agua y ph texto bq2014 (autoguardado)

8/20/2019 Agua y PH Texto Bq2014 (Autoguardado)

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Bioquímica Orozco Hidalgo Immer

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Agua y pH

Composición química de los seres vivos.

Como se ha visto los seres vivos están caracterizados, entre otras cosas, por poseer una organización

celular, es decir que determinadas moléculas se organizan de una forma particular y precisa einteractúan entre sí para establecer la estructura celular. Así como las células son los ladrillos con losque se construyen los tejidos y los organismos, las moléculas son los bloques con que se construyen lascélulas.

Al estudiar químicamente estas moléculas observamos que las mismas están constituidas en un 98% porelementos tales como C, H, O, N, P y S; (el 2 % restante está representado por elementos como el Fe,Ca , Na, K, Cu, Mg, I, Cl. Etc.)La combinación de estos seis elementos puede dar lugar a la formación de millones de moléculasdistintas, sin embargo como veremos más adelante, la mayoría de los seres vivos está formado por unnúmero relativamente bajo de tipos de compuestos.Aquellos compuestos en cuya composición interviene el carbono se los denomina compuestosorgánicos; dentro de este grupo podemos mencionar a los monosacáridos , polisacáridos, aminoácidos,proteínas, lípidos, nucleótidos y ácidos nucleicos ( no son los únicos compuestos orgánicos que

existen, pero sí son la mayoría). Estos representan aproximadamente el 30% de la composiciónquímica de los seres vivos. El 70% lo constituye el agua. También encontramos algunos iones talescomo el Na, Fe, Ca, K, etc. en proporciones muy pequeñas.

Generalidades de la bioquímica.

La bioquímica es una ciencia que estudia la composición química de los seres vivos, especialmente lasproteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucléicos, además de otras pequeñas moléculas presentes enlas células y las reacciones químicas que sufren estos compuestos (metabolismo) que les permitenobtener energía (catabolismo) y generar biomoléculas propias (anabolismo). La bioquímica se basa enel concepto de que todo ser vivo contiene carbono y en general las moléculas biológicas estáncompuestas principalmente de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre. Es la cienciaque estudia la base química de la vida: las moléculas que componen las células y los tejidos, quecatalizan las reacciones químicas del metabolismo celular como la digestión, la fotosíntesis y la

inmunidad, entre otras muchas cosas. Podemos entender la bioquímica como una disciplina científicaintegradora que aborda el estudio de las biomoléculas y biosistemas. Integra de esta forma las leyesfísico-químicas y la evolución biológica que afectan a los biosistemas y a sus componentes. Lo hacedesde un punto de vista molecular y trata de entender y aplicar su conocimiento a amplios sectores dela Medicina (terapia génica y Biomedicina), la agroalimentación, la farmacología.La Bioquímica constituye un pilar fundamental de la biotecnología, y se ha consolidado como unadisciplina esencial para abordar los grandes problemas y enfermedades actuales y del futuro, tales comoel cambio climático, la escasez de recursos agroalimentarios ante el aumento de población mundial, elagotamiento de las reservas de combustible fósil, la aparición de nuevas formas de alergias, el aumentode cáncer, las enfermedades genéticas, la obesidad.

La bioquímica es una ciencia experimental y por ellorecurrirá al uso de numerosas técnicas instrumentales propias

y de otros campos, pero la base de su desarrollo parte delhecho de que lo que ocurre en vivo a nivel celular semantiene o conserva tras el fraccionamiento celular, y apartir de ahí, podemos estudiarla y extraer conclusiones.Es difícil abordar las historia de la bioquímica, en cuantoque, es una mezcla compleja de química orgánica y biología,

y en ocasiones, se hace complicado discernir entre loexclusivamente biológico y lo exclusivamente químicoorgánico y es evidente que la contribución a esta disciplina

http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_nucleicohttp://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lulahttp://es.wikipedia.org/wiki/Vidahttp://es.wikipedia.org/wiki/Tejido_(biolog%C3%ADa)http://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Digesti%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fotos%C3%ADntesishttp://es.wikipedia.org/wiki/Biomol%C3%A9culashttp://es.wikipedia.org/wiki/Biomol%C3%A9culashttp://es.wikipedia.org/wiki/Biomol%C3%A9culashttp://es.wikipedia.org/wiki/Fotos%C3%ADntesishttp://es.wikipedia.org/wiki/Digesti%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Tejido_(biolog%C3%ADa)http://es.wikipedia.org/wiki/Vidahttp://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lulahttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_nucleico


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ha sido muy extensa. Aunque, es cierto, que existen hallazgos experimentales que son básicos en labioquímica.

La biología trata de encontrar la unidad del mundo viviente. Aparece una preocupación creciente porestudiar la naturaleza de los compuestos de la materia viva, que deben poseer propiedades distintas quelas de los cuerpos inertes. Alrededor de esa inquietud se va delimitando un terreno que tiene sus raícesen la química orgánica, pero que concierne a la biología, es la semilla de lo que más tarde se convertirá

en bioquímica, la química de lo vivo. La química orgánica había hecho sustanciales progresos, seestudiaron y analizaron multitud de ácidos orgánicos, se aisló el "principio dulce de los aceites", lo quemás tarde sería la glicerina y a principios del siglo XIX tuvo lugar un perfeccionamiento general de lametodología. Pero la química orgánica es incapaz de describir y descifrar las transformaciones de loscompuestos en los organismos.

