ESTADO LIQUIDO - FISICOQUIMICA

ESTADO LIQUIDO

Estructura de los líquidos


Una

cantidad de liquido tiene un volumen fijo y adopta la forma del recipiente. Pero
A nivel molecular los líquidos poseen cierto grado de estructura u orden.


Cuando

las sustancias pasan del estado sólido a liquido, el vol. Aumenta no obstante la distancia entre los átomos permanece casi igual.

fr

fr

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fa

fa

fa

fa

fa

fa

fr fr

fr

El agua





una molécula simple y extraña, puede ser considerada como el líquido de la vida. Es la sustancia más abundante en la biosfera, dónde la encontramos en sus tres estados y es además el componente mayoritario de los seres vivos, 65 y el 95% del peso de de la mayor parte de las formas vivas es agua. Durante la evolución de la vida, los organismos se han adaptado al ambiente acuoso y han desarrollado sistemas que les permiten aprovechar las inusitadas propiedades del agua.







Estructura del agua (enlace covalente sp3) Propiedades físicoquímicas  

  

Acción disolvente (se debe a su capacidad para formar puentes de hidrógeno ) Elevada fuerza de cohesión (la convierte en un líquido casi incomprensible - esqueleto hidrostático ) Elevada fuerza de adhesión (en relación con los puentes de hidrógeno ) Gran calor específico (. El agua puede absorber grandes cantidades de "calor" ) Elevado calor de vaporización (Para evaporar el agua , primero hay que romper los puentes y posteriormente dotar a las moléculas de agua de la suficiente energía cinética para pasar de la fase líquida a la gaseosa )

Funciones del agua












Soporte o medio donde ocurren las reacciones metabólicas Amortiguador térmico Transporte de sustancias Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos Favorece la circulación y turgencia Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo, aportando hidrogeniones o hidroxilos al medio.

Hay tres métodos importantes para describir la estructura de los líquidos

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Teoría de la red cristalina, que consideran al liquido como si fuera un solo sólido. Teorías que basan firmemente en los principios de la mecánica estadística. Teorías que se basan en simulaciones por computadora del movimiento de gran numero de moléculas de un liquido.

TEORIA DE LA RED CRISTALINA Se subdivide en:





Teoría del volumen libre o de las celdas, la cual supone que todas las moléculas están presentes en sitios de la red cristalina, y que todos estos sitios se encuentran ocupados. Teoría de los huecos o de la estructura modificada, que se asemeja a la teoría del volumen libre pero que considera que algunos sitios de la red cristalina están desocupados.


Se

denomina también frotamiento interno a la resistencia experimentada por una porción de un liquido cuando se desliza sobre la otra.


La

viscosidad depende del estado físico de los cuerpos, mientras en los gases es muy pequeña, en los sólidos alcanza su máximo valor.
El valor de la viscosidad varia.

VISCOSIDADES DE LAS SOLUCIONES 

VISCOSIDAD ESPECIFICA. Si ηo es la viscosidad del liquido puro y de la solucion es η. Entonces:

Viscosidad especifica 

η −η = ηo

o

VISCOSIDAD ESPECIFICA REDUCIDA. Se obtiene al dividir la viscosidad especifica entre la concentración de masa de ρ en la solucion.

Viscosidad especifica reducida



η −ηo = x ρ ηo 1

VISCOSIDAD INTRINSECA. Se obtiene extrapolando la viscosidad especifica reducida a dilución infinita

 1 η −ηo  [η ] = lim x   ρ →0 ρ ηo  

P=K

Considérese un cierto liquido que fluye a través de un tubo capilar de radio R y longitud L a presión K. La veloc. Del liquido es cero en las paredes y aumenta hacia el centro del tubo, alcanzando un máximo en el centro. imagínese dos cilindro concéntricos de radios R y (r + dr), entonces la L resistencia de rozamiento F entre estas dos capas es

F = _ η(2π πrL)

dv dr

R

r

dr

Área = A

Definición de coeficiente de Viscosidad, η. Dos capas paralelas de fluido, de área A, están separadas una distantancia dx y la diferencia entre sus viscosidades de dv

V + dv V

dx Gradiente de velocidad = dv/dx Fuerza de fricción FηA(dv/dx)

Determinación de la viscosidad: flujo a través de un tubo y sección transversal del tubo l R

