Na » después de repetidas contracciones.

La naturaleza lipoidea de la membrana de la célula, ahora enfocado al modelo del líquido mosaico de lípidos en dos capas, es universalmente aceptada, como es su papel en la penetración de moléculas solubles en lípidos. Todos los demás movimientos transmembrana incluidos los de los iones, el agua, y las pequeñas moléculas hidrofílicas (y quizás algunos gases) están mediados por proteínas muy específicas. Unos de estos movimientos son termodinámicamente hacia arriba, impulsado por la hidrólisis de ATP o disipación de los gradientes de concentración.
Muchas de estas proteínas de membrana-poros, canales, los transportistas, y las bombas-se han identificado y secuenciado.

ELeCTrOqUiMIcA

Electroquimica

Oxido-Reducción

Las reacciones de oxido reducción implican la transferencia de electrones.
En cualquiera de estas reacciones hay dos medias reacciones:

Oxidación: se da cuando una especie pierde electrones dandoselos a otra especie.
Reducción: cuando una especie gana electrones de otras especies.

Reacciones REDOX en soluciones ácidas y básicas

En estas reacciones es necesario agregar moléculas de agua y protones para conseguir una ecuación balanceada.

Ya que en una ecuación se hace el balanceo de masa se tiene que hacer balanceo de cargas.
Este balance se logra utilizando electrones y protones, ademas de moléculas de agua para compensar los protones adicionados.

Para una reacción en una solución básica, deben aparecer OH- en lugar de protones en la ecuación balanceada.
Al balancear, un lado de la ecuación tendrá el mismo número de protones que de OH-, esos pueden combinarse y formar moléculas de agua.

Celulas Voltaicas

Una media célula consiste de un electrodo inmerso en una solución de iones.
Las soluciones de dos medias células se unen por medio de puentes salinos. Este puente mantiene a las dos células en contacto para que exista un flujo de electrones. Cables metálicos conectan los electrodos a las terminales de un voltímetro.

El potencial de la célula (Ecell) es la diferencia de potencial que impulsa los electrones desde el ánodo (oxidación) al cátodo (reducción).

En el electrodo estándar de hidrógeno, el gas de hidrógeno en exactamente 1 bar de presión es burbujeado por encima de un electrodo inerte de platino en una solución acuosa con la concentración ajustada de forma que la actividad de H3O + es exactamente igual a uno.

Un potencial de electrodo, Eo, se basa en la tendencia de reducción que se producen en el electrodo.

El Voltaje de la célula, llamado potencial estándar de la célula (Eocell), es la diferencia entre el nivel estandar de potencial del cátodo y el ánodo.

Los Voltajes de células se pueden atribuir a las reacciones de oxidación-reducción, sin tener en cuenta a células voltaicas.

Si Ecell es positivo, la reacción hacia la parte delantera (de izquierda a derecha) es espontánea.
Si Ecell es negativo, la reacción es no espontanea.Si Ecell = 0, el sistema está en equilibrio.

Si el potencial de las células está determinado únicamente por una diferencia en la concentración de solutos en equilibrio con los mismos electrodos, se le llama una célula en concentración.

POTENCIAL DE MEMBRANA

POTENCIAL DE MEMBRANA

Normalmente hay potenciales eléctricos a través de las membranas en todas las células.

Las células nerviosas y musculares son AUTOEXCITABLES es decir, son capaces de autogenerar impulsos electroquímicos en sus membranas, y en muchos casos, de transmitir señales a lo largo de las mismas.




Potenciales de membrana creados por difusión

[ Na +] intracelular > [ Na ] intracelular = difunde = > cargas + intracel = pero, luego la difusion se frena por esas cargas (+) = POTENCIAL DE NERNST

Cuando el potencial de membrana es generado por la por difusión de diferentes iones (por diferente permeabilidad a la membrana)

Depende de:

* polaridad de la carga eléctrica de cada ión.

* permeabilidad de la membrana para cada ión.

* [ ] de cada uno de los iones en el int-ext celular.

Esos iones son: Na+ K+ Cl-

= desarrollan potenciales de membrana en membranas de células neuronales, musculares y nervios de conducción.

= el gradiente de [ ] de cada uno a través de la membrana determina el VOLTAJE del potencial de membrana.

