Espectroscopia de resonancia magnética nuclear

La espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN) es una técnica empleada principalmente en la elucidación de estructuras moleculares, aunque también se puede emplear con fines cuantitativos.
Algunos núcleos atómicos sometidos a un campo magnético externo absorben radiación electromagnética en la región de las frecuencias de radio o radiofrecuencias. Como la frecuencia exacta de esta absorción depende del entorno de estos núcleos, se puede emplear para determinar la estructura de la molécula en donde se encuentran éstos.
Para que se pueda emplear la técnica los núcleos deben tener un momento magnético distinto de cero. Esta condición no la cumplen los núcleos con número másico y número atómico par (como el 12C, 16O, 32S). Los núcleos más importantes en química orgánica son: 1H, 13C, 31P, 19F y 15N. Otros núcleos importantes: 7Li, 11B, 27Al, 29Si, 77Se, 117Sn, 195Pt, 199Hg, 203Tl, 205Tl, 207Pb
Se prefieren los núcleos de número cuántico de espín nuclear igual a 1/2, ya que carecen de un momento magnético cuadrupolar que produce un ensanchamiento de las señales de RMN. También es mejor que el isótopo sea abundante en la naturaleza, ya que la intensidad de la señal dependerá de la concentración de esos núcleos activos. Por eso, uno de los más útiles en la elucidación de estructuras es el 1H, dando lugar a la espectroscopía de resonancia magnética nuclear de protón. También es importante en química orgánica el 13C, aunque se trata de un núcleo poco abundante y poco sensible.
La técnica se ha empleado en química orgánica, química inorgánica y bioquímica. La misma tecnología también ha terminado por extenderse a otros campos, por ejemplo en medicina, en donde se obtienen imágenes por resonancia magnética.

Orígen

La primera detección de Resonancia Magnética Nuclear debida a la formación de una diferencia en las energías de ciertos núcleos en presencia de un campo magnético fue reportada por Bloch (para el agua líquida) y Purcell (para la cera de parafina) en 1946. La aplicación química de la RMN fue descubierta a principios de los cincuenta, al observarse que la frecuencia de resonancia de un núcleo dependía fuertemente de su entorno químico (chemical shift). A partir de los años setenta, el desarrollo de nuevas técnicas y mayores campos magnéticos (que incrementan tanto la sensibilidad como la resolución de las señales) permitieron estudiar moléculas cada vez más grandes. El advenimiento de la RMN multidimensional y el uso del marcaje 13C y 15N marcó el inicio de la RMN biológica.

Espectroscopía de RMN con Onda Contínua (CW: Continuous Wave)

Desde sus comienzos hasta finales de los 60, la espectroscopía de RMN utilizó una técnica conocida como espectroscopía de onda contínua (CW). La manera de registrar un espectro de RMN en el modo de CW era, bien mantener constante el campo magnético e ir haciendo un barrido de frecuencias con un campo oscilante, o bien, lo que era usado más a menudo, se mantenía constante la frecuencia del campo oscilante, y se iba variando la intensidad del campo magnético para encontrar las transiciones (picos del espectro). En la RMN de CW las señales del espectro se registran como señales en resonancia.
La espectroscopía CW está limitada por su baja sensibilidad, ya que cada señal se registra una sola vez por cada barrido y la técnica de resonancia magnética nuclear ya es de por sí no demasiado sensible; esto quiere decir que la técnica sufre de una baja relación señal-ruido. Afortunadamente, en RMN es posible mejorar la relación señal-ruido mediante el promediado de señal. El promediado de señal consiste en repetir la adquisición del experimento e ir sumando los espectros que se obtienen. De esta manera, las zonas del espectro en que existen señales se suman de manera constructiva, mientras que, por su parte, las zonas en que hay ruido, por su caracter aleatorio, se acumula más lentamente que la señal. Mediante el promediado de señal se incrementa la relación señal-ruido en un valor que es la raíz cuadrada del número de espectros que se han acumulado. Esta relación se cumple con espectros de RMN en los que intervienen un sólo tipo de núcleos, por ejemplo, sólo 1H, 13C, .... también llamados espectros homonucleares.

Espectroscopía de RMN de pulsos y Transformada de Fourier

La técnica de RMN con transformada de Fourier (FT-NMR) es la que se utiliza en los espectrómetros actuales. Uno de los pioneros en este campo es Richard R. Ernst, que la desarrolló a partir del año 1966 y por la que fue galardonado con el Premio Nobel de Química en 1991.
FT-NMR permite disminuir drásticamente el tiempo que requiere adquirir una acumulación (scan) del espectro completo de RMN. En vez de realizar un barrido lento de la frecuencia, una en cada instante, esta técnica explora simultánea e instantáneamente todo un rango de frecuencias. Dos desarrollos técnicos fueron fundamentales para poder hacer realidad la técnica FT-NMR: ordenadores capaces de llevar a cabo las operaciones matemáticas necesarias para pasar desde el dominio de tiempo al de la frecuencia, es decir, para obtener el espectro; y el conocimiento sobre cómo poder excitar simultáneamente todo un rango de frecuencias.
La FT-NMR funciona con la muestra (espines nucleares) sometida a un campo magnético externo constante. Se irradia la muestra con un pulso electromagnético de muy corta duración en la región de las radiofrecuencias. La forma que suele usarse para este pulso es rectangular, es decir, la intensidad de la radiofrecuencia oscila entre un máximo y un mínimo que es constante mientras dura el pulso. Un pulso de corta duración tiene una cierta incertidumbre en la frecuencia (principio de indeterminación de Heisenberg). La descomposición de fourier de una onda rectangular contiene contribuciones de una de todas las frecuencias. El pulso que se genera es por tanto policromático y cuanto más corto sea, es capaz de excitar un mayor rango de frecuencias.
La aplicación de un pulso policromático en una región estrecha de la banda de radiofrecuencias (MHz) afecta a aquellos espines nucleares que resuenen en esa región. Un pulso policromático con una anchura en frecuencia de unos pocos kHz puede llegar a excitar simúltaneamente sólo a los espines nucleares de un mismo tipo de núcleo atómico dentro de una molécula, por ejemplo, todos los núcleos de hidrógeno (1H). Antes del pulso el vector de polarización neta de cada uno de los espines nucleares se encuentra en situación de equilibrio alineado en la dirección del campo magnético. Durante el tiempo que se aplica el pulso, el pulso introduce un segundo campo magnético en una dirección perpendicular al campo principal del imán y el vector polarización realiza un determinado movimiento de precesión. Tras cesar el pulso, el vector polarización de todos los espines afectados puede formar un cierto ángulo con el eje del campo magnético principal. En este momento, los espines, comportándose como pequeños imanes polarizados, comienzan a precesionar con su frecuencia característica en torno al campo magnético externo, induciendo una pequeña corriente oscilante de RF en una bobina receptora situada en las inmediaciones de la muestra. A medida que los núcleos van regresando poco a poco a la situación inicial de equilibrio alineados con en el campo magnético principal, la señal detectada va disminuyendo de intensidad hasta hacerse cero. Esta caída de la señal se conoce como caída libre de la inducción (Free Induction Decay) (FID) y da lugar al espectro de RMN.

La señal que se detecta FID (Free Induction Decay) es una señal oscilante que contiene todas las señales del espectro y decae hasta hacerse cero

La FID es una onda que contiene todas las señales del espectro en una forma que es dependiente del tiempo. Esta onda puede convertirse en un espectro de señales en función de su frecuencia. Para ello se utiliza una función matemática conocida como Transformada de Fourier. El resultado es lo que se conoce como un espectro de RMN (espectro de frecuencias).

