5.- TRANSFERENCIA DE MASA

PRÁCTICA # 5 “TRANSFERENCIA DE MASA” OBJETIVOS:

 

General: Que el alumno determine los mecanismos de transferencia de masa en diferentes fenómenos comunes en la vida diaria. Particulares: Observar la permeabilidad de los diferentes tipos de membranas utilizados y observar la transferencia de masa que se produce en ellos

Determinar la importancia de las membranas en alimentos de uso cotidiano RESUMEN En esta práctica se podrán observar algunos de los aspectos teóricos sobre lo que es la transferencia de masa y su aplicación a través del uso de algunos alimentos que contienen membranas permeables y de cómo al aplicar un compuesto como son las sales (o sacarosa, dependiendo del caso), se puede observar como hay transferencia de masa al estos componentes absorber el agua del que están compuestos estos ingredientes. INTRODUCCIÓN La transferencia de masa como difusión es de gran importancia en la preparación y almacenamiento de sistemas biológicos y en el almacenamiento de sistemas biológicos y en el diseño de órganos artificiales tales como los riñones. Ósmosis La ósmosis u osmosis es un fenómeno físico-químico relacionado con el comportamiento del agua —como solvente de una solución— ante una membrana semipermeable para el solvente (agua) pero no para los solutos. Tal comportamiento entraña una difusión simple a través de la membrana de agua, sin "gasto de energía". La ósmosis es un fenómeno biológico importante para la fisiología celular de los seres vivos. Explicación La membrana es semipermeable pura contiene poros, al igual que cualquier filtro. El tamaño de los poros es tan minúsculo que deja pasar las moléculas pequeñas pero no las grandes (normalmente del tamaño de micras). Por ejemplo, deja pasar las moléculas de agua que son pequeñas, pero no las de azúcar que son más grandes. Si una membrana como la descrita separa un líquido en dos particiones, una de agua pura y otra de agua con azúcar, suceden varias cosas, explicadas a fines del siglo XIX por Van't Hoff y Gibbs empleando conceptos de potencial electroquímico y difusión simple entendiendo que este último fenómeno implica, no sólo el movimiento al azar de las partículas hasta lograr la homogénea distribución de las mismas (y esto ocurre cuando las partículas que azarosamente vienen se equiparan con las que azarosamente van) sino el equilibrio de los potenciales químicos de ambas particiones. Los potenciales quimicos de los componentes de una solución son menores que la suma del potencial de dichos componentes cuando no están ligados en la solución. Este desequilibrio genera un flujo de partículas solventes hacia la zona de menor potencial que se expresa como presión osmótica medible en términos de presión atmosférica (p. e. "existe una presión osmótica de 50 atmósferas entre agua desalinizada y agua de mar"), que está en relación directa con la osmolaridad de la solución. El solvente fluirá hacia el soluto hasta equilibrar dicho potencial o hasta que la presión hidrostática equilibre la presión osmótica. El resultado final es que aunque el agua pasa de la zona de baja concentración a la de alta concentración y viceversa, hay un flujo neto mayor de moléculas de agua que pasan desde la zona de baja concentración a la de alta. Dicho de otro modo, dando el suficiente tiempo, parte del agua de la zona sin azúcar habrá pasado a la de agua con azúcar. El agua pasa de la zona de baja concentración a la de alta concentración. Las moléculas del agua atraviesan la membrana semipermeable desde la disolución de menor concentración: a esto se le llama disolución hipotónica, y a la de mayor concentración, disolución hipertónica. Cuando el paso de agua iguala las dos concentraciones, las disoluciones reciben el nombre de isotónicas. Este movimiento del agua a través de la membrana puede producir que algunas células se arruguen por una pérdida excesiva de agua, o bien, se hinchen por un aumento también excesivo en el contenido celular de agua. Para evitar estas dos situaciones, de consecuencias desastrosas para las células, estas poseen mecanismos para expulsar el agua o los iones mediante un transporte que requiere gasto de energía.

Ósmosis inversa Lo descrito hasta ahora es lo que ocurre en situaciones normales, en las que los dos lados de la membrana están a la misma presión; si se aumenta la presión del lado de mayor concentración, puede lograrse que el agua pase desde el lado de alta concentración al de baja concentración. Se puede decir que se está haciendo lo contrario de la ósmosis, por eso se llama ósmosis inversa. Téngase en cuenta que en la ósmosis inversa a través de la membrana semipermeable sólo pasa agua. Es decir, el agua de la zona de alta concentración pasa a la de baja concentración. Si la alta concentración es de sal, por ejemplo agua marina, al aplicar presión, el agua del mar pasa al otro lado de la membrana. Sólo el agua, no la sal. Es decir, el agua se ha desalinizado por ósmosis inversa, y puede llegar a ser potable. La ósmosis inversa o reversa (RO) se ha convertido hoy en día en uno de los sistemas más eficientes para desalinizar y hacer bebible el agua, siendo usada en barcos, aviones, industrias, hospitales y domicilios. La clave está en la constitución del fajo de membranas que intercalan redes-canales de circulación entre capa y capa y finalmente convergen en el centro del sistema. Como hay un flujo de entrada y dos flujos de salida, al uno se le conoce como rechazo salino y al otro como flujo de permeado y sus valores dependerán de la presión de entrada impuesta al sistema. Por lo general es factible encontrar membranas confeccionadas con poliamida o acetato de celulosa (este último material está en desaparición) con un rechazo salino de entre 96.5-99.8%. Existen membranas especializadas para cada tipo de agua, desde agua de mar hasta aguas salobres. Los equipos de ósmosis inversa industriales montan varios trenes o carros de membranas interconectadas entre sí, una bomba de alta presión, medidores de TDS, pH y caudalímetros de columna. Existen equipos que se ubican en grandes salas debido a su enorme tamaño. La ósmosis inversa tiene algunas restricciones, hay ciertas especies químicas que el sistema no es capaz de retener, estos el arsenito (As+3), la sílice neutra y el boro. Para retener estas especies hay que realizar una modificación del estado químico de la especie, ya sea vía oxidación, co-precipitación o cambios de pH del medio. Por ejemplo el arsenito (As+3) experimenta un rechazo de menos de 25%, el arsenato (As+5) es capaz de ser retenida en un 95-98%. Las incrustaciones en las membranas son un factor no despreciable en la eficiencia del equipo, esto ocurre cuando se pretende forzar el caudal de permeado, ocurriendo frentes de saturación en la superficie de la membrana. Otras sustancias son incrustantes, tales como la mencionada sílice, biomasas de microorganismos. Una vez incrustada la membrana, solo es posible revertir la situación desmontando la unidad y tratándola con mezclas de ácidos fuertes y sometiéndolas a contracorriente. Un desarrollo tecnológico reciente especialmente relevante es el de la ósmosis inversa para desalinización basada en energía solar fotovoltaica, empleando sólo y exclusivamente una pequeña batería para que todo funcione correctamente. Experimento ilustrativo de ósmosis Se puede realizar una experiencia, consistente en llenar una bolsa de celofán, con una solución de agua y azúcar común; la boca de la bolsa debe quedar herméticamente cerrada. En estas condiciones, se le sumerge en un recipiente que contenga agua. El celofán cumple el papel de una membrana y la característica que presenta es la de no permitir el paso de las moléculas de azúcar en la solución, lo cual significa que es impermeable al azúcar. Por el contrario, deja pasar con facilidad las moléculas de agua, o sea, es permeable a ella. Las membranas que presentan este comportamiento reciben el nombre de semipermeables. De acuerdo a lo anterior, en el experimento se puede observar que, al comienzo el recipiente formado por la membrana de celofán se encuentra distendido, pero poco a poco va aumentando de tamaño hasta quedar inflado. Esto es consecuencia de la difusión del agua a través de la membrana, desde el recipiente hacia el interior de la bolsa. Este es el fenómeno que se conoce como ósmosis. Pero si se aumentase la presión dentro de la bolsa, se vería que pasan sólo las moléculas de agua y no las de azúcar, produciendo la filtración del componente solvente, es decir, ósmosis inversa.(1 y 2) Osmosis y presión osmótica Se define ósmosis como una difusión pasiva, caracterizada por el paso del agua, disolvente, a través de la membrana semipermeable, desde la solución más diluida a la más concentrada.