Se suele situar el inicio de la bioquímica con los descubrimientos en 1828 de Friedrich Wöhler quepublicó un artículo acerca de la síntesis de urea, probando que los compuestos orgánicos pueden sercreados artificialmente, en contraste con la creencia, comúnmente aceptada durante mucho tiempo,de que la generación de estos compuestos era posible sólo en el interior de los seres vivos.

La historia de la bioquímica moderna como tal es relativamente joven; desde el siglo XIX se comenzóa direccionar una buena parte de la biología y la química, a la creación de una nueva disciplina

integradora: la química fisiológica o la bioquímica. Pero la aplicación de la bioquímica y suconocimiento, probablemente comenzó hace 5.000 años con la producción de pan usando levadurasen un proceso conocido como fermentación anaeróbica.

Actualmente se define a la bioquímica como una ciencia queestudia la composición química de los seres vivos,especialmente las proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidosnucléicos, además de otras pequeñas moléculas presentes en lascélulas y las reacciones químicas que sufren estos compuestos.La bioquímica se basa en el concepto de que todo ser vivocontiene carbono y en general las moléculas biológicas estáncompuestas principalmente de carbono, hidrógeno, oxígeno,nitrógeno, fósforo y azufre.

Sin la bioquímica, no entenderíamos procesos tanfundamentales e importantes como lo son la fotosíntesis, el ADN, la síntesis proteica, la fecundación,ovulación, digestión, metabolismo en general, respiración celular, y un larguísimo etc.

Etimológicamente la bioquímica es la química de la vida, actualmente se le conoce como la químicade la célula viva, ya que dentro del organismo vivo se llevan a cabo una secuencia de reacciones quepermiten las funciones naturales de los seres vivos, el movimiento, respiración, circulación, etc. Estareacciones son llamadas vías bioquímicas, las cuales son catalizadas por enzimas, cada enzima esindividual y específica, respecto a la relación que tiene todo esto es que en la actualidad se puedenemplear estos conocimientos para diagnosticar enfermedades, crear nuevos medicamentos, el campode la bioquímica es muy extenso y sin duda muy interesante, La bioquímica se basa en el concepto deque todo ser vivo contiene carbono y en general las moléculas biológicas están compuestasprincipalmente de carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre. Hasta ahora labioquímica ha sido utilizada principalmente en tratamientos preventivos para enfermedades como elCáncer, Alzheimer, Parkinson o la Esquizofrenia entre otros; es decir, para terapias químicas engeneral. Pero la tendencia va hacia aprovechar la ventaja de esta ciencia, que consiste en permitircomparar lo que falta y tomar lo que ya existe en el organismo, es decir, mantener la homeóstasis delcuerpo.

El agua

Sin duda alguna, el agua es uno de los recursos más abundantes en este planeta, puesto que tres cuartaspartes de la superficie se encuentra cubierta con este compuesto. A pesar de esta aparente abundancia,


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solamente un 3% del total es agua dulce y, la mayor parte de ésta, es difícil de aprovechar porencontrarse inmovilizada en glaciares, témpanos de hielo, nieves perpetuas o almacenada a grandesprofundidades; además, el agua dulce superficial apenas representa el 0.3% del agua. El agua esconsiderada un recurso renovable pues se recicla naturalmente por medio del ciclo hidrológico, sinembargo, debido al bajo porcentaje de agua dulce existente y a los cada vez más intensos procesos decontaminación, este recurso puede ser considerado de alta vulnerabilidad. A lo anterior hay quesumarle que la distribución del agua en el planeta no es homogénea. Por ejemplo, mientras Canadá

dispone de 109.000 m3 de agua por habitante al año, en regiones como Medio Oriente, nueve decatorce países cuentan con menos 1.000 m3 de agua por habitante al año, lo que los coloca en paísescon escasez de este recurso (IDEAM, 2001).

Para garantizar el suministro de agua, la sociedad ha recurrido a varias estrategias que le permitecontrolar y acceder a este recurso.

Opciones desuministro

Característica

Presas yembalses

Son los medios más antiguos para controlar el flujo de agua. También seaprovechan en procesos de generación de energía, control de crecidas yrecreación. Su principal desventaja es la pérdida de extensas áreas superficiales ydisminución de caudal de cuerpos de agua

Desviaciones decorrientes deagua

Garantizan el suministro de agua para poblaciones relativamente extensas, sinembargo generan un fuerte impacto sobre los ecosistemas que ya no estará encontacto con el agua.

Aguassubterráneas

Es una buena opción para áreas carentes de redes de acueductos. El agua extraídade los acuíferos por lo general presenta una buena calidad, pero susobreexplotación puede poner en riesgo su disponibilidad.