RMN Multidimensional

La posibilidad de excitar la muestra con uno o más pulsos de radiofrecuencia (RF), cada uno de ellos aplicado con una potencia, duración, frecuencia, forma y fase particulares, e introducirlos en momentos específicos de tiempo durante el experimento de RMN, generalmente antes de que el sistema haya regresado al equilibrio por relajación, permite diseñar toda una gama de secuencias de pulsos de las que se puede extraer información molecular muy variada.
Una secuencia de pulsos es una distribución en el tiempo de alguno o varios de los siguientes elementos: i) un cierto número de pulsos de RF que afectén a uno o más tipos de núcleos, ii) tiempos de espera en los que no se hace nada sino esperar a que el sistema evolucione de una determinada forma. Estos tiempos de espera pueden ser fijos o bien incrementables si su duración se va aumentando a medida que se repite el experimento. iii) gradientes de campo magnético y iv) una etapa final en la que se adquiere la FID.
En un experimento de RMN multidimensional la secuencia de pulsos debe constar de al menos dos pulsos y éstos deben separados por un periodo de espera incrementable. La secuencia de pulsos se repite un número de veces adquiriéndose una FID en cada ocasión. La fase de alguno de los pulsos puede alterarse en cada repetición así como incrementarse la duración de uno o más tiempos de espera variables. Si la secuencia de pulsos tiene un tiempo de espera incrementable el experimento tendrá dos dimensiones, si tiene dos será de tres dimensiones, si tiene tres el experimento será de cuatro dimensiones. Aunque en teoría no existe límite en el número de dimensiones de un experimento, experimentalmente hay limitaciones impuestas por la consiguiente pérdida de señal por relajación que conlleva la detección de las distintas dimensiones. Los tiempos de registro de los experimentos de RMN multidimensional se pueden acortar drásticamente con las técnicas rápidas de RMN desarrolladas en la presente década.
Los experimentos multidimensionales se pueden clasificar en dos tipos principales:
Experimentos de correlación homonuclear: Son aquellos en los que todas las dimensiones corresponden al mismo núcleo. Ejemplos: COSY (COrrelation SpectroscopY), TOCSY (TOtal Correlation SpectroscopY), NOESY (Nuclear Overhauser Effect SpectroscopY).
Experimentos de correlación heteronuclear: En este experimentos se obtienen espectros cuyas dimensiones pertenecen a diferentes núcleos. Ejemplos: HMQC (Heteronuclear Multiple Quantum Correlation), HSQC (Heteronuclear Simple Quantum Correlation), HMBC (Heteronuclear Multiple Bond Correlation), HOESY (Heteronuclear Overhauser Effect SpectroscopY).
Grosso modo, las interacciones que pueden detectarse por RMN se pueden clasisficar en dos tipos:
Las interacciones a través de enlaces se basan en el acoplamiento escalar
Las interacciones a través del espacio se basan en el acoplamiento dipolar. En el caso de muestras en disolución, el acoplamiento dipolar se manifiesta como efecto Overhauser nuclear que permite determinar la distancia entre los átomos.
Richard Ernst en 1991 y Kurt Wüthrich en el 2002 fueron galardonados con el premio Nobel de Química por su contribuciones al desarrollo de la RMN de 2-dimensiones y multidimensional con transformada de Fourier. Los avances conseguidos por ellos y por otros grupos de investigadores han expandido la RMN a la bioquímica, y en particular a la determinación de la estructura en disolución de biopolímeros como proteínas o incluso ácidos nucleicos de tamaño pequeño.

Sólidos

La RMN en disolución es complementaria de la cristalografía de rayos X ya que la primera permite estudiar la estructura tridimensional de las moléculas en fase líquida o disuelta en un cristal líquido mientras que la cristalografía de rayos-X, como su nombre indica, estudia las moléculas en fase sólida.
La RMN puede utilizarse también para el estudio de muestras en estado sólido. Si bien en su estado actual queda lejos de poder proporcionar con buen detalle la estructura tridimensional de una biomolécula.
En el estado sólido las moléculas están estáticas y no existe, como ocurre con las moléculas en disolución, un promediado de la señal de RMN por el efecto de la rotación térmica de la molécula respecto a la dirección del campo magnético. Las moléculas de un sólido están prácticamente inmóviles, y cada una de ellas experimenta un entorno electrónico ligeramente diferente, dando lugar a una señal diferente. Esta variación del entorno electrónico disminuye la resolución de las señales y dificulta su interpretación. Raymond Andrew fue uno de los pioneros en el desarrollo de métodos de alta resolución para resonancia magnética nuclear en estado sólido. Él fue quien introdujo la técnica de la rotación en el ángulo mágico Magic Angle Spinning (MAS) que permitió incrementar la resolución de los espectros de sólidos varios ordenes de magnitud. En MAS, las interacciones se promedian rotando la muestra a una velocidad de varios kilohertzios.
Alex Pines en colaboración con John Waugh revolucionaron también la RMN de sólidos introduciendo la técnica de la polarización cruzada (CP) que consigue incrementar la sensibilidad de núcleos poco abundantes gracias a la transferencia de polarización de los protones a los núcleos más insensibles cercanos, generalmente 13C, 15N o 29Si.
A caballo entre la RMN en disolución y en fase sólida, se encuentra la técnica de HR-MAS (High Resolution with Magic Angle Sinning), cuya aplicación fundamental es el análisis de geles y materiales semisólidos. El fundamento del HR-MAS es hacer girar la muestra, al ángulo mágico, a una velocidad muy superior que en sólidos habituales. El efecto conseguido son espectros mono y bidimensionales de gran calidad, próxima a la RMN en disolución. La principal aplicación de esta técnica es el análisis de matrices biológicas y poliméricas, como resinas para síntesis en fase sólida solvatadas. (biografía tomada de Wikipedia)

Sensibilidad

Debido a que la intensidad de la señal de RMN, y por tanto, también la sensibilidad de la técnica depende de la fortaleza del campo magnético, desde los inicios de la RMN ha existido gran interés por el desarrollo de imanes más potentes. En la actualidad los imanes comerciales más potentes están en torno a los 22.31 T, o 950 MHz frecuencia de resonancia de 1H. Los avances en la tecnología audio-visual e informática también han mejorado los aspectos de generación de pulsos y la recepción de señal y el procesado de la información.
La sensibilidad de las señales también depende de la presencia de núcleos magnéticamente-susceptibles a la RMN y, por tanto, de la abundancia natural de tales núcleos. Para el caso de biomoléculas los núcleos más abundantes y magnéticamente susceptibles son los isótopos de hidrógeno 1H y fósforo 31P. Por el contrario, núcleos como carbono y nitrógeno tienen isótopos útiles a la RMN, 13C y 15N, respectivamente, pero se presentan en baja abundancia natural. Para hacer frente a esta dificultad existe la posibilidad de enriquecer las moléculas de la muestra con estos isótopos (ej. sustitución de 12C por 13C y/o de 14N por 15N) para poder estudiarlos por RMN con la suficiente sensibilidad. Se trata de isótopos perfectamente estables que no producen más que una pequeña variación en la masa molecular de la molécula, sin afectar para nada a otras propiedades estructurales o químicas de la muestra.

Instrumentación en Resonancia Magnética Nuclear: el espectrómetro

Un espectrómetro de RMN consta de las siguientes partes fundamentales:
Un imán que genere un campo magnético estable, el cual puede ser de una intensidad variable, definiendo la frecuencia de resonancia de cada núcleo.

Generalmente se identifica cada espectrómetro por la frecuencia de resonancia del protón, así en un imán de 7.046 Tesla, los núcleos de 1H resuenan a 300 MHz, y por tanto sería un espectrómetro de 300 MHz.
Una sonda, que se sitúa dentro del imán, en la que se introduce la muestra y que consta de las bobinas responsables de emitir y recibir las radiofrecuencias (RF). El número de bobinas y su disposición determinan el tipo y las aplicaciones de cada sonda.
Una consola en la que se generan los pulsos de RF y se controla el resto de la parte electrónica del espectrómetro
Un ordenador que sirve de interfaz con el espectrómetro y con el que se analiza toda la información obtenida.

Información obtenida mediante RMN

La aplicación fundamental de la espectroscopía de RMN es la determinación estructural, ya sea de moléculas orgánicas, organometálicas o biológicas. Para ello es necesario la realización de diferentes tipos de experimentos de los cuales se obtiene una determinada información.
Para la elucidación estructural de moléculas orgánicas y organometálicas los experimentos más utilizados son los siguientes:
Ejemplo de un espectro 1H de RMN.
Espectro monodimensional de 1H: Da información del número y tipo de hidrógenos diferentes que hay en la molécula. La posición en el espectro (desplazamiento químico) determina el entorno químico del núcleo, y por tanto da información de grupos funcionales a los que pertenecen o que están cerca. La forma de la señal da información de los protones cercanos acoplados escalarmente.

Ejemplo de un espectro APT, un tipo de experimento de 13C.
Espectro monodimensional de 13C: Al igual que en 1H el desplazamiento químico da información de los grupos funcionales. Dependiendo del tipo de experimento realizado se puede obtener información del número de hidrógenos unidos a cada carbono.

Ejemplo de un espectro COSY

Espectros bidimensionales homonucleares: Los experimentos COSY y TOCSY dan información de las relaciones entre los protones de la molécula, por acomplamiento escalar o dipolar (NOESY)
Espectros bidimensionales heteronucleares: Los experimentos HMQC y HSQC indican qué hidrógenos están unidos a qué carbonos. El experimento HMBC permite determinar relaciones entre protones y carbonos a mayor distancia (2 o 3 enlaces)
Experimentos con otros núcleos: Si la molécula posee otros núcleos activos en RMN es posible su medida a través de experimentos monodimensionales o bidimensionales (por detección indirecta)

Qué es el equilibrio iónico?

El equilibrio iónico es un tipo especial de equilibrio químico, caracterizado por la presencia de especies químicas en solución acuosa, las cuales producen iones
Las especies que producen en solución cargas son denominadas electrolitos. Un electrolito es cualquier especie que permite la conducción de la corriente eléctrica.
En base a esto, se clasifica a los electrolitos en base a dos criterios:
Comportamiento en solución: electrolitos ácidos, básicos, y neutros
Capacidad conductora: electrolitos fuertes y débiles.

