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Agua
Molécula más abundante en el organismo
Representa del 50-90% del peso corporal
Ocupa todos los compartimentos del cuerpo humano
Participa en las rxn’s bioquímicas intra y extracelulares
Funciones
Solvente universal de mayoría de moléculas orgánicas e inorgánicas
Sustrato, cosustrato o producto de muchas rxn’s metabólicas
Determina la estructura y propiedades de las moléculas que hidrata
Medio para rxn’s químicas corporales
Funciones
Transporte de sustancias
Modifica el comportamiento de los iones
Regulador térmico
Todas las funciones dependen de sus características estructurales
Procedencia del agua en organismos
Tres fuentes principales:
Agua y otros líquidos que la constituyen y que incorporan los organismos como tales
Agua de constitución en los alimentos sólidos
Agua que se forma en el interior de los organismos como consecuencia del metabolismo
Distribución del agua
Volúmenes de los compartimientos corporales
Valores normales Prematuros Recién nacidos
25 años 45 años 65 años
ACT Masculino 80% 75% 60%
50%
55%
47%
50%
45%Femenino
LECLIC
45%35%
40%35%
20%40%
Volumen sanguíneo
90-100 mL/kg 85 mL/kg 70 mL/kg
Distribución del agua de acuerdo a edad y género
ACT: agua corporal total
LEC: líquido extracelular
LIC: líquido intracelular
Ingresos y egresos de agua
Hombre con dieta mixta, actividad física moderada y que habite en clima templado:
Ingresos, 2.5 L: 1,200 mL, bebida 1 L, alimentos 300 mL, agua metabólica
Egresos, 2.5 L: 1,500 L, orina 850 mL, evaporación por piel y
pulmón 150 mL, pérdida fecal
Sus propiedades físicas y químicas son responsables de
su importancia biológica
Estructura química
H2O, polar, líquida en un intervalo de temperatura de 0-100°C
O OH H
2 H2 O2 2 H2O+
+H H
O
H H
O
H H
Estructura química
Angulo de valencia de 104.5°C
Enlace covalente polar y momento dipolar
El enlace entre el oxigeno y el hidrogeno es covalente polar
El agua es de carga neutra pero
La electronegatividad del oxígeno ocasiona el desplazamiento de carga negativa hacia él (-)
Los hidrógenos quedan desplazados de sus cargas negativas (+)Momento dipolar
Momento dipolar
-
+
Las moléculas de agua forman puentes de hidrogeno
Son interacciones electrostáticas entre el hidrogeno con átomos electronegativos como:OxígenoNitrógeno Azufre No el carbono
Pueden formarse:Dentro de una misma molécula (intramoleculares)
Entre moléculas iguales o distintas (intermoleculares)
Puentes de hidrogeno
O
H
H
O
H H
O
H H
O
H
H
O
H H
Donadores y aceptores de puentes de hidrógeno
O
H
H
O
H
H
Átomo Donador: unido al H de manera covalente
Átomo Aceptor: más electronegativo, unido de manera covalente a otra molécula
Puentes de hidrogeno
Los puentes de hidrogeno son débiles
Enlaces débiles
Requieren menos energía para romperlos
Forman redes y se vuelven muy estables y adquieren mayor fuerzaEfecto cooperativo
Funciones de puentes de hidrógeno
Mantener la estructura de:
Agua
Estructura tridimensional de las proteínas
Ácidos nucleicos
Catálisis enzimática
Propiedades fisicoquímicas del agua
Propiedades
Solvente universal Densidad máxima a 4º Elevado punto de fusión Elevado calor de fusión Temperatura de
ebullición (100º C) Elevado calor específico
(1 cal/g.ºC)
Elevado calor de vaporización (536 cal/)
Elevada constante dieléctrica (80)
Elevada tensión superficial
Transparencia Disociación/ionización
Solvente universal
El agua con su carácter dipolar rodea a los distintos iones, aislándolos del resto o forma puentes de hidrogeno con las moléculas Se denomina hidratación o
solvatación
Las biomoléculas pueden ser:
Hidrosolubles: un grupo polar por cada 5 carbonos: ej, carbohidratos
Hidrofóbicas: mucho carbonos apolares por cada grupo funcional: ej, colesterol
Anfipáticas: porciones solubles y porciones insolubles: ej, fosfolípidos
Densidad máxima a 4°C
Conforme disminuye la temperatura disminuye el movimiento de las partículasForman cristales (hielo)
Densidad a 4°C: 1 g/mL
A temperatura más baja disminuye: 0.92 g/mL Cristales forman puentes de
hidrógeno: red Se expande Capa aislante termico Agua líquida