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Y entendemos por presión osmótica, a aquella que seria necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable. Al considerar como semipermeable a la membrana plasmática, las células de los organismos pluricelulares deben permanecer en equilibrio osmótico con los líquidos tisulares que los bañan.

Si los líquidos extracelulares aumentan su concentración de solutos, se haría hipertónica respecto a las células, como consecuencia se originan pérdida de agua y deshidratación (plasmólisis). De igual forma, si los líquidos extracelulares se diluyen, se hacen hipotónicos respecto a las células. El agua tiende a pasar al protoplasma y las células se hinchan y se vuelven turgentes, pudiendo estallar (en el caso de células vegetales la pared de celulosa lo impediría), por un proceso de turgescencia.

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En el caso de los eritrocitos sanguíneos la plasmólisis se denomina crenación y la turgescencia el de hemólisis.

(3) En proceso de la osmosis inversa el agua es forzada a cruzar una membrana, dejando las impurezas detrás. La permeabilidad de la membrana puede ser tan pequeña, que prácticamente todas las impurezas, moléculas de la sal, bacterias y los virus son separados del agua. Las instalaciones de osmosis inversa están instaladas en muchas empresas como por ejemplo:

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Industria cosmética y farmacéutica Tratamiento de agua potable Tratamiento de agua superficial Tratamiento de agua de acuífero Agua de enjuagado electrónico, galvánico y industrias del vidrio Soda y plantas de embotellamiento Aguas de alimentación de caldera y sistemas de vapor Hospitales y laboratorio Medioambiente (Reciclaje) Desalinización

Ósmosis Inversa El proceso de la ósmosis inversa utiliza una membrana semipermeable para separar y para quitar los sólidos disueltos, los organicos, los pirogenicos, la materia coloidal submicro organismos, virus, y bacterias del agua. El

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proceso se llama ósmosis "reversa" puesto que requiere la presión para forzar el agua pura a través de una membrana, saliendo; las impurezas detrás. La ósmosis reversa es capaz de quitar 95%-99% de los sólidos disueltos totales (TDS) y el 99% de todas las bacterias, así proporcionando un agua segura, pura.

El ELEMENTO DE LA MEMBRANA DE OSMOSIS INVERSA

(4) Difusión Proceso de difusión Originalmente bajo difusión se comprendía al proceso de "auto mezclado" de las moléculas de un fluido a consecuencia de su movimiento térmico. Esa sigue siendo la idea fundamental de la difusión molecular. El concepto de "difusión" se ha ampliado ahora, sin embargo, para incluir procesos de "auto mezcado" no inducidos por movimiento térmico, sino que también por agentes externos al fluido, los que, entregando energía de alguna forma al fluido, lo fuerzan a homogeneizarse. Esta es la idea básica de la difusión turbulenta. Al igual que como se discutió con la viscosidad en el capítulo de Modelos de Movimiento, se encontrará aquí que la difusión molecular dependerá fuertemente de las características físicas del fluido, como por ejemplo la temperatura de éste, pero que, en cambio, la difusión turbulenta será relativamente independiente del fluido, y dependerá mas bien de la escala de movimiento. Que haya tanta "afinidad" entre las formas laminar y turbulenta de los procesos de difusión y viscosidad no es casualidad, en realidad, dado que la viscosidad puede ser vista simplemente como "difusión de velocidad". En general también se puede definir la difusión como el flujo de alguna propiedad desde concentraciones altas a concentraciones bajas. Esa propiedad puede ser tan real como partículas (difusión de polen, difusión de animales, difusión de sal en el océano, etc.) o puede ser alguna propiedad del fluido, tal como su temperatura o su rotación angular. Difusión molecular

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La difusión en gases ocurre mediante choques entre las moléculas. Si se observa una partícula en especial, se encontrará que, en promedio, después de un cierto tiempo t habrá avanzado una distancia neta que es proporcional a la raíz cuadrada de ese tiempo, en la forma (1) donde el subíndice "cm" quiere decir "cuadrático medio", es decir la raíz cuadrada del promedio de los cuadrados de las distancias. La ecuación (1) es entonces una relación estadística. Al factor D se le llama constante de difusión (molecular, en este caso). Sus unidades son m2/s. Para las direcciones y y z se puede escribir ecuaciones iguales a la (1). Esto se debe a que la difusión molecular es esencialmente isotrópica, es decir, es la misma en distintas direcciones. La difusión molecular es un proceso extremadamente lenta. Eso se deduce también de los pequeños coeficientes de difusión de la tabla siguiente, tomada del Kane y Sternheim: Molécula Disolvente 2

D (a 20ºC) [m /s]

Hidrógeno (H2)

Oxígeno (O2)

Oxígeno (O2)

DNA

Aire

Aire

Agua

DNA

-5

6,4x10

-5

1,8x10

-9

1,0x10

1,3x10-12

Difusión turbulenta La difusión turbulenta es muchísmo más efectiva que la molecular o laminar. No sólo esto se expresa en coeficientes D mucho mayores, sino que también aparece una importante propiedad, ya discutida en el caso de la viscosidad. Obsérvese el siguiente gráfico, en que Okubo (1980) reunió una gran cantidad de coeficientes de difusión horizontal asociados a muchos procesos marinos diferentes. En este gráfico hay difusión horizontal de larvas, de contaminantes, de especies animales, de temperatura, de derivadores, de remolinos (eddies), etc. Ellos (eje vertical) están mostrados en función de la escala horizontal del proceso (eje horizontal). Se observa que en este gráfico loglog hay una relación directa entre la escala del proceso y el respectivo coeficiente de difusión turbulento. ¡Es un resultado espectacular! Nótese que lo que aquí difunde son "cosas" muy distintas: propiedades del agua (temperatura, remolinos), objetos inanimados (contaminantes, derivadores), otros vivos pero con poca movilidad horizontal (larvas) y otros de gran movilidad (animales). la relación sgue siendo válida. Esta relación entra la propiedad y la escala del proceso es típica de procesos turbulentos.

