Calorimetría animal-Guia para la construccion del informe 2021 (2)

Vista previa del material en texto

Calorimetría animal: Guía para la construcción del informe Fisicoquímica 2021
FISICOQUIMICA
Trabajo Práctico No2: Calorimetría animal
Guía para la realización del Informe
OBJETIVOS
Incluir Objetivos del TP 2
MATERIALES Y MÉTODOS
Según metodología incluida en “TP 2 - Calorimetría animal: Protocolo experimental y resultados
obtenidos”
RESULTADOS
1. Incluir datos de calibración y resultados experimentales
1.1. Datos de calibración, es decir, R (Ω), E (V), tiempo (s), mH2O (g)
1.2. Tabla 1, con datos de tiempo (s) y temperatura (oC) determinados en la calibración
1.3. Tabla 2, con datos de tiempo (s) y temperatura (oC) para el experimento en presencia de
la rata
2. Graficar temperatura en función del tiempo, para los datos incluidos en Tablas 1 y 2
2.1. Gráfico 1: Temperatura en función del tiempo (calibración)
2.2. Gráfico 2: Temperatura en función del tiempo (en presencia de la rata)
3. Incluir los siguientes cálculos:
3.1. Cálculo de la constante del calorímetro
3.1.1. Con los valores de R (ohms), E (Volt) y t (s) calcular el calor absorbido (q, en Joule) por el
calorímetro, utilizando la ecuación dada por la Ley de Joule:
3.1.2. Del gráfico de temperatura en función del tiempo realizado con las determinaciones de la
calibración (Gráfico 1) obtener el valor de ΔT. Utilizando el ΔT y el valor de q (obtenido en
3.1.1.) determinar la kt según: q = kt ΔT
1
Calorimetría animal: Guía para la construcción del informe Fisicoquímica 2021
3.1.3. Teniendo en cuenta la masa de agua colocada en el interior del recipiente metálico
(donde se encuentra la resistencia sumergida) y la capacidad calorífica del agua a presión
constante (Cp= 4,184 J/g K), calcular kc por medio de la ecuación:
kt = kc + mH2O . CpH2O
3.2. Cálculo de la cantidad de calor liberada por la rata por unidad de tiempo
Dado que el animal dentro del calorímetro no absorbe el calor que libera, la constante del
calorímetro (kc) determinada en 3.1.3. es igual a la constante del sistema calorimétrico con el
animal dentro de la cámara. Por lo tanto:
kt = kc
3.2.1. Del gráfico 2 de temperatura en función del tiempo, obtener el valor de ΔT/min y
transformarlo en ΔT/h.
3.2.2. Con los valores de kc y de ΔT/h, calcular la cantidad de calor liberado
según: q = kc ΔT/h
3.3. Aplicación del primer principio de la termodinámica a los seres vivos
Por ser el organismo un sistema abierto, que intercambia materia y energía con el medio, la
variación de energía interna se obtiene a partir de:
ΔU sistema = q ingresa - q egresa + w ingresa - w egresa (Sistema abierto) (1)
El trabajo realizado sobre el sistema (w ingresa) es nulo y el ingreso de materia y energía se
realiza en forma de alimentos, cuyo proceso de combustión libera energía que es tomada por el
organismo, por lo tanto q ingresa = ΔU combustión alimentos.
ΔU sistema = ΔU combustión alimentos - q egresa - w egresa (2)
Considerando que:
ΔU combustión alimentos = ΔH combustión alimentos – PΔV (3)
y dado que por tratarse de fases condensadas PΔV es muy pequeño comparado con el ΔH de
combustión de los alimentos, este término puede despreciarse y obtenemos
ΔU combustión de alimentos ≅ ΔH combustión de alimentos (4)
Por lo tanto en la ecuación 2 puede ser escrita como:
ΔU sistema = ΔH combustión alimentos - q egresa - w egresa (5)
La medida del calor liberado da una idea de la cantidad de energía que el organismo utiliza y
este es el fundamento de los métodos calorimétricos de determinación de gasto energético de
un organismo. En las condiciones del TP, el animal no realiza trabajo sobre el exterior, es decir
no realiza ejercicio muscular (w egresa = 0), así como tampoco recibe energía de los alimentos.
Por lo tanto, ΔU sistema = - q egresa (6)
2
Calorimetría animal: Guía para la construcción del informe Fisicoquímica 2021
El valor de q es el determinado por calorimetría directa. El q total representa el calor cedido por
procesos metabólicos (metabolismo basal, qmb) y el calor liberado por el ejercicio muscular (q’).
De esta forma,
qtotal = qmb + q’ (7)
Si el animal está en reposo ⎪qtotal⎪ = ⎪qmb⎪
Si el animal no está en reposo → q’ ≠ 0 → ⎪qtotal⎪ > ⎪qmb⎪
3.3.1. Con los datos de ancho y largo del animal calcular su superficie corporal, considerándolo
como un cilindro:
Sup. = 2 Π r
2
+ 2 Π r h r = ancho/2 h = largo
3.3.2. Utilizando el valor de q calculado en 3.2.2. y la superficie del animal determinado en
3.3.1., expresar la cantidad de calor liberada por la rata (J) por hora y por unidad de superficie
(m2) (qtotal).
3.3.3. Se han enunciado leyes que rigen la interdependencia entre peso y tamaño corporal con
el calor liberado. Las mismas permiten la predicción del valor del metabolismo de un
determinado animal de acuerdo con su peso. Existe una relación no lineal entre el peso y el
metabolismo basal: se acepta que las calorías producidas son proporcionales al peso elevado a
un exponente determinado en forma experimental y cuyo valor aproximado es de 3/4. Así:
Calorías por día = 70 x [peso corporal (kg)] 0,75
Joules por día = 12,2 x [peso corporal (kg)] 0,75
Teniendo en cuenta estas leyes, determinar, mediante cálculo, el calor del metabolismo basal
(qmb) de la rata utilizando los datos de peso corporal (en kg) y superficie (3.3.1; en m2),
utilizando la siguiente ecuación:
Si se utiliza la expresión anterior, las unidades de qmb son:
3
Calorimetría animal: Guía para la construcción del informe Fisicoquímica 2021
3.3.4. Teniendo el valor de qtotal y el valor de qmb, calcular el valor de q’ teniendo en cuenta:
q' = qtotal - qmb
3.3.5. Determinar cuánta sustancia de reserva (en gramos) consumiría el animal por hora en las
condiciones de trabajo en el laboratorio (considerando que w = 0) y suponiendo que:
i) sólo consume grasas (ΔHcombustión= - 37,4 kJ/g)
ii) sólo consume hidratos de carbono (ΔHcombustión= - 16,6 kJ/g)
CONCLUSIONES
Concluya sobre los resultados obtenidos en el TP. Incluya y discuta brevemente:
¿Cuál es el fundamento del método de calibración del calorímetro usado en esta experiencia?
¿Qué gráficos obtuvo a partir de los datos experimentales?
En las condiciones del TP, ¿la rata estuvo en reposo? ¿Por qué?
¿Qué ocurriría si la rata muriese durante el experimento? ¿Se reflejaría en el gráfico
obtenido? ¿Se cumplieron los objetivos del TP?
¿Qué errores experimentales se pueden haber cometido en función de los resultados y gráficos
obtenidos? ¿Por qué?
4