BIOFÍSICA 5 SOLUCIONES-CONCENTRACIÓN

Vista previa del material en texto

1 
 
Lic. Bioq. Yoelys Gómez Rodríguez 
2 
SUMARIO 
Unidad I: BIOFISICA GENERAL, 
SOLUCIONES, MEMBRANA CELULAR 
 SISTEMAS DISPERSOS: dispersiones groseras, 
coloides y soluciones verdaderas. Cálculo de la 
concentración de las soluciones: Peso/volumen, 
Molaridad, Normalidad. Osmolaridad. Principio de 
electroneutralidad. 
 Composición de los compartimientos líquidos del 
organismo: vascular, intersticial e intracelular. 
Diferencia de concentración de electrolitos entre los 
compartimientos. 
 Balance de agua y solutos. Medio interno y homeostasis. 
 
 
3 
Bibliografía 
 Temas de Biofísica. Parisi, Mario (2004). Ed. McGraw-
Hill/Interamericana Editores. Cap. 2 (pp. 25-31); Cap. 3 (pp. 60-
62) 
 
 Física Médica y Biológica. Biofísica para Ciencias de la Salud. 
Micó, Guillermo A. (2014). Ed. Arandurã. Cap. 2 “Sistemas 
dispersos y soluciones” 
 
 
 Química General, Orgánica y Biológica. Estructuras de la vida. 
Timberlake, Karen C. Cap 8. Disoluciones. 4º Ed. (2013) Ed. 
Pearson 
 4 
 VÍA OBLIGADA para el paso de todas las sustancias que 
entran o salen del organismo: COMPARTIMIENTO 
INTRAVASCULAR (en especial: AGUA PLASMATICA). 
 MEDICINA: 
Habitual extraer en un paciente una muestra de sangre y: 
 Analizar la CONCENTRACIÓN de una determinada sustancia 
disuelta en el Agua Plasmática y tratar de estimar la 
concentración de esa sustancia en TODO el Compartimiento 
Corporal 
 Inferir conclusiones sobre el estado de salud-enfermedad 
 solo es posible si se conoce como la SUSTANCIA (glucosa, urea, 
Na+) se DISTRIBUYE entre los distintos compartimentos 
5 
6 
7 
8 
Es importante que el FUTURO MÉDICO pueda manejar las 
diferentes formas de expresar las CONCENTRACIONES de las 
disoluciones y conocer su INTERCONVERSIÓN. 
 
 
 
 
 
Muchas veces de eso depende la BUENA INTERPRETRACIÓN 
de los datos → Correcta evaluación del estado de un paciente. 
Clasificación de la materia 
 
9 
10 
(Dispersiones) 
Soluciones verdaderas Suspensiones Coloides 
Almidón en agua 
(sistemas) 
Clasificación de las Dispersiones en AGUA-Líquido (Ostwald) 
11 
La clave está en: 
• TAMAÑO de las partículas de la Fase dispersa 
• ESTABILIDAD de la dispersión 
12 
Suspensión Grosera: Elementos formes de la sangre 
13 
 sedimentan con tan solo dejar en reposo un tubo con 
sangre, 
 se aprecian 2 fases: PLASMA + CÉLULAS) 
14 
15 
Penicilina 
Suspensión Coloidal (Coloide) 
PROTEÍNAS presentes en el AGUA PLASMÁTICA. 
* No sedimentan espontáneamente, pero sí si se 
agregan sustancias químicas (agentes 
precipitantes: ácidos) 
16 
Almidón en agua 
17 
18 
Efecto Tyndall 
19 
20 
21 
Soluciones verdaderas (DISOLUCIONES) 
 Disoluciones de sustancias en el AGUA 
PLASMÁTICA: 
 Glucosa 
 Iones: Na+, K+, Cl- 
 NO SEDIMENTAN, NI FORMAN 2 FASES. 
 SOLO SE SEPARAN POR MÉTODOS MÁS 
ENÉRGICOS (destilación) 
22 
23 
Glucosa 
Urea 
Formas de expresar CONCENTRACIÓN de una SOLUCIÓN 
24 
Peso / Volumen 
Molaridad (M) 
o concentración molar (c) 
Normalidad 
(N) 
Osmolaridad 
(OsM) 
• m/V 
•%p/V 
•%0 p/V 
𝑴 = 𝒎/(𝑷𝑴*V) 
𝑵 = 𝑴 ∗ 𝒗𝒂𝒍𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 
 
OsM=M*i 
 
 Soluciones son mezclas homogéneas formadas por 
un soluto y un solvente. 
 Soluto:es el componente que hay en menor cantidad. 
 Solvente:es el componente que hay mayor cantidad. 
 
