Fisiología Vegetal - FUNDAMENTOS DE QUÍMICA

La fisiología se basa en conceptos físicos, químicos y biológicos, y utiliza los términos y sistemas de medida de estas ciencias. La fisiología vegetal es en sí misma una ciencia exacta y, por tanto, debe describirse y presentarse en términos precisos. Muchos estudiantes estarán familiarizados con los términos que se presentan en este capítulo, sin embargo, no se confunda familiaridad con conocimiento! Se debe leer y cerciorar que se conoce exactamente lo que se lee y se debe meditar acerca de ello.

SOLUCIONES 

Toda la materia viva depende del agua. El protoplasma está disuelto o disperso en ella. Casi todos los componentes de la célula se transportan en agua y casi todas las reacciones biológicas tienen lugar en solución acuosa. Las peculiares propiedades físicas, químicas y eléctricas de las soluciones y dispersiones de materia en agua proveen la base para la química y física del material viviente. Es importante entender claramente las propiedades de las soluciones. Una solución consiste en dos componentes por lo menos: el soluto, el cual está disuelto en forma molecular por todo el solvente. La mayoría de las soluciones naturales son complejas en el sentido de que poseen más de un soluto. Dentro de amplios límites, sin embargo, los diversos solutos en una solución compleja se comportan independientemente unos de otros; cada uno actúa en la solución como si los demás no estuvieran allí. Las excepciones a tal comportamiento se advertirán posteriormente. Sin embargo, esta es una característica muy importante del comportamiento de las soluciones gas-agua, como luego se verá. Las soluciones de importancia biológica incluyen gas en gas (las así llamadas “mezclas” de gases son realmente soluciones y se comportan como tales), gas en líquido, líquido en líquido y sólido en líquido. Los solutos pueden ser casi insolubles, ligeramente solubles, o muy solubles. Se dice que la solución es saturada a la concentración cuando por encima de la cual puede disolverse más soluto en ese solvente, es decir, cuando se forman capas o pequeñas gotas en una solución líquido-líquido o cuando ocurre cristalización o precipitación en una solución sóli-do-líquido. Pueden presentarse a menudo soluciones supersaturadas inestables como consecuencia de un enfriamiento moderado de la solución saturada, pero ellas son extremadamente susceptibles al choque y el exceso de soluto precipita o cristaliza repentinamente.

Probablemente, el agua es lo más cercano a un solvente universal y la mayoría de las sustancias químicas se disuelven en ella en cierto grado. La solubilidad de la mayoría de los compuestos aumenta conforme se incrementa la temperatura de la solución; sin embargo, la solubilidad de algunos compuestos, como la sal, es relativamente inafectada por la temperatura, mientras que la de otros, incluyendo las sales de calcio de algunos ácidos importantes, disminuye al aumentar la temperatura.

SOLUCIONES DE GAS.

 Las soluciones de gas en agua son de gran importancia biológica. Casi todo intercambio gaseoso necesita que el gas se disuelva en la solución celular antes de que llegue a los sitios de reacción, y el gas producido como consecuencia de la reacción generalmente se libera en una solución antes de escapar de la célula como gas. Los gases de importancia biológica son ligeramente solubles, como el oxí- geno (O2), hidrógeno (H2) y nitrógeno (N2), o muy solubles, como el dióxido de carbono (CO2), amoniaco (NH3), dióxido de azufre (SO2) y trióxido de azufre (SO3). Los gases como el oxígeno son solubles solamente en un grado cercano al 0.001% bajo condiciones normales, mientras que gases como el CO2 pueden ser 100 veces más solubles. La solubilidad de ambos tipos de gases es inversamente proporcional a la temperatura, un hecho de suma importancia para oganismos acuáticos o sumergidos que dependen del O2 disuelto para respirar. La solubilidad de un gas en agua es directamente proporcional a la presión de ese gas sobre el agua. De ahí se deduce que las solubilidades de varios gases en una mezcla son proporcionales a sus presiones parciales. Así, la cantidad de O, disuelto en una cantidad dada de agua sería la misma del aire (21% O*) a presión atmosférica y la del O, puro a 21 % de presión atmosférica. ;La cantidad de CO, del aire disuelto en agua a la presión atmosférica sería igual a la del CO2 puro a cerca de 0.23 mm Hg de presión (0.03 atm)! La extrema solubilidad de gases como el CO2 y el NH3 resulta de su combinación con agua para formar un ácido o una base en solución, de acuerdo a las reacciones

 El estado de los productos disueltos es, por supuesto, afectado por la acidez de la solución. Esto es particularmente cierto para el CO, , el cual puede existir en varios estados en solución según la concentración de los cationes

En una solución cada forma existe como una entidad separada y $1 balance entre ellas está determinado por la acidez. De esta manera la cantidad de COZ que entra en solución en un volumen dado de agua es proporcional no sólo a la presión 

El CO2 difunde también en un semi sólido como el agar, el cual se compone principalmente de agua, como si se tratara de ésta. Este hecho pasa a menudo inadvertido, pero los intentos para impedir el intercambio gaseoso taponando vasos con materiales similares al agar serán un fracaso. El CO2 los atraviesa como si no existiese ningún tapón! CONCENTRACIONES. Los términos usados para expresar las concentraciones de soluciones son simples y poseen un significado exacto. Se deben usar con toda exactitud. Esto es particularmente importante para especificar con claridad las unidades que se utilizan y para indicar su significado si existiera alguna ambigüedad; póngase atención a las abreviaturas de los términos: éstas son frecuentemente mal empleadas; una fuente de error común en trabajos de precisión. La forma más común de describir la concentración de una solución consiste en el número de moles de una sustancia en exactamente 1 litro de la solución a 20°C (1 mol de cualquier sustancia = 6.023 x loz3 moléculas; este es el número de Avogadro y es importante recordarlo ya que reaparecerá en el estudio de la energética y la fotosíntesis). La molaridad de la solución, por tanto, expresa el nú- mero de moles por litro de solución (Nota: No moles por litro de solvente). Una solución que contenga 2 moles/litro se llama 2 M. Es importante notar que la abreviatura M significa molar, no moles. Se refiere a la concentración, no a la cantidad. Este es un error frecuente que debe evitarse. Las soluciones que contienen una fracción de un mol por litro se expresan casi siempre como decimales (por ejemplo, 0.1 ó 0.05 M significa 0.1 ó 0.05 moles/litro) y no como fracciones comunes. Es importante advertir que las soluciones expresadas en términos de molaridad pueden ser aritméticamente diluidas. Si una solución l M se diluye a dos o diez veces su volumen, resulta una solución 0.5 M o 0.1 M. Una segunda y a menudo confusa descripción de la concentración de una solución, se hace expresando el número de moles del soluto por 1,000 g de solvente, y esto se denomina la molalidad de la solución. La molalidad se utiliza en situaciones donde, por razones físicas o químicas, se desea expresar la razón de soluto a moléculas de solvente, por ejemplo, en la discusión de la presión osmótica. Así, 2 moles de una sustancia disueltos en i kg de agua (1 litro a 20°C) forman una solución 2 molal (m). Adviértase que 1 mol de un soluto en 1 kg de agua no tendrá un volumen de 1 litro; el volumen puede ser hasta 30% mayor o puede ser menor, según el soluto. Por esta razón no es posible formar una solución 0.5 m de una solución 1 m diluyéndola con un volumen igual de agua. Debe diluirse en un volumen de agua igual al volumen de agua de la solución.