ispersiones acuosas

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DISPERSIONES ACUOSAS

Fisicoquímica de las dispersiones acuosas. Difusión, ósmosis y diálisis.

Introducción. Propiedades de las disoluciones verdaderas, ósmosis, estabilidad del grado de acidez o pH, disoluciones o disoluciones amortiguadoras.

Osmosis y presión osmótica. Mantenimiento de concentraciones osmóticas adecuadas. Diálisis y difusión.

Propiedades de las dispersiones coloidales, formas sol y gel. Separación por diálisis

Introducción: Disoluciones y dispersiones coloidales

Los líquidos que están presentes en el interior del organismo constituyen el medio interno son de gran importancia porque en ellos tienen lugar las reacciones

características de los procesos vitales. Estos líquidos son dispersiones o mezclas homogéneas de moléculas distintas. En ellas se diferencian dos partes:

·Fase dispersante o disolvente que es el componente que se encuentra en mayor cantidad, suele ser el agua (dispersiones acuosas).

·Fase dispersa o soluto es el componente que se encuentra en menor cantidad, pueden ser moléculas de diferentes tamaños, con distintos pesos moleculares.

Las dispersiones se clasifican según el tamaño del soluto en dos tipos:

1. Dispersiones moleculares o disoluciones verdaderas: Cuando las moléculas de la fase dispersa tienen diámetros inferiores a 5 nm (tb 10-7 cm), son de pequeño peso molecular como sales, compuestos orgánicos sencillos como aminoácidos, monosacáridos etc. Son transparentes y no sedimentan.

2- Dispersiones coloidales o coloides: Cuando las moléculas de la fase dispersa tienen un diámetro que oscila entre 5 y 200 nm (1 y 100 nm), tienen pesos moleculares elevados como por ejemplo proteínas, ácidos nucléicos y polisacáridos. Son transparentes aunque al trasluz presentan turbidez y reflejan y refractan la luz que incide sobre ellas.

Los coloides son mezclas que se encuentran en un punto límite entre la disolución y la mezcla grosera y no pueden atravesar las membranas semipermeables.

Propiedades de las disoluciones verdaderas, ósmosis, estabilidad del grado de acidez o pH, disoluciones o disoluciones amortiguadoras.

1- Difusión

Proceso por el cual moléculas de gas o líquido tienden a repartirse homogéneamente en otro fluido, al ponerlos en contacto. Por ejemplo la entrada de oxígeno en el agua y la de vapor de agua que humedece el aire.

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2- Osmosis y presión osmótica. Mantenimiento de concentraciones osmóticas adecuadas. Diálisis y difusión. O 54

En las células vivas, las membranas se pueden comportar como semipermeables (dejan pasar el agua, pero no el soluto), separando dos disoluciones o medios: el extracelular y el intracelular.

-Se llama osmosis al paso exclusivamente del disolvente (agua en la materia viva) a través de membranas semipermeables entre dos disoluciones de distinta concentración, desde la solución más diluida hacia la más concentrada, hasta igualar las concentraciones. Conforme una pierde agua, aumenta su concentración. Conforme la otra gana agua disminuye su concentración, hasta que se igualan.

La ósmosis tiene gran importancia en la absorción de grandes cantidades de agua por las raíces y el paso a través de las membranas celulares.

-Las soluciones separadas por una membrana semipermeable se llaman isotónicas, si tienen la misma concentración. Hipertónica, a la de mayor concentración con respecto a la otra. Hipotónica, a la de menor concentración con respecto a la otra.

Para evitar ese paso de agua habría que aplicar una presión llamada PRESIÓN OSMÓTICA, tanto más intensa cuanto mayor es la diferencia de concentraciones.

Hay que tener en cuenta que son conceptos relativos, Un caldo puede ser hipertónico en relación al agua pura pero hipotónico en relación al agua del mar.

En realidad, el agua puede atravesar la membrana libremente, en las dos direcciones, y de hecho así lo hace, pero la cantidad que circula en ambos sentidos es distinta: pasa más agua de la disolución más diluida a la más concentrada, que la que circula en sentido contrario.

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FENÓMENOS OSMÓTICOS- Según el medio en el que las células estén situadas se dan tres situaciones:

a)Medio isotónico: no hay fenómenos osmóticos, sino de simple difusión ya que la Pos = 0.

b) Hipotónico: si el medio es menos concentrado, el agua penetra en la célula y

la célula se hincha

(TURGENCIA), pudiendo estallar (en el caso de células vegetales la pared de celulosa lo impediría), c) Hipertónico: Si el medio exterior a la célula es más concentrado, el agua sale de la célula hacia el exterior. Se da pérdida de agua y deshidratación (PLASMOLISIS).

