Date post: | 18-Dec-2015 |
Category: |
Documents |
Upload: | studentul-mspps |
View: | 245 times |
Download: | 1 times |
APA APA N SISTEMELE BIOLOGICEN SISTEMELE BIOLOGICE1. Noiuni de fizic molecular a lichidelor
2. Structura i proprietile moleculei de ap
3. Structura molecular a gheii i a apei lichide
4. Structura molecular a soluiilor apoase
5. Structura i rolul apei n sistemele biologice
6. Fenomene la nivelul interfeelor
7. Cristale lichide
NoNoiuni de fiziciuni de fizic molecularmolecular a a
lichidelorlichidelor
y Structura moleculei este determinata de fortele de atractie fortele de atractie intramoleculare intramoleculare legaturi chimicelegaturi chimice
y Structura supramoleculara este determinata de fortele fortele intermoleculare intermoleculare natura fizica natura fizica
yy Starea de agregare lichida:Starea de agregare lichida:y Forte de atractie intermoleculare
importante
y Forte de respingere neglijabile (1/r13)
y Volum propriu, fara forma proprie
Moleculele lichidelor interactioneaza, in
general, prin forte prin forte electriceelectrice
NoNoiuni de fiziciuni de fizic molecularmolecular a a
lichidelorlichideloryy FForore e n lichide:n lichide:y de tip Van de Waals (1/r7) ntre
dipolii electrici
y legturi coordinative(suprapunerea parial a norilor electronici ai moleculelor)
yy Clasificarea lichidelorClasificarea lichidelory simple (numai legturi Van der
Waals)
y complexe (apa)
dipoli moment dipolar moment dipolar
Md = qd
Structura moleculei de apStructura moleculei de apy 2 legturi covalente
y unghi: 1050
y lungime: 0,965
LegLegtura tura covalentcovalent molecula de ap : ddipol ipol
permanentpermanent cu un moment moment dipolardipolar de
MMdd = q= qdd = = 1,858 Debye 1,858 Debye
6,2 6,2 1010--3030 CCmm molecula de ap se orienteaz
n cmp electric
constant dielectric marer=80
Repartizarea electronilor Repartizarea electronilor n n molecula de apmolecula de ap
Structura molecularStructura molecular a apeia apeiyy LegLegturi de tip Van der Waalsturi de tip Van der Waals
yy LegLegturi de hidrogenturi de hidrogeny legturi coordinative (1,76 )
y comportament cooperativcooperativ
y o molecul de ap poate lega coordinativ alte 4 molecule4 moleculey formarea structurilor supramoleculare
y Un atom de H este transferat parial moleculei vecine
y Legtura de hidrogen este:y mai puternic dect
interacia dipol-dipol
y mai slab dect legtura covalent
y responsabil pentru tensiunea supeficial mare a apei
Permanent n starea solid a apei
Temporar n starea lichid a apei (timpi de via de ordinul ps)
Structura molecularStructura molecular a apeia apei
Structura molecularStructura molecular a apeia apei
Gheaahexagonala Apa lichid
y Gheata cubica la temperaturi < -80oCy Gheata hexagonala la temperaturi -80oC ... 0oCy Anomalia apei (densitate maxima la 4oC)
Gheaacubica
Datorita structurii afanate a apei, solutiile stoc de substante nu se congeleaza in apa, ci in solventi corespunzatori care sa nu formeze clusteri!
