DEPARTAMENTO DE FÍSICA

Transcripción

1 CAPAS MOLECULARES DEPARTAMENTO DE FÍSICA 1. INTRODUCCIÓN El político, científico e inventor estadounidense Benjamín Franklin ( ) se había percatado que algunos navíos no se movían por la acción del viento supuestamente por los líquidos grasientos que vertían al mar los cocineros, explicación dada por los navegantes y que satisfacer a la mayoría. Hacia 1773 notó que una cucharita de aceite de oliva (aproximadamente 5 cm 3 ) cubría medio acre de la superficie de un estanque (aprox m 2 ) y supuso que si el aceite estuviera compuesto por pequeñas partículas irreductibles, entonces, sólo podrían extenderse hasta que formaran una sola capa sobre la superficie del agua (monocapa). Del análisis de ésta sencilla experiencia, efectuado en el siglo XVIII, se puede obtener, entre otros, una escala razonable del tamaño celular, o reducir la velocidad de evaporación en los cuerpos de agua (los químicos aplican una delgada capa de cierto material inerte sobre su superficie) entre otras cosas. El aceite no siempre forma monocapas, puede formar bicapas; esto se debe a que los triglicéridos (trioleína) del aceite tienen un polo hidrofílico (i.e. afinidad por el agua) y otro hidrofóbico (no es miscible con el agua) que determinan su orientación en el medio ambiente. Por ejemplo: en la interfase agua-aire, el extremo hifrofílico se orienta hacia el agua y el hidrofóbico hacia el aire (forma la monocapa), en la interfase agua-agua, las moléculas que componen el aceite se ven obligadas a formar una doble capa por el antagonismo simultáneo de los extremos hidrofílicos e hidrofóbicos respecto al agua: el resultado es una bicapa lipídica mantenida por la presión que ejerce el agua sobre esas dos mitades. Desde el punto de vista electrostático esta conformación obedece a la configuración de menor energía potencial del sistema. Si las interfases acuosas están representadas por los líquidos extracelular y el intracelular se consigue la bicapa lipídica, la estructura básica de la membrana celular 1. 1 El experimento que lo demuestra fue realizado en 1925 en el laboratorio de Evert Gorter, reconocido pediatra e investigador de los fenómenos físicos y químicos de superficie (Holanda, ) al concluir 1

2 2. PREGUNTA DESEQUILIBRANTE Cuál es el orden de magnitud de una molécula? la dimensión, el tamaño medio de una molécula- 3. PREGUNTAS GENERADORAS a. Se puede comparar una molécula de aceite con un pequeño alambre o cilindro muy delgado?, en qué términos? b. Cómo se define el número de Avogadro?, para qué sirve? c. Halle una estimación del número de Avogadro a partir del tamaño de las moléculas de agua provenientes de los cálculos de B. Franklin? (cubos de 2,5 nm de lado) d. Cuál es el volumen ocupado por una molécula de agua? (suponga que ocupa cubos) e. Cuáles son las propiedades relevantes físico-químicas y cuál la estructura molecular del ácido oleico? 4. PROTOCOLO 2 Los materiales que se proporcionan: Cubeta de ondas, beaker, solución de ácido oleico 3 en alcohol, polvo de licopodio en un recipiente con cedazo, regla, probeta, goteros, alcohol. que la superficie de los lípidos extraídos de células de mamíferos -como si fuesen dispuestos en una monocapa- era dos veces mayor que la superficie de las células; la doble capa lipídica fue la explicación más simple, razonamiento fiel al Principio de la Parsimonia o de La Navaja de Ockham. 2 Fotos tomadas por el Dr. A. Leyva. 3 El ácido oleico es un ácido orgánico graso, que se encuentra en el aceite de oliva. 2

3 Se coloca sobre una cubeta muy limpia nivelada, agua hasta completar una altura aproximada de 1 cm de altura. Dado que se tiene dificultad para conseguir polvo de licopodio, el jefe de laboratorios lo esparcirá sobre la cubeta con agua. Se coloca sobre el polvo de licopodio y en la parte central del mismo una gota muy diluida de ácido oleico en alcohol 4. Inmediatamente se formará un círculo cuyo perímetro estará demarcado por el licopodio, como se muestra en la figura. 4 La solución ha sido preparada con dos soluciones: La primera: 95 cm 3 de alcohol + 5 cm 3 de ácido oleico puro. La segunda: 5 cm 3 de la solución anterior + 45 cm 3 adicionales de alcohol. 3

4 Rápidamente y teniendo el cuidado de no mover la mesa, ni dejar agitar el agua, se mide el diámetro del círculo, cuantas veces se pueda, en diferentes orientaciones de la regla, siempre que éste se mantenga mas o menos con la misma geometría. Se promedian los datos para determinar el diámetro como el área aproximada del circulo. Para determinar el volumen de ácido oleico que se colocó en la cubeta, se debe conocer el volumen de la solución que se depositó. Una forma de determinarlo es contar las gotas, de igual tamaño, que hay por ejemplo en 1 ml. Se coloca sobre el polvo de licopodio, una gota de alcohol, como se muestra en la figura, para notar la diferencia en el comportamiento del líquido en la superficie del agua. 5. PREGUNTAS ORIENTADORAS 5 a. Existe alguna diferencia al colocar la gota diluida de ácido oleico o al colocar la gota de alcohol? b. Cuál es el volumen de la gota de solución que se depositó sobre el polvo de licopodio? 5 Recomendación, emplear teoría de propagación del error. 4

5 c. Cuál es el volumen de ácido oleico depositado en la cubeta? d. Cuál es el espesor de la película que se formó sobre el agua 6? DEPARTAMENTO DE FÍSICA e. Cuál es el orden de magnitud del tamaño de la molécula de ácido oleico 7? f. Cuál es el número de moléculas de ácido oleico que se encuentran en una sola gota de solución? g. Cuál es la masa de la molécula de este aceite? h. Se puede determinar el número de Avogadro con la información anterior? Agradecimientos: A las señoras Martha Quintero y a Mercedes Pardo por su amable colaboración. 6 Suponga que la película de aceite obtenida y observada en el laboratorio es en efecto mono-molecular (monocapa). 7 Suponga la molécula cilíndrica o esférica, dependiendo de la suposición. 5