La permeabilidad de los canales de Na y K sufren cambios durante la conducción del impulso nervioso.

Mientras que los canales de Cl no cambian, por lo tanto los cambios de permeabilidad para Na y K son importantes para la: TRANSMISIÓN DE LA SEÑAL A LOS NERVIOS.

Potencial de reposo en la membrana de la célula nerviosa



• De reposo: cuando no están transmitiendo señales = - 90 Mv

• Es producido por:

*DIFUSIÓN PASIVA DEL K: a través de un canal proteico = - 94 Mv

*DIFUSIÓN PASIVA DEL Na: a través de canales proteicos pero con menos permeabilidad que el K = + 61 Mv

La combinación de ambos generan un POTENCIAL NETO de – 86 Mv

*BOMBA Na-K: saca 3 Na+ y mete 2 K = - 90 Mv

El potencial de acción

• Permite transmitir señales nerviosas en las células nerviosas =

• Son cambios rápidos del potencial de membrana = y que se desplaza a lo largo de la fibra nerviosa.

• ETAPAS:

*REPOSO: la membrana está POLARIZADA con – 90 MV

*DESPOLARIZACIÓN: > permeab Na = entra Na a la cel =

= se positiviza el interior de la cel (porque el potencial de

membrana disminuye a -50-70 Mv se abren canales de Na por VOLTAJE)

*REPOLARIZACION: < k =" sale" ext =" se" style="">Nuevamente.

Inicio del potencial de acción

Cualquier acontecimiento que aumente RÁPIDAMENTE el potencial De membrana y sobrepase el UMBRAL alrededor de los – 65 Mv

Provocará que se abran los canales de Na (por voltaje) en forma PROGRESIVA y RECLUTANTE.

Propagación del potencial de acción

Es decir, un potencial de acción de un SEGMENTO EXCITABLE de la membrana puede excitar segmentos adyacentes = la PROPAGACIÓN DE LA DESPOLARIZACIÓN a lo largo de

* la fibra nerviosa = impulso nervioso = POT ACC ( >1 para que

* la fibra muscular = impulso muscular = UMBRAL se de la propag)

“FACTOR DE SEGURIDAD”

La ritmicidad de ciertos tejidos excitables

En base a la alta permeabilidad a los Na (y Tb CA) para permitir la DESPOLARIZACIÓN AUTOMÁTICA.

El potencial de membrana en reposo es de – 60 a – 70 Mv

Estas descargas repetitivas se dan en euronas, músculo liso y cardiaco. En donde se manifiestan como rtimo cardiaco,peristalsis y ritmo respiratorio.

Tb hay una HIPERPOLARIZACIÓN al final del potencial de acción debido a canales de K = una excesiva permeabilidad al K y eso retrasa la siguiente despolarización.

El fenómeno de excitación

Cualquier fenómeno que aumente la permeabilidad al Na producirá la apertura de los canales de Na automáticamente.

Pueden ser:

*fenómenos físicos

*fenómenos químicos

*fenómenos eléctricos

LOS ESTABILIZADORES DE LA MEMBRANA

Inhiben la excitabilidad (hipercalcemia, hipocalemia, procaína, Tetracína, por disminución de activación de canales de Na)

Alcances:
    
     1.- Los iones Sodio, Potasio y cloruro son los iones más importantes que participan en la
         generación el Potencial de Membrana en las fibras nerviosas y musculares.
         El gradiente de concentracion de cada uno de los iones a través de la membrana ayuda a
         determinar el voltaje del potencial de membrana.
     2.- La permeabilidad de la membrana a cada uno de los iones determina el grado de importancia
         de cada uno de ellos, es decir, si la membrana por algún motivo solo es permeable por
         ejemplo al sodio el Potencial de Membrana sera igual al Potencial de Nerst para el sodio.
     3.- Un gradiente de concentración positivo en el interior de la membrana causa electronegati_
         vidad en el interior de la misma, esto se explica que si hay por ejemplo una mayor
         concentración de iones sodio en el interior de la membrana, habrá por lo tanto mayor
         difusión del mismo, desde el interior hasta el exterior de la membrana, generando un
         déficit de cargas positivas en el interior de la membrana, lo cual dotará a dicho medio,
         de carga negativa.
     4.- Los cambios rápidos de concentracín de los iones sodio y potasio son los principales
         responsables de la transmisión nerviosa.