Elevado punto de fusión
Temperatura necesaria para que el hielo se derrita y origine agua líquida
Es de 0°C a nivel del mar
La estructura del hielo es mas laxa, atrapa aire
Permite flotar en líquido
Elevado calor de fusión
Es la energía para fundir un mol de un sólido (18 g en caso del agua)
Se necesita 80 cal/g para que el agua pase de sólido a líquido
Sistema de protección contra el congelamiento Se necesita la misma energía para pasar de líquido a solido
Elevado punto de ebullición
Temperatura necesaria para pasar de estado líquido a gaseoso
Es de 100°C a una atmosfera de presión
Se necesita 25 Kcal para romper los puentes de hidrogeno que forman las cinco moléculas de agua
Elevado calor específico
Calor necesario para elevar la temperatura de 1 mL o 1 g de agua en 1 °C15 a 16 °C1cal/g/°C
Permite cambios de calor con escasa modificación de la temperatura corporal
Elevado calor de vaporización
La energía absorbida por cada gramo de agua que pasa del estado líquido al gaseoso
Es de 540 cal/g a 100°C
Permite eliminar calor con poca perdida de agua
Elevada constante dieléctrica
Capacidad de separar a las sustancias ionicas con mayor fuerza que las que tienen para atraerse y mantenerse unidas
Permite disolver iones
80 a 20°C
Elevada tensión superficial
Fuerza de atracción que se manifiesta en la superficie de un líquido. Influida por:
Capacidad para “mojar” superficies: capacidad para unirse a superficies
Adhesividad: fuerza de unión a superficies Viscosidad: inverso de la velocidad a la cual fluye a través de un
capilar 71.97 dinas/cm2
Ej, permite que la sangre circule en contra de la gravedad, sales biliares en intestino delgado (emulsión), agente surfactante pulmonar (evita colapso pulmonar)
Transparencia
La profundidad de penetración de la luz a través del agua
Disociación/ionización
Al disociarse produce iones hidronio con carácter ácido (H3O+) y iones con carácter básico, los iones hidroxilo (-OH)
2H2O H3O+ + -OH
H2O H+ + -OH
Electrolito
Sustancias que en solución se disocian para formar iones
Iones con carga positiva: catión
Iones con carga negativa: anión
Aniones y cationes en líquidos corporales
Aniones Proteínas Cloro (Cl-)
Bicarbonato (HCO3-)
Sulfatos (SO4-)
Fosfatos (PO4-)
Cationes Calcio (Ca+) Sodio (Na+) Magnesio (Mg+) Potasio (K+)
Osmosis Paso selectivo del agua o solvente de un lugar
de menor concentración de soluto hacia uno de mayor concentración del mismo A través de membranas
Presión osmótica
Presión necesaria para interrumpir la ósmosis
Transtornos en equilibrio hídrico
TRANSTORNO TIPO EL AGUA SE DESPLAZA HACIA
CAUSAS
DESHIDRATACIÓN isotónica ---------------------- Pérdida de líquidos: vómito, diarrea, sangre, plasma
Hipertónica Espacio extracelular Aporte insuficiente de agua: pérdida por piel, pulmones e intestino
Hipotónica Espacio intracelular Aporte insuficiente de sodio: insuficiencia renal
HIPERHIDRATACIÓN isotónica ------------------------- Infusiones isotónicas: déficit de proteínas, insuficiencia cardiaca
Hipertónica Espacio extracelular Ingestión de soluciones hipertónicas: síndrome de Cushing (aumento cortisol, estimulo pituitaria, sed)
Hipotónica Espacio intracelular Aporte excesivo de agua; infusiones sin sal
Soluciones
Mezclas, opticamente homogeneas, de dos o mas sustancias que no reaccionan entre sí
Formadas por Una fase dispersa (soluto)Una fase dispersante (solvente)
Soluto
Se encuentra en menor proporción
Su estado físico puede serSólido, líquido o gaseoso
No forma enlaces químicos con el solvente, solo interacciona con él
Solvente
Se encuentra en mayor proporción
Estado físicoSolido,líquido o gaseoso
No forma enlaces químicos con el soluto, solo interacciona con él
Propiedades de las soluciones
Constitutivas: Dependen de la naturaleza de las moléculas que la forman
Aditivas: Dependen de la suma de las propiedades de los constituyentes de
la solución
Coligativas: Dependen del número de moléculas por unidad de volumen
(concentración)
Tipos de soluciones
Por su naturaleza: Naturales: plasma, suero, agua de mar, etc. Artificiales: salina, glucosada, hartman, etc.
