Universidad de Guayaquil
Facultad
de Ciencias Medicas
Rilegatura de Biofísica
Integrantes:
Verónica Gema Vero Chávez
Curso:
Gr-2
Docente:
Dr. Cecil Hugo Flores Balseca
2019 - 2020 Ciclo I
INTRODUCCION
En este blog
encontrarás los temas de biofísica relacionado con la medicina, ayuda a
entender y comprender el funcionamiento de las diferentes partes del cuerpo
humano y, como consecuencia de este conocimiento adquirido, aumentan los
recursos y capacidades para mejorar los procesos de curación o evitar daños o
malos funcionamientos. La relación entre ambas se origina porque una de las
características de la biofísica es su interdisciplinariedad. Esto quiere decir
que los conocimientos se pueden obtener gracias a la aplicación de varias
disciplinas. También se puede definir como una ciencia dedicada al estudio de
problemas en las más diversas áreas de estudio, en la que se encuentran la
medicina.
Pues si la biofísica
puede estudiar el funcionamiento del ser humano aplicando teorías y
conocimientos físicos, éstos serán una fuente de información valiosa para la medicina, que puede aplicarlos para entender los problemas que aquejan
a un paciente y poner remedio a que estas complicaciones se repitan. Para entender mejor cuál es el
papel tan relevante que la biofísica tuvo, tiene y tendrá en un futuro
quizá sea mejor ver algunos
ejemplos de los avances que se
han logrado gracias a ella, los órganos artificiales, bisturís de alta energía
o la microscopía óptica de alta resolución, entre otros muchos. Todos estos avances y mejoras, conseguidos gracias a un
profundo entendimiento de la biología y la física, permiten a la medicina
obtener datos o información, bien en forma óptica o con aparatos que permiten las intervenciones
quirúrgicas de forma mucho más eficiente y eficaz.
Agradecemos
profundamente a nuestro docente el Dr. Cecil Flores con quién tuvimos el honor
de poder desarrollar esta cátedra, agradecemos también a la institución la
Universidad de Guayaquil, por brindarnos la oportunidad de poder ser parte de
ella.
DEDICATORIAS
Le dedicamos este blog
a los futuros estudiantes de medicina, a quiénes esperamos que les sirva de
guía al momento de ver esta materia en su carrera y a los docentes que apoyan
la investigación les sirva como guía para que sigan fomentando sus
conocimientos al público.
UNIDAD 1
INTRODUCCION A
LA BIOFISICA GENERALIDADES
FENOMENOS
BIOFISICOS MOLECULARES
La
biofísica es la ciencia que estudia la biología con los principios y métodos de
la física. Se discute si la biofísica es una rama de la física o de la
biología. Desde un punto de vista puede concebirse que los conocimientos y
enfoques acumulados en la física "pura" pueden aplicarse al estudio
de los sistemas biológicos. En ese caso la biofísica le aporta conocimientos a
la biología, pero no a la física, sin embargo, le ofrece a la física evidencia
experimental que permite corroborar teorías. Ejemplos en ese sentido son la
física de la audición, la biomecánica, los motores moleculares, comunicación
molecular, entre otros campos de la biología abordada por la física.
RAMAS DE LA BIOFÍSICA
1.Biomecánica
La biomecánica es
un área de conocimiento interdisciplinaria que
estudia los fenómenos naturales que ocurren en el cuerpo humano como
consecuencia de sufrir la aplicación de fuerzas de diverso origen y sirve para
medir el rendimiento de acuerdo a la optimización del gasto energético. La
biomecánica tiene áreas de aplicación como la medicina, la ergonomía y los
deportes. La biomecánica está íntimamente ligada a la biónica y
usa algunos de sus principios, ha tenido un gran desarrollo en relación con las
aplicaciones de la ingeniería a la medicina, la bioquímica y el medio ambiente,
tanto a través de modelos matemáticos para el conocimiento de los sistemas
biológicos como en lo que respecta a la realización de partes u órganos del
cuerpo humano y también en la utilización de nuevos métodos diagnósticos.
2.Bioelectricidad
La
bioelectricidad es vital para que sigamos vivos.
En el siglo 18, el científico italiano Galvani demostró que los
músculos del cuerpo responden a estímulos eléctricos. Nuestro cerebro emite
impulsos eléctricos a través de los nervios, los cuales hacen que los músculos
respondan con movimiento, incluyendo al corazón.Una enfermedad cardíaca común es la fibrilación ventricular. Las diferentes partes del corazón laten a destiempo, y el tratamiento más efectivo consiste en aplicar electricidad al corazón.
3.Bioenergética
La bioenergética es
la parte de la biología muy
relacionada con la química física,
que se encarga del estudio de los procesos de absorción,
transformación y entrega de energía en
los sistemas biológicos.
En
general, la bioenergética se relaciona con la termodinámica,
haciendo especial uso de variables como la energía de Gibbs.
3.Bioacustica
La bioacústica es
una ciencia multidisciplinaria
que combina la biología y
la acústica.
Usualmente se refiere a la investigación de la producción del sonido,
su dispersión a través de un medio y su
recepción en animales (incluyendo
los humanos).
Esto envuelve el énfasis neurofisiológico y anatómico de
la producción y detección del sonido y la relación de las señales acústicas
con el medio en el que se
transmiten. Estos hallazgos han dado evidencia acerca de la evolución de los mecanismos
acústicos y de alguna manera de los animales que los utilizan.
4.Biofotonica
La
Biofotonica es la ciencia encargada del uso de la luz en aplicaciones biológicas
y médicas para estudiar procesos orgánicos de manera no invasiva con el fin de
conocer cómo éstos son afectados por la luz; así como para el diagnóstico y
tratamiento de ciertas enfermedades. Presentamos una breve introducción a la
biofotónica centrándonos en tres aplicaciones que estamos desarrollando en el
INAOE: 1) terapia fotodinámica, 2) pinzas ópticas y, 3) visualización de vasos
sanguíneos con moteado láser.
5. Radiobiología
La radiobiología es
la ciencia que
estudia los efectos que se producen en los seres vivos tras
la exposición a energía procedente
de las radiaciones ionizantes.
Dos grandes
razones que han impulsado la investigación de
los efectos biológicos de las radiaciones ionizantes sobre la materia viva son
la protección radiológica,
para poder utilizarlas de forma segura en aplicaciones médicas o industriales
que las requieran, y la radioterapia donde
las radiaciones ionizantes se utilizan principalmente para el tratamiento
de neoplasias buscando
preservar al máximo los órganos críticos (tejido sano). (AlanVal, 2016)
LA FORMACIÓN DEL UNIVERSO Y ELORIGEN DE LA VIDA
El Universo se
originó hace 13700 mil millones de años en una gran explosión
del espacio. Toda la energía existente en el Universo estaba concentrada en un
punto más pequeño que un átomo es decir los Quark que se combinan conjuntamente
para formar las partículas subatómicas. Después de la explosión, el espacio se
expande y se enfría permitiendo la formación
de átomos, estrellas, galaxias, y planetas a partir
de partículas elementales. Los científicos intentan explicar el origen del
Universo con diversas teorías, apoyadas en observaciones y unos cálculos
matemáticos coherentes. Las más aceptadas son la del Big Bang y la teoría Inflacionaria,
que se complementan entre sí.
TEORÍA DEL BIG BANG
La teoría del Big
Bang consiste en que el universo con una temperatura muy elevada, en un
momento dado explotó comenzando a expandirse, una gran cantidad de energía y
materia separando todo, hasta
El universo
después del Big Bang, comenzó a enfriarse y a expandirse, este
enfriamiento produjo que tanta energía comenzará a estabilizarse.
Los protones y los neutrones se "crearon" y se
estabilizaron cuando el universo tenía una temperatura de 100.000 millones
de grados, aproximadamente una centésima de segundo después del inicio. (RED;2016)
TEORÍA DEL CREACIONISMOS
El creacionismo es
un sistema de creencias que postula que el universo, la tierra y la vida en la
tierra fueron deliberadamente creados por un ser inteligente. Es
decir, fueron creados por Dios en un acto de creación único.
Los creacionistas fundamentalistas de la fe cristiana usualmente
basan su creencia en una lectura literal de la narrativa de creación
del Génesis. Otras religiones o comparten el mito de creación
del Génesis o tienen diferentes mitos de creación conducidos por
deidades, a la vez que los miembros de una misma religión varían en su
aceptación de los descubrimientos científicos. (WRD, 2015)
LA BIOFÍSICA Y LA MEDICINA MODERNA
La Biofísica ha hecho
grandes aportes a la Medicina. El conocimiento Biofísico ha sido el pilar
fundamental para el entendimiento de los fenómenos fisiológicos que son base
del funcionamiento del organismo humano en estado normal y patológico. Dentro
de ellos podemos mencionar: la recepción de señales exteriores por parte del
organismo, la transmisión del impulso nervioso, los procesos biomecánicos del
equilibrio y desplazamiento del organismo humano, la óptica geométrica del ojo,
la transmisión del sonido hasta el oído interno y el cerebro, la mecánica de la
circulación sanguínea, de la respiración pulmonar, el proceso de alimentación y
sostenimiento energético del organismo, el mecanismo de acción de las moléculas
biológicamente funcionales sobre las estructuras celulares (las membranas, los
organoides bioenergéticos, los sistemas mecano-químicos), los modelos
físico-matemáticos de los procesos biológicos, etc. (PedroT, 2015)
MÉTODO CIENTÍFICO
Los conocimientos
que la humanidad posee actualmente sobre las diversas ciencias de la naturaleza
se deben, sobre todo, al trabajo de investigación de los científicos. El
procedimiento que éstos emplean en su trabajo es lo que se llamará MÉTODO CIENTÍFICO.