Autoionización del agua

Corresponde a la propiedad química del agua donde ésta se autosepara en sus componentes iónicos.
El agua es un electrolito débil, por lo que conduce la corriente eléctrica en una fracción pequeñísima, debido a que se encuentra poco disociada.
H2O + H2O = H3O+ + OH-
Al ser una reacción reversible, podemos expresarla en función de una constante de equilibrio:
Keq= [H3O+][OH-]
Al ser el agua una especie pura, no se le considera en al expresión, por ende, la constante de equilibrio del agua queda expresada en función de la presencia de los dos iones formados
Mediante procesos electroquímicos, se pudo comprobar que la constante de equilibrio de esta relación tiene un valor de:
[H3O+] = [OH-] = 1*10-7
Kw=1*10-14
La que se conoce como: Constante de autoionización del agua

Qué son las hidrólisis de sales?

Se define hidrólisis de una sal como el proceso en el cual los componentes iónicos de la sal disuelta en agua son capaces de romper la molécula de agua, generando la presencia de iones H3O+ y/o OH-
Como se menciona anteriormente, por la teoría de Brønsted-Lowry, un ácido-base genera una base-ácido conjugada de fuerza inversa a la del ácido que le dio origen, esto es, un ácido-base fuerte dará origen a una base-ácido débil y un ácido-base débil dará origen a una base-ácido fuerte
Además también que una sal el producto de la reacción entre un ácido o base, por ejemplo NaCl:
HCl + NaOH ->NaCl + H2O
Tanto HCl como NaOH son especies muy fuertes (Ka y Kb tienden a infinito respectivamente), por ende sus pares base/ácido conjugados tiene constantes de acidez/basicidad que tienden a cero.
Si disolvemos NaCl en agua, por propiedades de las sales, tendremos que:
NaClac -> Na+ + Cl-
Si hicieramos una medición de pH se esperaría que el pH de la solución fuera neutro. La razón de esto está en que, tanto Na+ como Cl- son los pares conjugados de HCl y NaOH, y son especies que no presentan valores de acidez/basicidad.
Otro caso: el NH4NO3 (Nitrato amónico)
NH4NO3 es producto de la siguiente reacción:
NH3+HNO3 -> NH4NO3
HNO3 es un ácido muy fuerte (Ka tiende a infinito), por ende NO3- es una especie con Kb que tiende a cero.
NH3 es una báse débil (Kb=1,8*10-5), por ende NH4+ es un ácido fuerte, con una Ka que se desprende de la relación:
Ka=Kw/Kb
Lo que da un valor aproximado de Ka=5,5*10-10
Ahora, si se disuelve NH4NO3 en agua:
NH4NO3 -> NO3- + NH4+
Como NH4+ es un ácido, generará hidrólisis en una molécula de agua, estableciendo un equilibrio:
NH4+ + H2O = NH3 + H3O+
Por estos antecedentes, es de esperar que el pH de la solución sea ácido.
La misma situación es aplicable para sales básicas.
A modo de resumen, podemos decir que para determinar si una sal es ácida, básica o neutra, es necesario hacer el estudio del origen de la sal, de esta forma, se podrá predecir de forma efectiva si ocurrirá hidrólisis o no y el tipo de solución (ácida o básica) que se formará como consecuencia de esto.

Acidos y Bases

Teoría atómica de ARRHENIUS
Dicha teoría expresa que cuando un electrólito se disuelve en agua, se ioniza. La ionización, también llamada disociación electrolítica, consiste en la liberación de los iones preexistentes en el compuesto iónico.
Por ejemplo, si AB representa la fórmula del electrólito, la ionización se expresa con la ecuación:
AB = A- + B+
La terminología creada por ARRHENIUS subsiste:
Anión es el ión cargado negativamente: A-
Catión es el ión cargado positivamente: B+
grado de ionización
En la ionización pueden presentarse dos alternativas:
Hay electrolitos que, disueltos en agua, ionizan casi totalmente. Los iones liberados no se unen y permanecen separados. Esta carácterística se pone en evidencia dibujando la flecha de izquierda a derecha de mayor longitud que la opuesta:
AB = A- + B+
Otros, por el contrario, se ionizan escasmente. Predomina la asociación de iones sobre la ionización:
XY = X- + Y+
electrólitos: fuertes y débiles;
Los electrólitos se clasifican en fuertes y débiles.
Un electrólito fuerte está muy ionizado
Un electrólito débil está poco ionizado
En un electrólito fuerte, que está casi totalmente ionizado, quedan pocas moléculas no ionizadas en contacto en sus respectivos iones.
En un electólito débil, poco ionizado, hay escasos iones en contacto con las moléculas no ionizadas.
Para distinguir electrólitos fuertes de electrólitos débiles se estableción un grado de ionización. Se lo determina con dos datos numéricos:
n, número de moles disueltos, calculado mediante el cociente entre la masa y el mol del soluto: n = m/M,
n i número de moles ionizados, cuando la sustancia se disuelve en agua.
El grado de ionización a , queda definido por el cociente entre el número de moles ionizado y el número de moles disuelto.
El grado de ionización es un número comprendido entre 0 y
Muchas veces, para su mejor entendimiento, se lo multiplica por 100, espresándolo como porcentaje.
Siempre se cumple la relación:
Porque si n i = n, la ionización sería total, lo cual nunca ocurre.
Ejemplo:
Si se disuelven 8 moles y se ionizan 7:
Porque si n i = 0 , no hay ionización.
Cuando se disuelven 8 moles y solamente ioniza uno:
En los electrólitos fuertes, el grado de ionización se aproxima a su valor máximo:
O bien: a à 100 %
En los electrólitos débiles, el grado de ionización es muy bajo; simbólicamente, tiende a cero:
a à 0 %
catión hidronio;

Mecanismo de ionización del agua:
El átomo de oxígeno, fuertemente electronegativo, ocupa el centro de la molécula del agua, angular y polarizada.
Las cargas parciales negativas de una molécula atraen electrostáticamente a las positivas de la otra.
Una fuerza atractiva arranca un catión hidrógeno de una molécula y lo acerca a la otra.
- En el H + hay un orbital 1s vacío, capaz de alojar un par de electrones, aportados por el átomo de oxígeno. Así se constituye un enlace covalente coordinado, engendrado una nueva entidad: el catión hidronio.
El catión hidronio está formado por un catión hidrógeno combinado con una molécula de agua.
H + + H 2 O = H 3 O
La estructura del catión hidronio se refleja en los diagramas de puntos y de rayas. En el espacio, la molécula de agua queda insertada dentro de un tetraedro imaginario. El catión hidrógeno coordinado se ubica en un vértice. Desde luego, su carga positiva se comunica a toda la agrupación.
propiedades de ácidos y bases;
• Las soluciones ácidas tienen sabor "ácido", degustable sin riesgos en el vinagre, que contiene ácido acético; el limón, con ácido cítrico y la leche, con ácido láctico
• Las soluciones básicas concentradas son cáusticas: afectan la piel como si la quemaran.
Ácidos y bases actúan sobre los indicadores, virando su coloración.
Muchos ácidos reaccionan con metales comunes:
Fe, Al, Zn, Mg, Sn
Desprendiéndose hidrógeno gaseoso, inflamable:
H 2 (g)
Tanto los ácidos como las bases son electrólitos: sustancias que cuando se disuelven en agua se ionizan, y, por lo tanto, conducen la corriente eléctrica.
ácidos y bases, según ARRHENIUS;
La teoría iónica de ARRHENIUS define conceptualmente a ácidos y bases:
• Ácido es una sustancia que, disuelta en agua, da cationes de hidrógeno.
Anión + H+
• Base es una sustancia que, disuelta en agua, da aniones de oxhidrilo.
Catión + OH-
ácidos y bases según BRÖNSTED;
De acuerdo con BRÖNSTED, basta considerar un solo elemento, el catión de hidrógeno.
Un ácido suministra cationes de hidrógeno: H +.
Una base acepta cationes de hidrógeno: H +.
BRÖNSTED no niega la existencia de los aniones de oxidrilo, pero les quita participación en las definiciones.
¿Por qué el coruro de hidrógeno gaseoso: ClH(g) , disuelto en agua, se transforma en ácido clorhídrico?
El cloruro de hidrógeno es un "ácido de
BRÖNSTED" y cede catión hidrógeno:
Este catión hidrógeno puede ser aceptado
por una molécula de agua, que –cuando
lo coordina- se convierte en catión hidronio:
Las dos ecuaciones pueden sumarse miem-
bro a miembro: el catión hidrógeno produ-
cido en la primera se consume en la segunda:
La misma idea es aplicable a otros ácidos.
H2O = H+ + OH-
NH3(g) + H+ = NH+4
Amoníaco catión amonio
La suma de ambas ecuaciones da:
El anión oxhidrilo, derivado de esta reacción, confiere las propiedades básicas a la solución amoniacal. La asociación del catión amonio con el anión oxhidrilo -invirtiendo la ionización- origina el hidróxido de amonio.
NH+4 + OH- = NH4OH
Hidróxido de
amonio
El agua es anfótera, cuando reacciona con cloruro de hidrógeno acepta cationes de hidrógeno: actúa como una "base de BRÖNSTED" , y cuando reacciona con amoníaco, le cede un catión hidrógeno: es un "ácido de BRÖNSTED"`.
hidrácidos, oxoácidos e hidróxidos