Por la concentración del solutoNo saturadas o saturadas, hipo o hiperconcentradas
Por el diámetro del solutoVerdaderas, coloidales, suspensiones, emulsiones
Por la concentración de hidrogenoÁcidas, básicas, neutras
Por su estado físicoSólido, líquido y gaseoso
Solución verdadera
Las partículas de soluto son de tamaño molecular mayor y se encuentran dispersas entre las moléculas del solvente
Homogéneas
Transparentes
Solución coloidal
Las partículas de al menos uno de los componentes son grandes grupos de átomos, de iones o de pequeñas moléculas
Son homogéneas pero en el límite
Son opacas o transparentes
Suspensiones
Las partículas de al menos uno de los componentes pueden ser vistos al microscopio de baja resolución
Son heterogéneas
No transparentes
Soluciones
De acuerdo al estado de agregación (estado físico) Sólido
Gas en sólido: hidrogeno en paladio Líquido en sólido: benceno en caucho (pegamento en goma), las
Amalgamas : Mercurio mezclado con Plata Sólido en sólido: carbono en hierro (acero)
Líquido: Gas disuelto en líquido: refrescos gaseosos Liquido en liquido: ácido acético en agua Sólido en líquido: azúcar en agua
Gaseoso Gas-gas: aire Líquido en gas: aire húmedo Solido en gas: partículas odoriferas, humo
Soluciones
De acuerdo a la forma de expresar su concentración pueden ser:
1. Porcentuales (%):
Peso en volumen (% p/v)
Volumen en volumen (% v/v)
Peso en peso (% p/p)
Soluciones
2. Molares (M)Número de moles de soluto contenido en un litro de
solución
Mol de un compuesto Peso molecular expresado en gramos (suma de los
pesos atómicos de los elementos)
3. Molales (m) Número de moles de soluto contenido en un
kilogramo de solvente
Soluciones
4. Osmolares (Osm)Número de osmoles de soluto por litro de
solución
Osmol: es la unidad de actividad osmótica (molécula, electrolito)
Soluciones
5. Normales (N)
Numero de equivalentes químicos gramo (Eq/g) de soluto por litro de solución
6. Partes por millón (ppm)
Representa los gramos de soluto por millón de gramos de solución o gramos de soluto por millón de mL de solución
1. Porcentuales
Contienen el tanto % del soluto expresado en unidades de peso o de volumen (g o mL), aforados en 100 mL o 100 g de solvente
Soluciones peso en volumen (% p/v)
Se mezcla un sólido (g) en un líquido (mL)
Ej. NaCl al 10%
Se disuelven 10 g de NaCl en agua destilada
Se afora a 100 mL
Soluciones volumen en volumen (% v/v)
Se mezclan dos líquidos (mL)
Ej. Etanol al 10%
Se disuelven 10mL de etanol en agua destilada
Se afora a 100 mL
Soluciones peso en peso (% p/p)
Cuando se mezclan dos sólidos (g), dos líquidos (g) o un sólido y un líquido (g)
Dos sólidos: hierro 0.04-2.25% de C y níquel, cromo, manganeso, silicio, entre
otros
Dos líquidos: glicerina al 20% Se disuelven 20 g de glicerina en agua y se afora a un volumen
de 100 g
Sólido y líquido: glucosa al 5% Se disuelven 5 g de glucosa y se aforan a un volumen de 100 g
Soluciones porcentuales
Cuando no se encuentren al 100% de pureza, se utiliza la ecuación:
V1C1=V2C2
Ej, calcular el volumen de HCl (pureza al 36%) necesario para preparar 100 mL de HCl al 1%
2. Molares (M)
Número de moles de soluto contenido en un litro de solución
M= peso de un soluto en g/L de solución peso molecular del soluto
Mol: peso molecular expresado en g (suma de pesos atómicos de sus elementos)
Ej, NaCl 1M
PM Na= 23 PM Cl= 35. 45g
Pesar 58.45g de NaCl (1 mol), disolverlo y aforar a 1000 mL
2. Molares (M)
Calcular los g de NaOH requeridos para preparar 250 mL de una solución NaOH 0.002M. Peso de NaOH: 40 g/mol
g= PM x M x Vol en L
3. Molales (m)
Número de moles de soluto contenido en un kilogramo de solvente
m= peso de un soluto en g/Kg de solvente peso molecular del soluto
Tiene volumen final mayor a 1000 mLNo se aforanUtilidad en casos especiales
3. Molales (m)
Ej. Cuantos g de CaCl2 se necesitan para preparar 100 g de una solución 0.3 m?
