ispersiones acuosas

DISPERSIONES ACUOSAS
Fisicoquímica de las dispersiones acuosas. Difusión, ósmosis y diálisis.
Introducción. Propiedades de las disoluciones verdaderas, ósmosis, estabilidad del grado de acidez o
pH, disoluciones o disoluciones amortiguadoras.
Osmosis y presión osmótica. Mantenimiento de concentraciones osmóticas adecuadas. Diálisis y
difusión.
Propiedades de las dispersiones coloidales, formas sol y gel. Separación por diálisis
Introducción: Disoluciones y dispersiones coloidales
Los líquidos que están presentes en el interior del organismo constituyen el medio
interno son de gran importancia porque en ellos tienen lugar las reacciones
características de los procesos vitales. Estos líquidos son dispersiones o mezclas
homogéneas de moléculas distintas. En ellas se diferencian dos partes:
·Fase dispersante o disolvente que es el componente que se encuentra en mayor
cantidad, suele ser el agua (dispersiones acuosas).
·Fase dispersa o soluto es el componente que se encuentra en menor cantidad, pueden
ser moléculas de diferentes tamaños, con distintos pesos moleculares.
Las dispersiones se clasifican según el tamaño del soluto en dos tipos:
1. Dispersiones moleculares o disoluciones verdaderas: Cuando las moléculas de la fase
dispersa tienen diámetros inferiores a 5 nm (tb 10-7 cm), son de pequeño peso molecular
como sales, compuestos orgánicos sencillos como aminoácidos, monosacáridos etc. Son
transparentes y no sedimentan.
2- Dispersiones coloidales o coloides: Cuando las moléculas de la fase dispersa tienen un
diámetro que oscila entre 5 y 200 nm (1 y 100 nm), tienen pesos moleculares elevados
como por ejemplo proteínas, ácidos nucléicos y polisacáridos. Son transparentes aunque
al trasluz presentan turbidez y reflejan y refractan la luz que incide sobre ellas.
Los coloides son mezclas que se encuentran en un punto límite entre la disolución y la
mezcla grosera y no pueden atravesar las membranas semipermeables.
Propiedades de las disoluciones verdaderas, ósmosis, estabilidad del grado de acidez
o pH, disoluciones o disoluciones amortiguadoras.
1- Difusión
Proceso por el cual moléculas de gas o líquido tienden a repartirse homogéneamente en
otro fluido, al ponerlos en contacto. Por ejemplo la entrada de oxígeno en el agua y la de
vapor de agua que humedece el aire.
Puede ocurrir también a través de las membranas plasmáticas, permitiendo, por ejemplo,
el intercambio de gases entre el exterior y el interior de una célula.
2- Osmosis y presión osmótica. Mantenimiento de concentraciones osmóticas
adecuadas. Diálisis y difusión. O 54
En las células vivas, las membranas se pueden comportar como semipermeables (dejan
pasar el agua, pero no el soluto), separando dos disoluciones o medios: el extracelular y
el intracelular.
-Se llama osmosis al paso exclusivamente del disolvente (agua en la materia viva) a través
de membranas semipermeables entre dos disoluciones de distinta concentración, desde
la solución más diluida hacia la más concentrada, hasta igualar las concentraciones.
Conforme una pierde agua, aumenta su concentración. Conforme la otra gana agua
disminuye su concentración, hasta que se igualan.
La ósmosis tiene gran importancia en la absorción de grandes cantidades de agua por las
raíces y el paso a través de las membranas celulares.
-Las soluciones separadas por una membrana semipermeable se llaman isotónicas, si
tienen la misma concentración. Hipertónica, a la de mayor concentración con respecto a
la otra. Hipotónica, a la de menor concentración con respecto a la otra.
Para evitar ese paso de agua habría que aplicar una presión llamada PRESIÓN
OSMÓTICA, tanto más intensa cuanto mayor es la diferencia de concentraciones.
Ósmosis
Hay que tener en cuenta que son conceptos relativos, Un caldo puede ser hipertónico en
relación al agua pura pero hipotónico en relación al agua del mar.
En realidad, el agua puede atravesar la membrana libremente, en las dos direcciones, y de hecho así lo
hace, pero la cantidad que circula en ambos sentidos es distinta: pasa más agua de la disolución más diluida
a la más concentrada, que la que circula en sentido contrario.
FENÓMENOS OSMÓTICOS- Según el medio en el que las células estén situadas se dan
tres situaciones:
a)Medio isotónico: no hay
fenómenos osmóticos, sino
de simple difusión ya que la
Pos = 0.
a- isotónico
ESTADO NATURAL
b- hipotónico
TURGENCIA
b) Hipotónico: si el medio
es menos concentrado, el
agua penetra en la célula y
la
célula
se
hincha
(TURGENCIA),
pudiendo
estallar (en el caso de
células vegetales la pared
de celulosa lo impediría),
c) Hipertónico: Si el medio
exterior a la célula es más
concentrado, el agua sale
c- hipertónico
de la célula hacia el
PLASMOLISIS
exterior. Se da pérdida de
agua
y
deshidratación
(PLASMOLISIS).