Desalinización Este proceso de extracción de las sales disueltas en el agua (a través de ósmosisinversa, por ejemplo) es una posibilidad para las regiones costeras y países áridos.Su mayor desventaja está en los altos costos y la alta demanda de energía

Uso de icebergs En algunas regiones del planeta se ha optado por este suministro de agua, pero sugran desventaja son los impactos ambientales que esto conlleva

Agua lluvia

Fuente: Henry& Heinke (1999)

Balance hídrico en humanos.

Es la sustancia más abundante de los seres vivos. Representa alrededor del 70-75% del peso corporal.Está formada por dos átomos de hidrogeno y un átomo de oxigeno. La formula química es H2O. ElAgua posee un gran poder disolvente, por lo que la gran mayoría de las reacciones químicas que

suceden en el organismo se producen en mediosacuosos. El agua posee muchas funciones.

Permite que se realicen todas lasreacciones químicas esenciales para la vida.

Regula la temperatura del organismo

(sudoración). Al tener una importante proporción en el

plasma sanguíneo, el agua actúa como transportede oxigeno y nutrientes hacia las células y en laeliminación de dióxido de carbono y de desechoscelulares hacia el exterior del organismo.

El agua cumple importante función estructural, dando forma y volumen a las células.

Ingreso deagua

mililitros Egresode agua

mililitros

bebida 1400 orina 1500

alimentos 700 pulmones 400

metabolismo 300 piel 350Materiafecal

150

total 2400 Total 2400


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Propiedades del agua.

Parámetro Descripción

Fisicoquí

micas

Accióndisolvente

Es el líquido que más sustancias disuelve debido a su capacidad deformar puentes de hidrógeno con otras, de tal forma que éstas sedisuelven cuando interaccionan con las moléculas polares del agua.Gracias a esta propiedad se lleva a cabo el transporte en el interior delos seres vivos y su intercambio con el medio externo, facilitando elaporte de sustancias nutritivas y la eliminación de productos dedesecho.

Fuerza decohesión

Los puentes de hidrógeno mantienen las moléculas fuertementeunidas, formando una estructura compacta que la convierte en unlíquido casi imposible de comprimir

Elevadafuerza deadhesión

Esta fuerza también está relacionada con los puentes de hidrógeno quese establecen entre las moléculas de agua y otras moléculas polares, y esresponsable del llamado fenómeno de la capilaridad.

Gran calorespecífico

El agua absorbe grandes cantidades de calor que utiliza para romperpuentes de hidrógeno. Su temperatura desciende más lentamente quela de otros líquidos, lo que permite al citoplasma acuoso servir de

protección para las moléculas orgánicas en los cambios bruscos detemperatura.

Elevado calordevaporización

Para su evaporación, primero hay que romper los puentes dehidrógeno y luego dotar a las moléculas de agua de la suficienteenergía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa. Debido a estapropiedad el agua actúa como un refrigerante.

Constantedieléctrica

Esta propiedad permite la disociación de la mayoría de las salesinorgánicas y permite que las disoluciones puedan conducir laelectricidad.

Bajo grado deionización

La mayor parte de las moléculas de agua no están disociadas. Sólo unreducido número de moléculas sufre disociación, generando ionespositivos (H+) e iones negativos (OH-). Por esto, si al agua se le añadeun ácido o una base, aunque sea en poca cantidad, estos niveles varíanbruscamente.

Organolé

pticas

El agua pura es incolora, inodora e insípida. No obstante, en el ambiente presentapropiedades específicas a los órganos de los sentidos. Estas propiedades se denominanpropiedades organolépticas y afectan el gusto, el olor, el aspecto y el tacto. Dentro deestas propiedades se tiene: temperatura, sabor, olor, color y turbidez.

Estructura de la molécula de AGUA

El agua es la molécula más abundante en los seres vivos, y representaentre el 70 y 90 % del peso de la mayor parte de los organismos. Elcontenido varia de una especie a otra; también es función de la edaddel individuo (su% disminuye al aumentar la edad) y el tipo de tejido.El papel primordial del agua en el metabolismo de los seres vivos sedebe a sus propiedades físicas y químicas, derivadas de la estructura

molecular. A temperatura ambiente es liquida, al contrario de lo quecabria esperar, ya que otras moléculas de parecido peso moléculas(SO2, CO2, SO2, H2S, etc.) son gases. Este comportamiento se debe aque los dos electrones de los dos hidrógenos están desplazados hacia elátomo de oxígeno, por lo que en la molécula aparece un polonegativo, donde está el oxigeno, debido a la mayor densidad electrónica, y dos polos positivos, dondeestán los dos hidrógenos, debido a la menor densidad electrónica. La molécula de agua son dipolos.


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Entre los dipolos del agua se establecen fuerzas de atracción llamados puentes de hidrógeno,formándose grupos de 3-9 moléculas. Con ello se consiguen pesos moleculares elevados y el agua secomporta como un líquido. Estas agrupaciones, le confieren al agua sus propiedades de fluido, enrealidad, coexisten estos pequeños polímeros de agua con moléculas aisladas que rellenan los huecos. Los enlaces por puentes de hidrógeno son, aproximadamente, 1/20 más débiles que los enlacescovalentes, el hecho de que alrededor de cada molécula de agua se dispongan otras moléculas unidas

por puentes de hidrógeno, permite

que se forme en el seno del aguauna estructura ordenada de tiporeticular, responsable en gran partedel comportamiento anómalo y desus propiedades físicas y químicas.