MeMbRaNaS

MEMBRANAS BIOLOGICAS

El aspecto de la membrana plasmática y otras membranas celulares (tonoplasto, retículo endoplasmático, tilacoides, etc.) bajo el microscopio electrónico es muy similar en todos los organismos. Presentan dos capas oscuras que encierran una capa clara (en total 70-85 Å de espesor; 1Å angstrom= 0,0001 µm). Esta estructura fue denominada "unidad de membrana"
En la actualidad el modelo más aceptado para explicar la estructura de las membranas es el llamado "mosaico fluido". Su base estructural es una capa bimolecular de fosfolípidos; las moléculas son lineares y se asocian débilmente por los lados, permitiendo que las moléculas se desplacen fácilmente en el plano. Además hay proteínas de distinto tipo, algunas de ellas enzimáticas, y además pequeñas cantidades de hidratos de carbono.

Estructura y propiedades de las membranas biológicas.

Características.

− Permeabilidad selectiva: papel activo en la diferenciación con el entorno permitiendo el paso de unas sustancias y rechazando otras. Sistema especial de transporte de moléculas polares e iones. Hay proteínas específicas transportadoras, algunas polares. El agua es muy pequeña por lo que atraviesa las membranas sin dificultad.
− Las membranas son capaces de mantener gradientes iónicos. Como no pasan libremente se puede establecer una diferencia de potencial a ambos lados de la membrana.
− Acepción de energía en las células fotosintéticas.
− Reconocimiento celular (como en el caso antígeno − anticuerpo).
− Todos los lípidos y las proteínas se mueven dentro de la membrana (fluida). Movilidad lateral,
indispensable para el funcionamiento, y transversal (más dificultosa, lo que provoca asimetría).
− Hay hidratos de carbono que modifican las proteínas o lípidos. Oligosacáridos o glucosa en general.

Estructura.

− Bicapa lipídica: mosaico fluido. El interior de la membrana es hidrofóbico gracias a las colas
hidrocarbonadas.
− Hay proteínas dentro de la membrana o asociadas a ellas que dan las funciones. Hay membranas con muy alta proporción de proteínas

Lípidos.
Hay de tres clases, han de tener componentes polares y apolares.
1.− Glicolípidos: tienen un grupo hidrato de carbono, glucosa, galactosa, monosacáridos ...
2.− Fosfolípidos: derivado del glicerol con dos cadenas hidrocarbonadas y un grupo fosfato con grupo polar,. En entorno acuoso es estable en estructura bicapa.
3.− Esfingolípidos: derivados del alcohol esfingosina.

Esteroles.
Colesterol. Componente esencial, tiene un grupo OH polar y anillos hidrofóbicos.

Estructura bicapa.
Es estable porque las colas hidrofóbicas están dentro interaccionando para huir del entorno acuoso. Si la membrana está ordenada y todas las colas interaccionando la estructura es muy organizada y se llama estructura rígida. No es la idónea para las funciones biológicas porque debe ser fluida. La estructura fluida se alcanza aumentando la temperatura. Hay una temperatura llamada de transición por debajo de la cual la estructura es rígida y por encima fluida. Esta temperatura depende de las características de los lípidos que la forman, cuanto más larga sea la cola más rígida será, influenciada por el número de insaturaciones (mayor número más fluida). El colesterol es esencial para la fluidez porque se mete entre las colas y no deja que se organicen bien.

Proteínas de membrana.
Caracterizan la funcionalidad de la membrana. Hay 2 grupos:

− Proteínas solubles: se extraen fácilmente. están asociadas débilmente a proteínas globulares (hidrofílicas). algún residuo permite asociarse a la membrana. Algunas se asocian más permanentemente uniéndose de forma covalente a algo hidrofóbico, las cadenas laterales de los aminoácidos reaccionan con un ácido graso que se inserta dentro de la membrana.
− Proteínas muy poco solubles inmersas dentro de la estructura de la membrana, hay que romper la membrana para extraerlas. La cadena polipeptídica les permite estar dentro por medio de fragmentos de 20 ó 25 aminoácidos hidrofóbicos llamados transmembrana (estructura  hélice), la cantidad necesaria para atravesarla. Hay proteínas con 1 transmembrana y otras con 12. Si una proteína atraviesa muchas veces la membrana crea un canal de residuos polares que permite la entrada de moléculas polares.

