Aspectos fisicoquímicos del funcionamiento
celular 2.2. Agua
Introducción
Es uno de los compuestos más abundantes en la tierra ï‚¢ Los primeros indicios
de vida han sido registrados en los océanos primitivos
ï‚¢ Es el medio en el que ocurren la mayoría de los procesos celulares
ï‚¢
2.2.1.Propiedades fisicoquímicas del
agua
Es considerado el disolvente universal porque disuelve moléculas iónicas y
polares. Tiene una constante dieléctrica de 80.
La constante dieléctrica hace referencia a la capacidad que tiene un solvente de separar iones.
Propiedades fisicoquímicas del agua
Los dos átomos de hidrógeno y el átomo de oxígeno del
agua, forman un tetraedro irregular con un ángulo de enlace de 104.5 ° ( cercano a 109.5° del
C). El enlace covalente polar O-H mide 0.0965 nm y tiene una energía de
disosiación de 470 KJ/mol
Puentes de hidrógeno
Atracción electrostática entre el átomo de oxígeno de una molécula de agua y el
átomo de hidrógeno de otra molécula de agua.
El arreglo casi tetraédrico de los orbitales cerca del átomo de
oxígeno, permite formar puentes de hidrógeno hasta con 4 moléculas de agua
vecinas. Agua (l) forma en promedio 3.4 puentes de hidrógeno
Propiedades fisicoquímicas del agua
Entre sus propiedades se encuentran un elevado punto de fusión y de ebullición.
Presenta una alta densidad a 4 sC y después disminuye.
Presenta un alto calor de vaporización (539 cal/g), un elevado calor de fusión
(80 cal/g) y un alto calor específico(1 cal/g) Calor
específico: energía necesaria para incrementar en una unidad de temperatura una
cantidad de sustancia
2.2.1 Soluciones acuosas
ï‚¢
Disolución: mezcla homogénea de dos o más sustancias (sin restricción en la
naturaleza de las moléculas.
Componente Componenete 1 2 Gas Gas Gas Líquido Sólido Sólido Gas Líquido Sólido
Líquido Líquido Sólido Edo de la disolución Gas Líquido Sólido Líquido Líquido
Sólido Ejemplos Aire Agua gaseosa H2 en paladio Etanol en agua NaCl en agua
Bronce (CU/Zn
Disoluciones
En función de sus capacidad para disolver un soluto, las disoluciones se
clasifican en: ï‚¢ Disolución saturada: Contiene la máxima cantidad de un
soluto que se disuelve en un disolvente particular, a una temperatura
específica. ï‚¢ Disolución no saturada: Contiene menos cantidad de soluto que
la que puede disolver ï‚¢ Disolución sobresaturada: Contiene más soluto que el
que puede haber en una disolución saturada.
ï‚¢
Disoluciones
Un soluto puede separarse de la solución sobresaturada de dos formas: La
cristalización es el proceso de formación de cristales, los cuales pueden ser
grandes y con una estructura definida.
La precipitación es el proceso por el que se forman partículas pequeñas y con
una estructura indefinida.
Visión molecular del proceso de disolución
Cuando una sustancia se disuelve en otra, las partículas de soluto se dispersan
en el disolvente Las partículas de soluto ocupan posiciones que estaban
ocupadas por moléculas dedisolvente La facilidad con la que una partícula de
soluto sustituye a una molécula de disolvente, depende de la fuerza relativa de
tres tipos de interacciones.
Interacción disolvente-disolvente Interacción soluto-soluto Interacción
disolvente-soluto
Visión molecular del proceso de disolución
Etapa 1
Etapa 2
DH1
DH2
Etapa 3
DH3
Etapa 1 y 2 son endotérmicas
Etapa 3 endotérmico o exotérmico
Atracción soluto-disolvente > disolvente-disolvente > soluto-soluto DH
< 0, proceso favorable, exótermico.
Solubilidad y disoluciones
La solubilidad es una medida de la cantidad de soluto que se disolverá en
cierto disolvente, a una temperatura específica.
Lo semejante disuelve a lo semejante
La solvatación es el proceso por el cual un ion o una molécula es rodeado por
moléculas de disolvente, distribuidas de una forma específica, cuando el
disolvente es agua, este proceso se denomina hidratación
Unidades de Concentración
La concentración de una solución es la cantidad de soluto presente en una
determinada cantidad de solución. Porcentaje masa (porcentaje
en peso o peso porcentual).
Relación de la masa de un soluto en la masa de
disolución, multiplicadpo por 100.
% de soluto = masa (volumen) soluto x 100
masa de la solución
masa de la solución = masa de soluto + masa de solvente
Unidades de Concentración
Molaridad Número de moles de soluto en un litro de
disolución.
Molaridad = moles de soluto litros de soluciónunidades son moles/L
Unidades de Concentración
Molalidad
Número de moles de soluto disueltas en un Kg de solvente
Molalidad = moles de soluto masa de disolvente (kg
unidades son moles/Kg
Unidades de Concentración
Normalidad
Número de equivalentes químicos en un litro de solución:
Normalidad = número de equivalentes químicos
litros de solución
Un equivalente químico es la cantidad de sustancia que se combina o desplaza a
un átomo gramo de hidrógeno. Como la valencia del hidrógeno es 1, también hace referencia a la valencia del
ión implicado.