Organismo % agua Tejido %agua

AlgasCaracolCrustáceosEspárragosEspinacasEstrella marPersona adultaHongosLechugaLombrizMaízMedusa

PinoSemillaTabaco

Trebol

988077939376628095838695

471092

90

Líq. cefalorraquídeoSangre (plasma)Sangre (Gl. rojos)Tej. nervioso (s.gris)Tej. nervioso (Médula)Tej. nervioso (s.blanca)MúsculoPielHígadoTej. conjuntivoHueso (sin medula)Tej. adiposo

Dentina

9991-9360-6585757075-807270-756020-2510-20

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El agua se presenta en tres estados: Sólida líquida o gaseosa como podemos observar en la siguientefigura:

Propiedades físico-químicas del agua.

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 sucapacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias, ya que estas se disuelven cuando

interaccionan con las moléculas polares delagua.

La capacidad disolvente es la responsable de dosfunciones importantes para los seres vivos: es elmedio en que transcurren las mayoríasde las reacciones del metabolismo, y el aportede nutrientes y la eliminación de desechos serealizan a través de sistemas de transporteacuosos.

b) Fuerza de cohesión entre sus moléculas.


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

c) Elevada fuerza de adhesión. De nuevo los puentes de hidrógeno del agua son los responsables, alestablecerse entre estos y otras moléculas polares, y es responsable,

junto con la cohesión de la capilaridad, al cual se debe, en parte, laascensión de la sabia bruta desde las raíces hasta las hojas.

d) Gran calor específico. El agua absorbe grandes cantidades decalor que utiliza en romper los puentes de hidrógeno. Sutemperatura desciende más lentamente que la de otros líquidos amedida que va liberando energía al enfriarse. Esta propiedadpermite al citoplasma acuoso servir de protección para lasmoléculas orgánicas en los cambios bruscos de temperatura.

e) Elevado calor de vaporización. A 20ºC se precisan 540 calorías para evaporar un gramo de agua, loque da idea de la energía necesaria para romper los puentes de hidrógeno establecidos entre lasmoléculas del agua líquida y, posteriormente, para dotar a estas moléculas de la energía cinéticasuficiente para abandonar la fase líquida y pasar al estado devapor.

f) Elevada constante dieléctrica. Por tener moléculasdipolares, el agua es un gran medio disolvente decompuestos iónicos, como las sales minerales, y decompuestos covalentes polares como los glúcidos.

Las moléculas de agua, al ser polares, se disponen alrededorde los grupos polares del soluto, llegando a desdoblar los compuestos iónicos en aniones y cationes,que quedan así rodeados pormoléculas de agua. Estefenómeno se llama solvatacióniónica.

g) Bajo grado de ionización. Decada 107 moléculas de agua, sólouna 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.

Propiedades Bioquímicas del agua

Los seres vivos se han adaptado para utilizar químicamente el agua en dos tipos de reacciones:

a) En la fotosíntesis en la que los enzimas utilizan el agua como fuente de átomos de hidrógeno.

b) En las reacciones de hidrólisis, en que las enzimas hidrolíticas han explotado la capacidad del aguapara romper determinados enlaces hasta degradar los compuestos orgánicos en otros más simples,durante los procesos digestivos.


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Ionización del agua y escala de pH

Si observas la figura siguiente, comprobarás que dos moléculas polares de agua pueden ionizarsedebido a las fuerzas de atracción por puentes de hidrogeno que se establecen entre ellas.

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 oxígenode la otra molécula, con el que ya mantenía relaciones mediante elenlace de hidrógeno.

Como vemos, el agua no es un líquido químicamente puro, ya que setrata de una solución iónica que siempre contiene algunos ionesH3O

+ y OH- . (Se utiliza el símbolo H+, en lugar de H3O+).

El producto [H+]·[OH-]= 10-14, se denomina producto iónico delagua, y constituye la base para establecer la escala de pH, que mide laacidez 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 valoresmenores ácidos.

Aprendiendo a identificar si una sustancia es básica o acida.

Aunque el agua es neutra, tiende a ionizarse ligeramente, incluso en ausencia de solutos se presentaeste fenómeno, lo que hace que el agua por momentos sea algo acida y básica o alcalina, pero enambos casos de manera muy débil. Lo anterior se explica mejor con la siguiente reacción:

H2O + H2O H3O+ + OH-

En donde a partir de dos moléculas de agua se forma, de manera reversible, una molécula de hidronio,que se representa solo como H+ y una del ion hidroxilo OH- , la siguiente ecuación describe laconstante de ionización del agua (Ki):

Como dato informativo, cuando un valor aparece entre corchetes “[ ]’’, indicaque es esa la concentración de dicho valor; por ejemplo para el caso [H+], indicaque es la concentración del ion hidronio. Para el caso del agua a 25oC seconoce que [H+]= [OH-]= 1*10-7 moles por litro. Por lo tanto, al despejar lafórmula anterior:

Ki [H2O] = [H+] [OH-] = [1*10-7] [1*10-7] = [1*10-14]

El Ki por [H2O], también se conoce como Kw que es la constante del producto del ion para el agua.Por lo tanto: Kw = 1*10

-14

Para mantener esta constante, cualquier aumento de [H+] provoca una disminución de [OH-] y viceversa.