Modele moleculare ale Modele moleculare ale ststrii lichiderii lichide
y Modelul cinetico-molecular (numai pentru molecule monoatomice)
y Modelul cristalin
y Modelul vacanelor fluidizate (Eyring)(numrul vacanelor = numrul moleculelor de gaz perfect/V)
yy Apa Apa -- un lichid complex un lichid complex -- modele specialemodele speciale
Modele ale structurii Modele ale structurii apei apei n starea n starea lichidlichidyyodelul reodelul reelei cristalineelei cristaline
parparial distruseial distruse Modelul grmezilor temporare (flickering clusters in apa lichida se formeaza si se distrug gramezi de sute de molecule, a.i. o mare parte din apa este organizata in retea cristalina)
Modelul clatraModelul clatrailor ilor
Modelul legturilor flexibile(legturile de H nu se rup, ci se ndoaie)
yyModelul actual al apeiModelul actual al apeiy Gel format dintr-un singur cluster cu zeci de molecule, cu timp de
via foarte scurt (~10-9 s), n care dimensiunile posibilelor discontinuiti locale depind de presiune i temperatur
y Configuraia cluster-ului se schimb prin ruperea si refacerea legaturilor de hidrogen
ProprietProprietile fizice ale apei ile fizice ale apei 1. cldur specific foarte mare c = 4180 J/(kmol.K)c = 4180 J/(kmol.K)
Q = m Q = m c c tt2. cldur latent de vaporizare mare = 2,4 MJ/kg= 2,4 MJ/kg
Q = m Q = m 3. conductibilitate termic foarte mare 0.610 W m0.610 W m--11 KK--11 (25(25C) C)
4. densitate maxim la 3.984C = = 999.972 kg m999.972 kg m--335. permitivitate electric foarte mare = 78,5 . = 78,5 . 0 0 (25(25C) C) 6. constant de disociere mic 1.821x101.821x10--1616mol lmol l--11 (25(25C) C)
7. tensiune superficial mare = 0,073 N/m= 0,073 N/m (25(25C)C)
Apa are caldura specifica Apa are caldura specifica foarte mare foarte mare yy Absoarbe multa caldura pentru aAbsoarbe multa caldura pentru a--si creste si creste
temperaturatemperatura
y Caldura absorbita este in mare parte folosita pentru ruperea legaturilor de hidrogen
yy Retine multa caldura in procesul de racireRetine multa caldura in procesul de racirey Este rezistenta la racirey Prin formarea legaturilor de hidrogen se degaja
energie
yy Apa are un rol fundamental in termoreglarea Apa are un rol fundamental in termoreglarea organismelor (amortizor termic al organismelor (amortizor termic al organismelor)organismelor)
Apa are cldur latent de vaporizare mare
y Necesita caldura multa pentru ruperea legaturilor de hidrogen si pentru a se evapora
y In absenta legaturilor de hidrogen, punctul de fierbere al apei ~ -90oC
Structura molecularStructura molecular a a solusoluiilor apoase iilor apoase y Structura apei se modific prin dizolvarea unei
substane n funcie de tipul solvituluitipul solvitului1. Electroli1. Electroliii
rqqW 21
41 =
Se obine
y Densitate mai mare prin electroconstriciey Temperatura de solidificare scadey Temperatura de fierbere cretey Constanta dielectric crestey Tensiunea superficial crete
Apa de hidratare Apa de hidratare
2. Solvii capabili s formeze legturi de hidrogen
3. Solviii cu moment dipolar permanent
Se integreazSe integreaz n n rereeaua apeieaua apei
modificri structurale induse minime
glucozaglucoza
4. Solvii cu grupri hidrofobe
LegLegturile hidrofobe turile hidrofobe -- importante importante n realizarea n realizarea structurii spastructurii spaiale a macromoleculelor dizolvate iale a macromoleculelor dizolvate
n apn ap
ClatraClatrai i n mijloc au moleculn mijloc au molecul hidrofobhidrofob
Imobilizarea moleculelor de ap n prezena trimetilamin-N-oxid - ului
5. Moleculele amfifile
Grupri hidrofilehidrofile Grupri hidrofobehidrofobe
legturi cu moleculele de ap prin atracii electrostatice
realizeaz legturi hidrofobe
apap legatlegat
ApAp de hidratarede hidratare
ApAp de clatrarede clatrare
ApAp legatlegat
Apa legatApa legaty se evapor foarte greuy nghea la temperaturi mult sub 0Cynu dizolv cristaloiziiynu particip la osmozyy este preponderenta in organismul umaneste preponderenta in organismul uman
Disocierea apei Disocierea apei H2O H+ + OH-
H+ + H2O H3O+ (hidroniu)Gradul de disociere al apei pure (25oC)
[H+] = [OH-] = 10-7 moli/l
pH = -log[H+]pH = 7 pHpH = 7 pH mediu neutru
pH < 7 pH mediu acid (n organism, sucul gastric, cu pH 7 pH pH > 7 pH mediu mediu bazicbazic
pH biologic = 7,4 (mediu slab bazic)pH biologic = 7,4 (mediu slab bazic)
Soluii tampon
Sngele cu seroproteineleSngele cu seroproteinele
Structura Structura i rolul apei i rolul apei n n sistemele biologice sistemele biologice y apa compartimentalizat:
apap liberliber
apap parparial legatial legat
apap legatlegaty proprieti fizice deosebite
y datorat prezenei unui mare numr de specii moleculare,
macromoleculare i ionice, care structureaz apa din jur
yy apa intracelularapa intracelular -- grad superior de ordonaregrad superior de ordonare rol important n desfurarea proceselor celulare
(excitaie, contracie, diviziune, secreie etc).