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Un aspecto interesante de la figura de Okubo es que en este gráfico log-log, el coeficiente de difusión depende de la escala del proceso elevada a 4/3,como muestra la figura. Esa "ley de los cuatro tercios" es una conocida propiedad de la turbulencia. Lo anterior es sólo válido para la difusión turbulenta horizontal, y no necesariamente para la difusión turbulenta vertical, la cual depende no necesariamente de la escala, sino de otros factores. Por ejemplo, la distribución vertical de la densidad del fluido puede ser determinante en la difusión turbulenta vertical. Todo esto muestra que, a diferencia de la difusión molecular, la difusión turbulenta es esencialmente anisotrópica, es decir, no es la misma en distintas direcciones. (5) Transferencia de masa. La transferencia de un constituyente de una región de alta concentración a una baja concentración se llama transferencia de masa. La transferencia de masa juega un papel muy importante en muchos procesos industriales: la remosión de materiales contaminantes de las corrientes de descarga de gases del agua contaminada, la difusión de neutrones dentro de los reactores nucleares, la difusión de sustancias que los poros del carbón activado absorben, la rapidez de las reacciones químicas catalizadas y biológicas así como el acondicionamiento del aire, son ejemplos típicos. El principio de transferencia de masa, depende de la dinámica del sistema en el que se lleva a cabo. La masa puede transferirse por medio del movimiento molecular fortuito en los fluidos en reposo o puede transferirse de una superficie a un fluido en movimiento, ayudando por las características dinámicas del flujo. Estos dos modos de transferencia de nasa: molecular y conectiva, son análogos a la conducción calorífica y a la transferencia convectiva de calor. Transferencia de masa molecular. Ya en el año de 1815 Parrot observó cuantitativamente que cuando una mezcla de gases contiene dos o más especies moleculares cuyas concentraciones relativas varían de un punto a otro, resulta un proceso, aparentemente natural, que tiende a disminuir cualesquiera desigualdades de composición. Esta transferencia macroscópica de masa, independiente de cualquier convección que se lleva a cabo dentro del sistema, se define con el nombre de difusión molecular. En el caso específico de las mezclas gaseosas se pueden deducir una explicación lógica de este fenómeno de transferencia a partir de la teoría cinética de los gases. A temperaturas superiores al cero absoluto, las moléculas individuales se encuentran en un estado de movimiento continuo, aunque fortuito. Dentro de las mezclas de gases diluidos, cada una de las moléculas de soluto se comporta en forma independiente de loas otras moléculas de soluto, ya que rara vez se toma con ellas. Están ocurriendo continuamente colisiones entre el solvente y el soluto. Como resultado de estas colisiones, las moléculas del soluto describen trayectorias en zigzag, a veces hacia una región de mayor concentración, a veces hacia una concentración más baja. Examinemos una sección hipotética que pase en forma normal al gradiente de concentración dentro de una mezcla gaseosa isobárica e istérmica que contenga moléculas de soluto y solvente. Los dos elementos delgados e iguales de volumen que se encuentran sobre y por debajo de la sección contienen el mismo número de moléculas, tal como lo estipula la ley de Avogadro. Aunque no es posible establecer la dirección específica en la que viajará una molécula particular en un intervalo dado de tiempo, puede decirse que un número definido de moléculas que se encuentren en el elemento inferior de volumen cruzará la sección hipotética desde abajo y el mismo número de moléculas abandonará el elemento superior y atravesará la sección desde arriba. Con la existencia del gradiente de concentración, habrá más moléculas de soluto en uno de los electos de volumen que en el otro; así pues, resultará una transferencia total neta de una región de concentración mayor a una de concentración menor. El flujo de cada una de las especies moleculares ocurre en la dirección del gradiente negativo de la concentración. La transferencia de masa molecular que resulta de las diferencias de concentración y a la cual describe la ley de Fick, es el resultado del movimiento molecular fortuito en pequeñas trayectorias medias libres, independientes de las paredes del recipiente. (6)

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TRANSFERENCIA DE MASA Operaciones con transferencia de masa Clasificación de las separaciones con transferencia de masa. Los 3 estados de agregación: gas, liquido y sólido permiten 6 posibilidades de contacto de fases: i) gas-gas: esta categoría no es prácticamente realizable ya que todos los gases son solubles entre si. ii) gas-líquido : -Destilación (ácido acético y agua)- Absorción gaseosa (desorción). (Ejemplo: mezcla amoniaco-.aire en contacto con agua liquida, una gran cantidad de amoniaco pero esencialmente nada de aire, se disolverá en el liquido). Humidificación (dehumidif icación) contacto entre aire seco y agua liquida, iii) gas-sólido : -sublimacíón de un sólido - secado. iv) liq-líq : extracción líquido contacto directo de 2 fases inmiscibles. Ejemplo sol de acetona -agua se agita con tracloruro y se deja reposarla acetona se encuentra en gran proporción en el tetracloruro de carbono. v) liquido-sólido: cristalización fraccionada lixiviación: extracción mediante hexano del aceite de las oleaginosas. adsorción: eliminación de las materias colorea das que contaminan las soluciones impuras de agua poniendo en contacto las soluciones líquidas con carbón activado. vi) sólido-sólido : debido a las velocidades de difusión extremadamente lenta entre fases sólidas, no existen operaciones industriales de separación en esta categoría. Clasificación según las características de los procesos - Discontinuos : Batch - No estacionario - Semicontinuos

Definíciones:

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Velocidades

= flujo másico por unidad de superficie En base a esto se puede definir una velocidad media másica, que es perpendicular a la dirección del flujo.

Velocidad media másica con respecto a ejes fijos: es la velocidad que puede medirse con un tubo pilot

velocidad media molar con respecto a ejes fijos. : Velocidad local con la que los moles atraviesan una sección unitaria colocada perpendicularmente a la velocidad. Velocidad de difusión: se define para elementos binarios . : Velocidad de la especie A por difusión. = - velocidad de difusión másica : Velocidad de la especie A : Velocidad media mésica :

–

velocidad de difusión molar

Flujos: el flujo de transferencia de masa de una especie dada, es un vector que indica la cantidad de una especie particular en unidades molares o másicas, que cruza un área dada por unidad de tiempo. Densidad de flujo molar :

= representa área x tiempo los moloes de A que cruzan la unidad de área por unidad de tiempo, con respecto a coordenadas fijas. En la difusión de un componente a través de la capa de transición y el núcleo turbulento el movimiento de las partículas se superpone a la difusión molecular, luego la velocidad de transporte de componente depende de las condiciones del movimiento de la fase. El estudio de la difusión sigue el siguiente orden: a) difusión molecular (fluidos en reposo o capas laminares), b) difusión en flujo turbulento (en el seno de una fase) perpendicular mente a la dirección global del flujo, y a lo largo de una distancia que comprende la capa laminar, la de transición y la zona turbulenta, c) difusión entre fases.(7) cuerpos o materiales porosos (q son, caract y generalidades) membrana (tipos caract, como se comportan segun los tipos) donde se utilizan estos tipos de membranas biologicamente (q no sea dialisis) Soluciones isotónicas, hipotónicas e hipertónicas El agua se mueve fácilmente cruzando las membranas celulares, a través de canales especiales revestidos de proteína. Si el total de la concentración de todos los solutos disueltos no es igual en ambos lados, habrá un movimiento neto de moléculas de agua hacia dentro o fuera de la célula. Para donde es el movimiento del agua, depende si el medio donde se encuentra la célula es isotónico, hipotónico o hipertónico.