Hay que mantener una concentración dentro de la célula igual a la de fuera para que no
haya entrada ni salida de agua, que provoquen los fenómenos osmóticos peligrosos. Las
sales minerales participan en este equilibrio. Hay que tener en cuenta que en las células
la concentración interna está determinada, no sólo por las sales, sino también por las
macromoléculas orgánicas en disolución.
En el caso
de los
eritrocitos,
la turgencia
produce
hemólisis o
destrucción
de la célula.
Al margen de lo apuntado, las células tienen en sus membranas sistemas de transporte
para que los solutos (sales, alimentos etc.) puedan atravesarla.
3- Estabilidad del grado de acidez o pH disoluciones o disoluciones amortiguadoras.
Los líquidos biológicos intracelulares y extracelulares mantienen constante el pH. El pH
debe mantenerse más o menos constante y próximo a la neutraliad (en la materia viva es
ligeramente alcalino -en sangre 7,4). Esto es crucial con dos objetivos
fundamentalmente:
a)preservar la estabilidad del estado coloidal propio de la materia viva pues muchas
biomoléculas no podrían funcionar.
b)permitir la correcta actividad de las enzimas, pues un cambio de pH inadecuado
produce graves trastornos.
Sin embargo, en el metabolismo se producen continuamente sustancias que alteran ese
pH y, para neutralizar esas oscilaciones, los seres vivos han desarrollado a lo largo de la
evolución los llamados sistemas tampón, buffer o AMORTIGUADORES, unas sales
minerales disueltas cuya finalidad es mantener el pH constante.
Repaso: DISOCIACIÓN DEL AGUA Y CONCEPTO DE pH
El pH mide o es indicador de la acidez o basicidad de una disolución y viene determinado por la
concentración de H+ en la misma.
En el agua líquida, además de las moléculas de agua (aisladas o agrupadas), existe una cierta
proporción de moléculas disociadas en sus iones: H2O  H+ + OHEn realidad, en el agua no existen protones (H+) libres o aislados, sino hidratados, en forma de
iones hidronio (H3O+), aunque por conveniencia se utilice el símbolo H+ para abreviar. Es decir,
sería más correcto escribir: 2 H2O  H3O+ + OHSe mide en una escala que va de 1 a 14:
pH = 7  neutralidad: [H+] = [OH-]
pH > 7  basicidad: baja [H+]
pH < 7  acidez: alta [H+]
Las DISOLUCIONES AMORTIGUADORAS O SISTEMAS TAMPÓN están
compuestas por un ácido débil y su base conjugada como el tampón fosfato y el tampón
bicarbonato. Actúan aceptando o dando H+ para compensar el exceso o el déficit.
El sistema tampón bicarbonato está formado por el ácido carbónico H2CO3 y por el ión
monohidrógeno carbonato HCO3- (la base conjugada) en equilibrio.
H2CO3  H+ + HCO3Si en la célula aumenta la acidez la reacción se desplaza a la izquierda. Si disminuye la
acidez se desplaza a la derecha, amortiguando las variaciones de acidez,
Estos iones son capaces de capturar el excedente de protones (H+) cuando el pH es
ácido en la disolución. Además son capaces de soltar protones a la disolución cuando el
pH es básico. El ión CO32- captura el excedente de protones de una disolución y se
transforma en HCO3-. Incluso, puede adquirir más protones, formándose H2CO3. Cuando
el pH se hace más básico el ión HCO3- suelta los protones al medio, con lo que vuelve a
transformarse en CO32-.
El sistema tampón fosfato
interno celular.
HPO42- / H2PO4-
HPO42- + H+  H2PO4-
realiza la misma función en el medio
Mantiene el pH intracelular en 7,2
Cuando tomamos bicarbonato sódico HNaCO3 para la acidez de estómago, estamos
aplicando este fenómeno.
a)el H2CO3 es capaz de disociarse con facilidad, dando H+ :
H2CO3  H+ + HCO3b)el HNaCO3 (en solución en la materia viva aparece ionizado) es capaz de aceptar
H+ :
HNaCO3 + H-OH  H2CO3 + NaOH
Hay acidez por aumento de la [H+] y los H+ excedentes son neutralizados por el ión
bicarbonato HCO3- para formar H2CO3. Este ácido es muy inestable y enseguida se
disocia dando H2O y CO2 (sustancias que no modifican el pH y causa eruptos).
Algunas proteínas también actúan como amortiguadores dentro y fuera de la célula.