El método
científico consta de las siguientes fases:
1. Observación
2. Formulación
de hipótesis
3. Experimentación
4. Emisión
de conclusiones
OBSERVACIÓN
Los científicos se
caracterizan por una gran curiosidad y el deseo de conocer la naturaleza.
Cuando un científico encuentra un hecho o fenómeno interesante lo primero que
hace es observarlo con atención. La Observación consiste en examinar
atentamente los hechos y fenómenos que tienen lugar en la naturaleza y que
pueden ser percibidos por los sentidos.
Ejemplo: Queremos
estudiar si la velocidad de caída libre de los cuerpos depende de su masa. Para
ello, dejamos caer, desde una misma altura una tiza y una hoja de papel.
Observamos que la tiza llega mucho antes que el papel al suelo. Si medimos la
masa de la tiza, vemos que ésta es mayor que la masa del papel.
FORMULACIÓN DE HIPÓTESIS
Después de las
observaciones, el científico se plantea el cómo y el porqué de lo que ha
ocurrido y formula una hipótesis. Formular una hipótesis consiste en elaborar
una explicación provisional de los hechos observados y de sus posibles causas.
Ejemplo: Podemos
formular, como hipótesis, el siguiente razonamiento: “Cae con mayor velocidad
el cuerpo que posee mayor masa”.
EXPERIMENTACIÓN
Una vez formulada
la hipótesis, el científico debe comprobar si es cierta. Para ello realizará
múltiples experimentos modificando las variables que intervienen en el proceso
y comprobará si se cumple su hipótesis. Experimentar consiste en reproducir y
observar varias veces el hecho o fenómeno que se quiere estudiar, modificando
las circunstancias que se consideren convenientes. Durante la experimentación,
los científicos acostumbran a realizar múltiples medidas de diferentes
magnitudes físicas. De esta manera pueden estudiar qué relación existe entre
una magnitud y la otra.
Ejemplo: Si
lanzamos la tiza junto a una hoja de papel arrugada, vemos que llegan al suelo
prácticamente al mismo tiempo. Si seguimos esta línea de investigación y
lanzamos una hoja de papel arrugada y otra hoja sin arrugar desde la misma
altura, vemos que la hoja arrugada llega mucho antes al suelo.
EMISIÓN DE CONCLUSIONES
El análisis de los
datos experimentales permite al científico comprobar si su hipótesis era
correcta y dar una explicación científica al hecho o fenómeno observado. La
emisión de conclusiones consiste en la interpretación de los hechos observados
de acuerdo con los datos experimentales. A veces se repiten ciertas pautas en
todos los hechos y fenómenos observados. En este caso puede enunciarse una ley.
Una ley científica es la formulación de las regularidades observadas en un
hecho o fenómeno natural. Por lo general, se expresa matemáticamente. Las leyes
científicas se integran en teorías. Una teoría científica es una explicación
global de una serie de observaciones y leyes interrelacionadas.
Ejemplo: A la
vista de los resultados experimentales, se puede concluir que no es la masa la
que determina que un objeto caiga antes que otro en la Tierra; más bien, será
la forma del objeto la determinante. Como comprobación de nuestro resultado
deducimos que nuestra hipótesis inicial era incorrecta. Tenemos, por ejemplo,
el caso de un paracaidista: su masa es la misma con el paracaídas abierto y sin
abrir; sin embargo, cae mucho más rápido si el paracaídas se encuentra cerrado.
(Conceptod, 2016)
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
La materia consiste en
partículas extremadamente pequeñas agrupadas juntas para formar el átomo.
Hay unas 90 ocurrencias naturales de estas agrupaciones de partículas
llamadas elementos. Estos elementos fueron agrupados en la tabla periódica de los
elementos en secuencia de acuerdo a sus
números atómicos y peso atómico. Hay además 23 elementos hechos por el hombre
que no ocurren en la naturaleza, por lo que al final son unos 113 elementos conocidos
hasta la fecha. Estos elementos no pueden cambiarse por procesos químicos.
Ellos solo pueden ser cambiados por reacción nuclear o atómica, sin embargo,
pueden ser combinados para producir el incontable número de compuestos con los
que tropezamos día a día.
Elementos
Los elementos
químicos son los bloques de construcción de la materia. Todas las
sustancias que nos rodean son un elemento o un compuesto formado por elementos
químicos. El elemento químico está compuesto de un único tipo de átomo.
Recordemos que un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que conserva
las propiedades de este. De todos los elementos químicos conocidos en la
naturaleza, apenas una docena son relevantes para el mantenimiento de la vida
sobre la Tierra tenemos al Oxigeno, Carbono, Calcio, Yodo, Hierro, Fosforo,
Zinc, Hidrogeno
Átomos
Un Átomo es la unidad
de partículas más pequeñas que puede existir como sustancia simple (elemento
químico), y que puede intervenir en una combinación química. Su
término en griego significa “no divisible”, propuesto por Demócrito
y Leucipo, quienes suponían que la materia estaba
formada por partículas indivisibles e indestructibles. A
lo largo de los siglos, el tamaño y la naturaleza del átomo sólo fueron objeto
de especulaciones, por lo que su conocimiento avanzó muy lentamente. En los
siglos XVI y XVII fue el comienzo y desarrollo de la química experimental,
donde el científico inglés John Dalton propuso que la materia está
formada por átomos a los cuales asignó una masa característica y que difieren
de un elemento, y los representó como esferas macizas e indivisibles.
Molécula
La molécula es
la partícula más pequeña que presenta todas las
propiedades físicas y químicas de una sustancia, y se encuentra formada por
dos o más átomos.
Los átomos que forman las moléculas pueden ser iguales (como ocurre con la
molécula de oxígeno, que cuenta con dos átomos de oxígeno) o distintos (la
molécula de agua, por ejemplo, tiene dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno).
Las moléculas se encuentran en constante movimiento,
y esto se conoce como vibraciones moleculares (que pueden ser
de tensión o de flexión). Sus átomos se mantienen unidos gracias a que
comparten o intercambian electrones.
Cabe destacar que
las moléculas pueden ser neutras o presentar carga
eléctrica. En este último caso, se las denomina ion-molécula o ion
poliatómico.
La química
orgánica o química del carbono es una rama de
la química que
se encarga de analizar aquellas moléculas que contienen carbono y que forman
enlaces covalentes carbono-carbono o carbono-hidrógeno, que también reciben el
nombre de compuestos orgánicos.
La química
inorgánica, en cambio, se dedica al estudio de la formación,
composición, estructura y reacciones de los compuestos y elementos inorgánicos.
También existe la química organometálica, que se centra en los
compuestos químicos que tienen un enlace entre un átomo de carbono y un átomo
metálico.
La bioquímica,
por su parte, se encarga de estudiar a los seres vivos a nivel molecular. De
esta forma, analiza las moléculas que forman las células y
los tejidos y que permiten reacciones químicas como la fotosíntesis y la
digestión, entre otras. (Goldsby, 2016)
FERMIÓN
El
nombre Enrico Fermi, otro físico teórico con
el que desarrolló lo que hoy se conoce como la “Estadística de Fermi-Dirac",
que describe la distribución espacial que tienen los fermiones. Como el fermión
obedece el principio de exclusión de Pauli, no pueden existir dos fermiones en
el mismo estado cuántico, o sea, no pueden ocupar el mismo espacio al mismo
tiempo. Son entonces partículas de materia. En cambio, para los
bosones no existe un límite para la cantidad de partículas que pueden estar en
un mismo espacio cuántico y es por lo que se las describe como partículas de
fuerza y no como partículas de materia. Además, se conocen bosones sin masa.
Pero no se conoce ningún fermión sin masa.
El principio
de exclusión de Pauli sostiene que, dentro de un sistema cuántico no
pueden existir dos o más fermiones idénticos con el mismo estado cuántico.
En el siguiente
ejemplo, el estado cuántico de un electrón se define mediante cuatro números
cuánticos:
n:
número cuántico principal
t:
número cuántico azimutal, o momento angular orbital
m:
número cuántico magnético
Fermiones fundamentales
Existen dos tipos
de Fermiones fundamentales:
Quarks:
En física de partículas,
los cuarks o quarks son
los fermiones elementales
masivos que interactúan fuertemente formando
la materia nuclear y
ciertos tipos de partículas llamadas hadrones.
Junto con los leptones,
son los constituyentes fundamentales de la materia bariónica.