Ejemplo: Encuentra cual es el [OH-] en una solución acuosa que es 0.01 M en HCl.

Ki = [H+] [OH-]

[H2O]


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1. Sabemos que el HCl es un electrolito fuerte, el [H+] es 0.01 M el [OH-] se obtiene de lasiguiente forma:Kw = = [H+] [OH-] = 1*10-14

2.

Al substituir[0.01] [OH-] = 1*10-14

3. Al despejar:

De este ejemplo se puede concluir que al aumentar la concentración del ácido se provoca unadisminución de la concentración de la base.

El pH.

El pH de una disolución acuosa es, en realidad, el logaritmo negativo de [H+] y se calcula de lasiguiente manera:

pH= -log [H+], es decir: log = 1 / [H+]

y [H+] = 10-pH, es decir: log = 1 / [10 pH], que resulta ser el antilogaritmo, quedando:

antilog (-pH).Entonces, al aplicar el mismo concepto que se usa para [H +] resulta que el pOH de una soluciónacuosa es el logaritmo negativo de [OH-] por lo que se calcula de igual manera, quedando:

pOH = -log [OH-], es decir : log = 1 / [OH-]

y [OH-] = 10-pOH, es decir log 1 / [10pOH]

Para entenderlo con más facilidad revisemos el siguiente ejemplo:

Ejemplo:

Si el [OH-] es 1 * 10 – 3 M, el pOH es:

pOH = - log [OH-] = - log (1*10-3) = 3

y [H+] = Kw / [OH-] = 1* 10-14 / 1* 10-3 = 1 * 10-11

Entonces pH = -log (1*10-11) = 11

Debes notar que la suma de pH y pOH siempre es 14 y, es precisamente este valor, el que nos indicael grado de alcalinidad o acidez de una muestra y solo cuando la concentración de H+ es igual a la deOH- la solución es neutra, es decir, [H+] = [OH-], si [H+]> [OH-], la solución es acida y si [OH-] >[H+], la solución es básica o alcalina.

Como te puedes dar cuenta el pH del jugo de limón es muy acido y podría dañar con facilidad lahidroxiapatita de tus dientes, sin embargo, este daño se minimiza gracias a la saliva que actúa como unbuffer.

El pK.

Existe una forma más de evitar trabajar con los números exponenciales que surgen al trabajar con [H+] y [OH-], y es utilizando el logaritmo negativo de Ki, este valor se conoce como pK y según el tipo desustancia que se utiliza, pKa para acidos y pKb para bases, las ecuaciones son las siguientes:

Para ácidos: pKa = -log Ka, es decir; log 1 / Ka

Para bases: pKb = -log Kb, es decir; log 1 / Kb

[OH-] = 1*10-14 = 1*10-12

0.01


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Cabe mencionar que mientras más alto sea el valor en pKa se trata de un acido más débil y viceversa, lomismo aplica para el caso de pKb, es decir, mientras más alto sea el valor de pKb , más débil es la base yal contrario.

Pongamos un ejemplo práctico, el acido fosfórico es un acido triprótico, lo cual quiere decir que tienela capacidad de disociarse en agua hasta tres veces, liberando en cada ocasión un protón en el agua, porlo tanto, tiene tres valores para Ka

Ahora para calcular pKa para cada uno te planteamos los siguientes ejemplos:

Ejemplos:

Reacción de disociación Valor de Ka del

ácido fosfórico

Valor de pKa

H3PO4 + H2O H3O+ + H2PO4

- Ka1 = 7.25 * 10-3 pKa1= -log 7.25 * 10-3 = 2.14

H2PO4- + H2O H3O

+ + H PO4- Ka1 = 6.31 * 10

-8 pKa1= -log 6.31 * 10-8 = 7.20

H PO4-

+ H2O H3O

+

+ PO4-

Ka1 = 3.98 * 10

-13

pKa1= -log 3.98 * 10

-13

= 12.40

La ecuación de Hendersson Haselbalch:

Esta ecuación se utiliza mucho en Bioquímica, debido a que la mayoría de las reacciones acido baseque ocurren en el organismo se efectúan con sustancias acidas y básicas débiles (salvo algunasexcepciones como los jugos gástricos); se recordara que el pH de la sangre tiene una gran estabilidad,esto se debe a que se encuentra tamponada o cuenta con un buffer que le ayuda a mantenerse en esepH aun con la adición de ciertos ácidos o bases. Esta ecuación se usa para calcular soluciones tampón oamortiguadoras.

Veamos esto con un ejemplo, consideremos una solución amortiguadora constituida por acido acético y acetato sódico que tienen algún valor de pKa, resulta muy favorable poder relacionar el pH de una

solución de un acido débil con su pKa y con el grado de ionización.