 Para clasificar las soluciones ,adoptamos los 
siguientes criterios: 
 Estado de agregación 
 Relación soluto/solvente 
 Naturaleza de las partículas dispersas 
CLASIFICACIÓN DE 
SOLUCIONES 
 
 De acuerdo a este criterio las soluciones pueden ser : 
 Sólidas 
 Líquidas 
 Gaseosas 
ESTADO DE 
AGREGACIÓN 
 
 Soluto :sólido, liquido o gaseoso. 
 Solvente:siempre sólido. 
Ejemplos: 
a)Amalgama de oro:Soluto:mercurio (l); solvente:oro(s). 
b)Liga de cobre y niquel:soluto:niquel(s) ; 
solvente:cobre(s) 
c)Liga de paladio e hidrogeno: soluto:hidrogeno(g) 
;solvente:paladio(s) 
SOLUCIÓN SÓLIDA 
 
 Soluto:sólido, líquido o gaseoso. 
 Solvente:siempre líquido. 
Ejemplos: 
a)Solución acuosa de sacarosa: 
soluto:sacarosa(s);solvente:agua(l) 
b)Solución acuosa de alcohol:soluto:alcohol(l) ; 
solvente:agua(l). 
c)Solución acuosa de oxigeno: soluto:oxigeno(g) 
Solvente:agua (l) 
SOLUCIÓN LÍQUIDA 
 
 Soluto:gaseoso 
 Solvente:gaseoso 
Ejemplo: 
*Aire atmosférico filtrado. 
SOLUCIÓN GASEOSA 
 
 Dependiendo de la cantidad de soluto en relación al 
solvente,las soluciones pueden ser: 
 Diluidas 
 Concentradas 
 Saturadas 
 Supersaturadas 
RELACIÓN 
SOLUTO/SOLVENTE 
 
 
 
 
 Cuando la cantidad de soluto es muy pequeña en 
relación al solvente. 
SOLUCIÓN DILUIDA 
 
 
 
 
 Cuando la cantidad de soluto es grande en relación 
al solvente. 
SOLUCIÓN 
CONCENTRADA 
 
 
 
 
 Cuando la cantidad de soluto es la máxima 
permitida para una cierta cantidad de solvente en 
una dada temperatura. 
SOLUCIÓN 
SATURADA 
 
 
 
 
 Cuando la cantidad de soluto es mayor que la 
máxima permitida.Es un sistema inestable. 
SOLUCIÓN SUPERSATURADA 
 
 En función de la naturaleza de las particulas 
dispersas,las soluciones pueden ser: 
 Moleculares 
 Iónicas 
 
NATURALEZA DE LAS 
PARTICULAS 
 
 
 
 
 Cuando las particulas dispersas son moléculas. 
Ejemplo:Solución acuosa de sacarosa. 
SOLUCIÓN 
MOLECULAR 
 
 Cuando las particulas dispersas son iones. 
Ejemplos: 
a)Solución acuosa de cloruro de sodio (NaCl) 
 
b)Solución acuosa de ácido cianhídrico (HCN) 
SOLUCIÓN IÓNICA 
39 
Masa (m): 
 Unidad de Masa en el Sistema 
Internacional (SI): kg 
 MEDICINA se utiliza para 
expresar: 
 Peso de una persona. 
 Masa de Agua, de una Solución. 
 Más habitual: Cantidades de Solutos 
se expresan en unidades más 
pequeñas 
Volumen (V) 
 Unidad de Volumen en el SI es el 
metro cúbico (m3) 
 Más conveniente usar: 
 Decímetro cúbico (dm3) 
 Centímetro cúbico (cm3 = cc) 
MEDICINA es muy usada: 
Decilitro (dL)= 100 mL =100 cm3 
 Peso / volumen (p/V) 
 Indica el peso del soluto 
disuelto, expresado en gramos (o 
algunos de sus submúltiplos), 
dividido en el volumen de 
disolución (expresado en Litros o 
sus submúltiplos) 
𝒄 =
𝒎 (𝒈)
𝑽(𝑳)
 