Varias especies de
cuarks se combinan de manera específica para formar partículas subatómicas tales
como protones y neutrones.
Leptones:
En física,
un leptón es una partícula con espín 1/2
en el caso de los neutrinos y +/- 1/2 en los demás leptones (un fermión)
que no experimenta interacción fuerte.
Los leptones forman parte de una familia de partículas elementales conocida
como la familia de los fermiones, al igual que los quarks. (icmm , 2018)
LOS BOSONOES
Los bosones son
partículas que tienen espín entero,
y que por lo tanto no se ven limitados por el principio de
exclusión de Pauli, como los fermiones de
espín semi-entero. La distribución de energía de los bosones es descrita por
las estadísticas de
Bose-Einstein. La función de onda que
describe una colección de bosones debe ser simétrica con respecto al
intercambio de partículas idénticas, mientras que la función de onda para una
colección de fermiones es antisimétrica. Los bosones incluyen a los fotones,
y la caracterización de los fotones como partículas con energía dependiente de
la frecuencia, dada por la fórmula de Planck,
le permitió a Planck aplicar las estadísticas de Bose-Einstein, para explicar
la radiación térmica de
una cavidad caliente.
PARTICULAS DE LA MATERIA
En la búsqueda de
las partículas que componen la materia, uno de los primeros en ofrecer una
teoría atómica con bases científicas fue John Dalton, cuyas ideas
quedaron recogidas en los conocidos como postulados de Dalton,
publicados en los primeros años del siglo XIX, entre 1803 y 1807.
Para Dalton, el
átomo era la partícula fundamental de la materia, pero a lo largo del siglo
XIX, y principalmente a lo largo del siglo XX, se fueron descubriendo las partículas
subatómicas. Primero los electrones y luego los protones y
los neutrones, desbancado al átomo como partícula fundamental.
Electrones,
neutrones y protones se tomaron de nuevo como si fueran las verdaderas
partículas elementales, hasta que el descubrimiento de los quarks demostró
que protones y neutrones tampoco eran las partículas elementales, sino que se
podían descomponer en otras partículas.
· En
1897 J.J. Thomson descubrió el electrón, hoy
considerado una partícula elemental de tipo leptón. Hasta este descubrimiento,
el átomo se consideraba una partícula indivisible.
· En
1905 Albert Einstein descubrió el fotón, hoy
considerado un tipo de bosón (partícula sin masa que porta energía
o fuera de interacción).
· En
1977 Ernest Rutherford descubrió el protón y
que la mayor parte de la masa de un átomo se concentra en el núcleo.
· En
1932 James Chadwick descubrió el neutrón.
· En
1964 Murray Gell Mann propuso la existencia de los quarks,
la partícula elemental que forma los neutrones y los protones.
Así,
un átomo no se define en la actualidad como la partícula
elemental de la materia, sino como la unidad más pequeña de materia
bariónica (o materia ordinaria) que presenta propiedades de
elemento químico. (Lacroux, 2018)
ELECTRON
Un
electrón es una partícula elemental estable cargada negativamente que
constituye uno de los componentes fundamentales del átomo. Forma parte del
grupo de los leptones, participan en las interacciones fundamentales,
tales como la gravedad,
el electromagnetismo y
la fuerza nuclear débil.
Como toda la materia, poseen propiedades mecánico-cuánticas tanto
de partículas como de ondas,
de tal manera que pueden colisionar con otras partículas y pueden ser difractadas como
la luz. Esta dualidad se demuestra de una mejor manera en experimentos con
electrones a causa de su ínfima masa. Como los electrones son fermiones, dos de
ellos no pueden ocupar el mismo estado cuántico,
según el principio de exclusión de Pauli. (Goldsby, 2016)
NEUTRÓN
Un
neutrón es una partícula subatómica contenida en el núcleo atómico. No tiene
carga eléctrica neta, a diferencia de carga eléctrica positiva del protón. El
número de neutrones en un núcleo atómico determina el isótopo de ese elemento. El neutrón es necesario
para la estabilidad de casi todos los núcleos atómicos, a excepción del isótopo Hidrógeno-1. La interacción nuclear fuerte es
responsable de mantenerlos estables en los núcleos atómicos. El neutrón es una
partícula eléctricamente neutra, de masa 1838,5 veces mayor que la del electrón
y 1,00137 veces la del protón; juntamente con los protones, los neutrones son
los constitutivos fundamentales del núcleo atómico y se les considera como dos
formas de una misma partícula: el nucleón. (Goldsby,
2016)
PROTÓN
Un
protón es una partícula cargada positivamente que se encuentra dentro del
núcleo atómico. El número de protones en el núcleo atómico es el que determina
el número atómico de un elemento, como se indica en la tabla periódica de los
elementos. Los protones no se consideran partículas elementales, sino
partículas compuestas por tres partículas elementales de espín 1/2:9
dos quarks arriba
y un quark abajo, las cuales también están unidas por la fuerza nuclear fuerte
mediada por gluones.
La masa de estos tres quarks sólo supone un 1% de la masa del protón. El
resto proviene del cómputo de la energía de enlace al considerar el mar de
gluones y los pares quark-antiquark que los rodean. La evidencia de que el
protón no era una partícula elemental sino compuesta proviene de experimentos
realizados durante los años 1970 que
dieron lugar al modelo de partones,
después reformulado dentro de la cromodinámica cuántica.. (Goldsby,
2016)
POSITRON O ANTIELECTRON
Pero la existencia de este
sistema, como máximo, durará una diezmillonésima de segundo ya que se combinan
el positrón y el electrón. Cuando se combinan las dos partículas opuestas, se
produce una neutralización mutua y literalmente desaparecen, no dejan ni rastro
de materia (aniquilamiento mutuo). Pero como se sabe la materia al igual que la
energía no puede desaparecer, como resultado de esto queda la energía en forma
de radiación
gamma. De tal forma como había sugerido el genio Albert Einstein: la materia puede convertirse en energía, y
viceversa. (Frederick, 2016)
NIVELESDE ORGANIZACIÓN DE LA MATERIA
La materia viva e
inerte se puede encontrar en diversos estados de agrupación diferentes a los
que se denominan niveles de organización de los seres vivos. Esta agrupación
u organización puede definirse en una escala de organización que
sigue como se describe más adelante el criterio de menor a mayor complejidad,
de menor a mayor organización.
Niveles de Organización
Distinguimos los
siguientes niveles de la organización:
· Subatómica:
Formados por electrones, protones y neutrones, que son las distintas partículas
que
· Atómica:
Puede ser un átomo de Hidrogeno, Oxigeno, Helio, puede ser cualquier elemento
químico.
· Molecular:
Union de diversos átomos diferentes para formar una molécula.
· Celular:
Las moléculas se unen y forman unidades celulares con vida.
· Organismo:
Nivel de organización en el cual las células, tejidos, órganos forman un
organismo superior.
· Población:
Grupo de organismos agrupados por especies propias.
· Comunidad:
Grupo de seres vivos unidos.
· Ecosistema:
Comunicación biológica con el medio físico.
· Paisaje:
Comprende varios ecosistemas dentro de una misma superficie.
· Región:
Es un nivel mayor al paisaje agrupando varios países.
· Bioma:
Ecosistema de gran tamaño con determinadas características: Clima húmedo,
cálido, frio, etc.
·
Biosfera:
La biosfera es el ecosistema global.
Al mismo concepto nos referimos con otros términos, que pueden considerarse
sinónimos, como ecosfera o biogeosfera. Tiene características
que permiten hablar de ella como un gran ser vivo, con capacidad para
controlar, dentro de unos límites, su propio estado y evolución. (ecured, 2017)
GENERALIDADES DE LOS COMPUESTOSQUIMICOS.
Compuesto
es la unión de uno o mas elementos de la tabla periódica, tenemos a los
compuestos orgánicos y compuestos inorgánicos.
COMPUESTO ORGÁNICO
Por definición, un
compuesto orgánico es toda sustancia química que contiene algún átomo de
carbono en su molécula. Algunas moléculas, aun conteniendo carbono, no se
considera compuesto orgánico; por ejemplo, carbonatos, carburos y óxidos
simples de carbono, la diferencia es que un compuesto orgánico cuenta con un
enlace de carbono carbono-carbono, -hidrógenos o ambos, mientras que un
compuesto inorgánico no cuenta con este tipo de enlaces.
Por
ejemplo, el ácido carbónico (H2CO3) es un compuesto inorgánico mientras que el
ácido fórmico (CH2O2) es un compuesto orgánico.
Tipos de Formulas
La
fórmula química es la representación de los elementos que forman un compuesto y
la proporción en que se encuentran, o del número de átomos que forman una
molécula. También puede darnos información adicional como la manera en que se
unen dichos átomos mediante enlaces químicos e incluso su distribución en
el espacio. Para nombrarlas, se emplean las reglas de la nomenclatura química.
Formula Empírica: Indica el tipo de
átomos presentes en un compuesto y la relación entre el número de átomos de
cada clase. Siempre indica las proporciones enteras más pequeñas entre los
átomos. Así la fórmula empírica de la glucosa es CH2O, lo cual indica que, por
cada átomo de C, hay dos átomos y un átomo de O. Los subíndices siempre son
números enteros.