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Una solución hipotónica, denominada también hipotona es una solución con baja concentración de soluto.1 Una solución hipotónica es aquella que tiene menor concentración de soluto en el medio externo en relación al medio citoplasmático de la célula. Una célula sumergida en una solución con una concentración más baja de materiales disueltos, está en un ambiente hipotónico; la concentración de agua es más alta (a causa de tener tan pocos materiales disueltos) fuera de la célula que dentro. Bajo estas condiciones, el agua se difunde a la célula, es decir, se produce ósmosis de líquido hacia el interior de la célula. Una célula en ambiente hipotónico se hincha con el agua y puede explotar; cuando se da este caso en los glóbulos rojos de la sangre, se denomina hemólisis. Los organismos que viven en suelos de arroyos y lagos habitan en agua de lluvia modificada, que es un ambiente hipotónico. Las células animales sufren el fenómeno de citólisis, que lleva a la destrucción de la célula, debido al paso del agua al interior de ella. Por otro lado, en las células vegetales ocurre el fenómeno de presión de turgencia: cuando entra agua, la célula se hincha pero no se destruye debido a la gran resistencia de la pared celular. Las soluciones isotónicas tienen una concentración de soluto igual a la del citoplasma celular, por lo que los potenciales hídricos son iguales, la célula se encuentra en equilibrio osmótico con el medio. Una solución hipertónica tiene una concentración de soluto mayor que el citoplasma celular, por lo que tiene un potencial hídrico menor que el del contenido celular. La célula pierde agua, la membrana se retrae separándose de la pared y la células se vuelve flácida, se dice que la célula se ha plasmolizado.2 LAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS. LA MEMBRANA UNITARIA Muchas estructuras de la célula están constituidas por membranas. Las membranas biológicas constituyen fronteras que permiten no sólo separar sino también poner en comunicación diferentes compartimentos en el interior de la célula y a la propia célula con el exterior. La estructura de todas las membranas biológicas es muy parecida. Las diferencias se establecen más bien al nivel de la función particular que tienen los distintos orgánulos formados por membranas; función que va a depender de la composición en proteínas que tengan sus membranas biológicas. Este tipo de membranas se denomina, debido a esto, unidad de membrana o membrana unitaria. La membrana plasmática de la célula y la de los orgánulos celulares está formada por membranas unitarias. ESTRUCTURA EN MOSAICO DE LAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS Las membranas biológicas están constituidas por una doble capa de fosfolípidos con proteínas. Las proteínas se pueden encontrar adosadas a la membrana pero sin penetrar en la doble capa lipídica: proteínas periféricas, o empotradas en ella atravesandola: proteínas integrales. Las partes hidrófilas de las proteínas quedan hacia el interior o hacia el exterior de la doble capa lipídica y las partes lipófilas se sitúan en su seno. CARACTERÍSTICAS DE LAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS Las moléculas que constituyen las membranas se encuentran libres entre sí pudiendo desplazarse en el seno de ella, girar o incluso rotar, aunque esto último más raramente. La membrana mantiene su estructura por uniones muy débiles: 1

http://www.forest.ula.ve/~rubenhg/relahid/

2

http://www.maph49.galeon.com/memb1/solutions.html

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Fuerzas de Van der Waals e interacciones hidrofóbicas. Esto le da a la membrana su característica fluidez. Todos estos movimientos se realizan sin consumo de energía. Los lípidos pueden presentar una menor o mayor movilidad en función de factores internos: cantidad de colesterol o de ácidos grasos insaturados, o externos: temperatura, composición de moléculas en el exterior, etc. Así, una mayor cantidad de ácidos grasos insaturados o de cadena corta hace que la membrana sea más fluida y sus componentes tengan una mayor movilidad; una mayor temperatura hace también que la membrana sea más fluida. Por el contrario, el colesterol endurece la membrana y le da una mayor estabilidad. Otra característica de las membranas biológicas es su asimetría, debida a la presencia de proteínas distintas en ambas caras. Por lo tanto, las dos caras de la membrana realizarán funciones diferentes. Estas diferencias son de gran importancia a la hora de interpretar correctamente las funciones de las estructuras constituidas por membrana. FLUJO DE SUSTANCIAS ENTRE LA CÉLULA Y EL EXTERIOR LA MEMBRANA PLASMÁTICA. CONCEPTO Es una fina membrana que limita y relaciona el interior de la célula, el protoplasma, con el exterior. Como toda membrana biológica está constituida sobre todo por lípidos y proteínas. En la membrana plasmática encontramos muchas proteínas diferentes, hasta 50 clases diferentes. También hay oligosacáridos asociados a las proteínas y a los lípidos. ESTRUCTURA EN MOSAICO FLUIDO DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA La membrana plasmática es extraordinariamente delgada, teniendo un espesor medio de aproximadamente 10 nm, por lo que sólo se ve con el microscopio electrónico. La estructura de la membrana plasmática es la misma que la de cualquier membrana biológica. Está formada por una doble capa lipídica con proteínas. Estas se encuentran en esta doble capa lipídica dispuestas formando una estructura en mosaico fluido. Ahora bien, en la cara externa presenta una estructura fibrosa que no se encuentra en las membranas de los orgánulos celulares, es el glicocálix. Está constituido por oligosacáridos. Los oligosacáridos del glicocálix están unidos tanto a los lípidos, glicolípidos, como a las proteínas, glicoproteínas. En la cara interna las proteínas están asociadas a microtúbulos, a microfilamentos y a otras proteínas con función esquelética. MECANISMOS DE FUSIÓN DE MEMBRANAS La fluidez de los componentes de la membrana plasmática permite su crecimiento por fusión con membranas provenientes de otros orgánulos celulares, como las llamadas vesículas de exocitosis. Éstas van a poder fusionarse con la membrana. De esta manera, las sustancias que puedan contener las vesículas pasan al exterior. Al mismo tiempo, los componentes de la vesícula se integran en la membrana plasmática haciéndola crecer. DIFERENCIACIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA La membrana plasmática puede tener las siguientes diferenciaciones morfológicas: MICROVELLOSIDADES. Las células que por su función requieren una gran superficie, por ejemplo, las que realizan la absorción de los nutrientes en el tubo digestivo, tienen una membrana con una gran cantidad de repliegues que reciben el nombre de microvellosidades. DESMOSOMAS. Se dan en células que necesitan estar fuertemente soldadas con sus vecinas; por ejemplo: las células de la epidermis de las mucosas. En ellas, el espacio intercelular se amplía en la zona de los desmosomas y por la parte interna de ambas membranas se dispone una sustancia densa asociada a finos filamentos (tonofilamentos), lo que da a estas uniones una gran solidez. UNIONES IMPERMEABLES. Se dan entre células que forman barreras que impiden el paso de sustancias, incluso del agua. En ellas, el espacio intercelular desaparece y las membranas de ambas células se sueldan. FUNCIONES DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA INTERCAMBIOS. La membrana es, básicamente, una barrera selectiva (permeabilidad selectiva). Limita a la célula e impide el paso de sustancias, no de todas, pero sí de muchas, tanto del exterior al interior como en sentido inverso. No obstante, y a pesar de esta función limitante, la célula va a necesitar intercambios constantes con el medio que la rodea. Necesita sustancias nutritivas y tiene que eliminar productos de desecho, que serán transportados a través de la membrana y por la propia membrana. La membrana es un elemento activo que "escoge" lo que entrará o saldrá de la célula. RECEPTORA. Algunas proteínas de la membrana plasmática van a tener esta función, por ejemplo: receptoras de sustancias hormonales. Muchas hormonas regulan la actividad de la célula fijándose en determinados puntos de