Ejemplo

CH3COOH H + CH3COO-

La Ka para esta reacción, la proporciona la ecuación:

Recuerda que queremos una ecuación que relacione el pH de la solución con el pKa y con el grado deionización del acido débil, por lo tanto, debemos despejar [H+] lo que nos

da la siguiente ecuación:

Aun seguimos sin tener un valor de pH, pero como recordaras el pH es ellogaritmo negativo de [H+] y en la ecuación anterior tenemos 1/ [H+] , porlo tanto si aplicamos solo el logaritmo: log = 1/ [H+] obtendremosentonces pH, y para igualar la ecuación se agrega el logaritmo a cada

factor de la ecuación, quedando entonces logaritmo 1/Ka y logaritmo para [CH3COO-] /[CH3COOH] y como por definición el logaritmo negativo de 1 / Ka nos da el valor de pKa al haberaplicado solo el logaritmo a la fórmula anterior obtendremos el pKa, así que, al substituir, obtenemos:

[Ka] = [H+] [CH3COO-]

[CH3COOH]

1 = 1 [CH3COO-]

[H+] Ka[CH3COOH]


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pH = pKa + log para [CH3COO-]

[CH3COOH]

De forma sintetizada la ecuación de Henderson-Hasselbalch puede expresarse como:

pH = pKa + log [sal]

[ácido]

Y para una solución amortiguadora compuesta por una base débil y una sal, la ecuación es:

pH = pKa – log [base H+]

[ base]

De forma más práctica: supongamos que vamos a calcular el pH de una

solución que es 0.5M de acido acético y 0.5 M de acetato de sodio, si

conocemos que el valor del pKa del acido acético es 4.75 la ecuación

queda asi:

Por lo tanto: pH 4.75 (recuerda que el log (1) es cero)

Disociación del agua. El agua es unelectrolito débil y es capaz de disociarse enuna proporción muy escasa y originar tantoH+como OH- (Figura izquierda de la tabla).Se comporta, por tanto, como ácido y como

base. Por este motivo se dice que el agua esuna sustancia anfótera o anfolito.

Según la ley de acción de masas (LAM):

Como la concentración del agua no disociada es muy grande (55,5 M) y permanece prácticamenteinalterada, su valor se incluye en la constante, que pasa a llamarse producto iónico del agua (Kw):

El valor de Kw , medido a 24º C es 10-14 moles2 litro-2. Como este valor es constante, las

concentraciones de H+ y OH- guardan una relación inversa: si una de ellas aumenta, la otra disminuye.

En el agua pura ambas concentraciones son iguales:

pH = 4.75 – log [0.5]

[0.5]

Equilibrio de disociación del agua:


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Como [H2O]= 55,5 M y [H+]=10-7 M, esto quiere decir que en el agua pura una de cada 555 millones

de moléculas está disociada.

Concepto y escala de pH.

Del producto iónico del agua (figuras superiores) se deduce que las concentraciones de H+ y OH- están

relacionadas de tal modo que conocida una de ellas se obtiene la otra de forma inmediata (Tablainferior):

Para simplificar el manejo de magnitudes exponenciales se haestablecido el concepto de pH. pH es el logaritmo de laconcentración de iones H+, con el signo cambiado:

Análogamente, se define pOH como el logaritmo de la concentraciónde iones OH-, con el signo cambiado:

Se puede establecer la siguiente relación entre el pH y el pOH .Partiendo de la expresión del producto iónico del agua (Kw):

tomando logaritmos:

y cambiando de signos se obtiene que:

o, lo que es lo mismo,

es igual a una variación de la [H+] 10 veces mayor. En otras palabras, mientras el pH varía enprogresión aritmética, la [H+] lo hace en progresión geométrica. Se distinguen tres tipos dedisoluciones en función del pH (Tabla superior):

disoluciones ácidas: tienen una [H+] mayor que la del agua pura (10-7 M) con lo que su pH< 7 (pOH > 7).

disoluciones básicas: tienen una [H+] menor que la del agua pura (10-7 M) con lo quesu pH > 7(pOH < 7)


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disoluciones neutras: pH = pOH = 7 (agua pura)

Disociación de ácidos y bases fuertes. Hidrólisis.

El comportamiento en disolución de ácidos y bases está determinado por su grado de disociación:

si se disocian por completo son ácidos o bases fuertes si se disocian parcialmente son ácidos o bases débiles

Ionización de ácidos o bases fuertes.

Así mismo, ciertas sales en disolución reaccionan con el agua (hidrólisis) y generan H+ o OH- queafectarán al pH de la disolución.

Los ácidos y bases fuertes se disocian porcompleto, es decir, la totalidad de los iones H+ uOH- están en forma libre, y su concentración

dependerá de la concentración del ácido o de labase de donde provienen (Ver figura de laderecha). En la tabla de la izquierda se muestranlos ácidos y bases fuertes más habituales.

En una disolución 10-2 M de H2SO4, por ejemplo, la concentración de H+ es

2 • 10-2 M, ya que cada molécula de ácido sulfúrico libera dos H+.

En una disolución 10-2 M de Ba(OH)2 la [OH-] será 2 • 10-2 M y, como [OH-] [H+] = 10-14, [H+] = 5 •

10-13 M.