C4H8
C4H8
Formulas Moleculares: Son propias de las
sustancias que están constituidas por moléculas los subíndices informan del
número concreto de átomos de cada elemento presentes en la molécula. Por
ejemplo, en el caso del amoniaco, NH3, un átomo de nitrógeno y tres de
hidrógeno.
C2H6O
Formula Desarrollada y Semidesarrollada: Muestra todos los átomos que forman una molécula covalente, y los enlaces entre átomos de carbono (en compuestos orgánicos) o de otros tipos de átomos. No se indican los enlaces carbono-hidrógeno. Es posiblemente la fórmula química más empleada, aunque no permite ver la geometría real de las moléculas.
Formula Estructural: La fórmula
estructural de un compuesto químico es una representación gráfica de la
estructura molecular, que muestra cómo se ordenan o distribuyen espacial mente
los átomos. Se muestran los enlaces químicos dentro de la molécula, ya sea
explícita mente o implícitamente. Por tanto, aporta más información que la
fórmula molecular o la fórmula desarrollada.
Clasificación de los compuestos orgánicos
COMPUESTOS INORGÁNICOS
A
diferencia de los orgánicos, típicos de la química de la vida,
los compuestos inorgánicos son aquellos cuya
composición no gira en torno al carbono y al hidrógeno, sino que involucra diversos tipos de
elementos, casi todos los conocidos de la tabla periódica. Estos compuestos se forman a través de reacciones y
fenómenos físicos presentes en la naturaleza, tales como la energía solar, la acción de la electricidad o del calor, etc., los cuales permiten la creación de
sustancias diversas. Los átomos y moléculas de éstas suelen unirse
mediante enlaces
iónicos o covalentes. Los compuestos
inorgánicos pueden ser: óxidos, hidruros, sales, hidróxidos y oxácidos.
Tipos de compuestos inorgánicos
Pueden ser clasificados de acuerdo
con el número de elementos que intervienen en cada compuesto, de la siguiente
manera:
Compuestos
binarios. Aquellos que se componen únicamente de dos
elementos químicos. Tales como:
·
Óxidos. Producto de la unión del oxígeno (O2) con algún elemento metálico
(óxidos básicos) o no metálico (óxidos ácidos) de la tabla periódica. Por
ejemplo: óxido de cloro (VII): Cl2O7 – óxido ferroso: FeO.
·
Peróxidos. Los peróxidos son junturas del grupo peróxido (O2-2) con un
elemento metálico. Por ejemplo: peróxido de oro (III): Au2(O2)3 –
peróxido de litio: Li2O2.
·
Hidruros. Los hidruros se componen juntando un anión hidruro (H-) de carga
eléctrica negativa, con un catión metálico cualquiera (carga positiva). Por
ejemplo: hidruro de Litio: LiH – hidruro de Berilio: BeH2.
·
Sales
binarias. Se trata de iones, es decir, conjuntos de
átomos cargados eléctricamente, ya sean cationes (+) o aniones (-). Este
tipo de iones son, además, sales. Por ejemplo: cloruro de calcio: CaCl2 –
bromuro de hierro: FeBr3.
Compuestos terciarios. Aquellos en
los que se involucran tres elementos químicos. Tales como:
·
Hidróxidos. Resultantes de la unión de un elemento metálico con un grupo
hidroxilo (OH-). Son comúnmente llamados “bases” o “alcalis”. Por ejemplo:
hidróxido de sodio: NaOH – hidróxido de germanio (IV): Ge (OH)4.
·
Oxácidos. Ácidos que surgen de la reacción entre un anhídrido (un óxido no
metal) y agua. Su fórmula siempre depende de un patrón HaAbOc, donde A es
un metal de transición o un no metal. Por ejemplo: ácido sulfúrico:
H2SO4 – ácido carbónico: H2CO3.
TABLA PERIÓDICA
El inventor de la tabla periódica fue Dimitri Ivánovich Mendeléyev. La tabla periódica nos ayuda a clasificar, organizar y distribuir de forma correcta todos los elementos químicos, de acuerdo con sus propiedades y características, la funciona principal que tiene es la de establecer un orden especifico agrupando los elementos.
La tabla periódica actual se halla estructurada en siete
filas (horizontales) denominadas periodos y en 18 columnas
(verticales) llamadas grupos o familias. Los
elementos químicos se ordenan de acuerdo a sus propiedades de izquierda a
derecha y de arriba hacia abajo, en orden decreciente de sus números atómicos.
Los dieciocho
grupos conocidos son:
- Grupo 1 (IA),
los metales alcalinos:
hidrógeno (H), litio (Li),
sodio (Na), potasio (K), rubidio (Rb), cesio (Cs), francio (Fr).
- Grupo 2 (IIA),
los metales alcalinotérreos: berilio (Be), magnesio (Mg), calcio (Ca),
estroncio (Sr), bario (Ba), radio (Ra).
- Grupo 3 (IIIB),
la familia del escandio (Sc), que incluye al Itrio (Y), a las tierras
raras: lantano (La), cerio (Ce), praseodimio (Pr), neodimio (Nd), prometio
(Pm), samario (Sm), europio (Eu), gadolinio (Gd), terbio (Tb), disprosio
(Dy), holmio (Ho), erbio (Er), tulio (Tm), iterbio (Yt), lutecio (Lu); y
también a los actínidos: actinio (Ac), torio (Th), protactinio (Pa),
uranio (U), neptunio (Np), plutonio (Pu), americio (Am), curio (Cm), berkelio
(Bk), californio (Cf), einstenio (Es), fermio (Fm), mendelevio (Md),
nobelio (No) y lawrencio (Lr).
- Grupo 4 (IVB),
la familia del titanio (Ti), que incluye el circonio (Zr), hafnio (Hf) y
rutherfordio (Rf), este último sintético y radiactivo.
- Grupo 5 (VB),
la familia del vanadio (V): niobio (Nb), tántalo (Ta) y dubnio (Db), este
último sintético.
- Grupo 6 (VIB),
la familia del cromo (Cr): molibdeno (Mb), wolframio (W) y seaborgio (Sg),
este último sintético.
- Grupo 7 (VIIB),
la familia del manganeso (Mn): el renio (Re) y los sintéticos tecnecios
(Tc) y bohrio (Bh).
- Grupo 8 (VIIIB),
la familia del hierro (Fe): rutenio (Ru), osmio (Os) y el sintético hassio
(Hs).
- Grupo 9 (VIIIB),
la familia del cobalto (Co): rodio (Rh), iridio (Ir) y el sintético
meitneiro (Mt).
- Grupo 10 (VIIIB),
la familia del níquel (Ni): paladio (Pd), platino (Pt) y el sintético
darmstadtio (Ds).
- Grupo 11 (IB),
la familia del cobre (Cu):
plata (Ag), oro (Au) y el sintético roentgenio (Rg).
- Grupo 12 (IIB),
la familia del zinc (Zn): cadmio (Cd), mercurio (Hg) y el sintético
ununbio (Uub).
- Grupo 13 (IIIA),
los térreos: boro (Br), aluminio (Al), galio (Ga), indio (In), talio (Tl)
y el sintético ununtrio (Uut).
- Grupo 14 (IVA),
los carbonoideos: carbono (C), silicio (Si), germanio (Ge), estaño (Sn),
plomo (Pb)
y el sintético ununquadio (Uuq).
- Grupo 15 (VA),
los nitrogenoideos: nitrógeno (N), fósforo (P), arsénico (As), antimonio
(Sb), bismuto (Bi) y el sintético ununpentio (Uup).
- Grupo 16 (VIA),
los calcógenos o anfígenos: oxígeno (O), azufre (S), selenio (Se), teluro
(Te), polonio (Po) y el sintético ununhexio (Uuh).
- Grupo 17 (VIIA),
los halógenos: flúor (F), cloro (Cl), bromo (Br), yodo (I), astato (At) y
el sintético ununseptio (Uus).
- Grupo 18 (VIIIA),
los gases nobles: helio (He), neón (Ne), argón (Ar), kriptón (Kr), xenón
(Xe), radón (Rn) y el sintético ununoctio (Uun).
LA TABLA PERIÓDICA CONSTA DE 7
PERÍODOS:
Período 1
Un elemento del periodo 1 es uno de los elementos químicos de la
primera de siete filas (o períodos) de la tabla periódica de los elementos
químicos. El número del período indica el número del nivel de energía principal
que los electrones comienzan a llenar.1 El primer período solo llena el primer
nivel de energía (1s) y contiene menos elementos que cualquier otra fila de la
tabla, sólo dos: el hidrógeno y el helio. Estos elementos se agrupan en la
primera fila en virtud de propiedades que comparten entre sí.
