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2.1: La química de la vida - Biología

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Toda la vida existe dentro del contexto de su entorno. Exploraremos algunas de estas propiedades en el laboratorio de hoy.

Parte 1: Química del pH

Aunque el agua generalmente se considera un compuesto estable, las moléculas de agua individuales están ganando, perdiendo e intercambiando átomos de hidrógeno constantemente. Este proceso está representado por la siguiente reacción química:

H2O ↔ OH + H

El agua pura con un pH de 7 tiene el mismo número de iones de hidrógeno e hidróxido en cualquier momento dado. El agua se considera una sustancia neutra. El pH de cualquier solución se puede determinar calculando la concentración total de iones de hidrógeno en la solución.

¿Qué es un TOPO?

Un lunar es un término que se usa para describir la cantidad de algo. Si tiene un lunar de sujetapapeles, eso significa que tiene sujetapapeles. Esto es similar a la forma en que usamos la palabra "docena". Sabemos que si tiene una docena de clips, significa que tiene 12 de ellos.

1 docena = 12

1 mol = 6.02 × 1023

Los científicos miden la acidez usando la escala de pH. La escala de pH varía de 0 a 14 y los números representan la concentración de iones de hidrógeno.–1 en la sustancia. Por ejemplo, el ácido de la batería, con un pH de 1, tiene 1 × 10 moles de iones de hidrógeno por litro de solución. El amoníaco, que es una sustancia muy básica con un pH de 12, tiene 1 × 10–12 moles de iones de hidrógeno por litro de solución. Cuanto más ácida es la solución, más iones de hidrógeno contiene.

Los cambios excesivos en el pH pueden causar problemas metabólicos y ecológicos. Por ejemplo, el pH de su sangre se mantiene cuidadosamente entre 7,35 y 7,45. Cualquier desviación por encima o por debajo de este rango resultará en alcalosis o acidosis, y ambas condiciones pueden ser mortales. La lluvia ácida, por otro lado, puede disolver los metales tóxicos de las partículas del suelo en la solución del suelo y afectar el crecimiento de las plantas. Como veremos pronto, la salud de las plantas es un factor que afecta rápidamente a la mayoría de las otras formas de vida del planeta.

Materiales

  • papel de pH (1–14)
  • Bandeja de plástico con pozos
  • Lápiz de cera

Procedimiento

Siguiendo las instrucciones dadas por su maestro, mida el pH de cada solución usando papel de pH. Registre el pH de estos elementos a continuación.

  • Agua del grifo
  • Agua destilada
  • Blanqueador
  • Aspirina
  • Jugo de limon
  • Leche

Parte 2: Búferes

Los tampones son moléculas que resisten los cambios de pH. Pueden absorber y liberar el exceso de iones de hidrógeno en una solución y, por lo tanto, evitar cambios drásticos en el pH, independientemente de si se agrega ácido o base a la solución. El resultado neto es que el pH de la solución permanece relativamente estable (hasta que se satura el tampón). Los amortiguadores se encuentran comúnmente en minerales disueltos, suelos y organismos vivos.

Por ejemplo, las zonas de amortiguamiento pueden desempeñar un papel protector en los ecosistemas lacustres. En un lago de tierras bajas, la lluvia ácida provoca muy poca fluctuación en el pH porque estos lagos suelen tener un alto contenido de moléculas orgánicas que actúan como amortiguadores. Un lago con poca capacidad de amortiguación, como un lago alpino alto y bajo en moléculas orgánicas, experimentará un cambio mucho mayor en el pH general como resultado de la precipitación ácida.

Materiales

  • papel de pH (1–14)
  • Agua del grifo (H2O)
  • 2 vasos de precipitados (250 mL)
  • 1g de NaHCO3 (bicarbonato de sodio)
  • 0.001 M HCl (ácido clorhídrico)
  • Lápiz de cera

Procedimiento

  1. Llene dos vasos de precipitados con 50 ml de agua del grifo. Etiquete un vaso de precipitados como "con búfer" y etiquete el otro como "sin búfer".
  2. Agregue 1 gramo de bicarbonato de sodio al vaso de precipitados "tamponado". Gire para disolver.
  3. Usando las tiras de pH, mida el pH de ambos vasos. Registre todas las medidas en la Tabla 1.
  4. Añada 10 ml de HCl 0,001 M (ácido clorhídrico) a cada vaso de precipitados y agítelo.
  5. Mida el pH de los dos vasos y regístrelo.
  6. Repita los pasos 3 a 5 hasta que haya agregado un total de 50 ml de HCl 0,001 M a cada vaso de precipitados.

Datos

Registre el pH de sus soluciones tamponadas y no tamponadas después de cada adición de 10 ml de ácido clorhídrico a cada vaso de precipitados.

Tabla 1. Soluciones tamponadas y no tamponadas
Volumen (mL) de
0,001 M de HCl
ph
Solución tamponadaSolución sin búfer
0
10
20
30
40
50

Análisis de los datos

Ilustre la capacidad de almacenamiento en búfer de cada solución haciendo un gráfico de sus resultados a continuación. Coloque el volumen de HCl en el eje xy el valor de pH en el eje y. No olvide poner un título a su gráfico.

Puede descargar esta plantilla de papel cuadriculado para completar esta parte.