Propiedades de las dispersiones coloidales, formas sol y gel. Separación por diálisis
La importancia de las disoluciones coloidales se debe al hecho de que el 90% de la
materia viva se encuentra en estado coloidal (macromolecular), siendo el agua el medio
en que están dispersas las partículas de tamaño coloidal (macromoléculas).
1- Las dispersiones coloidales pueden presentarse en dos estados físicos:
-SOL cuando tienen aspecto fluido. Son coloides diluidos (plasma sanguíneo)
-GEL cuando tienen aspecto semisólido o gelatinoso (masa cerebral, tegumentos).
El paso de sol a gel siempre es posible. Ocurre por la simple adición de electrolitos, por
aumento de la temperatura, por pérdida de agua o por un brusco cambio de pH.
En este caso, las partículas tienden a coalescer, es decir, a formar (agregados).
Si la variación de estos factores ambientales sobrepasa ciertos límites se produce un
fenómeno de coagulación, que ya es irreversible; en este caso se habla de
desnaturalización del coloide (caso de gelificación extrema).
b)Que un gel pase a sol, no siempre es posible y se da por la pérdida de electrolitos,
por descenso de la temperatura o por adición de agua.
El citosol de la periferia de la célula presenta forma de gel. Para emitir prolongaciones
(pseudópodos), suele pasar a estado de sol, para el movimiento ameboide y la
fagocitosis.. El interior está en forma de sol.
Esta particularidad es de gran valor biológico para que los líquidos orgánicos puedan
adquirir determinadas cualidades en cuanto a viscosidad, elasticidad, resistencia, etc.
2- Propiedad de absorción (diálisis):
En el caso de la diálisis, la membrana semipermeable
puede ser atravesada por el agua y también por
moléculas de soluto de baja masa molecular a favor
de gradiente, es decir, desde donde hay más
concentración de ellas a donde hay menor. De esta
manera se puede lograr la separación por diálisis
que consiste en la separación de moléculas, según su
tamaño, a través de una membrana semipermeable
cuyo tamaño de poro permite sólo el paso de
pequeñas moléculas y, con ello, la separación de las
macromoléculas.
La membrana celular actúa así selectivamente al
impedir la salida de las partículas coloidales más grandes (proteínas, polisacáridos,
enzimas, etc.) y permitir, sin embargo, el intercambio de sales y solutos de pequeño
tamaño. Este fenómeno tiene una aplicación importante en enfermos con insuficiencia
renal para eliminar las moléculas tóxicas de la sangre que el riñón no elimina, como la
urea. Es la HEMODIÁLISIS, que permite separar la urea (molécula pequeña que hay que
eliminar de la sangre), sin alterar la concentración de las grandes proteínas de la sangre
que no conviene perder. Mira el proceso en la pág. 55 del libro.
Complemento
-Propiedad de adsorción o atracción que tiene la superficie de un sólido por moléculas
de líquido o gas. debido a ello se une E-S y Ag-Ac.
-Efecto de Tyndall Los coloides son transparentes aunque al trasluz presentan
turbidez y reflejan y refractan la luz que incide sobre ellas. (efecto Tyndall).
A mediados del siglo XIX, el ingles John Tyndall demostró que la dispersión de
la luz en la atmósfera era causada por las partículas en suspensión en el aire.
Este efecto lo utilizamos para diferenciar, una disolución o solución verdadera
de una dispersión coloidal. Si cuando un rayo de luz que atraviesa un líquido con
partículas en suspensión invisibles al ojo, es dispersado, estamos en presencia de un
coloide. Si el rayo de luz no experimenta ninguna dispersión, el líquido es
una disolución o una solución verdadera.
Ejemplos de coloides:
Vino, Sidra, Cerveza, Licores, Jugos de frutas
Ejemplo de soluciones verdaderas: Vinagre
-Propiedad cinética (Movimiento Browniano): Partículas están en movimiento constante
en forma desordenada, en zigzag constante.Descubierta por Robert Brown al observar
que los granos de polen suspendidos en el agua tienen ese movimiento, deduce se mueven
al ser bombardeadas por partículas del medio.
-Las partículas del coloide no sedimentan pero precipitan por ultracentrifugación.
-Las partículas coloidales muestran una elevada capacidad de adsorción, favoreciendo la
atracción entre moléculas que han de reaccionar en los procesos celulares (ejemplo:
unión enzima-sustrato).
-Las moléculas coloidales, por otro lado, se mueven continuamente, impulsadas por el
movimiento browniano del agua. Este movimiento aumenta la probabilidad de encuentro
entre las moléculas reaccionantes.
-Según el estado de la fase dispersa, existen 2 tipos de dispersiones coloidales:
1- Suspensiones: Cuando las partículas de la fase dispersa son sólidas.
2- Emulsiones: Cuando las partículas de la fase dispersa son líquidas.
Según la afinidad entre el agua (f. dispersante) y las partículas de la fase dispersa se
diferencian dos tipos de dispersiones coloidales: