UNIDAD II: Agua. ph. Soluciones Amortiguadoras.

Transcripción

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2 OBJETIVOS: 1. Conocer la estructura del agua. 2. Conocer las funciones del agua. 3. Describir las propiedades del agua. 4. Definir el ph y estudiar su importancia. 5. Resolver e interpretar ejercicios de ph. 6. Conocer las soluciones amortiguadoras (buffer) y su importancia.

3 Resumen:

4 Aspectos Generales:

5 Contenido acuoso de diferentes organismos: Algas Caracol Crustáceos Espárragos Espinacas Estrella mar Persona adulta Hongos Lechuga Lombriz Maíz Medusa Pino Semilla Tabaco Trebol Organismo % agua Tejido % agua Líq. cefalorraquídeo Sangre (plasma) Sangre (Gl. rojos) Tej. nervioso (s.gris) Tej. nervioso (Médula) Tej. nervioso (s.blanca) Músculo Piel Hígado Tej. conjuntivo Hueso (sin medula) Tej. adiposo Dentina

6 Distribución corporal: Este contenido se mantiene constante por el equilibrio entre ingresos y pérdidas. Los ingresos diarios en un hombre con dieta mixta, actividad física moderada y que habite en clima templado son de 2,5 litros. Recomendación: 8 vasos de 250 ml al día = 2000 ml = 2 L.

7 Cuál es la estructura del agua? El agua es un compuesto que está constituido por dos átomos de hidrógeno unidos a un átomo de oxígeno. Los enlaces hidrógeno oxígeno son covalentes, dado que comparten un par electrónico.

8 Estructura del agua:

9 Estructura del agua: La molécula de agua aunque tiene una carga total neutra (igual número de protones que de electrones ), presenta una distribución asimétrica de sus electrones, lo que la convierte en una molécula POLAR. Alrededor del oxígeno se concentra una densidad de carga negativa, mientras que los núcleos de hidrógeno quedan desnudos, desprovistos parcialmente de sus electrones y manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva.

10 Puentes de hidrógeno: Se establecen interacciones dipolo-dipolo entre las propias moléculas de agua, formándose enlaces o puentes de hidrógeno, la carga parcial negativa del oxígeno de una molécula ejerce atracción electrostática sobre las cargas parciales positivas de los átomos de hidrógeno de otras moléculas adyacentes.

11 Puentes de hidrógeno:

12 Puentes de hidrógeno: Puentes de hidrógeno cooperativos

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14 Estados del agua: Congelación Evaporación

15 Propiedades del agua: 1. Acción disolvente: El agua es el líquido que más sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal. Esta propiedad, tal vez la más importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias, que pueden ser: Polares Iónicas Anfipáticas

16 Propiedades del agua: 1. Acción disolvente: En el caso de las disoluciones iónicas los iones de las sales son atraídos por los dipolos del agua, quedando "atrapados" y recubiertos de moléculas de agua en forma de iones hidratados o solvatados.

17 Propiedades del agua: 1. Acción disolvente: En el caso de las moléculas anfipáticas la interacción ocurre con la región polar o hidrofílicas. Grupo hidrofóbico Grupo hidrofílico

18 Propiedades del agua: 2. Elevada fuerza de cohesión: Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Explica la: Tensión superficial. Al no poder comprimirse el agua puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático.

19 Propiedades del agua: 3. Elevada fuerza de adhesión: Esta fuerza está también en relación con los puentes de hidrógeno que se establecen entre las moléculas de agua y otras moléculas polares y es responsable, junto con la cohesión del llamado fenómeno de la capilaridad. Por qué el agua moja?

20 Propiedades del agua: 4. Gran calor específico: El agua puede absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza para romper los puentes de hidrógeno, por lo que la temperatura se eleva muy lentamente. Esto permite que el citoplasma acuoso sirva de protección ante los cambios de temperatura, así se mantiene la temperatura constante. También permite regular la temperatura en ambientes costeros.