Los hidrácidos

Las propiedades ácidas solamente se manfiestan en soluciones acuosas.
Son los cationes de hidrógeno: H+ - o el hidronio: H3O, si se da participación al agua- y no a la molécula no ionizada, quienes confieren la acidez a la solución:
SH2(g) + 2 H2O = S-2 + 2 H3O +
Consecuentemente:
En una solución ácida hay cationes de hidrógeno, acompañados por sus respectivos aniones.
Los ácidos más simples son los hidrácidos, formados por los compuestos binarios del azufre y los halógenos con el hidrógeno. La nomenclatura diferencia las sustancias gaseosas de sus soluciones ácidas.
Hídrico es la terminación común a todos los nombres de los hidrácidos, cuyos respectivos aniones concluyen en uro.
Compuestos covalentes:
Hidrácido

Anión
FH(g)
Fluoruro
FH(aq)
Ácido fluorhídrico
F- fluoruro
ClH(g)
Cloruro de
ClH(aq)
Ácido clorhídrico
Cl- cloruro
BrH(g)
Bromuro hidrógeno
BrH(aq)
Ácido bromhídrico
Br- bromuro
IH(g)
Ioduro
IH(aq)
Ácido iodhídrico
I- ioduro
SH2(g)
Sulfuro
SH2(aq)
Ácido sulfhídrico
S-2 sulfuro

Los oxoácidos

Los oxoácidos son ácidos de composición más complicada. Sus elementos componentes son tres:
Además, casi siempre, se obtienen por combinación de un óxido ácido con agua.
Todos los oxoácidos disueltos en agua ionizan, dando cationes hidrógeno.
SO3H2 = SO3 –2 + 2H+
Ácido anión
Sulfuroso sulfito
SO4H2 = SO4 –2 + 2H+
Ácido anión
Sulfúrico sufato
De las anteriores ecuaciones de ionización resulta que:
Cuando la molécula del oxoácido ioniza, da un anión y cationes hidrógeno.
La cantidad de cationes hidrógeno es numéricamente igual a la carga iónica del anión.
Los oxoaniones están constituidos por átomo de no-metal, unido por covalencias –comunes y de coordinación- con átomos de oxígeno.
Se necesitan reglas para denominar los oxoaniones: aniones oxigenados, derivados de los oxoácidos.

Nomenclautura de los oxoácidos y sus aniones

Los nombres de los oxoácidos y sus respectivos aniones se derivan de los óxidos-ácidos y de los números de oxidación del elemento no metálico. Se presentan tres casos principales:
Un solo ácido, con el nombre terminado en ico: CO3H2 = ácido carbónico. (nº ox. IV)
Para el anión el sufijo ico se sustituye por ato:
CO3H2 = CO3 –2 + 2 H+
Ácido anión
Carbónico carbonato
SUFIJOS

Nombre de los oxoácidos
Nombre de sus respectivos oxoaniones
Hipo ................. oso
Hipo .................. ito
................. oso
.................. ito
................. ico
.................. ato
Per ................. ico
Per .................. ato

Calor específico

Por la misma época que se descubrió la equivalencia entre el calor y el trabajo se estaba desarrollando la teoría molecular de la materia, que consiste en:
- Todos los cuerpos están formados por partículas pequeñísimas llamadas moléculas.
- Las moléculas no ocupan todo el volumen del cuerpo que forman: entre ellas hay espacios vacíos llamados intermoleculares, cuyas dimensiones varían con el estado del cuerpo (sólido, liquido o gaseoso).
- Entre molécula y molécula se ejercen ciertas fuerzas, llamadas de cohesión.
- Las moléculas están en movimiento.
Esta teoría ayuda a explicar los fenómenos calóricos. Esto permite hacer la siguiente hipótesis:
- El calor (forma de energía) que posee un cuerpo es la suma de las energías de sus moléculas.
- La mayor o menor temperatura de un cuerpo se debe a la mayor o menor velocidad de sus moléculas.
De esa manera se interpreta que: dar calor a un cuerpo, significa aumentar la energía mecánica de sus moléculas; quitarle calor es disminuir la energía mecánica de sus moléculas.
Capacidad calórica de una sustancia a la cantidad de calor que ella absorbe para aumentar su temperatura en 1°C.
Para calentar masas iguales de sustancias diferentes a la misma temperatura, es necesario darle cantidades distintas de energía calórica. Esto nos indica que cada sustancia tiene su propia aptitud para absorber el calor.
Un aumento o una disminución de la energía de las moléculas provocara, por lo general, un aumento o disminución de su velocidad, y por lo tanto, un aumento o una disminución de la temperatura del cuerpo. En otros casos, la variación de la energía de las moléculas provocará un cambio de estado del cuerpo, sin que haya variación de sus velocidades, es decir, sin que se produzca una variación de la temperatura. (fuente)

Unidades de calor

La unidad de calor es caloría.
Caloría es la cantidad de calor necesario para elevar en 1°C la temperatura de 1 g de agua.
Es muy difundido el empleo de esta unidad pero por otra parte la unidad de energía adoptada por el SIMELA es el joule (j).
1 CAL = 4,1868 J y a la inversa 1 J = 0,239 Cal.
Si al entregarse calor a dos masas iguales de una misma sustancia, se observa que la primera experimenta un aumento o t de temperatura, y la segunda un aumento doble, 2àt, ello significa que a la segunda se la entregó doble cantidad de calor que la primera.
Las cantidades de calor entregados, o quitados, a masas iguales de sustancias iguales, son directamente proporcionales a las variaciones de temperatura.

Q/<>T= Q/<>T´

Las cantidades de calor entregados, o quitados, a masas distintas de una misma sustancia para producir iguales variaciones de temperatura, son directamente proporcionales a las masas.

Q/<>m = Q/<>m´

La temperatura

La temperatura de un cuerpo esta determinada por el movimiento de moléculas. Estas y los átomos presentan una movilidad incesante en todas direcciones y sentidos, con las velocidades diferentes. Esas velocidades se intercambian entre las moléculas, por choques, atracciones, etc. Esa velocidad media constituye la temperatura. Cuando aumenta dicha velocidad, la temperatura se eleva, y viceversa.
La temperatura es la expresión de la velocidad promedio de las moléculas de una sustancia.
Para medir la temperatura se utiliza el termómetro, el cual, al ser bombardeado por las moléculas en movimiento, mide su velocidad. El termómetro solo puede medir la velocidad pero no la cantidad de moléculas que se están moviendo.

Definición de calorimetria

La calorimetría es la parte de Física dedicada a la medida de las cantidades de calor que intervienen en distintos fenómenos.
Según aumente o disminuya la temperatura de un cuerpo, se dice que este ha recibido o cedido cierta cantidad de calor. La cantidad de calor recibida por un cuerpo puro es proporcional a la masa del mismo en la cual produce una variación de temperatura determinada.

Calor específico

Es la cantidad de calor necesaria para que la temperatura de masa de un cuerpo puro, diferente del agua, ascienda de t a t´, dependa de la naturaleza de ese cuerpo. De ello se deriva la definición de calor especifico numéricamente igual a la cantidad de calor necesaria para elevar un grado de la temperatura de la unidad de masa del cuerpo considerado. Se dice que la cantidad de calor que se debe proporcionar a la masa (m) de un cuerpo puro para que su temperatura varíe de t a t´ viene expresada en siguiente formula:
Q = MC (t´ - t)
En donde sé c es igual al calor especifico medio entre t y t´.
Para verificar el calor específico se emplea la siguiente formula:

Ce= Cal/g*ºC

Métodos Calorimétricos

Se utilizan tres métodos:
Ø El método de mezclas o el método adiabatico, la cantidad de calor, positiva o negativa, que hay medir se evalúa a partir de una masa de agua M, cuya temperatura se eleva (o disminuye) de t a t´. La expresión de esta cantidad de calor será:
Q= M (t´- t).
Ø El método de fusión de hielo o método isotérmico, esta cantidad de calor sirve para fundir cierta masa de hielo, que le es proporcional, y se calcula la disminución de volumen de hielo fundamente.
Ø En el método eléctrico, el paso de una corriente a través de un conductor proporciona una cantidad de calor determinada que sirve para producir el efecto calórico (por ejemplo una variación de temperatura).