Período 2
Un elemento del periodo 2 es uno de los elementos químicos de la
segunda fila (o periodo) de la tabla periódica de los elementos químicos. La
tabla periódica está compuesta en hileras para ilustrar tendencias recurrentes
(periódicas) en el comportamiento químico de los elementos a medida que aumenta
el número atómico: se comienza una hilera nueva cuando el comportamiento
químico vuelve a repetirse, lo que significa que los elementos de
comportamiento similar se encuentran en las mismas columnas verticales. El
segundo período contiene más elementos que la hilera anterior, con ocho
elementos: Litio, Berilio, Boro, Carbono, Nitrógeno, Oxígeno, Flúor y Neón.
Período 3
Un elemento del periodo 3 es aquel elemento químico en la tercera fila (o periodo) de la tabla periódica.
Un elemento del periodo 3 es aquel elemento químico en la tercera fila (o periodo) de la tabla periódica.
Período 4
Un elemento del periodo 4 es aquel elemento químico en la cuarta fila (o periodo) de la tabla periódica.
Un elemento del periodo 4 es aquel elemento químico en la cuarta fila (o periodo) de la tabla periódica.
Período 5
Un elemento del periodo 5 es aquel elemento químico en la quinta fila (o periodo) de la tabla periódica.
Un elemento del periodo 5 es aquel elemento químico en la quinta fila (o periodo) de la tabla periódica.
Período 6
Un elemento del periodo 6 es aquel elemento químico en la sexta fila (o periodo) de la tabla periódica, incluidos los lantánidos.
Un elemento del periodo 6 es aquel elemento químico en la sexta fila (o periodo) de la tabla periódica, incluidos los lantánidos.
Período 7
Un elemento del periodo 7 es aquel elemento químico en la séptima fila (o periodo) de la tabla periódica, incluidos los actínidos. La mayoría de los elementos pertenecientes a este período son muy inestables, muchos de ellos radiactivos.
Un elemento del periodo 7 es aquel elemento químico en la séptima fila (o periodo) de la tabla periódica, incluidos los actínidos. La mayoría de los elementos pertenecientes a este período son muy inestables, muchos de ellos radiactivos.
BLOQUES DE LA TABLA PERIÓDICA
La
tabla periódica se puede también dividir
en bloques de
elementos según el orbital que estén ocupando los electrones más externos.
Los bloques o regiones se denominan según la letra que hace referencia al orbital más externo: s, p, d y f.
Podría haber más elementos que llenarían otros orbitales, pero no se han
sintetizado o descubierto; en este caso se continúa con el orden alfabético
para nombrarlos.
Bloque s
Los elementos del bloque s (por tener sus electrones de valencia en el orbital s) son aquellos situados en los grupos 1 y 2 de la tabla periódica de los elementos. En estos elementos el nivel energético más externo corresponde a orbitales s
Los elementos del bloque s (por tener sus electrones de valencia en el orbital s) son aquellos situados en los grupos 1 y 2 de la tabla periódica de los elementos. En estos elementos el nivel energético más externo corresponde a orbitales s
Bloque p
Los elementos del bloque p (por tener sus electrones de valencia en el orbital p) son aquellos situados en los grupos 13 a 18 de la tabla periódica de los elementos. En estos elementos el nivel energético más externo corresponde a orbitales p. La configuración electrónica externa de estos elementos es: ns²npx (x=1 a 6, siendo 1 para el primer grupo, 2 para el segundo, etc.)
Los elementos del bloque p (por tener sus electrones de valencia en el orbital p) son aquellos situados en los grupos 13 a 18 de la tabla periódica de los elementos. En estos elementos el nivel energético más externo corresponde a orbitales p. La configuración electrónica externa de estos elementos es: ns²npx (x=1 a 6, siendo 1 para el primer grupo, 2 para el segundo, etc.)
Bloque d
Los elementos del bloque d (por tener electrones en el orbital d) son aquellos situados en los grupos 3 a 12 de la tabla periódica de los elementos. En estos elementos el nivel energético más externo corresponde a orbitales d.
Los elementos del bloque d (por tener electrones en el orbital d) son aquellos situados en los grupos 3 a 12 de la tabla periódica de los elementos. En estos elementos el nivel energético más externo corresponde a orbitales d.
Bloque f
Los elementos del bloque f (por tener sus electrones de valencia en el orbital f) son dos series, una comenzando a partir del elemento lantano y la otra a partir del actinio, y por eso a los elementos de estas series se les llama lantánidos y actínidos. Aunque en la tabla periódica de los elementos tendrían que estar después de esos dos elementos, se suelen representar separados del resto. También se conocen los Lantánidos como tierras raras.
Los elementos del bloque f (por tener sus electrones de valencia en el orbital f) son dos series, una comenzando a partir del elemento lantano y la otra a partir del actinio, y por eso a los elementos de estas series se les llama lantánidos y actínidos. Aunque en la tabla periódica de los elementos tendrían que estar después de esos dos elementos, se suelen representar separados del resto. También se conocen los Lantánidos como tierras raras.
Los estados de la materia comúnmente conocidos son tres: el sólido, el líquido y el gaseoso, aunque también existen otros menos frecuentes como el plasmático y otras formas que no se producen en nuestro entorno naturalmente, como los condensados fermiónicos. Cada uno de estos estados posee características físicas distintas, como volumen, fluidez, resistencia, etc.
ESTADO SÓLIDO.
La materia en estado sólido tiene
sus partículas muy juntas, unidas por fuerzas de atracción de gran
magnitud. Es por ello que se comportan como un cuerpo único, dotado de gran
cohesión, densidad y forma constantes, resistencia a
la fragmentación y memoria de forma, es decir, tienden a permanecer iguales a
sí mismos. A la vez, los sólidos tienen baja o nula fluidez, no
pueden comprimirse, y cuando se los rompe o fragmenta, se obtiene de ellos
otros sólidos más pequeños.
Los solidos van a
tener propiedades las cuales son:
·
La dureza. – En el cuerpo humano tenemos a los huesos y a los músculos.
·
La fragilidad. – Tenemos a los órganos, vasos sanguíneos, nervios.
·
La ductilidad. – Tenemos a los Músculos, Vasos Sanguíneos, nervios.
·
La elasticidad. – Tenemos al musculo, Vasos sanguíneos, algunos órganos, huesos con
poca elasticidad.
·
La flexibilidad. – Tenemos al musculo, vasos sanguíneos, órganos,
huesos con poca flexibilidad.
·
La resistencia. – Tenemos a los huesos, órganos, músculos
ESTADO LIQUIDO
Las partículas de los líquidos siguen
estando unidas por fuerzas de atracción, pero mucho más débiles y menos ordenadas
que en el caso de los sólidos. Por eso, los líquidos no tienen una
forma fija y estable, ni presentan tanta cohesión y resistencia. De hecho,
los líquidos adquieren la forma del envase que los contenga, tienen una gran
fluidez (pueden introducirse por espacios pequeños) y una tensión superficial
que hace que se adhieran a los objetos.
Los líquidos son
poco compresibles y, con la excepción del agua, suelen contraerse en presencia
de frío.
Ejemplos de
líquidos son: el agua, el mercurio, la sangre.
La materia en
estado líquido presenta las siguientes características físicas fundamentales:
·
Forma. Los líquidos no tienen forma definida, así que adquieren la del
recipiente en donde se los contenga. Un vaso de sanguíneo tendrá una fluidez sanguínea, pero
una gota de sangre que cae tendrá una forma semi esférica debido a la gravedad.
·
Fluidez. Es una característica exclusiva de líquidos y gases, que les
permite abandonar un recipiente en favor de otro, a través de canales estrechos
o de una forma variable, puesto que las partículas líquidas, al carecer de
forma, pueden escurrirse, movilizarse y deslizarse.
·
Viscosidad. La viscosidad de los líquidos es su resistencia
para fluir, debido a las fuerzas internas de sus partículas, cuya acción
enlentece su deformación cuando se lo vierte o se lo deja caer. Así, los
líquidos más viscosos (sangre) fluyen lentamente pues sus partículas se
adhieren más las unas a las otras; y los líquidos de poca viscosidad (agua,
sudor.) fluyen rápidamente.
·
Adherencia. Los líquidos pueden adherirse a las superficies, como lo hacen
las gotas que quedan sobre los objetos sumergidos en un líquido.
·
Tensión superficial. Es una propiedad de la superficie de los líquidos,
que se resiste a la penetración de los objetos hasta un cierto margen, como si
fuera una capa elástica. Por eso algunos insectos “caminan” sobre el agua y las
hojas caídas de los árboles permanecen sobre ella sin hundirse. La tensión
superficial está directamente vinculada con la densidad.
·
Densidad. Las partículas de un líquido se mantienen juntas y con cohesión
gracias a su margen de densidad, mucho menor que en los sólidos, pero que aun
así les brinda un volumen determinado.
Ejemplos del estado Líquido.
·
La orina. Producto del sistema excretor del cuerpo humano y del de
algunos animales vertebrados, la orina es un líquido amarillento de
alto contenido de urea y amoníaco, en el cual se expulsan del cuerpo desechos
tóxicos y residuos metabólicos.