 
% p/V: Es la masa de soluto (en g) 
por 100 mL de disolución 
%
𝑝
𝑉
=
𝑚 𝑔
100𝑚𝐿
 
 
‰ p/V: Es la masa de soluto (en g) 
disuelta en cada 1.000 mL 
(1 L) de disolución. 
‰
𝑝
𝑉
=
𝑚 𝑔
1.000𝑚𝐿
 
 
40 
1 g de Glucosa en 1 L de plasma: 
 
𝑐 =
𝑚 (𝑔)
𝑉(𝐿)
 = 1 g / 1 L = 1 g/L plasma 
2 g de Yodo / 100 mL de disolución 
%
𝑝
𝑉
=
𝑚 𝑔
100𝑚𝐿
 = 2g/100 ml = 2% p/V 
 
Solución de Yodo al 2% p/V 
9 g de NaCl disueltos en 1.000 mL de 
disolución (1 L) 
‰
𝑝
𝑉
=
𝑚 𝑔
1.000𝑚𝐿
= 9g/1,000ml = 9 ‰ p/V 
 
Se lee: Solución “fisiológica” de NaCl al 
9‰ p/V: 
Uso cotidiano en Medicina las concentraciones 
expresadas como: g/L ……… mg/dL 
Uso cotidiano en Medicina las concentraciones 
expresadas como: g/L ……… mg/dL 
INCONVENIENTE: NO informa del número de 
partículas (moléculas, iones, átomos) del 
Soluto que está disuelto en cierto volumen de 
Disolvente. 
Ej: Solución Glucosa al 5% (5g/dL) tiene la misma 
masa de soluto que una solución de Urea al 5%. 
PERO NO HAY LAMISMA CANTIDAD DE 
GLUCOSA QUE DE UREA 
 
Molaridad: Expresa el número de moles disueltos 
en 1 L de disolución. 
 
Muchos fenómenos biológicos como 
DIFUSIÓN, ÓSMOSIS, TRANSPORTE ACTIVO, 
etc. están relacionados con el NÚMERO DE 
PARTÍCULAS (moléculas, átomos, iones) de 
solutos y Agua que hay en cada uno de los 
compartimentos; que la cantidad de gramos 
disueltos. 
Cantidad de sustancia: n=1 mol 
41 
Molaridad (M) o Concentración Molar (c) 
Cantidad de sustancia (n) 
1 mol: 
1. Es la masa del Número de Avogadro 
(NA =6.02*10
23 partículas) 
Ej: 1 mol de H2O =18g 
 1 mol de NaCl = 58,5 g 
2. Peso Molecular (PM) de la sustancia 
expresado en gramos (g): 
 PM(H2O)= PM(O) + 2 PM(H) 
 = 16+2*1= 18 
 PM(H2O)= 18 g 
 
3. 1 mol = 6.02*1023 partículas: 
42 
6.02*1023 
partículas 
Molaridad (M) 
 o Concentración Molar (c) 
Molaridad: Expresa el número de moles 
disueltos en 1 L de disolución. 
𝑴 =
𝒏(𝒎𝒐𝒍)
𝑽 (𝑳) 
 
 
𝑴 =
𝒎(𝒈)
𝑷𝑴 
𝒈
𝒎𝒐𝒍
∗ 𝑽 (𝑳) 
 
 
Se expresan en mol / L = M (“molar”) 
MEDICINA: lo habitual es que la sustancia 
se encuentre en los LÍQUIDOS 
ORGÁNICOS en cantidades más 
pequeñas, en el orden de los milimoles 
(mmol): 1 mmol = 10-3 mol = 0.001 mol 
 
 Glucosa 5% p/V = 0.277 mol/L= 277 
mmol/L = 277 mM 43 
Ej: Calcular la molaridad de una 
solución de 2 mol de NaCl en 1 
L de solución. 
𝑴 =
𝒏(𝒎𝒐𝒍)
𝑽 (𝑳)
 
 
𝑴 =
 𝟐 𝒎𝒐𝒍
𝟏 𝑳
 
 
M= 2 mol/L = 2 M 
44 
1. Calcular la molaridad de una solución de 2 mol de NaCl en 1 L de 
solución. 
Datos: Fórmula: Sustitución: 
n(NaCl)= 2 mol 𝑴 =
𝒏(𝒎𝒐𝒍)
𝑽 (𝑳) 
 𝑴 =
 𝟐 𝒎𝒐𝒍
𝟏 𝑳
 