Ver mas abajo.

El Calorímetro de las Mezclas

Consiste en un recipiente que se aísla todo lo posible, para evitar pérdidas de calor. Contiene agua cuya masa se ha medido previamente; un termómetro sumergido en ella mide su temperatura. Se mide una cierta masa de la sustancia cuyo calor específico que se busca, y se la calienta a una temperatura bien determinada. Cuando ésta es a temperatura se la echa dentro del agua del calorímetro agitándose el agua con el agitador para que la temperatura sea uniforme y se observa el termómetro que señala un aumento de temperatura.

Calor específico de los gases

Mientras que la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un sólido a un líquido de t a t´ está bien determinada, porque estos cuerpos son prácticamente incomprensibles, aquella no puede definirse de la misma manera para un gas, porque depende de la forma como este se ha calentado. Se consideran para los gases, como se ha hecho en el caso de la dilatación, dos calores específicos, según el calentamiento se produzca a volumen constante o a presión constante.
Para los gases que están a una temperatura bastante por encima de su punto de licuefacción, el calor especifico depende muy poco de la temperatura. Para presiones bastante elevadas, es decir, del orden de cien atmósferas la variación que se produce no es despreciable.
El calor especifica de los gases a presión constante es el cociente entre la cantidad de calor entregado a un gas, manteniendo constante su presión, el producto de su masa por la variación de temperatura. (fuente)

Relación de Mayer

Esta relación, establecida teóricamente por el alemán Julius von Mayer (1814-1878), es válida para los gases perfectos. Los gases reales la siguen aproximadamente cuando están muy alejados de su punto de licuefacción. Si M designa la masa molecular de un gas, esta relación se expresa MC – Mc = 2.
La comparación de esta relación con los valores de y dados anteriormente muestra que se obtienen aproximadamente los resultados siguientes:
-para los gases monoatómicos, MC = 5, Mc = 3
-para los gases diatómicos, MC = 7, Mc = 5.

Aplicaciones del calorímetro en Química

La mayoría de las reacciones químicas se producen con desprendimiento o absorción de calor y se dividen, respectivamente, en reacciones exotérmicas y endotérmicas, según que haya calentamiento o enfriamiento durante la reacción.
El estudio de este fenómeno constituye la rama denominada Termoquímica, a la que se han dedicado trabajos muy importantes a finales del siglo XIX y a principios del XX.
La Termoquímica se basa en la ley de Hess, que representa un caso particular del principio de los estados inicial y final. Según ella, la cantidad de calor que se desprende al pasar de un sistema A de sustancias a otro sistema B es independiente de la forma en que se produce el paso y de las reacciones intermedias, siempre que el estado físico de los sistemas A y B sea el mismo en todos los casos. Esta ley sólo es realmente válida cuando las transformaciones ocurren teniendo un volumen o una presión constante.
Según la ley de Hess, se debe tener el mismo resultado para el calor de la formación de CO2 operando con C + O2.
Si la cantidad de calor que se busca y que representa la formación de CO es x, se tendrá
x = 96 – 68 = 28

De los líquidos y de los Gases.
La propagación del calor en los cuerpos fluidos (líquidos o gaseosos) se efectúa simultáneamente de dos formas: por contactos sucesivos, como el caso de los sólidos, lo que representa la conductibilidad propiamente dicha, y por convección, es decir, por desplazamiento del fluido procedente de las partes calentadas a causa de la variación de su densidad.
La convección, excepto en el caso de los metales líquidos de conductibilidad muy elevada, representa el elemento más importante de la propagación del calor en una masa líquida.

Calor Radiante

Calor radiante.
Los cuerpos calientes emiten en el espacio rayos, llamados caloríficos, que sólo difieren de los luminosos, a los que acompañan, por la mayor longitud de onda que tienen.
En el estudio del espectro solar se distinguen tres partes: los rayos ultravioleta, cuyas longitudes de onda son las más cortas; los rayos luminosos, que componen toda la parte visible del espectro; y los rayos infrarrojos, o caloríficos, que son los que tienen longitudes de onda mayores.
Las fuentes luminosas emiten casi todas una radiación oscura en el campo de las longitudes de onda menores y mayores que las de los rayos luminosos. Las diversas partes de estas radiaciones no están rigurosamente limitadas, es decir, que el comienzo del espectro luminoso no corresponde al final del espectro calorífico. En realidad, no existen rayos puramente caloríficos, sino sólo longitudes de onda de rayos que no impresionan de manera apreciable el ojo que los recibe.
La radiación calorífica como las demás, es absorbida en mayor o menor cantidad por todas las sustancias que atraviesa, pero las propiedades de absorción de cada uno de los cuerpos dependen de la longitud de onda de la radiación.
Los cuerpos que, como el vidrio, son transparentes a la luz absorben los rayos caloríficos y se denominan atérmanos; el cloruro de sodio, en cambio, es diatérmano, es decir, transparente no sólo a los rayos luminosos, sino a los de mayores longitudes de onda.
La emisión de la radiación de los cuerpos calientes representa para éstos una pérdida de energía y produce, por tanto, una disminución de la temperatura de los mismos. Este descenso depende, por una parte, de la temperatura y de la superficie de emisión y, por otra, de un coeficiente característico de la naturaleza de esta superficie, llamado poder emisivo. El poder emisivo más elevado es el de los cuerpos negros y se toma como unidad. El de las superficies brillantes y reflectoras es muy reducido.

Organización celular, nucleo, citoplasma, mitocondrios

Organización subcelular
Anthony van Leeuwenhoek descubrió los protistas hace 300 años. “Esto fue para mí –escribió- entre todas las maravillas que he descubierto en la naturaleza, la más maravillosa de todas”. En los millares de seres vivos que pudieron ver los demás naturalistas pudieron observar dentro de ellos, pero con dificultad, estructuras que interpretaron como corazones, estómagos y pulmones en miniatura; en otras palabras órganos diminutos, u orgánulos. Las técnicas microscópicas modernas han confirmado que las células eucarióticas contienen, en verdad, una multitud de estructuras. No son, por supuesto órganos como los que se encuentran en los organismos multicelulares, pero en cierta forma son comparables; están especializados en forma y función para desempeñar actividades particulares requeridas por la economía celular.
La membrana celular
La célula puede existir como una entidad distinta a causa de la membrana celular, que regula el tránsito de materiales hacia adentro y hacia fuera. La membrana celular es una bicapa fosfolipídica, con proteínas de membrana, de transporte y cadenas de carbohidratos libres hacia el exterior de la célula.
El núcleo
El núcleo es un cuerpo grande, frecuentemente esférico siendo de ordinario la estructura más voluminosa dentro de las células eucarióticas. Esta rodeado por la membrana nuclear, constituida por dos membranas concéntricas, cada una de las cuales es una doble capa lipídica. El núcleo desempeña dos funciones fundamentales para la célula, primero lleva la información hereditaria que determina si un tipo particular de célula se desarrollará en un Paramecio o un ser humano y segundo el núcleo ejerce una influencia continua sobre las actividades de la célula, asegurando que las moléculas complejas que ella requiere se sinteticen en la cantidad y tipos necesarios.
El citoplasma
Es un fluido altamente organizado y atestado de orgánulos entre ellos los siguientes:
Vacuolas Son espacios dentro del citoplasma lleno de agua; se encuentran rodeados de una sola membrana, su función es la de disolver los elementos en suspensión que entran al interior de la célula.
RibosomasLos ribosomas son orgánulos celulares más numerosos, en ellos se acoplan los aminoácidos que conforman las proteínas.
El retículo endoplasmaticoEl retículo endoplasmatico es una red de sacos aplanados, tubos y canales conectados entre sí, característica de las células eucariótas. La cantidad de retículo no es fija en una célula, aumenta o disminuye dependiendo de la actividad celular.Hay dos categorías de retículo endoplasmatico: rugoso (con ribosomas adheridos) y liso (sin ribosomas), que son, sin embargo, continuos uno con el otro.
Complejos de Golgi Cada complejo de Golgi está formado por sacos aplanados, limitados por membrana, aplanados, apilados en forma no tensionada unos sobre otros y rodeados por túbulos y vesículas. La función del complejo de Golgi es aceptar vesículas del retículo endoplasmatico, modificar las membranas y los contenidos de las mismas e incorporar los productos terminados en vesículas de transporte que los llevan a otras partes de la célula y, especialmente, a la superficie celular. Así los complejos de Golgi sirven como centros de compactación y distribución. Allí en los sacos del complejo ocurren las asociaciones finales de carbohidratos con proteínas para formar glucoproteínas y con lípidos para formar glucolípidos.
LisosomasUn tipo de vesícula relativamente grande, formado comúnmente por el complejo de Golgi, es el lisosoma. Los lisosomas son fundamentalmente bolsas membranosas que contienen enzimas hidrolíticas, aislándolas por tanto del resto de la célula; estas enzimas están implicadas en la degradación de proteínas, polisacáridos y lípidos. Si los lisosomas se rompieran la célula misma sería destruida, pues las enzimas que llevan son capaces de hidrolizar a todos los tipos principales de macromoléculas que se encuentran en una célula viva.
Mitocondrios