TRANSPORTE DE MEMBRANA

• La membrana es impermeable a moléculas hidrofílicas como los hidratos de carbono, aminoácidos, proteínas o ácidos nucleicos


• La membrana es permeable a moléculas hidrofóbicas como los lípidos, y a moléculas pequeñas como los gases. También es parcialmente permeable al agua.


• La membrana debe permitir la entrada de nutrientes en la célula y la salida de productos de desecho. También debe transmitir a la célula las señales que proceden del exterior de la misma. Por eso en la membrana existen transportadores y receptores, y ambos son proteínas de membrana.
  

TRANSPORTE PASIVO

• Se realiza a favor de gradiente de concentración o de potencial electroquímico, y no
  necesita aporte externo de energía.
  
  Difusión facilitada

• Ciertos nutrientes como la glucosa o los aminoácidos entran en la célula a favor de gradiente de concentración, pero precisan un transportador que les facilite el paso a través de la membrana.

Canales: Son proteínas que tienen en su interior un poro a través del cual pueden pasar iones o moléculas.

TRANSPORTE ACTIVO

• Se realiza en contra de gradiente de concentración o de potencial electroquímico y
  precisa aporte externo de energía.

Transporte activo primario

• Utiliza la energía del ATP
  􀂉 Bomba de Na+-K+: Transporta sodio al exterior de la célula y potasio al interior en contra de potencial electroquímico.
  􀂉 Bomba de Ca2+: Transporta calcio al exterior de la célula.
  

Transporte activo secundario, transporte acoplado o cotransporte

• Transporta dos o más moléculas, una de las cuales se mueve a favor de gradiente o de potencial electroquímico y la otra u otras en contra. La que se mueve a favor de gradiente o de potencial electroquímico suministra la energía para transportar la otra u otras en contra del mismo. Las moléculas se pueden transportar en la misma dirección o en dirección contraria.

􀂉 Intercambiador Na+-Ca2+. En muchas células existe un transportador que introduce sodio en la célula a favor de potencial electroquímico y extrae calcio en contra.
􀂉 Cotransporte de Na+-glucosa. En las células de la pared del intestino existe un transportador que introduce sodio en la célula a favor del potencial electroquímico, e introduce glucosa en la célula en contra del gradiente de concentración.

Propiedades Coligativas

Cuando hay solutos presentes, algunas de las propiedades del disolvente se ven afectadas, y la magnitud del cambio depende directamente de la concentración del soluto. Las propiedades de una solución que se determinan según la cantidad de partículas de soluto presentes se conocen con el nombre de PROPIEDADES COLIGATIVAS.

Estas características comprenden punto de congelación, punto de ebullición, presión de vapor y presión osmótica.

Presión de vapor de un sistema

Ley de Raoult: la presión de vapor de un componente A es el producto de la fracción
molar Xa por la presión de vapor del componente puro Pvap = Xa.Pa

En una mezcla del 54 % y 46% molar de pentano y hexano la presión del sistema será:

Compuesto Presión pura [mmHg] Fracción molar Presión parcial [mmHg]
Pentano 420.8 0.5443 229.0
Hexano 101.9 0.4557 46.44

La presión total de la mezcla, que es la suma de las presiones parciales será 275.4
mmHg.

La diferencia de presiones permite separar mezclas de líquidos con distinta presión de vapor mediante un proceso de destilación, si la mezcla tiene puntos de ebullición muy separados, se hace una destilación simple ; cuando hay puntos de ebullición muy cercanos se utiliza la destilación fraccionada.