R P1

P2

r

Área = 2πrdr Area = 2πrdr

El aparato de Ostwald, es un aparato simple para medir la η. En un experimento tipico, se registra el tiempo de flujo de un vol.dado V (entre la marca a y b) a traves de un tubo capilar vertical bajo la influencia de la gravedad. La magnitud P es la diferencia de presión entre los 2 extremos del tubo en U y se considera que es directa_ mente proporcional a la densidad del liquido.

t π PR η = 8ηVL 4

a

b

Mediante esta ec. resulta difícil la medición exacta de η debido a la incertidumbre en la determinacion del radio del capilar. En la practica se determina comparando con un liquido de η conocida

η muestra πR 4 ( PT ) muestra 8VL = × 4 η referencia 8VL πR ( Pt ) referencia Como V, L y R son iguales si se emplea el mismo viscosímetro

η muestra η referencia

( Pt ) muestra = ( Pt ) referencia

Diagrama de circulación sanguínea pulmones CO2

π ∆ PR Q = 8η L

4

O2

sangre venosa

sangre arterial

Ventrículo derecho

Ventrículo izquierdo

8(0.04 din .s.cm _ 2 )(1cm )(80 cm 3 s _ 1 ) ∆P = π (1cm ) 4

CO2

= 8din.cm_ 2 = 6 ×10_ 3 mmHg

O2

tejidos

VARIACION DE LA VISCOSIDAD CON LA Tº Viscosidad en centipoises (=10-3Kg.m-1.s-1)

1.80 1.60

Hg

1.40 1.20

C2H5OH

1.00

H2O

0.80

C6H6

0.60 0.40

(C2H5)20 0.20

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Temperatura en ºC

TENSION SUPERFICIAL (γγ)
fenómeno

por el cual la superficie de un liquido tiende a comportarse como si fuera una delgada película elástica. Este efecto permite a algunos insectos, como el zapatero (Hydrometra stagnorum), desplazarse por la superficie del agua sin hundirse

TENSION SUPERFICIAL (γγ)
Cuando

se expande la superficie de un liquido las moléculas interiores son lanzadas al exterior.


Y

como tal se genera fuerza entre las moléculas vecinas


A

diferencia de la evaporación las moléculas no son totalmente expulsadas.
La interacción desbalanceada de las moléculas de la superficie da lugar a reducir al mínimo su área superficial, razón por que las gotas tienen forma esférica.

La γ de un liq.se define como la energia necesaria para la expansion de la superficie por área unitaria. unidades: CGS .. Erg.cm_2 o dina cm_1

1 dina cm_1 = 1x10_3 Nm_1

El método de elevación capilar proporciona una formula sencilla de determinación

1 mκT η= = 2 3 2 d π 2 2πd mc

Cuando un tubo capilar se Introduce al liq. La fuerza que actúa hacia abajo es el tiron Graviracio_ nal dado: πr2hρ ρg Esta fuerza debe equilibrar Esta dado: 2π πrγγcosθ θ

πr2hρ ρg = 2π πrγγ cosθ θ

γ

=

rhρ ρg 2cosθ θ

θ θ

r h

TENSION SUPERFICIAL liquido Ácido acético Acetona Benceno

Tetracloruro de carbono Cloroformo Etanol Éter etílico n-Hexano Mercurio Agua

(Unid.CGS) din/cm

27.6 23.7 28.9 26.6 27.1 22.3 17.0 18.4 476(298 K) 72.72

(unid.SI) N/m

0.0276 0.0237 0.0289 0.0266 0.0271 0.0223 0.0170 0.0184 0.476 0.07275

DIFUSION











Es un proceso mediante el cual los gradientes de cc de una sol disminuye hasta obtener un distribución homogénea. Es importante en muchos sistemas químicos y biológicos. Es el mecanismo principal por el que el CO2 llega al sitio de la fotosíntesis. Transporte de las moléculas a través de las membranas celulares


Difusión

es la penetración espontánea de una sustancia en otra siguiendo el potencial de gradiente de cc.
Cuando las 2 regiones de cc están separadas por una membrana selectiva se denominan diálisis
La diálisis se usa para separar pequeñas moléculas y iones que están en mezcla con un material coloidal.