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proteínas receptoras específicas. La proteína receptora va a liberar en el interior de la célula una molécula orgánica: el mediador hormonal. Esta sustancia va a actuar regulando ciertos aspectos del metabolismo celular, por ejemplo, activando determinadas enzimas o desencadenando la activación de determinados genes. Al existir diferentes proteínas receptoras en la membrana celular y al tener las células diferentes receptores, la actividad de cada célula será diferente según sean las hormonas presentes en el medio celular. RECONOCIMIENTO. Se debe a las glicoproteínas de la cara externa de la membrana. Así, las células del sistema inmunológico, células que nos defienden de los agentes patógenos, van a reconocer las células que son del propio organismo diferenciándolas de las extrañas a él por las glicoproteínas de la membrana. Estas sustancias constituyen un verdadero código de identidad. CLASES DE MEMBRANAS En los medios orgánicos la difusión está dificultada por la existencia de membranas. Las células están separadas del medio intercelular y de las otras células por la membrana plasmática y determinados orgánulos celulares están también separados del hialoplasma por membranas biológicas. En general, las membranas pueden ser: permeables, impermeables y semipermeables. Las membranas permeables permiten el paso del soluto y del disolvente, las impermeables impiden el paso de ambos y las semipermeables permiten pasar el disolvente pero impiden el paso de determinados solutos. Esto último puede ser debido a diferentes causas. Así, por ejemplo, muchas membranas tienen pequeños poros que permiten el paso de las pequeñas moléculas y no de las que son mayores; otras, debido a su composición, permiten el paso de las sustancias hidrófilas y no de las lipófilas, o a la inversa. LA PERMEABILIDAD SELECTIVA Las membranas biológicas se comportan en cierto modo como membranas semipermeables y van a permitir el paso de pequeñas moléculas, tanto las no polares como las polares. Las primeras se disuelven en la membrana y la atraviesan fácilmente. Las segundas, si son menores de 100 u también pueden atravesarla. Por el contrario, las moléculas voluminosas o las fuertemente cargadas, iones, quedarán retenidas. La membrana plasmática es permeable al agua y a las sustancias lipídicas. No obstante, como veremos más adelante, determinados mecanismos van a permitir que atraviesen la membrana algunas moléculas que por su composición o tamaño no podrían hacerlo. Esto es, las membranas biológicas tienen permeabilidad selectiva. De este modo la célula asegura un medio interno diferente del exterior. ÓSMOSIS Si a ambos lados de una membrana semipermeable se ponen dos disoluciones de concentración diferente el agua pasa desde la más diluida a la más concentrada. Este proceso se denomina ósmosis y la presión necesaria para contrarrestar el paso del agua se llama presión osmótica. La ósmosis se debe a que la membrana semipermeable impide el paso del soluto del medio más concentrado al menos concentrado, pero si puede pasar el disolvente, el agua, en la mayoría de los casos, en sentido inverso. Si se trata de un compartimiento cerrado, este aumento de la cantidad de disolvente a un lado de la membrana semipermeable es el responsable de la presión osmótica. Al medio que tiene una mayor concentración en partículas que no pueden atravesar la membrana (soluto), se le denomina hipertónico, mientras que al menos concentrado en solutos se le llama hipotónico. Si dos disoluciones ejercen la misma presión osmótica, por tener la misma concentración de partículas que no se pueden difundir a ambos lados de la membrana semipermeable, diremos que son isotónicas. Es de destacar que podemos tener dos disoluciones diferentes a ambos lados de una membrana semipermeable y, sin embargo, ambas ser isotónicas entre sí. Así, por ejemplo, si a un lado de una membrana semipermeable tenemos una disolución 0,1 molal de glucosa y al otro lado una disolución 0,1 molal de fructosa, ambas disoluciones son diferentes, pero como tienen el mismo número de partículas de soluto por unidad de volumen, ambas ejercerán la misma presión osmótica. LAS CÉLULAS Y LA PRESIÓN OSMÓTICA El interior de la célula es una compleja disolución que, normalmente, difiere del medio extracelular. La membrana de la célula, membrana plasmática, se comporta como una membrana semipermeable. Cuando una célula se encuentra en un medio hipertónico, el hialoplasma y el interior de los orgánulos formados por membranas, por ejemplo: las vacuolas de las células vegetales, pierden agua, produciéndose la plasmolisis del contenido celular. Por el contrario, si la célula se introduce en una disolución hipotónica se producirá una penetración del disolvente y la célula se hinchará: turgencia o turgescencia. En las células vegetales la turgencia no suele presentar un grave problema pues están protegidas por una gruesa pared celular. En las células animales la turgencia puede acarrear la

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rotura de la membrana plasmática. Así, los glóbulos rojos introducidos en agua destilada primero se hinchan y después explotan (hemolisis) liberando el contenido celular. TRANSPORTE DE SUSTANCIAS A TRAVÉS DE LA MEMBRANA PLASMÁTICA La célula necesita sustancias para su metabolismo. Como consecuencia de éste se van a producir sustancias de desecho que la célula precisa eliminar. Así pues, a través de la membrana plasmática se va a dar un continuo transporte de sustancias en ambos sentidos. Según la dirección de este y el tipo de sustancia tendremos:

• • •

Ingestión:Es la entrada en la célula de aquellas sustancias necesarias para su metabolismo. Excreción: Salida de los productos de desecho. Secreción: Si lo que sale no son productos de desecho sino sustancias destinadas a la exportación.