Cambios en la presión de vapor :
· Elevación del punto de ebullición: el cambio en la temperatura (DTb) de ebullición es proporcional a la molalidad (m) del soluto y la constante de proporcionalidad es una constante que depende del solvente (Kb).
DTb = Kb*m

· Descenso del punto de congelación: el cambio en la temperatura (DTb) de congelación es proporcional a la molalidad (m) del soluto y la constante de proporcionalidad es una constante que depende del solvente (Kb).
DTf = Kf*m

· Presión osmótica: es el producto de la mola ridad, la constante de los gases y la
temperatura (K) a la que se encuentra la solución
p = MRT

PUNTO DE CONGELACIÓN

Para explicar como se congela el agua conviene recordar que las móleculas individuales de agua se acercan lo suficiente para formar grupúsculos y, cuando éstas pierden la suficiente energía, estos conglomerados forman el marco rígido que observamos en el hielo.

En condiciones ordinarias, el agua se congela a 0°C; pero si existe algún material disuelto en el líquido, el soluto interfiere de alguna manera con las moléculas de agua cuando tratan de formar los conglomerados de los que hablamos antes. Las moléculas de agua se ven obligadas a perder incluso más energía para contrarrestar este efecto de impedimento ejercido por las partículas disueltas. Esto hace que descienda el punto de congelación de una solución acuosa.

Según observaciones realizadas se ha demostrado que el punto de congelación del agua desciende em 1.86°C por cada mol de especies de solutos presentes por kilogramo de agua. Estamos hablando de la MOLALIDAD y se aplica solo al agua.

La disminución del punto de congelación de una solución ( D T c ) , con respecto al punto de congelación del solvente puro, al disolver en él un soluto no salino, estádada por:

D T c = m K c

Donde: m es la molalidad y D T c es la constante crioscópica del solvente.

También se le denomina constante molal del punto de congelación.

PUNTO DE EBULLICIÓN

Veamos ahora el efecto que tiene el soluto en el punto de ebullición de una solución. Se recordará que las moléculas escapan de la superficie de un líquido durante el proceso de ebullición.

Una vez más, se puede suponer que las partículas de soluto en solución interfieren a las del solvente cuando tratan de desprenderse de la superficie. Se sabe que el punto de ebullición del agua pura es 100°C a 760 torr. Las observaciones en el laboratorio indican que el punto de ebullición aumenta en 0.51°C por cada mol de especie de soluto que esté en solución. Por lo tanto, una solución 1.00 molal de glucosa hierve a 100.51°C.

Puesto que la ebullición se produce solo cuando la presión de vapor de un líquido es igual a la atmosférica, también se puede esperar que la presión de vapor de un disolvente disminuya en solución. En consecuencia, una solución acuosa tiene la presión de vapor de 760 torr a una temperatura más elevada que la del agua pura.

El aumento del punto de ebullición de una solución ( D T e ) , con respecto al puntode ebullición del solvente puro, al disolver en él un soluto no salino y no volátil,está dado por:

D T e = m K e

Donde: m es la molalidad y D T e es la constante ebulloscópica del solvente. También se le denomina constante molal del punto de ebullición.

PRESION OSMOTICA

Si una solución y su solvente puro están separados por una membranasemipermeable que deja pasar solamente a las moléculas de solvente, el resultadoneto es el paso de solvente a la solución. Este fenómeno se denomina ósmosis. La presión osmótica, es la presión que se debe aplicar a la solución para que noocurra la ósmosis. Es decir, el resultado neto no indique paso del solvente a travésde la membrana semipermeable. Van't Hoff determinó que para soluciones diluídas, la presión osmótica ( p ) ,satisface la siguiente relación:

p V = n R T

Donde: V es el volumen de la solución [ l ] n es el número de moles de soluto R es la constante universal de los gases ideales ( = 0,082 [ atm–l/mol–°K ] ) T temperatura absoluta

[ °K ]

ELECTROLITO

Hay soluciones que presentan valores para sus propiedades coligativas, muydiferentes a lo calculado teóricamente y además son conductoras de la electricidad.A estas soluciones se les denomina electrolitos y a las otras no electrolitos. Sussolutos también reciben estas denominaciones. Los electrolitos son generalmentesoluciones de ácidos, bases o sales. Van't Hoff introdujo el factor i ( factor de Van't Hoff ) para mantener las relacionesya estudiadas:

D T c = i m K c

D T e = i m K e

p V = i n R T

A medida que las soluciones se hacen más diluídas, el factor i tiende a tomarvalores enteros positivos ( 2, 3, 4, etc. ).

