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Timestamp: 2018-11-19 23:23:00+00:00

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Fisicoquimica Capitulo 13 Organizado Final
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caracterizacion1
Muchas de las propiedades de las disoluciones verdaderas se deducen del pequeño tamaño de las partículas dispersas.
En general, forman disoluciones verdaderas las sustancias con un peso molecular inferior a 10 4 dalton. Algunas de estas propiedades son función de la naturaleza del soluto (color, sabor, densidad, viscosidad, conductividad eléctrica, etc.). Otras propiedades dependen del disolvente, aunque pueden ser modificadas por el soluto (tensión superficial, índice de refracción, viscosidad, etc.).
Sin embargo, hay otras propiedades más universales que sólo dependen de la concentración del soluto y no de la naturaleza de sus moléculas. Estas son las llamadas propiedades coligativas. Las propiedades coligativas no guardan ninguna relación con el tamaño ni con cualquier otra propiedad de los solutos. Son en función sólo del número de partículas y son resultado del mismo fenómeno: el efecto de las partículas de soluto sobre la presión de vapor del disolvente (Ver Figura superior). Las cuatro propiedades coligativas son:
descenso de la presión de vapor del disolvente elevación ebulloscopia descenso crioscópico presión osmótica
DESCENSO DE LA PRESION DE VAPOR DEL DISOLVENTE: La presión de vapor de un disolvente desciende cuando se le añade un soluto no volátil. Este efecto es el resultado de dos factores:
la disminución del número de moléculas del disolvente en la superficie libre 2. Esto significa que una disolución molal de cualquier soluto no volátil en agua manifiesta una elevación ebulloscópica de 0. Cualquier disminución en la presión de vapor (como al añadir un soluto no volátil) producirá un aumento en la temperatura de ebullición (Ver Figura de la tabla). ELEVACION EBULLOSCOPICA: La temperatura de ebullición de un líquido es aquélla a la cual su presión de vapor iguala a la atmosférica (Figura de la derecha).1.52 ºC/mol/Kg. . la aparición de fuerzas atractivas entre las moléculas del soluto y las moléculas del disolvente. La elevación de la temperatura de ebullición es proporcional a la fracción molar del soluto. menor es la presión de vapor observada. dificultando su paso a vapor Cuanto más soluto añadimos. Este aumento en la temperatura de ebullición (DT e) es proporcional a la concentración molal del soluto: DTe = Ke m La constante ebulloscópica (Ke) es característica de cada disolvente (no depende de la naturaleza del soluto) y para el agua su valor es 0. La formulación matemática de este hecho viene expresada por la observación de Raoult (foto de la izquierda) de que el descenso relativo de la presión de vapor del disolvente en una disolución es proporcional a la fracción molar del soluto.52 º C.
.86 º C. lo que se alcanza al cabo de cierto tiempo. se cumple que: DTc = Kc m Siendo Kc la constante crioscópica del disolvente. Difusión es el proceso mediante el cual las moléculas del soluto tienen a alcanzar una distribución homogénea en todo el espacio que les es accesible. Llamando Tc al descenso crioscópico y m a la concentración molal del soluto. En Biología es especialmente importante el fenómeno de difusión a través de membranas. Esto significa que las disoluciones molales (m=1) de cualquier soluto en agua congelan a -1. pero antes de entrar de lleno en el estudio de esta propiedad es necesario revisar los conceptos de difusión y de ósmosis. ya que la presencia de las membranas biológicas condiciona el paso de disolvente y solutos en las estructuras celulares. Para el agua. La congelación se produce cuando la presión de vapor del líquido iguala a la presión de vapor del sólido.86 ºC/mol/Kg. este valor es 1.DESENSO CRIOSCOPICO: La temperatura de congelación de las disoluciones es más baja que la temperatura de congelación del disolvente puro (Ver Figura de la tabla). PRESION OSMOTICA: La presión osmótica es la propiedad coligativas más importante por sus aplicaciones biológicas.
urea) verdaderos de tipo salino (NaCl. que dependerán fundamentalmente de la relación entre el diámetro de los poros de la membrana y el tamaño de las partículas disueltas. ya que el flujo neto de agua se detiene. Supongamos una disolución de NaCl separada del disolvente por una membrana semipermeable que.La presencia de una membrana separando dos medios diferentes impone ciertas restricciones al proceso de difusión de solutos. El agua tiende a atravesar la membrana. en el sentido de igualar las concentraciones. permeables: permiten el paso del disolvente y de solutos coloidales y verdaderos. pero no a los solutos coloidales. Las membranas se clasifican en cuatro grupos: • • • • impermeables: no son atravesadas ni por solutos ni por el disolvente. pero sí del agua. KHCO3) Ósmosis es la difusión de líquidos a través de membranas. El equilibrio se alcanza cuando a los dos lados de la membrana se igualan las concentraciones. sólo son impermeables a las dispersiones groseras. polisacáridos) verdaderos de tipo molecular (glucosa. . al hablar de disolvente nos referimos al agua. como hemos visto. En Biología y en Fisiología. semipermeables: no permiten el paso de solutos verdaderos. dialíticas: son permeables al agua y solutos verdaderos. Esta tendencia obedece al segundo principio de la termodinámica y se debe a la existencia de una diferencia en la presión de vapor entre las dos disoluciones. pasando de la disolución más diluída a la más concentrada (Figura central de la tabla). pero los solutos pueden ser: • • • coloidales (proteínas. permite el paso del agua pero no de la sal (Figura izquierda de la tabla). o sea.