Aunque vamos a referirnos únicamente al transporte a través de la membrana plasmática, deberá tenerse en cuenta que los fenómenos de transporte que estudiaremos a continuación se dan también a través de las membranas biológicas de los orgánulos formados por membranas: retículo, aparato de Golgi, lisosomas, vacuolas, mitocondrias y plastos. Mediante estos fenómenos la célula asegura un medio interno diferente y funciones distintas en cada uno de los orgánulos formados por membranas. EL TRANSPORTE DE SUSTANCIAS EN FORMA MOLECULAR A TRAVÉS DE LAS MEMBRANAS En el caso de sustancias disueltas, según se consuma o no energía, distinguiremos los siguientes tipos de transporte: I) Transporte pasivo simple (difusión simple). Ciertas sustancias como el agua o las pequeñas moléculas lipídicas pueden atravesar libremente la membrana por difusión a favor del gradiente de concentración. Este tipo de transporte no requiere un gasto de energía. II) Transporte pasivo facilitado (difusión facilitada). Las moléculas hidrófilas (iones, glúcidos, aminoácidos...) no pueden atravesar la doble capa lipídica por difusión a favor del gradiente de concentración. Determinadas proteínas transportadoras de la membrana actúan como "puertas" para que estas sustancias puedan salvar el obstáculo que supone la doble capa lipídica. Este tipo de transporte tampoco requiere un consumo de energía pues se realiza a favor del gradiente de concentración. III) Transporte activo: Cuando el transporte se realiza en contra de un gradiente químico (de concentración) o eléctrico. Para este tipo de transporte se precisan transportadores específicos instalados en la membrana, siempre proteínas, que, mediante un gasto de energía en forma de ATP, transportan sustancias a través de ésta. Mediante este tipo de transporte pueden transportarse, además de pequeñas partículas, moléculas orgánicas de mayor tamaño, siempre en contra del gradiente de concentración o eléctrico.3 Ley de Fick Cuando en un sistema termodinámico multicomponente hay un gradiente de concentraciones, se origina un flujo irreversible de materia, desde las altas concentraciones a las bajas. A este flujo se le llama difusión. La difusión tiende a devolver al sistema a su estado de equilibrio, de concentración constante. La ley de Fick nos dice que el flujo difusivo que atraviesa una superfice (J en mol cm-2 s-1) es directamente proporcional al gradiente de concentración. El coeficiente de proporcionalidad se llama coeficiente de difusión (D, en cm2 s-1). Para un sistema discontinuo (membrana que separa dos cámaras) esta ley se escribe:

Donde c es la diferencia de concentraciones molares y el espesor de la membrana. Si se comienza un experimento poniendo agua pura en la cámara I y una disolución de concentración c0 en la cámara II; irá pasando, por difusión, soluto desde la segunda hasta la primera cámara. Por conservación de la cantidad de soluto, en todo tiempo se cumplirá: c c V c V II I + × = × 0 ( ) , donde V es el volumen de líqudo en las cámaras (se supone el mismo y que no cambia durante el experimento). Por otro lado, el flujo difusivo será menos la derivada de la concentración en la cámara II frente al tiempo. Se puede escribir entonces la siguiente ecuación diferencial para la concentración en la cámara II:

como condición inicial debeimponerse cII(0) = c0. La solución al problema será: 3

http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2BCH/B2_CELULA/t22_MEMBRANA/informacion.htm

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Para la cámara I puede escribirse una ecuación semejante, con solución:

En el experimento, la diferencia de concentración entre las cámaras se mide utilizando el potencial de membrana. Cuando la membrana que separa las dos fases tiene una cierta carga fija, aparece una diferencia de potencial. La diferencia de potencial está relacionada con las concentraciones a ambos lados por la Ley de Nerst:

donde V es la diferencia de potencial entre las dos cámaras que separa la membrana. t+ es el número de transporte, relacionado con la carga fija de la membrana. Por lo tanto la diferencia de potencial que se mide variará con el tiempo según la ley:

Ajustando pares concentración-tiempo a la ecuación (3), puede obtenerse el coeficiente de difusión efectivo a través de la membrana (que contiene los efectos de Polarización).4 La experiencia nos demuestra que cuando abrimos un frasco de perfume o de cualquier otro líquido volátil, podemos olerlo rápidamente en un recinto cerrado. Decimos que las moléculas del líquido después de evaporarse se difunden por el aire, distribuyéndose en todo el espacio circundante. Lo mismo ocurre si colocamos un terrón de azúcar en un vaso de agua, las moléculas de sacarosa se difunden por todo el agua. Estos y otros ejemplos nos muestran que para que tenga lugar el fenómeno de la difusión, la distribución espacial de moléculas no debe ser homogénea, debe existir una diferencia, o gradiente de concentración entre dos puntos del medio.

Supongamos que su concentración varía con la posición al lo largo del eje X. Llamemos J a la densidad de corriente de partículas, es decir, al número efectivo de partículas que atraviesan en la unidad de tiempo un área unitaria perpendicular a la dirección en la que tiene lugar la difusión. La ley de Fick afirma que la densidad de corriente de partículas es proporcional al gradiente de concentración

La constante de proporcionalidad se denomina coeficiente de difusión D y es característico tanto del soluto como del medio en el que se disuelve. La acumulación de partículas en la unidad de tiempo que se produce en el elemento de volumen S·dx es igual a la diferencia entre el flujo entrante JS, menos el flujo saliente J’S, es decir

La acumulación de partículas en la unidad de tiempo es

Igualando ambas expresiones y utilizando la Ley de Fick se obtiene

Ecuación diferencial en derivadas parciales que describe el fenómeno de la difusión . Si el coeficiente de difusión D no depende de la concentración 4

http://www.ucm.es/info/termo/PDFS/practica7.pdf

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Difusión de la sal en el agua El siguiente ejemplo, explica las características esenciales de la mezcla en un estuario, del agua salada procedente del mar con el agua de un río. El agua del río menos densa fluye sobre el agua de mar. Hay por tanto, una discontinuidad en la densidad con la profundidad, debido a las diferencias de salinidad. Consideremos la siguiente distribución unidimensional de la concentración c=c0 para x<0 c=0, para x>0 en el instante t=0.

La solución de la ecuación de la difusión es

La función error se define

D=1.484·10-9 m2/s es el coeficiente de difusión de la sal en agua pura Difusión bidimensional. Gota de tinta Una gota de tinta de radio a se pone en un recipiente de agua de radio R, siendo a<
donde D es el coeficiente de difusión de la tinta en agua y n es la concentración de tinta. En el instante inicial t=0, la tinta está distribuida homogéneamente en el agua dentro de un círculo de radio a. n=n0 para r≤a n=0 para r>a

La solución de la ecuación diferencial es

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Donde I0(x) es la función modificada de Bessel de orden cero. Haciendo el cambio de variable

Obtenemos la ecuación

que es independiente del radio a de la gota y del coeficiente de difusión D de la tinta en el agua.5

En la figura, se representa la concentración relativa n(x, τ)/n0 en función de x=r/a (en color azul) y se compara con la situación inicial (color rojo) para el instante τ=0.02. Conocido el valor del coeficiente de difusión D y el radio inicial de la gota a, podemos determinar la concentración n(r, t) de tinta a una distancia r=x·a del centro de la gota en el instante t=a2·τ/D