Unidades de Concentración
Osmolaridad La osmolaridad hace referencia al número de partículas disueltas en
un litro de solución. Cuando una molécula no se
disocia, la osmolaridad es igual a la molaridad, mientras que en moléculas
disociables, corresponde a tantas veces la molaridad como número de
partículas que genera una molécula al disociarse. Una
solución o disolución de NaCl 0.1M nos daría 0.1 moles de Na+ y 0.1 moles de
Cl- por litro, siendo su osmolaridad 0.2.
Propiedades coligativas de las disoluciones
Son propiedades que dependen sólo del número de partículas de soluto
en la disolución y no de la naturaleza de las partículas de soluto.
ï‚¢Disminución
de la presión de vapor ï‚¢Aumento del punto de ebullición ï‚¢Disminución del
punto de congelación ï‚¢Presión osmótica
Disminución de la presión de vapor
Es la presión que ejercen las moléculas de un líquido para vencer la
presiónatmosférica y poder escapar en forma de vapor.
Depende de las interacciones que se dan entre las moléculas del líquido. La
presión de vapor de una disolución siempre es menor que la del disolvente
puro. Entropía. Cohesión
Elevación del punto de ebullición
Punto de ebullición: Temperatura a la cual la presión de vapor de una
disolución es igual a la presión atmosférica externa.
Es una consecuencia de la propiedad coligativa anterior.
Un ejemplo es el aumento del
punto de ebullición del
agua, cuando le agregamos café.
Disminución del punto de congelación
La tercera propiedad coligativa es la disminución del punto de
congelación que depende de la cantidad de soluto disuelto.
El ejemplo clásico es cómo podemos conservar congelado por
más tiempo el hielo cuando le agregamos sal.
Presión osmótica
Osmosis: paso selectivo de moléculas de disolvente a través de una membrana
porosa, desde una disolución diluida, hasta una de mayor concentración. La
presión osmótica es la presión que se requiere para detener la ósmosis.
p= MRT
Presión osmótica
Dos soluciones a la misma concentración, tienen la misma presión osmótica
(soluciones isotónicas). La disolución de mayor concentración es hipertónica y
la disolución más diluida es hipotónica.
En resumen
Los puentes de hidrógeno confieren al agua sus propiedades fisicoquímicas
extraordinarias: Punto de fusión Punto de ebullición Calor de vaporización
El agua forma puentes de hidrógeno con los solutos
El agua interacciona electrostáticamente con los solutos cargados
El agua disuelve a sales como el NaCl, mediante hidratación y estabilización de
los cationes y aniones, contrarrestanto su tendencia a asociarse en una red
cristalina.
2.2.3 Concepto de pH Reacción química
Proceso en el cual una sustancia (o sustancias) cambia para formar una o más
sustancias nuevas. Reactivos: Sustancias iniciales en una reacción química.
Productos: Sustancias formadas como resultado de una reacción
química. 2H2 + O2 Reactivos 2H2O Productos
2.2.3 Concepto de pH Reacción química
Pocas reacciones químicas proceden en una sola dirección, la mayoria son
reversibles al menos en cierto grado:
Equilibrio Químico: reacción en la que las velocidades de las reacciones en
dirección directa e inversa, se igualan y las concentraciones netas de
reactivos y productos permanecen constantes.
Las moléculas de agua tienen una ligera tendencia a ionizarse reversiblemente,
dando un ion hidrógeno y un ion hidroxilo.
2.2.3 Concepto de pH Constante de equilibrio
La constante de equilibrio es la expresión matemática de la ley de acción de
masas, que establece que para una reacción reversible en equilibrio y a una
temperatura constante, una relación determinada de reactivos y productos, tiene
un valor constante de K (la constante de equilibrio).
Si K es mucho mayor que 1, el equilibrio favorecerá a los
productos, por el contrario, favorecerá a los reactivos.
2.2.3Concepto de pH Constante de equilibrio
Principio de Le Chatelier Si se aplica una presión externa a un
sistema en equilibrio, el sistema se ajusta de tal manera que se cancela dicha
presión.
Factores que afectan el equilibrio químico
Cambios en la concentración
Cambios en el volumen y la presión (para reacciones en edo. Gaseoso) Cambios en
la temperatura (altera la constante de equilibrio)
Efecto de un catalizador
2.2.3 Concepto de pH Constante ionización del agua
El agua es un electrolito muy débil y, por tanto, un mal conductor de la
electricidad, pero experimenta una ligera ionización.
2.2.3 Concepto de pH El producto ionico del agua
La constante de equilibrio para la ionización del
agua puede expresarse como
Debido a que sólo una fracción muy pequeña de las moléculas de agua están
ionizadas, la concentración de agua, permanece sin cambio.
Así la constante de equilibrio de la reacción de ionización del agua, se le
conoce como constante del producto ionico (Kw), que es el producto de las
concentraciones de [H+] y [OH-], a una temperatura en particular. Kw= [H+] y
[OH-]
2.2.3 Concepto de pH El producto ionico del agua
En agua pura, a 25°C, las concentraciones de los iones son iguales y se
encuentra que [H+] = 1X10 –7 M y [OH-] = 1X10 –7 M Kw= [H+] [OH-] Kw= (1X10 –7)
(1X10 –7) = 1X10 –14 Siempre que [H+]=[OH-], se dice que ls disolución acuosa
es neutra. Cuando [H+]>[OH-], hay un exceso de iones H+ y la
solución es ácida
Cuando [H+]