·
La Sangre. Producto que circula en todo el cuerpo, llevando consigo muchas
sustancias, su estado es liquido-viscoso
·
Sudor. Líquido transparente que segregan las
glándulas sudoríparas de la piel de los mamíferos y que se expulsa a través de
los poros. (Raffino M. E., Concepto.de, 2019)
ESTADO GASEOSO
Se entiende por estado gaseoso, a
uno de los cuatro estados
de agregación de la materia, junto con los estados sólido, líquido y plasmático.
Las sustancias en estado
gaseoso se denominan “gases” y se caracterizan
por tener sus partículas constitutivas poco
unidas entre sí, o sea, expandidas a lo largo del contenedor
donde se encuentren, hasta cubrir lo más posible el espacio disponible. Esto
último se debe a que presentan entre sí una fuerza de
atracción muy leve, lo cual se traduce en que los gases carezcan
de forma y de volumen definidos, tomando las
del recipiente que los contenga, y tengan además una bajísima densidad, puesto que sus partículas
se encuentran en un estado de relativo
desorden, moviéndose o vibrando muy velozmente.
De este modo,
las moléculas que componen la materia
en estado gaseoso no logran sujetarse las unas a otras con
firmeza y se mantienen juntas a duras penas, siendo incluso menos afectadas
por la gravedad, en comparación con los sólidos y los
líquidos: eso les permite flotar. A pesar de su cohesión casi
nula, los gases presentan una enorme capacidad para
ser comprimidos, cosa que a menudo se lleva a cabo durante su tratamiento
industrial para el transporte. Las propiedades físicas de un gas determinado
(color, sabor, olor) pueden variar dependiendo de los elementos que lo
constituyan o que estén disueltos en él. Por ejemplo, el aire ordinario es incoloro e inodoro e
insípido, mientras que los gases hidrocarburitos como el metano
poseen un típico olor desagradable y pueden presentar color. (Raffino M. E., concepto.de, 2018)
FENOMENOS BIOFISICOS
Los fenómenos biofísicos moleculares son procesos
TENSIÓN SUPERFICIAL
Las fuerzas cohesivas entre las moléculas de un líquido,
son las responsables del fenómeno conocido como tensión superficial. Las
moléculas no tienen otras iguales sobre todos sus lados, y por lo tanto se
cohesionan más fuertemente, con aquellas asociadas directamente en la
superficie. Esto forma una película de superficie, que hace más difícil mover
un objeto a través de la superficie, que cuando está completamente sumergido.
La tensión
superficial, se mide normalmente en dinas/cm., la fuerza que se requiere (en
dinas) para romper una película de 1 cm. de longitud. (Jonathan Dominguez; 2015)
Ejemplo:
Los agentes surfactantes son sustancias que disminuyen la tensión superficial. Estas se colocan entre dos sistemas, permitiendo su continuidad y disminuyendo la tensión superficial.
COHESIÓN
Es la atracción entre moléculas que
mantiene unidas las partículas de una sustancia. La cohesión es diferente de la
adhesión; la cohesión es la fuerza de atracción entre partículas adyacentes
dentro de un mismo cuerpo, mientras que la adhesión es la interacción entre las
superficies de distintos cuerpos En el agua la fuerza de cohesión es elevada
por causa de los puentes de hidrogeno que mantienen las moléculas de agua
fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un
líquido casi incompresible.
En
física, la cohesión molecular es la atracción molecular entre las moléculas de
un mismo cuerpo. En este sentido, se puede decir que la cohesión es la
propiedad que mantiene al cuerpo sólido conservado en su forma, y fuerte para
resistir a las presiones o aplicaciones de fuerzas externas.
Por
ejemplo, en el hielo la cohesión se produce por la disminución de la
temperatura que endurece y cohesiona las moléculas del agua convirtiéndolas en
sólido. (Desconocido, 2016)
ADHESIÓN
La adhesión es la propiedad de
la materia por la cual se unen dos superficies de sustancias iguales o diferentes cuando entran
en contacto, y se mantienen juntas por fuerzas intermoleculares.
La
adhesión ha jugado un papel muy importante en muchos aspectos la cohesión
nos ayuda a que la sangre se forme en gotas, la adhesión hace que se pegue a
los tubos capilares que son las venas, la capilaridad hace que fluya fácilmente
en ellas. La cohesión es distinta de la adhesión. La
cohesión es la fuerza de atracción entre partículas adyacentes dentro de un mismo
cuerpo, mientras que la adhesión es la interacción entre las superficies de
distintos cuerpos. (Definicion;2015)
PRESION HIDROSTATICA.
La presión hidrostática es la presión que
un fluido ejerce sobre un cuerpo sumergido en él. Esta presión hidrostática
será igual al peso de la columna de fluido que “descansa” sobre cada unidad de
superficie del cuerpo sumergido A partir de este principio puede desprenderse
que todos los puntos situados a la misma profundidad estarán sometidos a la
misma presión, independientemente de la forma del recipiente en el que se halle
el líquido. Es lo que se conoce como paradoja hidrostática. Por este motivo,
cuando dos recipientes conteniendo un determinado líquido están comunicados
entre sí (Vasos comunicantes), el nivel de líquido será el mismo en los dos. Si
en un primer momento no fuera así, se produciría un desplazamiento de fluido siempre
desde el que tuviese mayor nivel hacia el de menos, hasta que los dos niveles
se igualasen.
La
presión actúa siempre en dirección perpendicular a la superficie del cuerpo.
Lógicamente, a mayor profundidad, mayor será la presión a la que estará sometido
el cuerpo. Del mismo modo, conforme aumente la densidad del fluido, mayor será
la presión soportada. (Quimicaorganicaexplicada, 2017)
ACCION CAPILAR Y CAPILARIDAD
La acción capilar se define como el movimiento del agua dentro de los espacios de un
material poroso, debido a las fuerzas de adhesión y a la tensión de la
superficie. La adhesión del agua a las paredes de un recipiente originará una
fuerza hacia arriba sobre los bordes del líquido y como resultado su ascenso
sobre la pared. La tensión superficial, actúa para mantener intacta la
superficie del líquido, de modo que, en vez de solo moverse los bordes hacia
arriba, toda la superficie entera del líquido es arrastrada hacia arriba.
La acción capilar ocurre cuando la adhesión a las paredes es más
fuerte que las fuerzas cohesivas entre las moléculas del líquido. La altura a
la que la acción capilar, llevará al agua en un tubo circular uniforme, está
limitada por la tensión superficial.
La capilaridad es un proceso de
los fluidos que depende de su tensión superficial la cual,
a su vez, depende de la cohesión del líquido y que le confiere la capacidad de
subir o bajar por un tubo capilar.
Cuando
un líquido sube por un tubo capilar, es debido a que la fuerza o cohesión
intermoleculares entre sus moléculas es menor que la adhesión del
líquido con el material del tubo; es decir, es un líquido que moja. El
líquido sigue subiendo hasta que la tensión superficial es equilibrada por el
peso del líquido que llena el tubo. Éste es el caso del agua, y esta
propiedad es la que regula parcialmente su ascenso dentro de las plantas,
sin gastar energía para vencer la gravedad.
Ejemplo
La
acción capilar es esencial para el drenaje de fluido lacrimal producido
constantemente desde el ojo. Dos canalículos de pequeño diámetro están
presentes en la esquina interna del párpado, también llamados los conductos
lagrimales, sus aberturas se pueden ver a simple vista en los sacos lagrimales
cuando se eversión de los párpados.
Capilaridad
es la absorción de un líquido por un material en la forma de una mecha de la
vela. Las toallas de papel absorben líquido a través de la acción capilar,
permitiendo que un fluido a ser transferido de una superficie de la toalla. Los
pequeños poros de un acto esponjan como pequeños capilares, haciendo que se
absorba una cantidad comparativamente grande de líquido. Algunas telas se dice
que utilizar la acción capilar para "absorber" el sudor de la piel. Estos
se conocen como efecto de mecha tejidos, después de las propiedades capilares
de la vela y la lámpara de mechas a menudo. (Gabriela Garcia, 2015)
DIFUSIÓN SIMPLE
La difusión simple es el
proceso físico mediante el cual las sustancias se mueven desde una región
Ejemplo:
Intercambio de gases en el sistema respiratorio: En el sistema
respiratorio de los animales pulmonados se intercambian oxígeno (O2) y dióxido
de carbono (CO2) constantemente. Los animales absorben el oxígeno y expulsan el
dióxido de carbono por difusión simple. En los pulmones la concentración del
oxígeno es más alta que en la sangre, por lo cual existe un gradiente de
concentración entre estas dos regiones, y esto hace que se promueva la difusión
del oxígeno desde los pulmones hacia la sangre. De manera similar, al haber más
moléculas de dióxido de carbono en la sangre que en los pulmones, estas
tenderán a moverse desde la sangre hacia los pulmones.
DIFUSION FACILITADA
La difusión facilitada es un
tipo de transporte pasivo celular, en el que para que las moléculas se muevan
dentro de la solución celular, hace falta la intervención de alguna fuente de
energía. La difusión es una de las formas de transporte de sustancias entre las
células. Para que se produzca cualquier tipo de difusión debe existir un
gradiente de concentración o lo que es lo mismo, debe existir una distribución
desigual de las moléculas en el espacio celular. La difusión permite procesos
como el intercambio de gases en branquias y pulmones. El movimiento de una
molécula de cualquier sustancia desde la solución acuosa hacia la parte hidrofóbica de
la bicapa fosfolipídica de la célula, es el inicio de la difusión.