TEORIA DE LA DISOCIACION ELECTROLITICA ( ARRHENIUS ) Arrhenius estableció la teoría de la disociación electrolítica para los electrolitos. Se basa en lo siguiente:

1 ) Los electrolitos en solución o fundidos se disocian parcialmente en iones concargas eléctricas, de tal forma que las cargas positivas totales sean iguales a lascargas negativas totales.

2 ) Los iones son átomos o grupos de átomos con carga eléctrica positiva para losmetales y carga eléctrica negativa para los no metales o radicales no metálicos.Estos radicales permanecen sin modificaciones para compuestos químicamenteanálogos ( por ejemplo: Cl – para todos los cloruros ) .

3 ) Los iones actúan independientemente unos de otros y de las moléculasno disociadas. y son diferentes en sus propiedades físicas y químicas.

4 ) La disociación electrolítica es un proceso reversible, es decir, los iones puedenreagruparse para formar nuevamente la molécula. A mayor dilución de la soluciónel reagrupamiento de los iones se hace más difícil, porque están más alejados. En soluciones muy diluídas, prácticamente todas las moléculas se han disociadoy ésto explica el hecho de que el factor i tome valores enteros positivos en estassoluciones.

Soluciones

Quiza la propiedad del agua que la distingue de manera notable si la comparamos con los demás líquidos, sea su capacidad de disolver muchas sustancias. Una solución es una mezcla homogénea. En este tipo de mezcla, la sustancia que esta presente en mayor cantidad se denomina disolvente, que se define como la sustancia en la cual se disuelve otra. Esta última, que es la que se disuelve en la primera, se denomina soluto.

Los gases se pueden disolver en otros gases. Los gases se disuelven también en líquidos o incluso en sólidos. Ejemplos de estas tres disoluciones serían:

a) el aire se considera como una solución del soluto 02, 21 por 100, en el disolvente N2, 79 por 100.

b) las bebidas refrescantes carbonatadas tienen el soluto CO2, disuelto en agua, que actua como disolvente.

c) el H2, se disuelve en paladio, que es un metal.

Debido a su estructura polar, el agua puede atraer y conservar otras moléculas polares en solución. El azúcar, el alcohol y el amoniaco son solo tres ejemplos de sustancias polares, una sólida, otra líquida y otra gaseosa, que se disuelven en agua.

El extremo negativo (oxígeno) de la molécula dipolar de agua interactua con el extremo positivo de la molécula dipolar del soluto. El extremo positivo (hidrógeno) interactúa con el extreo negativo del soluto. En sólidos iónicos como cloruro de sodio, están presentes tanto los cationes como los aniones. La hidratación puede definirse como la atracción que existe entre las moléculas del disolvente, que es el agua, hacia las del soluto. La hidratación crea una capa de moléculas de agua en torno al catión y otro alrededor del anión. Las capas de hidratación aislan a unos y a otros entre sí, de manera que se desplazan en forma independiente dentro de la solución.

El agua disuelve, también, muchas otras sustancias ionizándolas.

Conocemos la frase "las sustancias semejantes se disuelven entre sí" esto significa que los solutos polares se disuelven en disolventes polares y los no polares en disolventes no polares. Cuando un soluto se disuelve, es preciso romper o contrarrestar la interacción entre las moléculas o los iones del soluto. Para esto se requiere contar con cierta energía y si esta basta para contrarrestar la energia requerida se obtendra una solución.

Las sustancias no polares como ceras y aceites, no se disuelven en agua debido a que la interacción de energía es muy reducida.

LIMITES DE SOLUBILIDAD

Una de las propiedades características de los gases, cuando se mezclan con otros para formar soluciones, es que lo hacen en cualquier proporción dada. Se dice que esos gases son miscibles. Si tratamos de mezclar agua con mercurio, veremos que no se mezclan, en cuyo caso, se dice que los dos líquidos son inmiscibles.

En el caso de soluciones acuosas, la solubilidad en agua se expresa como la cantidad de gramos de soluto que se puede disolver, ya sea en 100 g o 1.00 litro de agua, a una temperatura determinada.

Puesto que el mecanismo para formar soluciones comprende el movimiento de moléculas, es lógico suponer que tanto la temperatura como la presión influirán en la solubilidad.