Parte 3: Amortiguadores en la sangre

Los iones de bicarbonato actúan como un poderoso amortiguador en su sangre. Se crean cuando el dióxido de carbono (CO2), producido durante la respiración celular, reacciona con el agua:

CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ HCO3–+ H +

Tenga en cuenta que también se generan iones de hidrógeno, lo que aumenta la acidez de la sangre y disminuye el pH. En su cuerpo, los iones de hidrógeno son absorbidos por moléculas de hemoglobina en sus glóbulos rojos. Mientras tanto, los iones de bicarbonato circulan en el plasma sanguíneo, evitando cambios rápidos de pH. A medida que su sangre circula por las células metabolizadoras, más y más CO2 entra en el torrente sanguíneo y se convierte en iones de bicarbonato. Cuando la sangre llega a los pulmones, está llena de iones de bicarbonato e hidrógeno. Los iones de bicarbonato e hidrógeno ahora se combinan y la reacción va de derecha a izquierda, liberando el CO2, que ahora se exhala. En este ejercicio, burbujeará CO2 en agua del grifo y demostrar el cambio de pH a medida que se forma el ácido carbónico. Utilizará el indicador de pH rojo fenol, que se vuelve amarillo en condiciones ácidas y magenta (rojo-morado) en condiciones básicas.

Materiales

  • Agua del grifo
  • Pajita
  • Matraz de Ehrlenmeyer (250 mL)
  • Fenol rojo
  • papel de pH

Procedimiento

  1. Obtenga un matraz pequeño y una pajita, y llene el matraz aproximadamente ¼ de su capacidad con agua del grifo.
  2. Mide el pH del agua usando el papel de pH.
  3. Agregue de 6 a 7 gotas de rojo fenol al matraz.
  4. No agite el matraz (esto puede introducir CO2 en la solución!), pero agite suavemente para mezclar la solución.
  5. Registre el color inicial del agua.
  6. Con una pajita, sople burbujas de aire en la solución y observe cualquier cambio de color.
  7. Registre el pH final de la solución.

Datos

Solución inicialSolución final
pH
Color

Preguntas de laboratorio

  1. ¿Qué sucede cuando el dióxido de carbono se combina con el agua?
  2. ¿Por qué la solución de rojo fenol se volvió de color después de que le soplaste burbujas de aire?
  3. Si una persona contiene la respiración, CO2 se acumula en el torrente sanguíneo. ¿Qué efecto tiene esto sobre el pH sanguíneo?
  4. Si una persona hiperventila, demasiado CO2 se elimina del torrente sanguíneo. ¿Qué efecto tiene esto sobre el pH sanguíneo?
  5. ¿Por qué “respirar en una bolsa” es un buen tratamiento para un paciente hiperventilado?
  6. ¿Por qué la homeostasis del pH es tan crítica en los organismos vivos?

Parte 4: Compuestos polares y no polares

El agua es una molécula fascinante cuya estructura química es prácticamente responsable de la vida en la tierra. Las reacciones químicas que tienen lugar dentro de una célula existen en un ambiente acuoso que consiste principalmente en agua. La característica principal de la molécula de agua que imparte sus muchas cualidades únicas es el simple hecho de que el agua es una molécula polar. Al considerar la polaridad del agua, primero debe recordar que los enlaces químicos ocurren cuando 2 o más átomos "comparten" electrones. En la molécula de agua, el átomo de oxígeno "acapara" los electrones que comparte con los iones de hidrógeno. Debido a que los electrones están más cerca del átomo de oxígeno, ese lado de la molécula de agua termina siendo parcialmente negativo, mientras que el lado de hidrógeno de la molécula termina siendo parcialmente positivo. Esto hace que el agua sea un excelente solvente. Las sustancias que son hidrófilas (adoran el agua) suelen ser moléculas polares o iónicas y se disuelven fácilmente en agua. Las sustancias que son hidrófobas (odian el agua) suelen ser moléculas apolares y no se disuelven en el agua. Las sustancias no polares se disolverán en un disolvente no polar como el aceite. Los tensioactivos son moléculas especiales que son tanto hidrófilas como hidrófobas. Permiten que el agua y el aceite se mezclen. Los jabones y los detergentes son ejemplos de tensioactivos.

Materiales

  • 2 tubos de ensayo
  • Petróleo
  • Agua del grifo
  • Jugo de remolacha
  • Aceite de chile
  • Detergente

Procedimiento

  1. Obtenga dos tubos de ensayo y agregue 5 ml de agua y 5 ml de aceite en cada tubo. Deje reposar los tubos durante un minuto. Registre la apariencia de los tubos y etiquete los ingredientes en el tubo.
  2. Agregue ≈6 gotas de extracto de jugo de remolacha al tubo n. ° 1 y ≈6 gotas de aceite de chile en el tubo n. ° 2. Deje que la difusión tenga lugar durante 1 a 2 minutos. Registre la apariencia de los tubos.
  3. Agite cada tubo suavemente y déjelo reposar durante varios minutos. Registre la apariencia de los tubos.
  4. A continuación, agregue unas gotas de detergente a cada tubo; agite suavemente y observe. Registre la apariencia del tubo.

Descargue esta página para registrar la apariencia de los tubos en cada paso.

Preguntas de laboratorio

  1. ¿Qué sucede cuando se combinan los lípidos y el agua? ¿Por qué?
  2. ¿En qué se diferencian el extracto de jugo de remolacha y el aceite de chile en sus propiedades químicas? ¿Cómo lo sabes?
  3. Explique lo que sucedió cuando se agitaron los tubos. ¿Qué sucedió después de que se agregó el detergente? ¿Cómo puede explicar estos resultados?
  4. ¿Cómo es la bicapa de fosfolípidos que forma una membrana celular tanto hidrófila como hidrófoba?
  5. ¿Qué es un surfactante? ¿Como funciona?


Ver el vídeo: Introducción a la química de la vida (Agosto 2022).