V = 1 L M= 2 mol/L = 2 M 
M-? 
Sustitución: 
PM (Ca(OH)2)= 40+ 2x16+2x1 
PM (Ca(OH)2)= 74 g/mol 
 
 𝑴 =
 𝟐,𝟏𝟖 𝒈
𝟕𝟒
𝒈
𝒎𝒐𝒍
 ∗ 𝟎,𝟏𝟓 𝑳
 
 
 M= 0, 196 mol/L 
 M≈ 0,20 M=200 mM 
 
2. Determine la molaridad de una solución que contiene 2,18 g de Ca(OH)2 
(hidróxido de calcio) en 150 ml de volumen total. 
Datos: 
m(Ca(OH)2)= 2,18g 
V = 150ml=0,15 L 
PM(Ca) =40 g/mol 
PM(O)= 16 g/mol 
PM(H)= 1g/mol 
PM (Ca(OH)2)-? 
M-? 
Fórmula: 
𝑴 =
𝒎(𝒈)
𝑷𝑴 
𝒈
𝒎𝒐𝒍
∗ 𝑽 (𝑳) 
 
 
 
PM (Ca(OH)2)= PM(Ca) + 2 PM(O)+ 
+ 2 PM(H) 
45 
46 
NORMALIDAD (N) 
Disociación Electrolítica 
Disociación electrolítica 
47 
48 
Átomo VALENCIA Ión 
Na 1 (monovalente) Catión Na+ 
 K 1 (monovalente) Catión K+ 
Cl 1 (monovalente) Anión Cl- 
Mg 2 (bivalente) Catión Mg2+ 
Ca 2 (bivalente) Catión Ca2+ 
Al 3 (trivalente) Catión Al3+ 
¿Cómo expresar el numero de valencias que 
hay una determinada sustancia? 
49 
1EQUIVALENTE (Eq) de cualquier sustancia = 1 mol de 
valencias = 6,02 x 1023 valencias 
 
Unidad más usada en Medicina: 
1 Miliequivalente (mEq): 1 mmol de valencias= 6,02 x 
1020 valencias 
 
NORMALIDAD (N): 
 
1 𝑁 = 
1 𝐸𝑞 (𝑖ó𝑛)
1 𝐿 (𝑑𝑖𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛)
 
 
Relación entre Molaridad (M) y Normalidad (N) 
𝑵 = 𝑴 × 𝒗𝒂𝒍𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 (𝑖ó𝑛) 
 
 
Ej: Calcular la normalidad del catión Ca2+ en una 
solución de 1,5 mM. 
Datos: 
M (Ca(OH)2)= 1,5 mM 
Valencia = 2 
N-? 
Fórmula: 
𝑵 = 𝑴 × 𝒗𝒂𝒍𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝐶𝑎2
+
 
Sustitución: 
𝑵 = 1,5 𝑚𝑀 × 2 
 𝑵 = 3mEq/𝐿 = 3 mN 
Principio de Electroneutralidad 
50 
51 
NORMALIDAD y Principio de Electroneutralidad 
Datos: 
M(NaCl) = 90 mmol/L = 90 mM 
M (MgCl2)= 1,47 mmol/L = 1,47 mM 
Valencia (Na) = 1 
Valencia (Cl) = 1 
Valencia (Mg) = 2 
 
Incógnitas: 
N(Na+)-? 
N(Cl-)-? 
N(Ca2+)-? 
NaCl → 𝑁𝑎
+
 +𝐶𝑙
− 
 
Fórmula: 
𝑵 = 𝑴 × 𝒗𝒂𝒍𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝑁𝑎
+ 
N (Na+)= 90 mmol/L x 1 
N (Na+)= 90 mEq/L 
 
Principio de Electroneutralidad: 
mEq/L (Cl-) = mEq/L (Na+) 
mEq/L (Cl-) = 90 mEq/L 
N(Cl-) = 90 mEq/L 
MgCl 2 → Mg2+ + 2 𝐶𝑙
− 
 
Fórmula: 
𝑵 = 𝑴 × 𝒗𝒂𝒍𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝑀𝑔2
+ 
N (Mg2+)= 1,47 mmol/L x 2 
N (Mg2+)= 2,94 mEq/L 
 
𝑵 = 𝑴 × 𝒗𝒂𝒍𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 𝐶𝑙
− 
N (𝐶𝑙
−
)= 1,47 mmol/L x 1 
N (𝐶𝑙
−
)= 1,47 mEq/L 
 