Cuando se alcanza el límite de solubilidad a una temperatura en particular, y parte del soluto no disuelto se conserva, se dice que se formó una solución saturada. En estas condiciones queda establecido un equilibrio dinámico entre las moléculas disueltas y las no disueltas del soluto.

Supongamos que una solución de glucosa se calienta y mayor proporción de soluto se disuelve, se deja enfriar la solución y es probable que no se produzca una recristalización, lo cual dejara un exceso de soluto en solución. En estas circunstancias, se dice que se obtiene una solución supersaturada. Es decir que hay una mayor cantidad de soluto en solución que el que se disolvería en condiciones normales a dicha temperatura. Las soluciones supersaturadas no están en equilibrio y la agitación o la adición de cristales de soluto a la solución, harán que ésta se incline inmediatamente a la obtención del equilibrio. La recristalización se desarrolla en forma casi instantánea y la solución permanecerá en estado saturado.

TERMINOS PARA LA CONCENTRACION




La concentración de la solución se llama solubilidad en el punto de saturación, y se expresa como la masa de soluto por masa de disolvente. Para soluciones en las que el agua es el disolvente, la solubilidad se expresa casi siempre como la masa en gramos de soluto por 100 gramos de agua a una temperatura determinada.


La molaridad es una identificación de concentración de uso general cuyo simbolo es M y que se define como la cantidad de moles de soluto disueltos en cada litro de solución.

Otro término para la concentración que se emplea es el de molalidad, que representa el número de moles de soluto en un kilogramo de disolvente.

Notemos que la molaridad representa moles de soluto en un volumen de solucion, tanto que la molalidad representa moles de soluto en una masa de disolvente.

Bibliografia
QUÍMICA, GREGORY R. CHOPPIN, LEE R. SUMMERLIN, PUBLICACIONES CULTURAL, PRIMERA EDICIÓN 1981, DÉCIMA SÉPTIMA REIMPRESIÓN 1999.

Fisicoquimica del Agua

INTRODUCCION

En nuestro planeta, el agua (H2O) es la única sustancia que coexiste abundantemente en los tres estados físicos posibles. Es nuestro único líquido común y el sólido puro más ampliamente distribuido, estando siempre presente en todas partes de la atmósfera suspendido en forma de partículas de hielo o sobre la superficie terrestre en diversos tipos de nieve y hielo. Es esencial para la vida; como importante reguladora de la temperatura corporal, como disolvente y vehículo portador de nutrientes y productos catabólicos, como reactante y medio de reacción, como lubricante y plastificador, como estabilizante de la conformación de biopolímeros, como probable inductora del comportamiento dinámico de macromoléculas, incluyendo sus propiedades (Enzimáticas) catalíticas y de otras formas ignoradas.

Propiedades físicas y químicas del agua:

El agua químicamente pura es un líquido inodoro e insípido; incoloro y transparente en capas de poco espesor, toma color azul cuando se mira a través de espesores de seis y ocho metros, porque absorbe las radiaciones rojas. Sus constantes físicas sirvieron para marcar los puntos de referencia de la escala termométrica Centígrada. A la presión atmosférica de 760 milímetros el agua hierve a temperatura de 100°C y el punto de ebullición se eleva a 374°, que es la temperatura critica a que corresponde la presión de 217,5 atmósferas; en todo caso el calor de vaporización del agua asciende a 539 calorías/gramo a 100°.
Mientras que el hielo funde en cuanto se calienta por encima de su punto de fusión, el agua liquida se mantiene sin solidificarse algunos grados por debajo de la temperatura de cristalización (agua subenfriada) y puede conservarse liquida a –20° en tubos capilares o en condiciones extraordinarias de reposo.

La solidificación del agua va acompañada de desprendimiento de 79,4 calorías por cada gramo de agua que se solidifica. Cristaliza en el sistema hexagonal y adopta formas diferentes, según las condiciones de cristalización.
A consecuencia de su elevado calor especifico y de la gran cantidad de calor que pone en juego cuando cambia su estado, el agua obra de excelente regulador de temperatura en la superficie de la Tierra y más en las regiones marinas.

