Biofísica UBA XXI Final Jul25 T1 8. Fisicoquímica

De acuerdo con lo estudiado sobre presión osmótica elegir la opción correcta.  Se tienen dos soluciones acuosas: solución (sn) A 100 mM de glucosa y solución (sn) B 0,1 M de KCl con gKCl = 0,75. Ambas soluciones se encuentran a la misma temperatura.

 

Π = Osm R T

 

Donde

Π = presión osmótica

Osm = osmolaridad = M i

M = molaridad

i = factor de Van´t Hoff = υ g

υ = número de iones por molécula  

g = grado de disociación ó coeficiente osmótico  

R = constante de estado de los gases ideales

T = temperatura

 

Reemplazando

Π = M υ g R T

 

Solución A (Glucosa)

 

ΠA = MA υA gA R T

 

donde

ΠA = presión osmótica de la glucosa

MA = molaridad de la glucosa = 100 mM = 0,10 M

υA = número de iones por molécula = 1 (la glucosa no se disocia) 

gA = grado de disociación ó coeficiente osmótico = 1 (la glucosa no se disocia) 

 

Reemplazando

ΠA = 0,10 M * 1 * 1 R T = 0,10 Osm R T

 

 

Solución B (KCl)

 

ΠB = MB υB gB R T

 

Donde

ΠB = presión osmótica del KCl

MB = molaridad del KCl = 0,10 M

υB = número de iones del KCl= 2 (KCl se disocia en 2 iones)

gB = grado de disociación del KCl = 0,75

 

Reemplazando

ΠB = 0,10 M * 2 * 0,75 R T = 0,15 Osm R T

 

 

	a)     La sn A y la sn B tienen igual presión osmótica por presentar la misma temperatura Falso ΠB > ΠA
	b)    La sn A tiene mayor presión osmótica por ser el soluto glucosa y no disociarse Falso ΠB > ΠA
	c)     Falta el dato del coeficiente osmótico (g) de la solución de glucosa para poder inferir cual es la sn de mayor presión osmótica Falso             La glucosa no se disocia en agua à gA = 1
	d)    La sn A y la sn B tienen igual presión osmótica por presentar el mismo solvente (agua) Falso ΠB > ΠA
	e)     Ambas soluciones presentan una presión osmótica igual a 0 atmósferas por ser acuosas Falso ΠB = 0,15 R T y ΠA = 0,10 R T ambas distintas de cero
X	f)      La sn B tiene mayor presión osmótica por tratarse de un soluto electrolito y presentar mayor osmolaridad comparada con la sn A Verdadero             ΠB > ΠA

 

 

Biofísica UBA XXI Final Jul25 T1 7. Fisicoquímica

Calcule la osmolaridad que posee 400 ml de una solución acuosa compuesta por 3,6 g de glucosa y 10,4 g de BaCl2. 

Datos: Mr BaCl2 = 208 g/mol; Mr Glucosa = 180 g/mol; gBaCl2 = 0,9

  

Osm = Osmg + OSMb

 

Donde

Osm = osmolaridad de la solución

 

Osmg = osmolaridad de la glucosa = Mg ig

Mg = molaridad de la glucosa = ng / V

ng = moles de glucosa = mg / Mrg

mg = masa de la glucosa =3,6 gr

Mrg = masa molar de la glucosa = 180 gr/mol

V = volumen = 400 ml =0,4 L

ig = factor de Van´t Hoff de la glucosa = 1 (la glucosa no se disocia) 

Osmb = Osmolaridad del BaCl2 = Mb ib

Mb = molaridad del BaCl2 = nb / V

nb = moles del BaCl2 = mb / Mrb

mb = masa del BaCl2 = 10,4 gr

Mrg = masa molar del BaCl2 = 208 gr/mol

V = volumen = 400 ml =0,4 L

ib = factor de Van´t Hoff del BaCl2= υb gb

υb = número de iones del BaCl2= 3 (BaCl2 se disocia en 3 iones)

gb = grado de disociación del BaCl2 = 0,9

 

Reemplazando

Osm = 3,6 gr / 180 gr/mol / 0,4 L * 1 * 1 + 10,4 gr / 208 gr/mol / 0,4 L * 3 * 0.9 =

Osm = 0,05 mol/L + 0,3375 mol/L = 0,3875 mol/L

 

 

Biofísica UBA XXI Final Jul25 T1 6. Fisicoquímica

 Calcule el gradiente de concentración para el CO2 a ambos lados de una membrana celular. Si su flujo a través de la misma es de 9 x 10^- 11 mol/(cm².seg).  