MATERIAL 1 Pizeta 2 espátulas 4 cronómetros 2 pinzas mohr 1 probeta 100ml  Pipeta Propipeta 4 vidrios de reloj 4 vasos de precipitados 250ml Regla de 30cm 1 bisturí o cuchillo Papel encerado Papel filtro SUSTANCIAS Agua destilada Acetona Alcohol etílico Ácido acético glacial Azúcar Sal Azul de bromotimol Azul de metileno Pepino Zanahoria Jícama Manzana 1 huevo

5

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/transporte/difusion/difusion.htm

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EQUIPO Balanza analítica PROCEDIMIENTO    

Utiliza una rebanada de pepino, manzana, zanahoria y jícama para exudarle agua utilizando sal o azúcar como agente desecante. Con ayuda de un colorante (azul de bromotimol) en la base de un papel filtro, determine la velocidad de ascensión de los diferentes componentes del colorante a través de un medio poroso. Verificar el cambio de humedad que se da entre un agente higroscópico (azúcar) y una membrana que sólo permite la difusión como las células vegetales. A un huevo, colocar en un vaso de precipitados con la cantidad suficiente de una mezcla de agua/ácido acético glacial (1:1) hasta que lo cubra para retirar la capa de carbonato de calcio que lo cubre. Una vez vista la membrana, agregar a una solución que contenga azul de metileno. Dejar reposar 24horas y observar lo que sucede.

RESULTADOS TABLAS POR PRODUCTO: PEPINO

JÍCAMA

Vidrio de reloj (g) Pepino (g): Azúcar (g): Total (g) Vidrio + azúcar

30.3431 26.2173 4.7892 61.3496 35.1323

Mediciones (min) 10 20 30 40 50 60 70

Masa total (g) 60.8682 60.6148 60.332 58.5786 57.655 56.2851 55.869

Vidrio de reloj (g) Jícama (g): Azúcar (g): Total (g) Vidrio + azúcar Masa del pepino (g) 25.7359 25.4825 25.1997 23.4463 22.5227 21.1528 20.7367

Mediciones (min) 10 20 30 40 50 60 70 80 90

MANZANA

29.4852 12.2325 0.8104 42.5281 30.2956

Masa total (g) 42.1161 41.8033 41.47 41.2493 40.9265 40.8419 40.7025 40.5897 40.5444

Masa de la jícama (g) 11.8205 11.5077 11.1744 10.9537 10.6309 10.5463 10.4069 10.2941 10.2488

ZANAHORIA

papel encerado (g) Manzana (g): Azúcar (g): Total (g) Papel + azúcar

0.6945 33.7982 5.4074 39.9001 6.1019

Mediciones (min) 10 20 30 40 50 60

Masa total (g) 39.2261 38.4955 38.352 37.6663 36.582 36.117

Vaso de pp. (g) Zanahoria (g): Azúcar (g): Total (g) vaso + azúcar Masa de la manzana (g) 33.1242 32.3936 32.2501 31.5644 30.4801 30.0151

Mediciones (min) 10 20 30 40 50 60

124.766 35.4815 1.965 162.2125 126.731 Masa total (g) 161.7302 161.1896 160.9608 160.523 160.1292 159.8151

Masa de la zanahoria (g) 34.9992 34.4586 34.2298 33.792 33.3982 33.0841

17

70

35.5403

29.4384

70

159.6237

32.8927

TABLAS POR PRODUCTO:

PAPEL FILTRO Medidas: 12.5 x 3

Minutos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Altura (cm.) 2.2 2.5 2.9 3.3 3.6 3.9 4.2 4.9 5 5.2 5.2 5.5 5.7 6 6 6

Tiempo Distancia (seg.) (m) 60 0.022 120 0.025 180 0.029 240 0.033 300 0.036 360 0.039 420 0.042 480 0.049 540 0.05 600 0.052 660 0.052 720 0.055 780 0.057 840 0.06 900 0.06 960 0.06

Velocidad (m/seg) 0.000366667 0.000208333 0.000161111 0.0001375 0.00012 0.000108333 0.0001 0.000102083 9.25926E-05 8.66667E-05 7.87879E-05 7.63889E-05 7.30769E-05 7.14286E-05 6.66667E-05 0.0000625

X2 (para linealizar) 4.84 6.25 8.41 10.89 12.96 15.21 17.64 24.01 25 27.04 27.04 30.25 32.49 36 36 36

ANÁLISIS DE RESULTADOS PAPEL FILTRO: La gráfica formada en la ascensión del colorante a través del papel filtro logra una tendencia casi lineal, por lo que se puede decir que la absorción a través del material poroso es casi constante. Se puede observar a través de la difusión del colorante por la membrana porosa del material que se van separando los componentes del colorante conforme avanza por el papel filtro como en una cromatografía donde abajo se quedan los solutos juntos conforme sube a través del material se van separando poco a poco los componentes hasta que en la parte más alta ya se observa solo el agua (que es un componente de la formulación del azul de bromotimol 0.1g/100ml de agua), de esta forma se pude observar como se difundieron las partículas a través de la membrana hasta separarse ya que se iban quedando atrapadas en la membrana del papel hasta que ya no corría más la solución; esto ocurrió a los 6cm de altura del papel que era de 12.5cm. Se determino la velocidad a la cual el colorante subía por el papel, la cual se encuentra en la tabla del papel filtro y se realizo por último una relación cuadrática (para x)para linealizar los datos que nos dieron de resultados y de esta manera obtener una gráfica recta.

HUEVO Para quitar la cáscara del huevo que contiene calcio, se utilizó ácido acético glacial que reacciona con las sales de calcio y de magnesio que contiene en su cáscara, separándolas de la membrana. El carbonato de calcio (presente en la cáscara del huevo) origina dióxido de carbono gaseoso y acetato de calcio (soluble en agua):

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CaCO3 + 2H+  Ca2+ + CO2 +H2O De esta forma, se formaron bujas sobre la superficie del huevo y a medida que transcurre el tiempo el número de burbujas es mayor. Pasadas las 24 horas, la cáscara del huevo era ya muy pequeña y en algunas partes del huevo era casi nula y en el líquido flotaba un sólido blanco (componentes de la cáscara que no reaccionaron químicamente ni se disolvieron en el ácido acético). El huevo presentaba un olor a ácido acético y ya que la membrana también es permeable se puede deducir que se difundió también a través de ella el ácido acético. El huevo mantuvo su forma cubierto por una delgada membrana que debiera ser translúcida, pero ya que se agrego el colorante, esta era azul. La membrana del huevo actúa como membrana semipermeable permitiendo el paso del solvente (agua con colorante) del medio más diluido al más concentrado, por lo que al abrir el huevo se observo que este tanto en la clara como en la yema presentaban una coloración azul. Las membranas biológicas, como la del huevo, son barreras que regulan la entrada y salida de sustancias a la célula. Las moléculas grandes y las pequeñas y con carga, no atraviesan la membrana, pero ya que el colorante se encontraba muy diluido en el agua y esta tiene libre paso a través de las membranas biológicas, permitió el paso del colorante a través de la membrana. El movimiento del agua a través de las membranas se llama ósmosis y ocurre cuando la cantidad de agua es diferente en ambos lados de la membrana, yendo del lado con más al de menos; Al entrar agua a una célula rodeada de membrana el volumen del líquido aumenta generando una fuerza llamada presión osmótica la cual provoca que las células aumenten ligeramente de tamaño en un fenómeno denominado turgencia el cual es fácil de observar en los vegetales al colocarles agua por lo que el huevo se encontraba más hinchado cuando fue limpiado con agua al ser sacado del ácido acético.