La velocidad de difusión a través de una membrana semipermeable es directamente proporcional a la gradiente de cc entre las dos superficies de la memb. e inversamente proporcional al espesor de la membrana. Estos factores se expresan en la ley de Fick.

dS κA(Ci _ Co ) = dt h S = es la cantidad de sust. Difundida en el tiempo t K = es la constante de permeabilidad h = es el espesor de la membrana dS/dt = es la veloc. De difusión Ci = concentración de un lado Co = concentración en el otro lado de la membrana

TIPOS DE DIFUSION








DIFUSION NO IONICA: las moléculas en solución se mueven al azar, siempre que no estén cargadas y se desplacen en un gradiente de eléctrico. La veloc. real de mov.(molec./unidad de tiempo), es directamente proporcional a la probabilidad y por tanto a la cc.

dS κ A (Ci _ Co ) = dt h Es habitual combinar los factores de membrana en una única k de modo que P=κ/x, siendo A igual a 1, por lo que la veloc.de transporte neto es:

dQ dt

= P (C

1

− C

2

)







DIFUSION IONICA O ELECTROQUIMICA: Si una droga esta ionizada se modifican sus propiedades de transporte, una molec. Cationica será repelida por la carga positiva de la capa externa de la membrana y solo aquellas con alta energía cinética pasaran. Una vez dentro, un cation será simultáneamente atraído por la carga negativa de la superficie intracelular de la membrana y repelido por la superficie externa y se dice que se mueve a lo largo un gradiente iónico.

Co ZE ± log = Ci 61


DIFUSION

FACILITADA: Algunas veces una sustancia se mueven a través de la membrana mas rápidamente de lo que correspondería, a este mov. Se llama difusión facilitada.
Se debe a la presencia de una molécula especial denominado portador con la cual se combina (complejo).
Se considera que hay mayor permeabilidad para el complejo: portador-droga.

Extracelular

Na+ Na+

Na+

Na+

Na+ Cl-

HCO3-

HCO3-

Cl-

Cl-

Na+

Su Cl-

Su Na+

Su

Na+

Na+ Na+

Cl-

Pr

Pr

Na+

Pr

Pr

Pr

Pr-

K+

Cl-

K+

Cl-

Pr

Pr-

K+

Pr

K+

ClK+

HCO3-

K+ Cl-

Cl-

K+

Intracelular

Pr-

H2PO4-

PrK+

ABSORCION DE FARMACOS PASO A LA BIODISPONIBILIDAD







CONDICIONES DE PASO - Propiedades fisicoquímicas del fármaco - hidrosolubilidad, naturaleza química (pKa y grado de ionizacion), coeficiente de partición, peso molecular. - características del medio, grado de vascularizacion y pH. MECANISMOS DE PASO

ABSORCION DE FARMACOS PASO A LA BIODISPONIBILIDAD




Mecanismos de paso: tres mecanismos . Difusión pasiva (mas común) se lleva a cabo del lugar de mayor cc al menor, no requiere energía, no es especifico, no es saturable, no existe fenómenos de inhibición competitiva. . Difusión facilitada. Se realiza a favor de gradiente de cc (mas rápido), la velocidad no es proporcional al gradiente, existe una unión transitoria del fármaco al transportador, presencia de fenómenos de inhibición, . Transporte activo. En contra del gradiente de cc, existe transportador (complejo), aporte de energía ATP, se satura, es especifico, fenómeno de inhibición. Ejem. Metildopa y levodopa.

LADME


DISOLUCION – VACIADO GASTRICO – EL FLUJO SANGUINEO INTESTINAL

1

Ingesta del fármaco

7

Disgregación En estomago

paso A la sangre

Absorción intestinal

6

2 Disolución del fármaco

3

4

Absorción parcial En estomago

Flujo sanguíneo intestinal

Vaciado gástrico

Paso a duodeno Por el piloro

5

TERMODINAMICA





La termodinámica es la ciencia que estudia los cambios energéticos que acompañan los cambios físicos y químicos. Establece relaciones entre diferentes formas de energía: calor y trabajo. Además establece leyes que gobiernan la conversión de calor a otras formas de energía. Un estudio termodinámico se desarrolla sin necesidad de conocer la estructura molecular atómica de la materia y solo envuelve propiedades macroscópicas como presión, temperatura, volumen y las relaciones entre éstas.

Conceptos importantes
Sistema

- aquella parte o porción del universo bajo estudio.
Frontera - separa el sistema de los alrededores o del ambiente.
Ambiente o alrededores el resto del universo.