Hay que mantener una concentración dentro de la célula igual a la de fuera para que no haya entrada ni salida de agua, que provoquen los fenómenos osmóticos peligrosos. Las

sales minerales participan en este equilibrio. Hay que tener en cuenta que en las células la concentración interna está determinada, no sólo por las sales, sino también por las macromoléculas orgánicas en disolución.

En el caso de los

eritrocitos, la turgencia produce

hemólisis o destrucción de la célula.

Al margen de lo apuntado, las células tienen en sus membranas sistemas de transporte para que los solutos (sales, alimentos etc.) puedan atravesarla.

a- isotónico

ESTADO NATURAL

b- hipotónico TURGENCIA

c- hipertónico

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3- Estabilidad del grado de acidez o pH disoluciones o disoluciones amortiguadoras.

Los líquidos biológicos intracelulares y extracelulares mantienen constante el pH. El pH debe mantenerse más o menos constante y próximo a la neutraliad (en la materia viva es ligeramente alcalino -en sangre 7,4). Esto es crucial con dos objetivos

fundamentalmente:

a)preservar la estabilidad del estado coloidal propio de la materia viva pues muchas biomoléculas no podrían funcionar.

b)permitir la correcta actividad de las enzimas, pues un cambio de pH inadecuado produce graves trastornos.

Sin embargo, en el metabolismo se producen continuamente sustancias que alteran ese pH y, para neutralizar esas oscilaciones, los seres vivos han desarrollado a lo largo de la evolución los llamados sistemas tampón, buffer o AMORTIGUADORES, unas sales minerales disueltas cuya finalidad es mantener el pH constante.

Repaso: DISOCIACIÓN DEL AGUA Y CONCEPTO DE pH

Las DISOLUCIONES AMORTIGUADORAS O SISTEMAS TAMPÓN están

compuestas por un ácido débil y su base conjugada como el tampón fosfato y el tampón bicarbonato. Actúan aceptando o dando H+ para compensar el exceso o el déficit.

El sistema tampón bicarbonato está formado por el ácido carbónico H2CO3 y por el ión

monohidrógeno carbonatoHCO3- (la base conjugada) en equilibrio.

H2CO3  H+ + HCO3-

Si en la célula aumenta la acidez la reacción se desplaza a la izquierda. Si disminuye la acidez se desplaza a la derecha, amortiguando las variaciones de acidez,

Estos iones son capaces de capturar el excedente de protones (H+) cuando el pH es

ácido en la disolución. Además son capaces de soltar protones a la disolución cuando el pH es básico. El ión CO32- captura el excedente de protones de una disolución y se

transforma en HCO3-. Incluso, puede adquirir más protones, formándose H2CO3. Cuando

el pH se hace más básico el ión HCO3- suelta los protones al medio, con lo que vuelve a

transformarse en CO32-.

El pH mide o es indicador de la acidez o basicidad de una disolución y viene determinado por la concentración de H+ en la misma.

En el agua líquida, además de las moléculas de agua (aisladas o agrupadas), existe una cierta proporción de moléculas disociadas en sus iones: H2O  H+ + OH

-En realidad, en el agua no existen protones (H+) libres o aislados, sino hidratados, en forma de

iones hidronio (H3O+), aunque por conveniencia se utilice el símbolo H+ para abreviar. Es decir,

sería más correcto escribir: 2 H2O  H3O+ + OH

-Se mide en una escala que va de 1 a 14:

pH = 7  neutralidad: [H+] = [OH-]

pH > 7  basicidad: baja [H+]

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El sistema tampón fosfato realiza la misma función en el medio interno celular.

HPO42- + H+  H2PO4

-Cuando tomamos bicarbonato sódico HNaCO3 para la acidez de estómago, estamos

aplicando este fenómeno.

a)el H2CO3 es capaz de disociarse con facilidad, dando H+ :

H2CO3  H+ + HCO3-

b)el HNaCO3 (en solución en la materia viva aparece ionizado) es capaz de aceptar

H+ :

HNaCO3 + H-OH  H2CO3 + NaOH

Hay acidez por aumento de la [H+] y los H+ excedentes son neutralizados por el ión

bicarbonato HCO3- para formar H2CO3. Este ácido es muy inestable y enseguida se

disocia dando H2O y CO2 (sustancias que no modifican el pH y causa eruptos).

Algunas proteínas también actúan como amortiguadores dentro y fuera de la célula.

Propiedades de las dispersiones coloidales, formas sol y gel. Separación por diálisis

La importancia de las disoluciones coloidales se debe al hecho de que el 90% de la

materia viva se encuentra en estado coloidal (macromolecular), siendo el agua el medio en que están dispersas las partículas de tamaño coloidal (macromoléculas).