ANÁLISIS DE RESULTADOS ZANAHORIA se les agrego azúcar en el experimento para poder disolverlo en el agua que se agrego el alimento, como se sabe el azúcar se difunde en el agua, tal como nos dice la ley de Fick que el flujo difusivo que atraviesa una superficie es directamente proporcional al gradiente de concentración, lo cual nos esta diciendo que el azúcar solo se va a dirigir hacia donde existe una menor concentración. Esto también depende del tipo de membrana con la que cuentan estos alimentos que puede ser permeable o semipermeable ya que en estas esta el que si hay o no intercambio de agua que se encuentra dentro de las células de cada uno de ellos la zanahoria que perdió una masa de 2.5888 grs. De acuerdo a la osmosis donde la concentración de azucar es equilibrada en ambos lados de la membrana es por esto que al haber una concentración mayor este fuera de la membrana esta desplaza el agua hacia fuera de la membrana.

MANZANA se les agrego azúcar en el experimento para poder disolverlo en el agua que se agrego el alimento, como se sabe el azúcar se difunde en el agua, tal como nos dice la ley de Fick que el flujo difusivo que atraviesa una superficie es directamente proporcional al gradiente de concentración, lo cual nos esta diciendo que el azúcar solo se va a dirigir

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hacia donde existe una menor concentración. Esto también depende del tipo de membrana con la que cuentan estos alimentos que puede ser permeable o semipermeable ya que en estas esta el que si hay o no intercambio de agua que se encuentra dentro de las células de cada uno de ellos. en la manzana se observó y cuantificó que tuvo mas perdida de agua que fue de una masa de 4.3598 grs. Esta perdida de agua se debe a que como dice el principio de intercambio y equilibrio de concentraciones como es la osmosis donde la concentración del soluto (en este caso el azúcar) es equilibrada en ambos lados de la membrana es por esto que al haber una concentración mayor de soluto afuera esta desplaza el liquido (agua) hacia el azúcar que se encuentra a fuera de la membrana. La tendencia de la grafica es mas notable ya que va disminuyendo proporcionalmente, con forme fue pasando el tiempo y fue perdiendo agua.

PEPINO Se le agrego azúcar al pepino para que el azúcar fuera disolviendo el agua del pepino y lo que paso es que cada 10 minutos que se pesaba el pepino, relativamente el pepino iba perdiendo peso .Lo que hicimos fue y deshidratando la verdura se le fue quitando el agua por eso es que iba perdiendo peso ; esto pasa por que cambia la composición mediante métodos de transferencia de una sustancia a través de otra, eso lo que dice la ley de Fick o sea que la masa puede transferirse por medio del movimiento molecular , debido a una diferencia de concentraciones .

JÍCAMA JÍCAMA Mediciones (min) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Masa de la jícama (g) 12.2325 11.8205 11.5077 11.1744 10.9537 10.6309 10.5463 10.4069 10.2941 10.2488

Log de masa de la jícama 1.08751 1.072635 1.060988 1.048224 1.039560 1.026570 1.023100 1.017321 1.012588 1.0106730

La jícama es un tubérculo que contiene aproximadamente de 86% a 90% de agua, por lo tanto teóricamente al poner una sustancia que sea capaz De exudar el agua que contiene como por ejemplo es el azúcar se esperaría que el agua contenida en este tubérculo se saliera y al absorber el agua emitida, la masa de la jícama se disminuiría considerablemente sin embargo los resultados que nos dieron al realizar este experimento fueron un poco bajos una de las causas probables es que se empleo muy poca azúcar por lo tanto no fue tanto la disminución de la masa ya que el agente higroscópico no logro exudar suficiente agua. El comportamiento que ocurrió en la jícama se denomina plasmólisis, es decir, como la célula estuvo expuesta a un ambiente hipertónico se perdió agua.

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El mecanismo de transporte celular que ocurrió se considera transporte pasivo o difusión ya que la forma en que el agua salio de la jícama fue atravesando la bicapa lipída debido al movimiento de las moléculas. Se llegó a un punto constante de la pérdida de masa esto fue por que la azúcar empleada dejo de realizar la exudación de la jícama. Al graficar tiempo contra masa no nos dio una recta asi que se tuvo que utilizar un método lineal el cual fue logaritmico y asi poder linealizar la pendiente. Posteriormente se saco regresión lineal arrogando los siguiente resultados. A= 1.079737 B=-9.17437x10-4 r=0.99444

CONCLUSIONES Cada fruta o verdura tienen cierto porcentaje de su peso en agua, y en algunos casos es la mayoría de su peso. Al realizar esta práctica se concluye que el pepino es el que mas peso en agua tiene, ya que es el que perdió mas agua en 70 minutos. Cada alimento pesado perdió una porción de peso en cierto tiempo, lo cual nos dice que cada uno de ellos tiene diferente porción liquida en su masa total, cada una depende de que tipo de célula tiene aun que todas sean vegetales cada una es diferente y tiene propiedades diferentes. Es importante saber que en la industria es muy común sacar toda la parte de agua a los alimentos para poder conservarlos mas tiempo y en otras aplicaciones tambien se realiza este proceso de deshidratación. Se termino también la permeabilidad de la membrana animal que en este caso fue la de huevo, donde se observo como el colorante paso a travez de ella y la yema se coloro. Pero antes se tuvo que descalcificar ya que la primera corteza del huevo es muy dura y es muy difícil que deje pasar algo. REFERENCIAS 1.

www.Facultad Ingenieria UNC www.Historia del descubrimiento de la Ósmosis 3. http://www.um.es/molecula/sales06.htm 4. http://www.lenntech.com/espanol/que-es-osmosis-inversa.htm 5. http://www2.udec.cl/~dfiguero/curso/difusion/difusion.htm 6. Fundamentos de transferencia de momento, calor y masa. Welty. Editorial Limusa. Pags: 533-535, 545. http://mazinger.sisib.uchile.cl/repositorio/lb/ciencias_quimicas_y_farmaceuticas/castroe10/ http://www.forest.ula.ve/~rubenhg/relahid/ http://www.maph49.galeon.com/memb1/solutions.html http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2BCH/B2_CELULA/t22_MEMBRANA/informacion.htm http://www.ucm.es/info/termo/PDFS/practica7.pdf http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/transporte/difusion/difusion.htm Claude A. Ville, Biología, Séptima edición, Editorial Interamericana, México 1985. Pág. 34 a la 43. Ralph H. Petrucci, Química General, Fondo Educativo Interamericano, E. U. A. 1977. Pág. 183 a la 185.

2.

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