Sistema aislado - aquel sistema donde no exista intercambio de masa, ni de calor entre el sistema y el ambiente a través de la frontera. Sistema cerrado - hay intercambio de calor (o energía), pero no de masa. Sistema abierto - hay intercambio de masa y de calor (o energía). Estado - la condición de un sistema que se describe por un conjunto de propiedades macroscópicas necesarias para definirlo completamente (P, T, n [moles], estado físico) i. e. (1 mol de bióxido de carbono, V = 2 L, t = 40°C, P = 4 atmósferas). Función de estado (variable de estado) - son las propiedades de un sistema que dependen únicamente del estado inicial y final de un sistema (y no de la historia anterior del sistema). En cambio en esa función de estado X, está dado por :

∆X = X2 - X1

PROCESO ADIABATICO En un proceso adiabático para un gas perfecto, la transferencia de calor hacia el sistema o proveniente de él es cero. Es cuando un sistema no gana ni pierde calor, es decir, Q = 0. Este proceso puede realizarse rodeando el sistema de material aislante o efectuándolo muy rápidamente, para que no haya intercambio de calor con el exterior.

PROCESO ISOTERMICO
Es

un proceso en el cual la temperatura permanece constante durante la operación. La energía interna de un gas es función de la temperatura exclusivamente.


Hay

una excepción: la energía interna de un gas perfecto depende solamente de la temperatura. En consecuencia, para un gas perfecto U2 = U1, y Q=W

PROCESO ISOBARICO
Si

la presión no cambia durante un proceso, se dice que éste es isobárico. Un ejemplo de un proceso isobárico es la ebullición del agua en un recipiente abierto. Hay una excepción: la energía interna de un gas perfecto depende solamente de la temperatura. En consecuencia, para un gas perfecto U2 = U1 = Q – p.(Vf-Vi)

TRABAJO Y CALOR MECANICA CLASICA

TERMODINAMICA

Fuerza por distancia El concepto es mas amplio T. mecánico, T. eléctrico T. de superficie, T. gravitacional, etc )

eléctrico (welec) se asocia a otra propiedad termodinámica que se llama energía libre de Gibbs (G) y trabajo magnético (wmagn)
Trabajo PV, (expansión - compresión) este es el trabajo hecho por un sistema al expandirse o contraerse contra un presión externa.
Trabajo

F W = − Pexterna∆V = − ( Ax∆l ) = Fxl A




Este producto tiene unidades de energía ya que 1 L-atm = 101.3 J

a. Si ∆V > 0, w < 0, por lo tanto el sistema hace trabajo sobre el ambiente. b. Si ∆V < 0, w > 0, por lo tanto el ambiente hace trabajo sobre el sistema. c. A volumen constante ∆V = 0 , w = 0, por lo tanto ∆U = q, (q V). El calor liberado o absorbido se puede medir en un calorímetro. d. A presión constante ∆P = 0, ∆U = qP P∆V por lo tanto qP = U + P∆V. Esta expresión se convierte en una nueva propiedad termodinámica que se conoce como entalpía.










Trabajo.- es un método para transferir energía de un sistema a través de la frontera. Se define como el producto de la fuerza por la distancia de desplazamiento (F x d = w). Unidades = N x m = J (newton por metro = julios que son las unidades de energía en el sistema internacional [SI]). Convención - Si el sistema hace trabajo sobre el ambiente el trabajo es negativo. Si el ambiente hace trabajo sobre el sistema, el trabajo es positivo

.

AMBIENTE AMBIENTE AMBIENTE

SISTEMA SISTEMA SISTEMA

Mg Pex = A

w = − Pext . A∆h w = − Pext . A∆(V2 − V1 )

w = − Pext . A∆V

V2

W = − ∫ Pex dV V1

Pin - Pex = dP V2

w = − ∫ ( P int − dP)dV

V1 Reconociendo que dP y dV es un producto de dos cantidades infinitesimales que ≈ 0

V2

w = − ∫ Pint dV V1

Expresando en términos de ecuación de estado en particular. Para un gas ideal

P in RT P int = − V V2 nRTdV Wint = − ∫ V1 V

V2 P1 Wint = −nRTLn = −nRTLn V1 P2 Ya que P1 V1 = P2 V2




Calor (q) - es otro método de transferir energía de un sistema a través de la frontera. aUnidades J, (anteriormente era calorías; 4.184 J = 1 caloría) b-Convención - si el calor fluye del sistema hacia el ambiente el calor es negativo, pero si fluye del ambiente al sistema, el calor es positivo

ambiente q>0 W>0

W