21 Propiedades del agua: 5. Elevado calor de vaporización: Para evaporar el agua, primero hay que romper los puentes y posteriormente dotar a las moléculas de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa. Para evaporar 1 gramo de agua se precisan 540 calorías, a una temperatura de 20ºC. Esta propiedad del agua protege frente a la deshidratación y proporciona un mecanismo para refrigerarnos mediante el sudor.

22 Propiedades del agua: 6. Menor densidad a 0ºC y mayor densidad a 4ºC: El agua alcanza su mayor densidad a los 4ºC y si la temperatura disminuye aun más, la densidad se hace menor (porque se produce una expansión). Esto sucede porque la red cristalina formada separa más las moléculas de agua entre sí, sin que se pierdan los puente de hidrógeno. Todo esto hace que el hielo tenga una densidad 10% menor que la del agua, razón por la cual flota.

23 Propiedades del agua: 6. Menor densidad a 0ºC y mayor densidad a 4ºC: Al congelarse el agua desde la superficie hacia el fondo se preserva la vida en los ambientes muy fríos.

24 Propiedades del agua: 7. Elevada constante dieléctrica: La constante dieléctrica es la propiedad que permite que una sustancia mantenga separados a los electrolitos. 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 (solvatación iónica).

25 Propiedades del agua: 7. Elevada constante dieléctrica: El agua tiene una de las constantes dieléctricas más elevadas. La consecuencia de lo anterior, es que moléculas o partículas cargadas eléctricamente son fácilmente disociadas en presencia de agua. Esto quiere decir que el agua es muy buena conductora de electricidad porque las corrientes eléctricas se expanden con gran facilidad.

26 Propiedades del agua: 8. Baja capacidad de ionización: El agua pura tiene la capacidad de disociarse en iones, por lo que en realidad se puede considerar una mezcla de : agua molecular (H 2 O ) protones hidratados (H 3 O + ) e iones hidroxilo (OH - ) De cada 10 7 de moléculas de agua, sólo 1 se encuentra ionizada. H +

27 Propiedades del agua: 8. Baja capacidad de ionización: La disociación es muy débil en el agua pura. La autoionización del agua se puede representar mediante las siguientes reacciones: H 2 O H + + OH - 2 H 2 O H 3 O + + OH - La expresión de la constante de equilibrio para esta reacción se expresa como: [H 2 O] Y así el producto iónico del agua (K W ) a 25ºC es:

28 Ósmosis: Es un tipo de difusión pasiva caracterizada por el paso del agua (disolvente) a través de la membrana semipermeable desde la solución más diluida (hipotónica) a la más concentrada (hipertónica), esto continuará hasta que las dos soluciones tengan la misma concentración (isotónicas o isoosmóticas).

29 Propiedades organolépticas del agua: El agua pura es incolora, inodora e insípida. No obstante, en el medio natural el agua dista mucho de ser pura y presenta unas propiedades específicas que afectan a los sentidos. Estas propiedades se denominan propiedades organolépticas y afectan al gusto, al olor, al aspecto y al tacto, distinguiéndose: temperatura, sabor, olor, color y turbidez.

30 Agua en los alimentos:

31 Funciones del agua: Las funciones del agua se relacionan íntimamente con las propiedades anteriormente descritas. Se podrían resumir en los siguientes puntos: Soporte o medio donde ocurren las reacciones metabólicas. Amortiguador térmico. Transporte de sustancias. Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos. Favorece la circulación y turgencia. Da flexibilidad y elasticidad a los tejido. Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo, aportando hidrogeniones o hidroxilos al medio.

32 Funciones del agua en los alimentos:

33 Qué es el ph? Los valores de [H + ] para la mayoría de las soluciones son demasiado pequeños y difíciles de comparar, de ahí que Sören Sörensen en 1909 ideó una forma más adecuada de compararlas. El ph que no es más que la forma logarítmica de expresar las concentraciones de Hidrogeniones. ph: término (del francés pouvoir hydrogène, 'poder del hidrógeno') el ph también se expresa a menudo en términos de concentración de iones hidronio.

34 Qué es el ph? ph = - log 10 [H + ] La letra p denota logaritmo negativo de. El ph es el grado de acidez o de basicidad de una sustancia, es decir la concentración de iones de H + en una solución acuosa.