Los mitocondrios se encuentran entre los orgánulos más grandes de la célula. En los mitocondrios se degradan moléculas orgánicas productoras de energía y esta energía es vuelta a almacenar en unidades más pequeñas, convenientes para la mayoría de procesos celulares. Cuanto mayores sean los requerimientos energéticos de una célula eucariótica en particular, es probable que más mitocondrios contenga.
PlástidosLos plástidos son orgánulos limitados por membrana que se encuentran solamente en las células de las plantas y de las algas. Están rodeados por dos membranas, al igual que los mitocondrios, y tienen un sistema de membranas internas que pueden estar intrincadamente plegadas. Los plástidos maduros son de tres tipos: leucoplastos, cromoplastos y cloroplastos. Los leucoplastos almacenan almidón o, en algunas ocasiones, proteínas o aceites. Los cromoplastos contienen pigmentos y están asociados con los colores naranja y amarillo brillante de frutas, flores y hojas del otoño. Los cloroplastos son los plástidos que contienen clorofila y en los cuales tiene lugar la fotosíntesis. Al igual que otros plástidos, están rodeados por dos membranas; la membrana interna, la tercera membrana de los cloroplastos, forma una serie complicada de compartimientos y superficies de trabajo internos.

¿Cómo se mueven las células?
Todas las células exhiben alguna forma de movimiento. Aún las células vegetales, encerradas por una pared rígida, muestran corrientes citoplasmáticas activas (movimiento del citoplasma dentro de la célula), así como movimientos cromosómicos y cambio de forma durante la división celular. Las células nerviosas emiten axones durante la transmisión del impulso nervioso. Las amebas persiguen y engullen a su presa y algunas algas microscópicas se precipitan hacia una fuente de luz.
¿Cómo entran y salen sustancias de la célula?
La membrana celular regula el paso de materiales de dentro y fuera de la célula, una función que hace posible que la célula mantenga su integridad estructural y funcional. Esta regulación depende de interacciones entre la membrana y los materiales que pasan a través de ella.
Una de las principales sustancias que entran y salen de las células es el agua. El potencial hídrico determina la dirección en la cual se mueve el agua; o sea, el agua se mueve desde donde el potencial es mayor hacia donde es menor. El movimiento de agua tiene lugar por flujo global y por difusión.
El flujo global es el movimiento general, en grupo, de las moléculas de agua y solutos disueltos, como, por ejemplo, cuando el agua fluye en respuesta a la gravedad o a la presión. La circulación de la sangre a través del cuerpo humano es otro ejemplo de flujo global.
La difusión implica el movimiento al azar de moléculas individuales. La ósmosis es la difusión del agua a través de una membrana que permite el flujo de agua, pero inhibe el movimiento de la mayoría de solutos, se dice que esta membrana es selectivamente permeable. Las moléculas cruzan la membrana celular por difusión simple o son acarreados por proteínas que se encuentran atravesando la membrana.

Determinar tipo de sangre

Solución anti-A Solución anti-B Solución anti-D(anti Rh)
Tarjetas de identificación
Material punzante estéril
Algodón
Agua oxigenada
Una gota de sangre
Colocar en la tarjeta una gota se suero anti-A, una de anti-B, una mezcla de anti-A y anti-B, y una gota de anti-D, cada una en su casilla correspondiente, como se indica en la

Pinchar la yema del dedo, previa desinfección con alcohol o agua oxigenada. Depositar una gotita de sangre en cada casilla y mezclar con los sueros.

Observar los resultados. El grupo sanguineo del individuo corresponderá con el de la casilla en la que la sangre haya coagulado. Si el individuo es del grupo AB, la sangre coagulará en las tres primeras casillas. Además, si la sangre coagula en la casilla "anti-D", el individuo será Rh positivo, de lo contrario será Rh negativo. Personalmente, prefiero hacer la determinación del factor Rh en un porta, en el que puedo observar mejor la coagulación sanguinea.

En las tarjetas de la FIGURA 4, se puede observar el aspecto que presentan dos casos opuestos. En la tarjeta superior se observa que no existe coagulación en ninguna casilla. Las tres primeras corresponden a los sueros del grupo sanguineo, por lo que interpretamos que esta persona pertenece al grupo O, la cuarta es la del factor Rh, y al no existir coagulación interpretamos que es Rh negativo.
El "quiz" de esta práctica se encuentra en los glóbulos rojos. Los glóbulos rojos o hematíes son células sanguineas, por lo tanto todos los tenemos. Sin embargo, en la membrana de los glóbulos rojos pueden existir unas proteinas especiales: son las glucoproteínas A y B. Así, un glóbulo rojo puede tener proteína A, proteína B, tener ambas o no tener ninguna. De manera que un individuo tendrá grupo sanguíneo A si sus glóbulos rojos tienen la glucoproteína A en su membrana, siguiendo el mismo criterio para el resto de los grupos (si no existe proteína, entonces será de grupo sanguineo O). Estas proteínas corresponderían a lo que denominan antígenos. Ahora bien, en el plasma sanguineo tenemos anticuerpos. Evidentemente, un individuo del grupo A no podrá tener anticuerpos anti-A, pues ésto no sería viable (la sangre coagularía). Así :
los individuos A tendrán anticuerpos anti-B
los individuos B tendrán anticuerpos anti-A
los individuos AB no tendrán anticuerpos de este tipo
los individuos O tienen los dos tipos de anticuerpos.
Grupo sanguineo
A
B
AB
O
Glóbulos rojos
En la membrana
Antígeno A
Antígeno B
Antígenos A y B
No antígenos
En el plasma
Anti-B
Anti-A
No anticuerpos
Anti-A y Anti-B De la misma manera, el factor Rh es otra proteína que existe en los glóbulos rojos de algunas personas. Su nombre viene del mono en el que fue descubierta, el macacco rhesus. El factor Rh positivo es un factor hereditario dominante.
Este asunto tiene especial importancia en donaciones de sangre. Como hemos visto, un individuo A tiene en su plasma anticuerpos anti-B, así que no podrá recibir sangre de un individuo B, pues estos anticuerpos provocarían la coagulación de la sangre del donante en los vasos sanguineos de la persona receptora. En la siguiente tabla vemos las compatibilidades a la hora de donar y recibir sangre. Como vemos, el grupo AB puede recibir de cualquier otro grupo y de sí mismo, así que se llama "receptor universal". El grupo O ,sin embargo, puede donar a cualquier grupo, así que se conoce como "donante universal" ( Mas información pincha acá)

Prácticas básicas de laboratorio

Hemos encontrado una página muy buena donde puedes hallar prácticas de laboratorio, monografias, y mucho sobre bioquímica y biología en estos lugares:

1. LIPIDOS

2. GLUCIDOS

3. PROTEINAS

4. SALES

5. ENZIMAS

6. EXTRACCION DE ADN

7. BIOLOGIA GENERAL

Reconocimiento de sales minerales

Demostrar que en la composición de la materia viva entran a formar parte las sales minerales.
Conocer el proceso de la coagulación de la leche, como técnica para poder obtener el suero de la leche (fracción líquida) en el que quedan fundamentalmente las sales que pretendemos identificar.

Vaso de precipitado
Matraz o probeta
Embudos con papel de filtro
Gradilla con tubos de ensayo
Pinzas para calentar tubos
Mechero
Leche
Ácido acético
Ácido nítrico
Solución molibdato amónico al 1%
Solución de nitrato de plata al 1%.
Solución de oxalato amónico al 1%.

PREPARACIÓN DE LA MUESTRA.
Para determinar la presencia de sales es interesante utilizar el suero de leche. Para conseguirlo, podemos realizar esta sencilla receta:
Colocar en un vaso de precipitado unos 250 cc. de leche.
Añadir unas gotas de ácido acético y esperar unos minutos.
Al producirse el "cuajado" filtrar por papel, para obtener el suero.
Recoger el filtrado en un matraz o probeta.
REALIZACIÓN DE LAS REACCIONES.
Preparar una gradilla con tres tubos de ensayo.
En cada tubo de ensayo poner unos 3cc. de suero de leche.
Numerar los tubos con 1, 2 y 3.
Al tubo de ensayo número 1, añadir 1cc. de solución de nitrato de plata.
Al tubo de ensayo número 2, añadir 2cc. de solución de molibdato amónico al 1%, tratado con ácido nítrico concentrado en cantidad suficiente para que el ácido molíbdico que se forma se redisuelva. Calentar el tubo al baño María.
Al tubo de ensayo número 3 unas 10 gotas de solución de oxalato amónico al 1%.
RESULTADOS OBTENIDOS.
La reacción en el tubo de ensayo número 1 nos sirve para identificar los cloruros. La explicación es la siguiente:
Los cloruros en contacto con una solución de nitrato de plata forman cloruro de plata, que da lugar a un precipitado blanco de aspecto lechoso.
La reacción en el tubo de ensayo número 2 nos va a permitir identificar la presencia de fosfatos . La explicación es la siguiente:
Los fosfatos en presencia de molibdato amónico, forman un precipitado amarillo de fosfomolibdato amónico.
La reacción en el tubo de ensayo número 3 nos sirve para identificar el calcio. Esto es debido a:
El calcio al reaccionar con el oxalato amónico forma un precipitado blanco cristalino de oxalato amónico.