El agua presenta las siguientes propiedades físico-químicas:

a) Acción disolvente

El agua es el líquido que más sustancias disuelve (disolvente universal), esta propiedad se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias, ya que estas se disuelven cuando interaccionan con las moléculas polares del agua.

Cuando un compuesto soluble en agua es colocado en ésta, desaparece rápidamente en el líquido. Por el contrario, si no es soluble, entonces permanece donde se le coloca. Si posee una solubilidad intermedia, entonces se puede dispersar sobre la superficie del agua hasta que se vuelve invisiblemente delgada. Lo que determina el comportamiento de un compuesto en una solución son las complejas interacciones de tipo eléctrico en las superficies de las moléculas. Por ejemplo, la solubilidad de un compuesto químico en agua depende de la magnitud de las interacciones de unión entre sus moléculas y las del agua.

El grado de solubilidad resulta de una competencia entre los enlaces que mantienen a cada molécula unida y las oportunidades alternas de unirse con la otra sustancia. Los compuestos orgánicos varían grandemente en su solubilidad en agua. La vida en la Tierra no existiría sin esta variabilidad.

La capacidad disolvente es la responsable de dos funciones importantes para los seres vivos: es el medio en que transcurren las mayorías de las reacciones del metabolismo, y el aporte de nutrientes y la eliminación de desechos se realizan a través de sistemas de transporte acuosos.

b) Fuerza de cohesión entre sus moléculas.

Los puentes de hidrógeno mantienen a las moléculas fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible.

c) Elevada fuerza de adhesión.

De nuevo los puentes de hidrógeno del agua son los responsables, al establecerse entre estos y otras moléculas polares, y es responsable, junto con la cohesión de la capilaridad, al cual se debe, en parte, la ascensión de la sabia bruta desde las raíces hasta las hojas.

d) Gran calor específico.

El agua absorbe grandes cantidades de calor que utiliza en romper los puentes de hidrógeno. Su temperatura desciende más lentamente que la de otros líquidos a medida que va liberando energía al enfriarse. Esta propiedad permite al citoplasma acuoso servir de protección para las moléculas orgánicas en los cambios bruscos de temperatura.

e) Elevado calor de vaporización.

A 20ºC se precisan 540 calorías para evaporar un gramo de agua, lo que da idea de la energía necesaria para romper los puentes de hidrógeno establecidos entre las moléculas del agua líquida y, posteriormente, para dotar a estas moléculas de la energía cinética suficiente para abandonar la fase líquida y pasar al estado de vapor.

f) Elevada constante dieléctrica.

Por tener moléculas dipolares, el agua es un gran medio disolvente de compuestos iónicos, como las sales minerales, y de compuestos covalentes polares como los glúcidos.
Las moléculas de agua, al ser polares, se disponen alrededor de los grupos polares del soluto, llegando a desdoblar los compuestos iónicos en aniones y cationes, que quedan así rodeados por moléculas de agua. Este fenómeno se llama solvatación iónica.

g) Bajo grado de ionización.

De cada 107 de moléculas de agua, sólo una se encuentra ionizada.
H2O---} H3O+ + OH-

Esto explica que la concentración de iones hidronio (H3O+) y de los iones hidroxilo (OH-) sea muy baja. Dado los bajos niveles de H3O+ y de OH-, si al agua se le añade un ácido o una base, aunque sea en poca cantidad, estos niveles varían bruscamente.

Un ion hidrogeno se disocia de su átomo de oxigeno de la molécula (unidos por enlace covalente), y pasa a unirse con el átomo de oxígeno de la otra molécula, con el que ya mantenía relaciones mediante el enlace de hidrógeno.

Como vemos, el agua no es un líquido químicamente puro, ya que se trata de una solución iónica que siempre contiene algunos iones H3O+ y OH- . (Se utiliza el símbolo H+, en lugar de H3O+).

El producto [H+]·[OH-]= 10-14, se denomina producto iónico del agua, y constituye la base para establecer la escala de pH, que mide la acidez o alcalinidad de una disolución acuosa , es decir, su concentración de iones [H+] o [OH-] respectivamente.

Definimos el pH como:
pH=-log[H+]

El pH del agua es 7 y lo consideramos neutro. Valores mayores serán básicos o alcalinos y valores menores ácidos.