35 Escala de ph: La escala de ph permite conocer el grado de acidez o de basicidad de una sustancia. La escala de ph se establece en una recta numérica que va desde el 0 hasta el 14.

36 Escala de ph: 2,9-3,3 3,0-3,5 6,6-6,9

37 Escala del ph: El número 7 corresponde a las soluciones NEUTRAS. El sector izquierdo de la recta numérica indica ACIDEZ, hacia la derecha del 7 las soluciones son BÁSICAS o alcalinas. [H + ] > [OH - ] [H + ] = [OH - ] [H + ] < [OH - ] ácido neutro básico

38 Escala del ph: [H + ] > [OH - ] [H + ] = [OH - ] [H + ] < [OH - ] ácido neutro básico Ejemplos: [H + ] = 1x 10-2 M [OH - ] = 1x M ph = 2 [H + ] = 1x 10-7 M [OH - ] = 1x 10-7 M ph = 7 [H + ] = 1x M [OH - ] = 1x 10-2 M ph = 12 También se pueden utilizar las siguientes fórmulas: poh = - log 10 [OH - ] ph + poh = 14

39 Cómo se mide el ph? En los laboratorios se emplean numerosos dispositivos de alta tecnología (phmetros) para medir el ph. Una manera muy fácil en la que se puedes medir el ph es usando una tira de papel tornasol. Papel tornasol phmetro portátil

40 Ácidos y Bases: Según la Teoría de Brösnted y Lowry: ÁCIDO: Es una sustancia capaz de ceder protones (H + ) y genera una base conjugada. BASE: Es una sustancia capaz de aceptar protones (H + ) y genera un ácido conjugado.

41 Ácidos y Bases: ÁCIDO: HCl + H 2 O Cl - + H 3 O + Ácido Clorhídrico (Ácido) Agua (Base) Ión cloruro (Base Conjugada) Hidrogenión (Ácido Conjugado)

42 Ácidos y Bases: BASE: H H N H NH 3 + H 2 O NH OH - Amoniaco Agua Ión amonio Hidroxilo (Base) (Ácido) (Ácido Conjugado) (Base Conjugada)

43 Ácidos y Bases: Ácido Base En estas reacciones el agua puede actuar como ÁCIDO o como BASE, dependiendo con qué sustancia reaccione. Por lo tanto, el agua es una molécula ANFÓTERA.

44 Ácido Fuerte: Es un ácido que al disolverse en agua se disocia o ioniza completamente. 100% HCl + H 2 O Cl - + H 3 O + Ácido Débil: Es un ácido que cuando es disuelto en agua se disocia o ioniza parcialmente. 25% CH 3 COOH + H 2 O CH 3 COO - + H 3 O + Ácido acético Ión acetato Ej.: Ácido clorhídrico: HCl Ácido nítrico: HNO 3 Ácido Sulfúrico: H 2 SO 4 Ej.: La fuerza de los ácidos NO depende de su concentración, sino de su naturaleza. Ácido acético: CH 3 COOH Ácido carbónico: H 2 CO 3 Ácido fosfórico: H 3 PO 4

45 Base Fuerte: Es una base que cuando se disuelve en agua se disocia completamente. 100% NaOH + H 2 O Na + + OH - Base Débil: Es una base que al disolverse en agua se disocia o ioniza parcialmente. Ej.: Hidróxido de sodio: NaOH Hidróxido de potasio: KOH Ej.: La fuerza de las bases NO depende de su concentración, sino de su naturaleza. 25% Amoníaco: NH NH 3 + H 2 O NH OH - 3 Metilamina: NH 2 CH 3

46 Constantes de disociación de ácidos y bases: La constante de ionización o de disociación de un ácido (K a ) ó una base (K b ) se emplea como una medida cuantitativa de la fuerza del ácido ó la base en la solución acuosa. - K a = 1,8 x 10-5 K b = 1,8 x 10-5