1- Las dispersiones coloidales pueden presentarse en dos estados físicos:

-SOL cuando tienen aspecto fluido. Son coloides diluidos (plasma sanguíneo) -GEL cuando tienen aspecto semisólido o gelatinoso(masa cerebral, tegumentos).

El paso de sol a gel siempre es posible. Ocurre por la simple adición de electrolitos, por aumento de la temperatura, por pérdida de agua o por un brusco cambio de pH.

En este caso, las partículas tienden a coalescer, es decir, a formar (agregados).

Si la variación de estos factores ambientales sobrepasa ciertos límites se produce un fenómeno de coagulación, que ya es irreversible; en este caso se habla de

desnaturalización del coloide (caso de gelificación extrema).

b)Que un gel pase a sol, no siempre es posible y se da por la pérdida de electrolitos, por descenso de la temperatura o por adición de agua.

El citosol de la periferia de la célula presenta forma de gel. Para emitir prolongaciones (pseudópodos), suele pasar a estado de sol, para el movimiento ameboide y la fagocitosis.. El interior está en forma de sol.

Esta particularidad es de gran valor biológico para que los líquidos orgánicos puedan adquirir determinadas cualidades en cuanto a viscosidad, elasticidad, resistencia, etc.

HPO42- / H2PO4-

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2- Propiedad de absorción (diálisis):

En el caso de la diálisis, la membrana semipermeable puede ser atravesada por el agua y también por moléculas de soluto de baja masa molecular a favor de gradiente, es decir, desde donde hay más concentración de ellas a donde hay menor. De esta manera se puede lograr la separación por diálisis

que consiste en la separación de moléculas, según su tamaño, a través de una membrana semipermeable cuyo tamaño de poro permite sólo el paso de pequeñas moléculas y, con ello, la separación de las macromoléculas.

La membrana celular actúa así selectivamente al

impedir la salida de las partículas coloidales más grandes (proteínas, polisacáridos, enzimas, etc.) y permitir, sin embargo, el intercambio de sales y solutos de pequeño tamaño. Este fenómeno tiene una aplicación importante en enfermos con insuficiencia renal para eliminar las moléculas tóxicas de la sangre que el riñón no elimina, como la urea. Es la HEMODIÁLISIS, que permite separar la urea (molécula pequeña que hay que eliminar de la sangre), sin alterar la concentración de las grandes proteínas de la sangre que no conviene perder. Mira el proceso en la pág. 55 del libro.

Complemento

-Propiedad de adsorción o atracción que tiene la superficie de un sólido por moléculas de líquido o gas. debido a ello se une E-S y Ag-Ac.

-Efecto de Tyndall Los coloides son transparentes aunque al trasluz presentan turbidez y reflejan y refractan la luz que incide sobre ellas. (efecto Tyndall).

A mediados del siglo XIX, el ingles John Tyndall demostró que la dispersión de la luz en la atmósfera era causada por las partículas en suspensión en el aire.

Este efecto lo utilizamos para diferenciar, una disolución o solución verdadera de una dispersión coloidal. Si cuando un rayo de luz que atraviesa un líquido con partículas en suspensión invisibles al ojo, es dispersado, estamos en presencia de un coloide. Si el rayo de luz no experimenta ninguna dispersión, el líquido es

una disolución o una solución verdadera.

Ejemplos de coloides:

Vino, Sidra, Cerveza, Licores, Jugos de frutas

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-Propiedad cinética (Movimiento Browniano): Partículas están en movimiento constante en forma desordenada, en zigzag constante.Descubierta por Robert Brown al observar que los granos de polen suspendidos en el agua tienen ese movimiento, deduce se mueven al ser bombardeadas por partículas del medio.

-Las partículas del coloide no sedimentan pero precipitan por ultracentrifugación.

-Las partículas coloidales muestran una elevada capacidad de adsorción, favoreciendo la atracción entre moléculas que han de reaccionar en los procesos celulares (ejemplo: unión enzima-sustrato).

-Las moléculas coloidales, por otro lado, se mueven continuamente, impulsadas por el movimiento browniano del agua. Este movimiento aumenta la probabilidad de encuentro entre las moléculas reaccionantes.

-Según el estado de la fase dispersa, existen 2 tipos de dispersiones coloidales: 1- Suspensiones: Cuando las partículas de la fase dispersa son sólidas. 2- Emulsiones: Cuando las partículas de la fase dispersa son líquidas.

Según la afinidad entre el agua (f. dispersante) y las partículas de la fase dispersa se diferencian dos tipos de dispersiones coloidales:

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