La presión osmótica de una disolución equivale a la presión mecánica necesaria para evitar la entrada de agua cuando está separada del disolvente por una membrana semipermeable (Figura derecha de la tabla). Un soluto ejerce presión osmótica al enfrentarse con el disolvente sólo cuando no es capaz de atravesar la membrana que los separa. premio Nobel de Química en 1901. y se expresan mediante la siguiente fórmula: p= m R T . Van t'Hoff (fotografía de la izquierda). que consiste en un recipiente cerrado en su parte inferior por una membrana semipermeable y con un émbolo en la parte superior. Se conocen con el nombre de su descubridor Jacobus H. Sometiendo el émbolo a una presión mecánica adecuada se puede impedir que pase el agua hacia la disolución. Las leyes que regulan los valores de la presión osmótica para disoluciones muy diluídas (como las que se manejan en Biología) son análogas a las leyes de los gases.Se define la presión osmótica como la tendencia a diluirse de una disolución separada del disolvente puro por una membrana semipermeable (Figura central de la tabla). Si introducimos una disolución en el recipiente y lo sumergimos en agua destilada. y el valor de esta presión mecánica mide la presión osmótica. el agua atraviesa la membrana semipermeable y ejerce una presión capaz de elevar el émbolo hasta una altura determinada. Para medir la presión osmótica se utiliza el osmómetro (Figura de la derecha).
. En un medio isotónico (de igual presión osmótica). m es la molalidad de la disolución. Si el eritrocito se introduce en agua destilada o en un medio hipotónico el agua atravesará la membrana hacia el citoplasma. Este fenómeno se conoce con el nombre de hemolisis. y la membrana se retrae. pero no de las sales. con lo cual su volumen disminuye. el eritrocito permanece inalterable. distendiendo la membrana hasta que llega un punto en que ésta se rompe. de forma que ofrece al microscopio un aspecto estrellado. Si el eritrocito se pone en un medio hipertónico (de mayor presión osmótica).Donde p representa la presión osmótica. con lo que aumenta el volumen celular. Si comparamos la presión osmótica de dos disoluciones podemos definir tres tipos de disoluciones: • • • disoluciones isotónicas son aquéllas que manifiestan la misma presión osmótica que la disolución de referencia disoluciones hipotónicas son aquéllas que manifiestan menor presión osmótica que la disolución de referencia disoluciones hipertónicas son aquéllas que manifiestan mayor presión osmótica que la disolución de referencia La membrana del eritrocito puede considerarse como una membrana semipermeable. que permite el paso del agua. R es la constante universal de los gases y T es la temperatura absoluta. el agua sale del eritrocito hacia el exterior.
el microscopio de campo oscuro está equipado con un condensador especial que ilumina la muestra con luz fuerte indirecta. por la luz que reciben y dispersan en todas las direcciones. El objeto iluminado dispersa la luz y se hace así visible contra el fondo oscuro que tiene detrás. El empleo de uno u otro es indistinto. Esta forma de iluminación se utiliza para analizar elementos biológicos transparentes y sin pigmentar. Los condensadores que se emplean en Microscopía de campo oscuro son de dos tipos: del tipo paraboloide (tiene una superficie espejada). es decir. incluida la del eje óptico que conecta el espécimen con la pupila del observador. mientras que las superficies y partículas se ven brillantes. El efecto es similar a las partículas de polvo que se ven en el haz de luz emanado de un proyector de diapositivas en una habitación oscura. como las partículas de polvo iluminadas por un rayo de sol que se cuela en una habitación cerrada. vital para la célula mantener constante la presión osmótica del medio intersticial. sin fijar la muestra. sin matarla. La luz reflejada por las partículas de polvo llegan hasta la retina del ojo. mediante . En consecuencia el campo visual se observa detrás de la muestra como un fondo oscuro sobre el cual aparecen pequeñas partículas brillantes de la muestra que reflejan parte de la luz hacia el objetivo. Cuando la célula se encuentra en un medio donde la osmolaridad es distinta a la de su medio interno. MICROSCOPIA DE CAMPO OSCURO: El microscopio de campo oscuro utiliza un haz enfocado de luz muy intensa en forma de un cono hueco concentrado sobre el espécimen. con dos superficies espejadas. invisibles con iluminación normal. lo que las hace visibles. El objetivo recibe la luz dispersa o refractada por las estructuras del espécimen. por tanto. Para lograrlo. Por ello las porciones transparentes del espécimen quedan oscuras. tanto su funcionamiento como su propia integridad se encontrarán amenazados. y los del tipo cardioide. También es bastante utilizado en la observación de muestras metalográficas para la observación de detalles en superficies con alta reflectancia. La luz dispersa permite incluso distinguir partículas más pequeñas que el poder separador del sistema óptico usado por transparencia.Resulta.