Proteínas

Las proteínas , debido al gran tamaño de sus moléculas, forman con el agua soluciones coloidales. Estas soluciones pueden precipitar con formación de coágulos al ser calentadas a temperaturas superiores a los 70:C o al ser tratadas con soluciones salinas, ácidos, alcohol, etc. La coagulación de las proteínas es un proceso irreversible y se debe a su desnaturalización por los agentes indicados, que al actuar sobre la proteina la desordenan por la destrucción de su estructura terciaria y cuaternaria .
Para ver la coagulación de las proteínas se puede utilizar clara de huevo, para conseguir más volumen puede prepararse para toda la clase una dilución de clara de huevo en agua, de forma que quede una mezcla aún espesa.
Colocar en un tubo de ensayo una pequeña cantidad de clara de huevo.
Añadir 5 gotas de ácido acético y calentar el tubo a la llama del mechero.
Es debida a la formación de un compuesto aromático nitrado de color amarillo, cuando las proteínas son tratadas con ácido nítrico concentrado. La prueba da resultado positivo en aquellas proteinas con aminoácidos portadores de grupos bencénicos, especialmente en presencia de tirosina. Si una vez realizada la prueba se neutraliza con un álcali vira a un color anaranjado oscuro.

Poner en el tubo de ensayo de 2 a 3 cc. de solución problema (clara de huevo ).
Añadir 1 cc. de HNO3 concentrado.
Calentar al baño maría a 100: C..
Enfriar en agua fría
Añadir gota a gota una disolución de sosa al 40%. La producen los péptidos y las proteínas, pero no los aminoácidos, ya que se debe a la presencia del enlace peptídico (- CO- NH -)que se destruye al liberarse los aminoácidos. Cuando una proteína se pone en contacto con un álcali concentrado, se forma una sustancia compleja denominada biuret, de fórmula:
que en contacto con una solución de sulfato cúprico diluída, da una coloración violeta característica.

Tomar un tubo de ensayo y poner unos 3 cc. de albúmina de huevo.
Añadir 2cc. de solución de hidróxido sódico al 20%.
A continuación 4 ó 5 gotas de solución de sulfato cúprico diluida al 1%.
Debe aparecer una coloración violeta-rosácea característica.
Se pone de manifiesto por la formación de un precipitado negruzco de sulfuro de plomo. Se basa esta reacción en la separación mediante un álcali, del azufre de los aminoácidos, el cual al reaccionar con una solución de acetato de plomo, forma el sulfuro de plomo.

Poner en el tubo de ensayo de 2 a 3 cc. de albúmina de huevo (clara de huevo).
Añadir 2 cc. de solución de hidróxido sódico al 20%.
Añadir 10 gotas de solución de acetato de plomo al 5%.
Calentar el tubo hasta ebullición.
Si se forma un precipitado de color negruzco nos indica que se ha formado sulfuro de plomo, utilizándose el azufre de los aminoácidos, lo que nos sirve para identificar proteinas que tienen en su composición aminoácidos con azufre.

Lípidos

Poner de manifiesto ciertas propiedades de los lípidos, algunas de las cuales pueden servirnos para su identificación.
Baño María. Mechero.
Gradillas con tubos de ensayo
Vaso de precipitado con agua
Aceite vegetal
Solución de Sudán III en frasco cuentagotas
Tinta roja en frasco cuentagotas
Solución de Hidróxido sódico al 20%.
Éter o cloroformo.
Las grasas reaccionan en caliente con el hidróxido sódico o potásico descomponiéndose en los dos elementos que la forman: glicerina y los ácidos grasos. Estos se combinan con los iones sodio o potasio del hidróxido para dar jabones, que son en definitiva las sales sódicas o potásicas de los ácidos grasos.
La reacción es la siguiente:

Proceder de la siguiente forma:
Colocar en un tubo de ensayo 2cc de aceite vegetal y 2cc de una solución de hidróxido sódico al 20%.
Agitar enérgicamente y colocar el tubo al baño María de 20 a 30 minutos.
Transcurrido este tiempo, se puede observar en el tubo tres capas: la inferior clara, que contiene la solución de sosa sobrante junto con la glicerina formada; la superior amarilla de aceite no utilizado, y la intermedia, de aspecto grumoso, que es el jabón formado.
Nota: Cuando ya se ha visto como se forma el jabón, se puede ir echando en un vaso de precipitado el contenido de los tubos de ensayo, se remueve bien y se deja calentar hasta que se haga un buen trozo de jabón.
Las grasas se colorean en rojo anaranjado por el colorante denominado Sudan III. Proceder así:
Disponer en una gradilla dos tubos de ensayo, colocando en ambos 2cc de aceite.
Añadir a uno, 4 o 5 gotas de solución alcohólica de Sudán III. Al otro tubo añadir 4-5 gotas de tinta roja. Agitar ambos tubos y dejar reposar.
Se observará en el tubo al que se le añadió Sudán, que todo el aceite aparece teñido. En cambio en el frasco al que se añadió tinta roja, la tinta se habrá ido al fondo y el aceita aparecerá sin teñir.
Las grasas son insolubles en agua. Cuando se agitan fuertemente en ella se dividen en pequeñísimas gotitas formando una "emulsión" de aspecto lechoso, que es transitoria, pues desaparece en reposo, por reagrupación de las gotitas de grasa en una capa que por su menor densidad se sitúa sobre la de agua. Por el contrario, las grasas son solubles en los llamados disolventes orgánicos como el éter, benceno, xilol, cloroformo, etc. Proceder de la siguiente manera:
Tomar dos tubos de ensayo y poner en cada uno de ellos 2-3 cc de agua y en el otro 2-3cc de éter u otro disolvente orgánico.
Añadir a cada tubo 1cc de aceite y agitar fuertemente. Observar la formación de gotitas o micelas y dejar en reposo. Se verá como el aceite se ha disuelto en el éter y en cambio no lo hace en el agua, y el aceite subirá debido a su menor densidad.