La
difusión facilitada es un tipo de difusión pasiva. Se lleva a cabo a
través de largas cadenas polipeptídicas: proteínas canal y proteínas
unitransportadoras.
Cuando
en esta difusión intervienen permeasas, la sustancia transportada se une a la
proteína en una cara de la membrana, mientras que cuando intervienen proteínas
de canal, estas no se unen a la sustancia. (Liedefer, 2016)
OSMOSIS
La ósmosis es el
fenómeno que se produce cuando dos soluciones con diferente concentración son
Según
la concentración de solventes y solutos (por ejemplo, el agua sería el solvente
y la sal el soluto en el ejemplo anterior) se pueden clasificar los medios en:
·
Hipotónicos: cuando la concentración de soluto es menor respecto al
medio con el que se compara
·
Hipertónico: cuando la concentración de soluto es mayor respecto al
medio con el que se compara.
·
Isotónico: cuando ambos medios tienen la misma concentración.
OSMOSIS EN LOS SERES VIVOS.
En los seres vivos la ósmosis es un proceso
fundamental ya que para la supervivencia de las células es fundamental
mantener lo que se llama el equilibrio osmótico necesario para que la célula
pueda realizar sus funciones.
La osmosis
es un proceso que afecta tanto de manera interna como de manera externa.
Externamente es importantísimo para los seres vivos que están expuestos a
ambientes con salinidad y alta presión osmótica como pueden ser aquellos
que viven en el océano o en saladares. (Raffino;2018)
ADSORCION
Adsorción es
un concepto que se utiliza en el terreno de
la física con referencia al proceso y el resultado de adsorber.
Este verbo alude a la atracción y retención que realiza un cuerpo en
su superficie de iones, átomos o moléculas que pertenecen a un cuerpo
diferente.
A
través de la adsorción, un cuerpo logra capturar las moléculas de
otro y mantenerlas en su propia superficie. De este modo, la adsorción se
diferencia de la absorción, donde las moléculas penetran en su superficie.
La adsorción puede llevarse a cabo de distintas maneras, de acuerdo con el
vínculo que establecen el adsorbato y el adsorbente. Veamos a
continuación los tres tipos de adsorción que se reconocen, tomando en cuenta la
atracción que existe entre los dos componentes recién mencionados como
parámetro para determinar la clasificación:
·
adsorción física: se trata de aquella que tiene lugar debido a las fuerzas o interacciones de Van der Waals, un concepto de la fisicoquímica que
hace referencia a las fuerzas de atracción o repulsión que existen entre las
moléculas, o entre diferentes porciones de una misma. Estas fuerzas son diferentes
de las que ocurren por un enlace intramolecular o por la interacción
electrostática de moléculas neutras con iones, o de varios iones entre sí.
·
adsorción química: tiene lugar cuando en los centros activos del adsorbente se
produce la formación de enlaces fuertes por parte del adsorbato;
·
adsorción por intercambio: así como ocurre en las proximidades de
un electrodo con carga, este tipo de adsorción se da cuando, a
causa de la atracción electrostática en los puntos cargados de la superficie,
los iones de una sustancia se concentran en la misma. (Gardey, 2015)
DIÁLISIS
Diálisis
es una técnica común utilizada en bioquímica para separar moléculas basadas en difusión.
En este procedimiento, una membrana semipermeable permite el movimiento de
ciertas moléculas basado en el tamaño. Este método puede ser aplicado a la
remoción de búfer, conocida como la desalación, o intercambiando buffer
moléculas o iones de una solución proteica.
Diálisis en Medicina
Cuando
los riñones están sanos, limpian su sangre. También producen hormonas que
mantienen sus huesos fuertes y su sangre sana. Cuando los riñones fallan, es
necesario un tratamiento para sustituir el trabajo que ellos realizaban. A
menos que reciba un trasplante
de riñón,
necesitará de un tratamiento llamado diálisis.
Existen
dos tipos principales de diálisis. Ambos tipos filtran la sangre para eliminar
los desechos peligrosos del cuerpo, exceso de sal y agua.
·
La hemodiálisis usa una máquina. A veces es llamada riñón
artificial. Usted debe ir en forma frecuente a una clínica especial para recibir
el tratamiento varias veces a la semana
·
La diálisis peritoneal usa la membrana que recubre el abdomen,
llamada membrana peritoneal, para filtrar la sangre
Ambos
tipos tienen riesgos y beneficios. También requieren que siga una dieta
especial. El médico puede ayudarle a decidir el mejor tipo de diálisis para su
caso. (NIH, MedlinePlus, 2018)
FENOMENO FISICO –QUIMICO
La materia puede someterse a dos tipos de
procesos o fenómenos, los físicos y los químicos. Cuando
Por
ejemplo, si disolvemos sal común en agua, tiene lugar un proceso físico, tras
el cual la sal y el agua siguen teniendo las mismas propiedades
características, como se puede comprobar recuperando la sal por calentamiento
de la disolución.
Es
decir, en el proceso de disolución no se altera la naturaleza de las sustancias
que se disuelven. Lo mismo ocurre al disolver azúcar en leche, alcohol en agua,
al mezclar arena y aserrín.
También
es un proceso físico la fusión del hielo, pues el líquido que se obtiene sigue
siendo agua, e incluso el paso de ésta a vapor.
Otros
fenómenos físicos son el desplazamiento de un vehículo, el paso de la electricidad
por los cables, la dilatación de un cuerpo al ser calentado, el paso de la luz
a través de los cristales de una ventana o de una lente, etcétera.
Por
ejemplo, el hierro de algunos objetos se combina con el oxígeno, en presencia
de la humedad del aire, transformándose en una sustancia diferente, la
herrumbre, que no tiene las propiedades características del metal, es decir no es
tan dura, ni tiene su brillo ni su color ni funde a la misma temperatura, etc.
Es un fenómeno químico lo que ocurre al
calentar un hilo de cobre, pues se transforma en otra sustancia diferente de
color negro; también la combustión de un papel y la descomposición del agua por
la electricidad. El reciclaje: es un conjunto de transformaciones físicas y
químicas. Algunos materiales que tiramos a la basura pueden volver a ser
utilizados tratándolos adecuadamente, es decir, reciclándolos. Esto suele tener
una serie
de
ventajas entre las que destacamos el gran ahorro de materias primas y de
recursos naturales, y la reducción de la contaminación. En último extremo,
estamos contribuyendo a preservar el medio ambiente
MAGNITUD
Desde
el punto de vista físico, una magnitud es toda aquella propiedad o entidad
abstracta que puede ser medida en una escala y con un instrumento adecuados. En
definitiva, magnitud es toda aquella propiedad que se puede medir. Como ejemplos
de magnitudes pueden citarse peso, masa, longitud, velocidad, tiempo,
temperatura, presión, fuerza, etc. Las magnitudes son de diferente naturaleza o
especie, no es lo mismo la masa que el peso, como tampoco es lo mismo la
longitud (o distancia) que la velocidad. Es decir, una magnitud no puede ser
convertida en otra, pero si pueden relacionarse a través de leyes físicas
expresadas como fórmulas matemáticas. Por ejemplo:
F = m. a donde
F es fuerza, m es masa y a es aceleración
Sin embargo, cada magnitud física puede medirse en distintas unidades de medición que resultan comparables entre sí. Precisamente, una unidad es el patrón con el que se mide determinada magnitud. A menudo existe para cada magnitud, una unidad principal, considerada así por ser la más comúnmente usada y otras secundarias, éstas pueden ser múltiplos o submúltiplos de la unidad principal. La tabla 1 muestra algunos ejemplos al respecto.
MEDICION
La medición,
en líneas generales, es comparar la medida de una cosa con la
medida de otra. Para esto, se deben asignar distintos valores numéricos o
dimensiones a uno o varios objetos utilizando diferentes procedimientos. La
medición, entonces, es un proceso básico que consiste en comparar un
patrón elegido con otro objeto o fenómeno que tenga una magnitud física igual a
éste para poder así calcular cuántas veces el patrón está contenido en esa
magnitud en especial. Sin embargo, esta acción que parece tan simple de
calcular se dificulta cuando lo que se desea medir y expresar numéricamente es
un poco más intangible o incluso evanescente.
Tipos de medición.
Existen
distintos tipos de medición y los desarrollaremos a continuación:
·
Medición directa: Podemos obtener este tipo de medida al utilizar un
instrumento de medición que sea capaz de comparar la variable que se va a medir
con un determinado patrón. En este tipo de medición se deben comparar dos
objetos que posean la misma característica. Es decir, si utilizamos un
calibrador, se calculará la longitud de un objeto en comparación a la longitud
establecida en el mismo. Otro claro ejemplo de esto es si medimos la frecuencia
de un objeto con la frecuencia de un estroboscopio.