47 Constantes de disociación de ácidos y bases:

48 Constantes de disociación de ácidos y bases:

49 Problemas de ÁCIDOS y BASES: Para la resolución de los ejercicios con ácidos y bases se utilizarán además las siguientes formulas: Para ácidos débiles: [H + 2 ] = [ácido] x K a Para bases débiles: [OH - 2 ] = [base] x K b

50 Soluciones Amortiguadoras o Buffer: Los amortiguadores son sistemas acuosos que tienden a resistir los cambios en el ph cuando se les agregan pequeñas cantidades de ácido (H + ) o base (OH - ). Un sistema amortiguador consiste de un ácido débil (dador de protones) y su base conjugada (aceptor de protones). Par buffer (Ácido) CH 3 COOH / CH 3 COO - (en laboratorio) Par buffer (Básico) NH 3 / NH 4 + H 2 CO 3 / HCO 3 - (buffer fisiológico)

51 Soluciones Amortiguadoras o Buffer: El agua NO es un Buffer. La concentración de iones hidronio (H 3 O + ) y de los iones hidroxilo (OH - ) es muy baja en el agua pura. Dado los bajos niveles de H 3 O + y de OH -, si al agua se le añade un ácido o una base, aunque sea en poca cantidad, estos niveles varían bruscamente. HCl Ácido H 2 O H 2 O H 2 O H 2 O H 3O + H 2 O H 3 O + H 2 O H 3 O + OH - H 2 O H 2 O H 2 O Cl - H 3 O + H 3 O + H 2 O H 3 O + Agua pura ph= 7 ph= 2 Cl - H 2 O Cl - H 3 O +

52 Soluciones Amortiguadoras o Buffer: En el caso de un Buffer Ácido, como el par ÁCIDO ACÉTICO / ACETATO, al añadir un ácido (H + ) ocurre lo siguiente: Reaccionará el componente básico del buffer (el ión acetato) HCl Ácido H + CH 3 COOH CH 3 COO - CH 3 COOH CH 3 COO - H 2 O H CH 3 COOH CH 3 COO - 2 O CH 3 COOH CH 3 COO - CH 3 COOH CH 3 COO - + H + CH 3 COOH CH 3 COO - H 2 O CH 3 COOH H 2 O CH 3 COOH CH 3 COO - + H + CH 3 COOH CH 3 COO - CH3 COOH Buffer HAc / Ac - ph= 4,5 ph= 4,2

53 Soluciones Amortiguadoras o Buffer: En el caso de un Buffer Ácido, como el par ÁCIDO ACÉTICO / ACETATO, al añadir una base (OH - ) ocurre lo siguiente: Reaccionará el componente ácido del buffer (el ácido acético) NaOH Base OH - CH 3 COOH CH 3 COO - CH 3 COOH + OH - CH 3 COO - H 2 O H 2 O H 2 O CH 3 COO - + H 2 O CH 3 COOH CH 3 COO - CH 3 COOH + OH - CH 3 COO - H 2 O CH 3 COOH CH 3 COO - CH 3 COOH CH 3 COO - CH 3 COOH CH 3 COO - CH 3 COO - + H 2 O CH 3 COOH CH 3 COO - Buffer HAc / Ac - ph= 4,5 ph= 4,8

54 Soluciones Amortiguadoras o Buffer: En nuestro organismo trabajan diferentes buffer. Uno de los más importantes es el par ÁCIDO CARBÓNICO / BICARBONATO, que mantiene el ph de la sangre en el rango de 7,35 7,45. Anhidrasa carbónica Ácido carbónico Bicarbonato La HEMOGLOBINA también tiene la capacidad de actuar como buffer.

55 Soluciones Amortiguadoras o Buffer: El ph de una solución amortiguadora se puede conocer mediante la Ecuación de HENDERSON-HASSELBALCH. En el caso del buffer fisiológico bicarbonato/ácido carbónico, se cumple lo siguiente: ph sangre: 7,4 (rango: 7,35 7,45)

56 Efecto Bohr: Tejido Transporte de CO 2 y el efecto Bohr Intercambio de cloruro Cl - Anhidrasa carbónica