g= PM x m x Kg
PM Ca = 40PM Cl = 35.45
Agregar esa cantidad a 100g de solvente (en caso de agua=100 mL; densidad = 1g/mL)
4. Osmolares (Osm)
Número de osmoles de soluto por litro de solución
Osmol: es la unidad de actividad osmótica (molécula, electrolito)
Ej. NaCl en solución acuosa Na+ + Cl-
Por lo tanto, una molecula de NaCl origina dos patículas osmoticamente activas
4. Osmolares (Osm)
Una solución 1 Osm contiene media molécula-gramo por L:
Osmol= PM en g Número de partículas osmoticamente activas
Ej, cuantos osmoles contiene una solución CaCO3 1 Osm?
PM del C= 12 PM del O= 16 PM del Ca= 40
Ej, cuantos osmoles contiene una solución de glucosa 1 Osm? ¿Cuántos g de glucosa?
Glucosa: C6, O6, H12
PM del H= 1.00
4. Osmolares (Osm)
Cuantos g de CaCO3 se necesitan para preparar 150 mL de una solución de CaCO3 0.1 Osm?
g= PM/partículas osmoticamente activas x osmolaridad deseada x Vol (L)
4. Osmolares (Osm)
La osmolaridad del plasma tiene un valor normal de 300 mOsm (miliosmol: milesima parte de un osmol) en promedio y se obtiene por:
Osm plasma = 2 [Na+ mEq/L] + [K+ mEq/L] + glucosa mg/dL + urea mg/dL
18 2.8
4. Osmolares (Osm)
Calcular la osmolaridad plasmática de un individuo que tiene:
142 mEq/L de Na+, 4 mEq/L de K+, 100 mg de glucosa sérica y 35 mg/dL de urea sanguínea
Soluciones y osmolaridad
En base a la osmolaridad del plasma, las soluciones se dividen en:
IsotónicasOsmolaridad similar a la del plasma (290-310 mOsm/L)
HipotónicasOsmolaridad menor a la del plasma (<290 mOsm/L)
Hipertónicas
Osmolaridad mayor a la del plasma (>310 mOsm/L)
Osmolaridad
Para obtener la osmolaridad a partir de una solución porcentual:
Osm= % de la Sol’n x 10 x 1000 x Núm partículas osmoticamente activas
peso molecular
Calcular la osmolaridad de una solución de glucosa al 5%
5. Normales (N)
Numero de equivalentes gramo (Eq/g) de soluto por litro de solución
Eq/gse obtiene dividiendo el PM entre el número de
valencia redox o núm de H+ u OH- sustituibles
N= Cantidad de sustancia en g/L de sol’n Peso equivalente de la sustancia
5. Normales (N)
Calcular los gramos necesarios para preparar 1L de una sol’n de HCl 1N
g= Eq gramo x N x Vol (L)
El HCl de manera natural es líquido:
Densidad= masa/volumen
Volumen= masa/densidad
Densidad del HCl: 1.18 g/mL Pureza del HCl: entre 35.39-40%
5. Normales (N)
Otra opción es: mL= Eq gramo x N x Vol (L) x 100 Densidad x % pureza
Calcular los gramos necesarios para preparar 1L de una sol’n de HCl 1N
6. Partes por millón (ppm)
Representa los gramos de soluto por millón de gramos de solución o gramos de soluto por millón de mL de solución
ppm= g o mL de soluto o sustancia x 106 g o mL de la solución
Las ppm se utilizan para expresar concentración de soln’s con solutos muy pequeños o que están muy diluidas
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