·
Medidas reproducibles: Son aquellas en las que se puede obtener
siempre el mismo resultado si es que se logran efectuar una serie de comparaciones entre la misma variable y el
aparato para medir utilizado. Son procedimientos que no destruyen ni producen
ninguna alteración importante en el sujeto que se encuentra en medición. Por
ejemplo, si se mide varias veces el mismo lado de una cama, los resultados
serán siempre iguales.
·
Medición estadística: Ocurre cuando se obtienen distintos resultados
a la vez, aunque se realicen varias comparaciones entre la misma variable y el
mismo aparato de medida seleccionado. Si se desea comparar la cantidad de
personas que leen un determinado periódico, a pesar de que cada día el número sea
distinto, igualmente se podrá alcanzar un resultado que será el valor medio o
anual.
·
Medición indirecta: No siempre se pueden calcular las medidas entre
variables de manera directa, ya sea por su tamaño, naturaleza o por otros posibles obstáculos.
Es por esta razón que la medición indirecta ocurre cuando se calcula la
medición deseada calculando una o más magnitudes diferentes para luego
poder calcular la magnitud deseada al calcular la magnitud o magnitudes calculadas
de manera directa. (Raffino M. E., Concepto.de, 2019)
LEYES DE LA TERMODINAMICA
Cuando
hablamos de las leyes de la termodinámica o los principios de la termodinámica,
nos referimos a las formulaciones más elementales de esta rama de la
física, interesada como su nombre lo indica (del griego thermos, “calor”, y
dynamos, “poder”, “fuerza”) en las dinámicas del calor y de otras formas
de energía conocida. Estas leyes o principios
de la termodinámica son un conjunto de fórmulas y ecuaciones que describen
el comportamiento de los llamados sistemas termodinámicos, o sea, de una
porción del universo aislada teóricamente para su
estudio y comprensión, empleando para ello sus cantidades físicas
fundamentales: temperatura, energía y entropía.
ORIGEN DE LAS LEYES DE LATERMODINÁMICA
Los
cuatro principios de la termodinámica poseen orígenes distintos, y
algunos fueron formulados a partir de los anteriores. El primero en
establecerse, de hecho, fue el segundo, obra del físico e ingeniero francés
Nicolás Léonard Sadi Carnot en 1824.
Sin
embargo, en 1860 este principio volvería a formularse por Rudolf Clausius y
William Thompson, añadiendo entonces la que hoy llamamos la Primera Ley de la
Termodinámica. Más adelante aparecería la tercera, más moderna, gracias
a los estudios de Walther Nernst entre 1906 y 1912, por lo que se le
conoce como el postulado de Nernst.
Finalmente, la
llamada “ley cero” aparecería en 1930, propuesta por Guggenheim y Fowler.
Cabe decir que no en todos los ámbitos es reconocida como una verdadera ley. (Rubenv; 2016)
LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LAENERGÍA
Dicta que, en cualquier sistema físico aislado de su entorno, la
cantidad total de energía será siempre la misma, a pesar de que pueda
transformarse de una forma de energía a otras diferentes. O, dicho en otras
palabras: “La energía no puede crearse ni destruirse, sólo transformarse”.
De
ese modo, al suministrar una cantidad determinada de calor (Q) a un sistema físico,
su cantidad total de energía podrá calcularse hallando la diferencia del
incremento de su energía interna (ΔU) más el trabajo (W) efectuado por el
sistema sobre sus alrededores. O expresado en una fórmula: Q = ΔU + W,
o también: ΔU = Q – W, lo cual significa que la diferencia entre la energía
del sistema y el trabajo efectuado será siempre desprendida
del sistema como energía calórica (calor).
LEY DE LA ENTROPÍA
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Puede resumirse en que “la cantidad de entropía en el universo tiende a incrementarse en el
La formulación de esta ley establece
que el cambio en la entropía (dS) será siempre igual o mayor a la transferencia
de calor (Q), dividido por la temperatura (T) del sistema. O sea, que dS ≥
δQ / T.
TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Este principio atañe a la temperatura y el enfriamiento, planteando que la entropía de un sistema que sea llevado al cero absoluto, será una constante definida. Dicho en otras palabras:
·
Al llegar al cero absoluto (0 K), los procesos de los sistemas
físicos se detienen.
·
Al llegar al cero absoluto (0 K), la entropía poseerá un valor
mínimo constante.
Resulta difícil alcanzar cotidianamente
el llamado cero absolutos (-273,15 °C), como para dar un ejemplo sencillo de esta ley.
Pero podemos equipararla a lo que ocurre en nuestro congelador: los alimentos que depositemos allí se enfriarán
tanto y a temperaturas tan bajas, que se enlentecerán o incluso detendrán los
procesos bioquímicos en su interior. Esta es la razón de que se retarde su
descomposición y dure mucho más tiempo apto para su consumo.
Ley “cero” de la Termodinámica
La “ley cero” se conoce con ese nombre
porque, aunque fue la última en postularse, establece preceptos básicos
y fundamentales respecto de las otras tres. Pero en realidad su nombre es
Ley del Equilibrio Térmico. Este principio dicta que: “Si dos sistemas están
en equilibrio térmico de forma independiente con un
tercer sistema, deben estar también en equilibrio térmico entre sí”. Es algo
que puede expresarse lógicamente del siguiente modo: si A = C y B = C, entonces
A= B.
Dicho
más simplemente, esta ley nos permite establecer el principio de la
temperatura, a partir de la comparación de la energía térmica de dos
cuerpos distintos: si se encuentran en equilibrio térmico entre sí, entonces tendrán
necesariamente la misma temperatura. Y, por ende, si ambos se hallan en
equilibrio térmico con un tercer sistema, entonces lo estarán también entre sí.
Los ejemplos cotidianos de esta ley son fáciles de hallar. Cuando nos metemos al agua fría o caliente, notaremos la diferencia de temperatura sólo un tiempo, ya que nuestro cuerpo luego entrará en equilibrio térmico con el agua y no notaremos más la diferencia. También ocurre cuando entramos a una habitación calurosa o fría: notaremos la temperatura inicialmente, pero luego dejaremos de percibir la diferencia pues entraremos en equilibrio térmico con ella.
TERMODINAMICA DE LOS SERES VIVOS
Los
sistemas vivos necesitan energía para funcionar, es decir, son entidades
termodinámicas en las que el proceso térmico se caracteriza por el flujo de energía
en el interior del cuerpo, y entre el cuerpo y el ambiente que lo rodea. La
temperatura el calor y la autorregulación en los seres vivos es uno de los
“sistemas” más importantes ya que le da la posibilidad de adaptarse a
diferentes situaciones que puede presentar, obvia mente cada ser vivo posee una
manera diferente de llevarlo a cabo, ya puede ser por su especie, hábitat,
tamaño, etc. Para comenzar debemos tener diferentes conceptos claros como lo
son la temperatura, el calor, termodinámica ya que los usaremos durante todo el
artículo, así como también hablar sobre las diferentes ventajas y métodos por
los cuales los seres vivos llegan a regular su temperatura según su especie con
el fin de tener un análisis más profundo del comportamiento del humano y los
usos que puede darle al calor en su vida.
Entre
los seres vivos encontramos diferentes cosas que lo pueden limitar al momento
de estar en algún lugar o realizar alguna acción y así como la falta de oxígeno
la presión y otros encontramos también la temperatura y el calor, conceptos que
en física se reúnen en la termodinámica, ya que la termodinámica es el área de
la física donde se estudia la relación entre el calor y el trabajo.
El
cuerpo humano y la temperatura:
Todos
los seres humanos mantenemos constante la temperatura dentro de unos límites
estrechos. Estos límites están protegidos de forma que no existan variaciones
importantes. Aguantamos temperaturas corporales inferiores a 35° y superiores a
41° pero en periodos cortos de tiempo ya que desviaciones prolongadas fuera de
estos niveles pueden provocar alteraciones fisiológicas importantes e incluso la
muerte.
Para
mantener constante la temperatura el cuerpo humano ha desarrollado una serie de
mecanismos fisiológicos con los que conservar, producir o eliminar el calor
corporal.
La
fuente principal de calor del ser humano es la producida por el metabolismo del
propio cuerpo (calor metabólico). Cuando se acelera el metabolismo, bien como
consecuencia del trabajo o como consecuencia de procesos internos (por ejemplo,
la digestión), el calor metabólico aumentará. Otras fuentes de calor provienen
del medio ambiente. Mediante convección o radiación, si la temperatura del aire
y la temperatura de los objetos que nos rodean, respectivamente, es más alta
que la piel, también existirá un aumento del calor corporal. Estos procesos
descritos brevemente proporcionan una ganancia de calor o, lo que es lo mismo,
una termogénesis. Y otro de los procesos del cuerpo para la regulación de la
temperatura es El proceso de la termólisis o pérdida de calor comprende dos
vías principales: la termólisis insensible que se corresponde con la pérdida de
calor por radiación, conducción, convección, evaporación y excreción (heces
fecales y orina) y la termólisis sensible que se relaciona con el proceso de la
sudoración y/o el jadeo. (JuanJos, 2016)
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