Ionización de ácidos o bases débiles.

Los ácidos y bases débiles se disocian parcialmente y por lo tanto, la concentración de los ionesH+ o OH- es menor que la totalidad de sus grupos ionizables.

Para calcular el pH de sus disoluciones habrá que tener en cuenta su grado de disociación (a).

Casi todos los ácidos orgánicos (acético, butírico, láctico, etc.) se disocian parcialmente.

Así, en el caso del ácido acético:

Aplicando la LAM:


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Como la constante de disociación (Kd) vale 1,76 • 10-5, se

puede calcular fácilmente el grado dedisociación, α, resolviendo la ecuación de segundo grado.

Si conocemos la concentración de ácido, [H+] = cα, con lo quepH = -log (cα).

Para valores pequeños de α (α


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donde:

pero para calcular KH hay que tener en cuenta que el ácido acético formado por hidrólisis (AcH) sedisocia parcialmente:

donde:

Si multiplicamos ambas constantes (KH y Ka) tenemos que:

y

Hidrólisis de una sal de ácido fuerte y base débil.

En el caso del cloruro amónico, la sal se disocia por completo según la ecuación:

El ión amonio reacciona con el agua según el siguiente equilibrio:

donde:

pero para calcular KH hay que tener en cuenta que parte del amoniaco formado por hidrólisis (NH3) vaa captar protones del agua:


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donde:

Si multiplicamos ambas constantes (KH y Kb) tenemos que:

y

El valor de Kb para el amoníaco arroja un valor Kb = 1,76 • 10-5 (Figura superior). A partir de aquí se

puede calcular el valor de [OH-] (despejando la x). Conocido el valor de [OH-] se obtieneinmediatamente el de [H+] y el pH.

Hidrólisis de una sal de acido débil y base débil.

En este caso, el pH dependerá de la fortaleza relativa de los iones susceptibles de hidrólisis quegenere la sal. Un ejemplo es el cianuro amónico. Cuanto más parecida sea su fuerza, menos sealejará el pH de la neutralidad.

Medición del pH. Para medir el pH de una disolución podemos emplear dos métodos, enfunción de la precisión con

que queramos hacer lamedida:

Para realizar medidas delpH que no necesiten sermuy precisas se utilizanunas sustancias llamadasindicadores, que varíanreversiblemente de color enfunción del pH del medio enque están disueltas. Sepueden añadir directamente a la disolución o utilizarlas en forma de tiras de papel indicador (tablainferior). Para realizar medidas exactas se utiliza un pH-metro, que mide el pH ( la tabla inferior)

por un método potenciométrico.

Sistemas tampón o buffer .

Los organismos vivos soportan muy mal las variaciones del pH, aunque tan solo se trate de unasdécimas de unidad, y por ello han desarrollado en la historia de la evolución sistemas tampón o bufferque mantienen el pH constante, mediante mecanismos homeostáticos. Las variaciones de pH, afectana la estabilidad de las proteínas y, en concreto, en la actividad catalítica de los enzimas, pues en funcióndel pH, pueden generar cargas eléctricas que modifiquen su actividad biológica.

indicador en

disolución papel indicador

pH-metro


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Los sistemas tampón que tienden a impedir la variación del pH cuando se añaden pequeñas cantidadesde iones H+ o OH- consisten en un par ácido-base conjugada que actúan como dador y aceptor de deprotones, respectivamente. Podemos citar otros tampones biológicos, como son el par carbonato-bicarbonato y el par monofosfato-bifosfáto. El pH normal de los fluidos corporales suele oscilaralrededor de 7, Plasma sanguíneo7,4 ; Saliva:6,35-6,95 ; Orina 5,8; jugo gástrico:2,1 etc.

Osmosis y presión osmótica.Se define ósmosis como unadifusión pasiva, caracterizada porel paso del agua, disolvente, através de la membranasemipermeable, desde lasolución más diluida a la másconcentrada.

Y entendemos por presiónosmótica, a aquella que seríanecesaria para detener el flujo deagua a través de la membranasemipermeable. Al considerar como semipermeable a la membranaplasmática, las células de los organismos pluricelulares deben permanecer en equilibrio osmótico conlos líquidos tisulares que los bañan.Si los líquidos extracelulares aumentan suconcentración de solutos, se haría hipertónicarespecto a las células, como consecuencia seoriginan pérdida de agua y deshidratación(plasmólisis).De igual forma, si los líquidos extracelulares sediluyen, se hacen hipotónicos respecto a las células.El agua tiende a pasar al protoplasma y las células sehinchan y se vuelven turgentes, pudiendo estallar(en el caso de células vegetales la pared de celulosalo impediría), por un proceso de turgescencia. Enel caso de los eritrocitos sanguíneos la plasmólisisse denomina crenación y la turgescencia el de

hemólisis.

Sales Minerales.

En función de su solubilidad se pueden distinguir:

a) Sales inorgánicas insolubles en agua .Su función es de tipo plástico, formandoestructuras de protección y sostén, como por ejemplo:

Caparazones de crustáceos y moluscos (CaCO3) y caparazones silíceos de radiolarios ydiatomeas.