Datos: Permeabilidad: 0,02 mm/s; espesor: 9 nm

 

φ = - D A ΔC / Δx (Ley de Fick)

 

donde

φ = flujo de partículas

A = Área de la membrana

J = φ / A = densidad de flujo = 9 x 10^-11 mol/cm².s

D = coeficiente de difusión

P = permeabilidad de la membrana = D / Δx = 0,02 mm/s = 0,002 cm/s

ΔC = variación de la concentración

Δx = espesor de la membrana = 9 nm = 9 x 10^-7 cm

G = ΔC / Δx = gradiente de la concentración

 

Reordenando

J = P ΔC = P Δx G

 

Despejando G

G = J / (P Δx) = 9 x 10^-11 mol/cm².s / (0,002 cm/s 9 x 10^-7 cm) = 0,05 mol/cm⁴

 

 

Biofísica UBA XXI Final Jul25 T1 5. Termodinámica

¿Qué cantidad de calor se requiere suministrar a 850 kg de cobre para obtener una diferencia de temperatura entre el estado inicial y final de 4 K? Considere que todo el calor suministrado es absorbido por el cobre sin pérdidas al medio. 

Dato: Ce cobre = 0,093 cal/g °C

 

 

Q = m ce ∆T

 

Donde

Q = calor absorbido

m = masa de cobre = 850 kg = 850 000 gr

ce = calor especifico del cobre = 0,093 cal/gr.°C

∆T = variación de la temperatura = 4 K = 4 °C

 

Reemplazando

Q = 850000 gr 0,093 cal / gr °C 4 °C = 316200 cal

 

 Nota: 

!Cuidado!

Una variación de temperatura (∆T) de 1 °C equivale a 1 K

Una temperatura (T)  de 1 °C equivale a 274 K ( 1 °C + 273)

Biofísica UBA XXI Final Jul25 T1 4. Fluidos

Determine la F2 (en Newton) de un dispositivo de prensa hidráulica, sabiendo que la F1 es de 1150 dinas, A1 = 150 cm² y el A2 = 0,04 m².

Datos: 1 dina= 1 x 10-5 N.

 

F1 / A1 = F2 / A2

 

Donde

F1 = fuerza 1 = 1150 dinas (1 x 10^-5 N / 1 dina) = 0,0115 N

A1 = área 1 = 150 cm² (1 x 10^-4 m² / 1 cm²) = 0,015 m²

F2 = fuerza 2

A2 = área 2 = 0,04 m²

 

Reemplazando

F2 = A2 F1 / A1 = 0,04 m² 0,0115 N / 0,015 m² = 0,0306 N

 

Biofísica UBA XXI Final Jul25 T1 3. Termodinámica

El extremo de una barra cilíndrica de metal de 1,4 cm de radio y 6 cm de longitud se coloca al fuego. Al cabo de 12 segundos se produce un flujo de calor igual a 700 calorías. ¿Cuánto es la variación de temperatura entre los extremos de la barra metálica?

Datos: K = 0,0125 Kcal.m^-1 . s^-1 °C^-1 

 

Q/t = - k A ∆T / L (Ecuación de Fourier)

 

Donde

Q = flujo de calor = 700 cal

t = tiempo transcurrido = 12 seg

k = constante conductividad de la barra = 0,0125 kcal/m.s.°C = 12,5 cal/m.s.°C

A = área de la barra = π R^2

R = radio de la barra = 1,4 cm = 0,014 m

∆T = variación e la temperatura

L = longitud de la barra = 6 cm = 0,06 m

 

Reemplazando y despejando ∆T

∆T = Q/t L / (k π R^2) =

∆T = 700 cal / 12 seg 0,06 m / (12,5 cal/m.s.°C π (0,014 m)^2) =454,73 °C

 

Biofísica UBA XXI Final Jul25 T1 2. Fisicoquímica

 En un laboratorio se tiene un recipiente de 0,1 m³  con agua a 60 °C. La presión de vapor del recipiente es de 10,96 kPa. Sabiendo que la máxima masa de vapor de agua que puede contener el recipiente es de 500 gr, calcular la humedad relativa del recipiente.

Datos:  𝑅 = 8,314 𝐽/(𝑚𝑜𝑙 𝐾); 𝑀𝑟 =18 𝑔r/𝑚𝑜𝑙

 

Hr = Pv / Pvmax

 

Donde

Hr = humedad relativa

Pv = presión de vapor = 10,96 kPa

Pvmax = presión de vapor máxima = P 

 

P V = n R T (Ecuación de estado de los gases ideales)

 

Donde

P = presión

V = volumen del recipiente = 0,1 m³

n = número de moles = m / Mr

m = masa = 500 gr

Mr = masa molar = 18 gr/mol

R = constante de estado de gases ideales = 8,314 J/mol.K

T = temperatura = 60° + 273 = 333 K

 

Reemplazando

P = m / Mr R T / V = 500 gr / 18 gr/mol 8,314 J/mol.K 333 K / 0,1 m³ = 769045 Pa = 769 kPa

 

Reemplazando Hr

Hr = 10,96 kPa / 769 kPa = 1,43 %