Bioquimica en la medicina

Antiguamente el doctor iba a la casa a tratar al paciente con paños fríos y hierbas medicinales, luego apareció la cirugía ,y desde entonces, la medicina se enfocó cada vez más hacia lo más pequeño del ser humano, hasta llegar a lo celular. Actualmente, el futuro de la medicina se encuentra en la molécula y su herramienta de trabajo es la bioquímica.
La decodificación del mapa genético humano y el saber cómo leerlo para detectar dónde se forman algunas enfermedades, se compara con la odisea de la llegada del hombre a la Luna y abre un horizonte de insospechadas consecuencias para detectar enfermedades, combatirlas o incluso, para manipular genéticamente a personas.
Si bien la biotecnología se estuvo utilizando en la modificación genética de algunos alimentos desde la década de los 80, hasta ahora era impensable llegar a imaginar cambios genéticos en los seres humanos.
Esta opción será tanto o más controvertida que la ya largamente aplicada en los OGM (Organismos Genéticamente Modificados), en general productos agrícolas comestibles. Ya en este punto, el mundo se dividió en dos bloques: a favor y en contra.
Todos estos cambios, sin embargo, no son fortuitos, ya que se insertan en la tendencia actual de la tecnología y la medicina que es evolucionar de lo macro a lo micro.
De la cirugía a la molécula
En las escuelas de medicina se estipula que la medicina ha ido evolucionando a través de tres etapas fundamentales: primero la etapa macro; en que la cirugía era el principal método de curación e investigación, luego se pasó a la etapa celular; la que se enfocaba en la investigación y tratamiento al nivel de células y actualmente se ha entrado a una tercera etapa llamada molecular. Lo anterior, de acuerdo con las teorías universitarias, es debido a que la tendencia de la medicina es de llegar a ser lo menos invasiva posible para el paciente y lo más pequeña, es decir, más molecular. Es así como actualmente la enfermedad y su tratamiento ya no se encuentra en la célula, sino que en la molécula que forma a ésta.
Es aquí donde radica la importancia de la bioquímica, ya que la tendencia molecular se basa en ella, entendida por la enciclopedia Aristos como: Aquella parte de la química que estudia la composición y las transformaciones químicas de los seres vivos.
Hasta ahora la bioquímica ha sido utilizada principalmente en tratamientos preventivos para enfermedades como el Cáncer, Alzheimer, Parkinson o la Esquizofrenia entre otros; es decir, para terapias químicas en general. Pero la tendencia va hacia aprovechar la ventaja de esta ciencia, que consiste en permitir comparar lo que falta y tomar lo que ya existe en el organismo, es decir, mantener la homeóstasis del cuerpo.
La polémica
Si bien el uso de la bioquímica en la medicina ya estaba siendo aceptado por todos los sectores para el tratamiento de enfermedades, el descubrimiento de la lista completa de los códigos que son necesarios para crear a un ser humano, abrieron un duro debate ético.
Al analizar lo positivo, se pueden esperar grandes beneficios para la comunidad tales como la disminución del costo de la salud. Esto se explica si se piensa que al trabajar más en el ámbito de los laboratorios, se aleja al paciente de la hospitalización, lo que abarata los gastos considerablemente.
Más concretamente, se espera hallar la cura para enfermedades como el cáncer o el Alzheimer.
Al menos así se desprende al escuchar las palabras de destacadas autoridades en el tema como el doctor Francis Collins, líder de un equipo del Instituto Nacional de Salud de Estados Unidos, quien formó parte del grupo investigador. El doctor aseguró que "celebramos la revelación del primer mapa del libro humano de la vida".
Sin embargo, muchos expertos advierten que los avances en el conocimiento genético pueden llevar a la creación artificial de seres humanos, los que podrían llegar a ser solicitados, por ejemplo, por unos padres en busca de tener al hijo perfecto. Otro aspecto, es la posibilidad de que el conocimiento cada vez más exacto del código genético de las personas, lleve a nuevas discriminaciones, especialmente en empleos o seguros médicos.
Frente a esto, John Sulston, director del laboratorio Sanger Centre de Cambridge, uno de los participantes del proyecto responde: "Tenemos que reconocer esto y dar pasos específicos en las legislaciones para garantizar que se trate a todo el mundo de la misma manera. Nadie deberá considerar a otra persona como inferior a causa de su herencia genética. Es una extensión de los derechos humanos".
Por último, la polémica abarca el ámbito legal, en cuanto ya se “pelea” por la propiedad del Genoma, también llamado "Libro de la Vida". Esto pues algunos especialistas señalan que no se podría patentar el descubrimiento como una ley de la naturaleza. El debate de este tema marcará, sin duda, la tónica de este siglo, ya que desde ahora podría hablarse de una nueva tendencia en medicina.
Como metas a lograr quedan, además de la cura de enfermedades hasta hoy “invencibles”, la fabricación de nuevos fármacos, el diagnóstico temprano de enfermedades hereditarias (incluso antes de nacer), entre otros beneficios. Sin embargo, la pregunta: ¿Dónde está el límite de la intervención humana, del uso de la bioquímica y de la manipulación genética? Estará siempre presente en las mentes de la humanidad del siglo XXI.

Bienvenida

Estimados Amig@s y Profesionales del mundo de la bioquímica y farmacia.

Bienvenidos a este nuevo sitio que empieza con todas las ganas del mundo para aportar con un granito de arena a todos aquellos interesados en la ciencia, sus aportes serán importantes para mejorar la misma.

En las futuras ediciones iremos incrementando artículos trabajos y mucho mas así como laboratorios y otros recursos.

Saludos desde La Paz - Bolivia

Jesúa Fernando Barrientos G.

Estado de nutrición en hierro en una población de 4 a 14 años

Resumen

Objetivo: Determinar el estado de nutrición en hierro en una población de 4 a 14 años. Diseño: Estudio descriptivo, observacional, transversal y prospectivo. Lugar: Facultad de Medicina, Universidad Nacional Mayor de San Marcos. Participantes: Niños, entre 4 y 14 años. Intervenciones: Se estudió 349 niños, 170 de sexo masculino y 179 de sexo femenino, entre 4 y 14 años de edad, del Centro de Salud San Genaro de Villa, Chorrillos, entre setiembre 2001 y agosto 2002. Principales medidas de resultados: Estado de nutrición en hierro. Resultados: El 68,8% (240) no presentó alteración en el estado de nutrición en hierro (ENH), frente a 31,2% (109) que sí lo presentó. De los 109 niños con alteración en el ENH, 68,8% (75) clasificó en el estadio I de depleción latente (ferritina <20>400 ug/dL), y 8,3% (9), en el estadio III de anemia ferropénica (hemoglobina <11,5 href="http://www.scielo.org/">http://www.scielo.org)

Diagnósis en medicina clínica

Investigación sobre pruebas diagnósticas
en MEDICINA CLÍNICA. Valoración de la metodología
José M. Ramos Rincóna,b e Ildefonso Hernández Aguadoa
aDepartamento de Salud Pública. Universidad Miguel Hernández. bServicio de Medicina Interna.
Hospital General Universitario J.M. Morales Meseguer. Murcia.
Correspondencia: Dr. I. Hernández Aguado.
Departamento de Salud Pública. Universidad Miguel Hernández.
Apartado de Correos 18. 03550 San Juan Alicante.
Manuscrito aceptado el 17-4-1997
FUNDAMENTOS: La investigación sobre pruebas diagnósticas no ha alcanzado el rigor metodológico
de otras áreas de investigación clínica. La identificación de los defectos más frecuentes y
que más impacto tienen en la calidad de la investigación puede contribuir a su mejora. Este
estudio pretende valorar y caracterizar la metodología de los estudios sobre pruebas diagnósticas
publicados en MEDICINA CLÍNICA.
MATERIAL Y MÉTODOS: Se seleccionaron los 42 artículos sobre pruebas diagnósticas que en el período
1992-1995 fueron publicados en MEDICINA CLÍNICA. Se aplicaron dos fichas de calidad
metodológica (JAMA 1995; 274: 645-651 y Revisiones de Salud Pública 1993; 3: 243-262).
Cada trabajo fue evaluado independientemente por dos revisores.
RESULTADOS: De los 42 artículos evaluados, 33 calculaban sensibilidad y especificidad y 9 sólo
sensibilidad. La mayoría de los trabajos (90%) incluían el patrón de referencia, si bien en el
21%, éste no se realizó en toda la serie. La descripción adecuada de la prueba diagnóstica a
evaluar se recoge en el 79% de los casos, pero sólo en el 19% se evaluaba la reproducibilidad.
La especificación de la fuente de la población a estudio, los criterios de inclusión y la descripción
del espectro de sujetos/especímenes se comunicaban en pocas ocasiones: el 31, el 36 y
el 31%, respectivamente. Una alta proporción de trabajos (69%) evitó el sesgo de secuencia
diagnóstica y un 36% el de revisión. Sólo el 12% valoró los resultados indeterminados de la
prueba. El 50% de los trabajos estimaban la exactitud según estratos clínicos relevantes y en
el 17% de ellos se calculaba la precisión estadística de las estimaciones.
CONCLUSIONES: La calidad metodológica de la investigación sobre pruebas diagnósticas recogida
en MEDICINA CLÍNICA es comparable a la observada en las mejores revistas mundiales de características
similares. Hay, sin embargo, posibilidades de mejora en diversos aspectos del diseño y
presentación de estos estudios que facilitarían su aplicabilidad clínica y utilidad general.

Bioinformática

Impacto de la Bioinformática en las ciencias biomédicas
Ligeya Perezleo Solórzano1 Ricardo Arencibia Jorge2 Clara Conill González3 Gudelia Achón Veloz4 Juan A. Araújo Ruiz5

Resumen
Durante la última década del siglo XX, los avances de la ingeniería genética y las nuevas tecnologías de la información, condicionaron el surgimiento de una disciplina que creó vínculos indisolubles entre la Informática y las ciencias biológicas: la Bioinformática. Se realizó un análisis bibliométrico en la base de datos Medline con vistas a medir su impacto en las ciencias médicas. Sus principales aplicaciones, según los resultados obtenidos, fueron la gestión de datos en los laboratorios, la automatización de experimentos, el ensamblaje de secuencias contiguas, la predicción de dominios funcionales en secuencias génicas, la alineación de secuencias, las búsquedas en bases de datos de estructuras, la determinación y predicción de la estructura de las macromoléculas, la evolución molecular y los árboles filogenéticos. Las especialidades médicas que recibieron una mayor influencia de la Bioinformática fueron la Genética Médica, la Bioquímica Clínica, la Farmacología, las Neurociencias, la Estadística Médica, la Inmunología, la Fisiología y la Oncología.

Descriptores : INFORMATICA MÉDICA; BIOLOGIA COMPUTACIONAL; MEDLINE; BIBLIOMETRIA
Descriptores INFORMATICA MEDICA; TECNOLOGIA DE LA INFORMACION; MEDLINE; BIBLIOMETRIA