Esqueleto interno en vertebrados (fosfato, cloruro,fluoruro y carbonato de calcio) y losdientes.

Determinadas células incorporan sales minerales, como las que se pueden encontrar en la pared decelulosa de los vegetales, o como forma de producto residual del metabolismo (cristales de oxalatocálcico, que puede contribuir al desarrollo de cálculos renales o biliares.

El carbonato de calcio también se puede encontrar en el oído interno, formando los otolitos queintervienen en el mantenimiento del equilibrio interno o partículas de magnetita que, al parecer,pueden utilizar algunos animales con función de brújula para orientarse en sus desplazamientos.

b)Sales inorgánicas solubles en agua .La actividad biológica que proporcionan se debe a sus iones y desempeñan, fundamentalmente, lassiguientes funciones:


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Funciones catalíticas. Algunos iones como Mn+2, Cu+2, Mg+2, Zn+2, etc. actúan comocofactores enzimáticos siendo necesarios para el desarrollo de la actividad catalítica de ciertasenzimas . El ion ferroso-férrico forma parte del grupo hemo de la hemoglobina y mioglobina,proteínas encargadas del transporte de oxígeno.También el ion Mg+2 forma parte de las clorofilas y participa en los procesos de la fotosíntesis.

El Ca+2, interviene en la contracción muscular y en los procesos relacionados con lacoagulación de la sangre.


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Funciones osmóticas. Intervienen en la distribución del agua intra y extra celulares. Los ionesNa+, K+, Cl-, Ca+2, participan en la generación de gradientes electroquímicos, que son

imprescindibles en el potencial demembrana y del potencial de acción enlos procesos de la sinapsis neuronal,transmisión del impulso nervioso ycontracción muscular.

Función tamponadora. Se llevaa cabo por los sistemas carbonato-bicarbonato y monofosfato-bifosfáto.

Ejercicios de autoevaluación.

1) Los enlaces por puente de Hidrógeno son

a) Más débiles que los covalentesb)Más fuertes que los covalentesc) Igual de fuertes que los covalentes2) El agua es un líquido casi incompresible debido a:a) Elevada fuerza de adhesiónb) La fuerza de cohesión entre sus moléculasc) Elevado grado de ionización3) En el agua la concentración de iones OH- y H+ es :a) Muy alta b) Baja c) Muy Baja4) ¿Cuál es el producto iónico del agua?a) [H+]·[OH-]= 10-14 b) [H-]·[OH+]= 10-14 c) [H+]·[OH-]= 75) ¿Para qué utilizan los seres vivos los sistemas tampón?a) Para elevar o bajar su pH.b) Para que su pH varíe con el medio.

c) Para mantener su pH constante.6) Entendemos por presión osmótica....a) La presión de la atmósfera sobre los seres vivos.b) La necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable.c) La necesaria para aumentar el flujo de agua a través de la membrana semipermeable.7) Los cristales de oxalato cálcico...a) pueden producir agujetasb) pueden originar cálculos renalesc) pueden dar anemia perniciosa8) El carbonato de calcio se encuentra en...a) la retina. b) el oído interno. c) la piel.9) El Mn2+....a) Forma estructuras de sostén en células vegetales.b) Regula el pH de la sangre de los vertebrados.

c) Actúa como cofactor enzimático.10) ¿Qué elemento interviene en la contracción muscular?a) Mn2+ b) Ca2+. c) Cu2+.


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Cuestionario complementario.

1.- Las sales minerales. Características definitorias y funciones biológicas.

2.- Explica, ayudándote de un dibujo, una de las propiedades más importantes del agua: la fuerte

cohesión entre sus moléculas.

3.- Funciones del agua en los seres vivos.

4.- Relaciona los términos turgencia y plasmólisis.

5.- Explica las razones por las que consideramos el agua como disolvente universal. ¿Por qué es tanimportante esta función en los seres vivos?

6.- Importancia de la ósmosis en los seres vivos. Citar ejemplos.

7.- Solubilidad en el agua. Moléculas hidrófilas e hidrófobas.

8.- Concepto de sistema tampón. Citar algún ejemplo.

9.- Menciona las principales sales inorgánicas insolubles en agua y la función que desarrollan en losseres vivos.

10.- Qué le ocurriría a un glóbulo rojo si lo pusiéramos en una solución hipotónica. ¿Y en unahipertónica?

11. Resuelve los siguientes problemas relacionados con la ionización, realiza el procedimiento yentrega tus resultados a tu docente.

I) Si la sangre tiene un pH de 7.4 ¿Cual es el valor de [H+]?

a) 1*10+12 b) 4*10-5 c) 3.98 * 10 -8 d) 1

II) ¿Con que ecuación lo determinaste?

III) Si disuelves 29 g de ácido metanoico (H-COOH) en agua hasta obtener 5 litros de disolución y elvalor de [H+] es 0.003M. Calcula:

1. El grado de disociación del acido en disolución.

2.

El valor de la constante Ka

Recuerda utilizar los valores de las masas atómicas de cada elemento

agua y ph texto bq2014 (autoguardado)

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