Como se producen 2 𝐶𝑙
−
: 
N total (𝐶𝑙
−
)= 2 x 1,47 mEq/L 
 = 2,94 mEq/L 
Principio de Electroneutralidad: 
mEq/L (Cl-) = mEq/L (Mg2+) 
mEq/L (Cl-) = 2,94mEq/L 
N(Cl-) = 2,94mEq/L 
52 
Osmolaridad 
 Muchas veces (particularmente Medicina) es 
conveniente expresar una solución en función del 
número total de partículas (y no de moléculas) 
disueltas en la misma. 
 Osmol = 1 mol (partículas) 
 OSMOLARIDAD: Número de Osmoles de soluto 
disuelto en cada Litro de disolución. 
 1 OsM = 
1 𝑜𝑠𝑚𝑜𝑙 (𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜)
1 𝐿 (𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛)
 
 
 Número de osmoles = número de moles × i 
 
 Osmolaridad = M × i 
(i: coeficiente de Van´t Hoff → número total de 
partículas en que se disocia un soluto) 
53 
54 
Osmolaridad = M × i 
(i: coeficiente de Van´t Hoff → número total de partículas en que se 
disocia un soluto) No electrolito 
i = 1 Electrolito 
NaCl → 𝑵𝒂
+
 +𝑪𝒍
− 
 
 1 1 
 i = 1+1 = 2 
 
Osmolaridad = M × i 
Osmolaridad = 1 mol/L × 2 
Osmolaridad = 2 osmoles/L 
 = 2 OsM 
CaCl 2 → Ca
2+ + 𝟐 𝑪𝒍
− 
 
 1 2 
 i = 1+2 = 3 
 
Osmolaridad = M × i 
Osmolaridad = 1 mol/L × 3 
Osmolaridad = 3 osmoles/L 
 = 3 OsM 
 i = 1 
 
Osmolaridad = M × i 
Osmolaridad = 1 mol/L × 1 
Osmolaridad = 1 osmol/L 
 = 1 OsM 
 
Formas de expresar CONCENTRACIÓN de una SOLUCIÓN 
55 
Peso / Volumen 
Molaridad (M) 
o concentración molar (c) 
Normalidad 
(N) 
Osmolaridad 
(OsM) 
𝒄 =
𝒎 (𝒈)
𝑽(𝑳)
 
 
%
𝑝
𝑉
=
𝑚 𝑔
100𝑚𝐿
 
 
‰
𝑝
𝑉
=
𝑚 𝑔
1.000𝑚𝐿
 
 
𝑴 =
𝒏(𝒎𝒐𝒍)
𝑽 (𝑳) 
 
 
𝑴 =
𝒎(𝒈)
𝑷𝑴 
𝒈
𝒎𝒐𝒍 × 𝑽 (𝑳)𝑳) 
 
 
PM (Ca(OH)2)= PM(Ca) + 2 PM(O)+ 
+ 2 PM(H) 
 
𝑵 =
𝑬𝒒 (𝒊ó𝒏)
𝑽 (𝑳)
 
 
𝑵 = 𝑴 × 𝒗𝒂𝒍𝒆𝒏𝒄𝒊𝒂 (𝑖ó𝑛) 
 
Na+--- valencia 1 
Ca2+ --- valencia 2 
Al3+ ---- valencia 3 
OsM=M*i 
 
i= 1 no 
electrolito 
Una solución contiene 2,48 g de hidróxido de aluminio (Al (OH)3) en 100 ml de solución. 
Determine: 
a) Concentración p/V en g/L. 
b) Molaridad (M) 
c) Normalidad (N) para cada ión. 
d) Osmolaridad (Osm) de la solución. 
Al (OH)3 ⇄ Al
3+ + 3 OH- 
PM (Al) = 27 PM (O) = 16 PM (H) = 1 
 
56 
57 
• ¿Es igual la composición cualitativa y cuantitativa en los distintos compartimientos? 
• ¿Cuáles sustancias abundan en cada compartimiento? ¿Cuáles sustancias tienen 
composición similar? 
58 
1. ¿Cómo ocurre el balance de agua 
y solutos en el hombre? 
2. Define “medio interno”. 
3. ¿Cuáles son las 2 definiciones de 
“homeostasis”? ¿Cuál es más 
correcta? 
59 
Soluciones Suspensiones Coloides 
RESUMIENDO 
60