ProprietProprietile apei din ile apei din organismorganismy Se evapor foarte greu (permite (permite rrcirea cirea
organismului prin evaporare pulmonarorganismului prin evaporare pulmonar i i prin transpiraprin transpiraie ie homeostazie termic homeostazie termic))y nghea la temperaturi foarte sczute
y Nu dizolv cristaloizii
y Capacitate caloric i conductivitate termic mare mpiedicmpiedic ncnclzirea lzirea esuturiloresuturilor
Fenomene la nivelul interfeelor IInterfanterfa
nmagazineaz energie energie direct
proporional cu aria sa
-- coeficient de tensiune superficial
= F/l= F/l = = -- L/dSL/dS = E/S= E/S
app = 0,073 N/m= 0,073 N/m (mai mare (mai mare doar pentru Hg)doar pentru Hg)
E=S
Forma sferica a picaturilor de lichid
SSubstanubstane tensioactivee tensioactiveLa dizolvarea unei substane n
ap:
= constant
crete (soluii de electrolii)
ssccaaddee substansubstane tensioactivee tensioactive (cu (cu grupgrupri ri hidrofobe: acizi organici, aldehide, alcooli, detergenhidrofobe: acizi organici, aldehide, alcooli, detergeni etc.)i etc.)
legea lui TraubeTraube: tensioactivitatea unei substane este cu att mai pronunat cu ct aceast substan conine mai multe grupri hidrofobe
Rolul substanRolul substanelor tensioactive elor tensioactive n n medicinmedicin
y n organismy cresc permeabilitatea membranelor fluide
y principiile alimentare trec prin substane tensioactivey glucoz esterii Cori i Neuberg glicerol;y proteine aminoacizi;y glucide acizi grai.
y n terapiey adjuvante in prescriptia farmaceutica, cresc
permeabilitatea membranei
Decompresii rapideDegajarea brusc a azotului din snge
rp 2=
Legea lui Laplace
Rolul fenomenelor superficiale la nivelul Rolul fenomenelor superficiale la nivelul
alveolelor pulmonare. alveolelor pulmonare.
Surfactantul pulmonar Surfactantul pulmonar
p ~ 12 - 24 Torr
Fenomene capilare, fFenomene capilare, forore de adeziune, fore de adeziune, fore e de coeziune, forma stratului superficialde coeziune, forma stratului superficial
Menisc concav Menisc convex
yy Apa udApa ud perepereii vasuluiii vasului
Hg nu ud pereii vasului
Legea lui JurinLegea lui Jurin
cos2gr
h =
FFenomene capilareenomene capilare
ascensiunea sevei
accidente vasculare de tipul
emboliilor gazoase
ptrunderea de gaze n snge poate bloca capilarele
Cristale lichideCristale lichide substane organice
tranziia solid-lichid nu se face
direct, ci prin mezofazemezofaze sau faze faze
mezomorfemezomorfe
ProprietProprietile cristalelor lichideile cristalelor lichide
y agregatele moleculare - condicondiiiii:
y s fie alungite, s conin pri aezate ntr-un plan
y s aib un trunchi rigid - axa lung a moleculei;
y s conin dipoli electrici permeni sau indui;
y s aib grupri dipolare slabe la extremiti
SStructuri molecularetructuri moleculare cristale lichidecristale lichideyy molecule organice micimolecule organice mici: esterii
colesterolului;
yy agregate elicoidale lungiagregate elicoidale lungi: ADN,
virusuri;
y structuri asociate care sunt
amestecuri de molecule amfifile molecule amfifile
cu solvencu solveni polarii polari:
membrana celular
Clasificarea cristalelor lichideClasificarea cristalelor lichideyy termotropetermotrope
y anumit domeniu de temperaturtemperatur;
liotrope liotrope
anumit domeniu de concentraconcentraiiee (membrana celular)
Clasificarea cristalelor lichideClasificarea cristalelor lichidetermotropetermotrope
mielina activitate optic (afiaj) termooptice (termografie), schimb culoarea cu temperatura
nematicenematice smecticesmectice colestericecolesterice
Faza A Faza C