debido a que la potencia amplificadora de un microscopio óptico está limitada por la longitud de onda de la luz visible. Los microscopios electrónicos de transmisión pueden aumentar un objeto hasta un millón de veces. sino que incide con una apertura numérica mayor al del objetivo. Lo característico de este microscopio es el uso de una muestra ultrafina y que la imagen se obtenga de los electrones que atraviesan la muestra. MICROSCOPIA ELECTRONICA DE TRANSMISION: Un microscopio electrónico de transmisión (TEM. o MET. en español) es un microscopio que utiliza un haz de electrones para visualizar un objeto. un microscopio electrónico de barrido (SEM) y un tubo de rayos catódicos (CRT) de pantalla de TV. . Comparación de la formación de la imagen en un microscopio de transmisión óptica. la luz no incide directamente en el objetivo (este es el objetivo de estos condensadores).cualquiera de ambos. por sus siglas en inglés. un microscopio electrónico de transmisión (TEM).
TEM El Microscopio electrónico de transmisión. Es. Comparación del AFM con otros microscopios Microscopio óptico El microscopio óptico es una herramienta muy útil para obtener imágenes de muestras orgánicas e inorgánicas. Al rastrear una muestra. tiene las siguientes características que lo hacen muy útil: • • • Resolución atómica. . El microscopio de campo cercano tiene una resolución todavía mayor: entre 1µm y 1Å. La sonda va acoplada a un listón o palanca microscópica muy flexible de sólo unos 200 µm. La resolución no está limitada por la difracción. Microscopio electrónico El microscopio electrónico tiene una resolución entre 1mm y 1nm. idóneo para la determinación de estructuras a nivel molecular y atómico. para la caracterización y visualización de muestras a dimensiones nanométricas ( ). por lo tanto. pero sí por las lentes. Puede determinarse estructuras en 2 dimensiones. El microscopio de fuerza atómica ha sido esencial en el desarrollo de la nanotecnología. pero está limitado para una resolución de 1mm a 1 micra. Interacción electrones a electrones. de sus siglas en inglés Atomic Force Microscope) es un instrumento mecano-óptico capaz de detectar fuerzas del orden de los nanonewtons.MICROSCOPIA DE FUERZA ATOMICA: El Microscopio de fuerza atómica (AFM. es capaz de registrar continuamente su topografía mediante una sonda o punta afilada de forma piramidal o cónica.
• • • • .002 nm. La “observación” atómica se ha vuelto una tarea común en muchos laboratorios debido al bajo costo de este tipo de microscopía en comparación con la microscopía electrónica. Las técnicas de microscopía de barrido por sondeo (SPM: Scanning probing microscopy) que incluyen al STM y al AFM se utilizan en áreas de la ciencia que van desde la biología hasta la física del estado sólido. la altura aparente o corrugación es de 1/100 a 1/10 diámetros atómicos. Lo que parece una superficie sólida es en realidad una imagen de un conjunto de electrones. Sabemos que el núcleo de un átomo está rodeado de electrones en constante movimiento. para resolver átomos individuales la distancia entre punta y muestra debe mantenerse constante a menos de 1/100 de diámetro atómico o hasta 0. Permite características superficiales. por ello el STM debe aislarse de las vibraciones.SEM El Microscopio electrónico de barrido tiene las siguientes características: • • • • Resolución atómica. y de ahí inferir la posición de átomos individuales o moléculas en la superficie de una red. STM El microscopio de efecto túnel (STM) es un instrumento que permite visualizar regiones de alta o baja densidad electrónica superficial. Consideraciones • • • Las muestras deben ser conductoras. Debe tomarse en cuenta que el resultado es una visualización que permite conocer características de la muestra. Entonces. Requiere vacío.. pero en realidad no las tienen. Las imágenes también dependen de ciertos mecanismos de interacción punta-muestra que no se entienden bien hasta la fecha. Algunas superficies parecen demasiado lisas al STM. Debe cubrirse a menudo el espécimen. No es una fotografía de los átomos en la superficie. Los átomos parecen tener superficies sólidas en las imágenes de STM.
es deseable para eliminar contaminación y además una cámara de vacío aísla de vibraciones externas.htm . Recientemente (4 de junio de 2007) un equipo liderado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha perfeccionado la técnica empleada por los microscopios atómicos. y permite realizar medidas tanto en aire como en medios líquidos o fisiológicos.es/biomoleculas/agua/coligativas. está basada en la microscopía de fuerzas. La nueva técnica. http://www. El desarrollo de esta técnica podría tener aplicaciones en áreas diferenciadas. la nanotecnología.ehu. denominada Phase Imaging AFM. la ciencia de materiales o estudios medioambientales.• Aun cuando no necesita alto vacío para su operación. como la biomedicina.
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