Bioquimica de las soluciones electroliticas

SOLUCIONES
ELECTROLÍTICAS
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El agua es el solvente fundamental y constituye mas del 50% del peso corporal
humano. Es el elemento fundamental en el transporte de nutrientes, en la
eliminación de sustancias de desecho, en la regulación del volumen celular y en
el control de la temperatura corporal.
En este capítulo se identifican y estudian los conceptos básicos de las
soluciones acuosas.
La necesidad de estos conocimientos se fundamenta en el uso habitual de
diferentes soluciones tanto para el uso en condiciones normales como en la
reposición en casos de alteración del balance adecuado de líquidos en el
organismo
Los electrolitos, que son el tema central de las clases que se presentan, son
sustancias que al disolverse en agua se separan en diferentes partes con carga
eléctrica: los iones son elementos fundamentales en la actividad enzimática,
en la contracción muscular, en la actividad neuronal, en el control tubular renal.
Por ello es indispensable entender la diferencia entre MOL y EQUIVALENTE
QUIMICO, se debe poder reconocer los contenidos de diferentes soluciones de
uso clínico y también saber, en base a conocimientos de tipo cuantitativo,
preparar soluciones de acuerdo a necesidades específicas.
OBJETIVOS

CONCENTRACION
CONCENTRACION
SOLUCIONES MOLARES
SOLUCIONES MOLARES
SOLUCIONES NORMALES
SOLUCIONES NORMALES
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Menú
general

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La forma de preparar una solución es pesar la sustancia y
luego disolverla.
Es común utilizar recipientes aforados de volumen conocido
para realizar esta operación.
De esta manera se calcula la concentración como cantidad de
soluto por litro de solución ( solución Molar ) y no por litro de
agua ( solución Molal ).
La dificultad se presenta debido a que un litro de solución
puede contener diferente volumen de agua.
 Si tiene una baja concentración de solutos, como ocurre
en gran parte de los líquidos biológicos, no hay una gran
diferencia entre ambos tipos de soluciones.
 Si tiene una gran cantidad de solutos o es una solución
muy concentrada tendrá por litro de solución menor
cantidad de agua.
La solución molar en este caso..................................
difiere de la solución molal. 1 de 3
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La concentración ( c ) de una sustancia sólida, líquida o gaseosa
en una solución depende de la masa ( M ) añadida y del volumen
( V ) en el cual se ha disuelto.
La concentración se expresa por kilogramo de agua.
Cuando se coloca el peso molecular de la sustancia por
kilogramo de agua se tiene una solución Molal.
c = M / V
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La concentración por litro de solución ( Molar ) se utiliza
habitualmente en Fisiología porque en general se trata
de soluciones muy diluidas donde el soluto ocupa un
espacio mínimo; de esta manera se usará en este
programa.
Las unidades que mas se usarán en este tema serán:
gramos por litro ( g / l )
miligramos por litro ( mg / l )
miligramo por mililitro ( mg / ml )
miligramo por decilitro ( mg / dl, mg% )
Mol por litro o molar ( M )
miliMol por litro o milimolar ( mM )
nanoMol por litro o nanomolar ( nM ).
3 de 3
Menú

SOLUCIONES MOLARES
SOLUCIONES MOLARES
CLORURO DE SODIO
CLORURO DE SODIO
AGUA
AGUA
UNIDADES
UNIDADES
CLORURO DE CALCIO
CLORURO DE CALCIO
GLUCOSA
GLUCOSA
Menú
general

Los átomos de los
elementos se
combinan entre sí de
manera variada
+
H
Na
+
O
=
C
=
Cl-
Dan de esta manera origen
a diferentes sustancias
formando moléculas
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H20
HCl
NaCl
C6O6H12
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Aún en las moléculas constituidas por el mismo tipo y número de
átomos, la diferente estructura química o la configuración en el
espacio determina que tengan propiedades diferentes.
Un ejemplo clásico son los hidratos de carbono o glúcidos, como la
glucosa y fructosa, constituidas ambas por 6 átomos de carbono y
oxígeno y 12 de hidrógeno, a pesar de lo cual tienen diferentes
propiedades.
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clic
También pueden cambiar sus propiedades ya sea que estén en estado
sólido, gaseoso o disueltas en diferentes solventes.
Cuando la solución es gas-líquido, el gas puede pasar a disolución sin
cambiar su estructura molecular, como es el caso del O2 y del N2.
En el caso del CO2 parte permanece con su estructura molecular y
parte se hidrata dando origen a ácido carbónico (H2CO3) y a productos
de disociación (HCO3
–
e H+
).
.
2 de 4
Menú

Cuando se trabaja con las sustancias a fin de producir mezclas,
combinaciones, soluciones, la molécula es una unidad sumamente
pequeña para los métodos reales de medición disponibles y de uso
común.
Esta realidad práctica ha llevado a definir distintas unidades, que son
útiles de acuerdo a su aplicación o de los resultados que se desean
obtener o para definir determinados procesos.
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Para cubrir las necesidades de este tema se desarrollan los conceptos
de
MOL
EQUIVALENTE QUÍMICO
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Menú

El Mol,
igual al peso molecular en gramos, es una unidad para
trabajar con el número de partículas contenida, tanto de gases , como
sólidos, moléculas de sustancias que no se disocian en solución.
Para relacionar el mol de un gas con el volumen que lo
contiene, se establecen condiciones de normalidad de presión y
temperatura ( STPD ), pues se sabe que en estas condiciones 1 Mol de
gas ideal ocupa 22.4 litros.
El Equivalente
igual al peso molecular en gramos dividido por la valencia,
es una unidad para trabajar con las cargas eléctricas de las
moléculas, las soluciones, los iones.
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clic
.

EL MOL ES EL PESO MOLECULAR DE UNA SUSTANCIA
EXPRESADO EN GRAMOS Y POR LO TANTO
CORRESPONDE A LA SUMA DE LOS PESOS ATÓMICOS
DE LOS ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN LA MOLÉCULA.
Su relación con el número de moléculas es una constante y se
conoce como número de Avogadro:
6.06 * 1023
moléculas están contenidas en un MOL de cualquier
sustancia.
NaCl
El peso molecular del
cloruro de sodio (NaCl) es
la suma de un Na + (23 g)
23 + 35.5 =58.5 g
1 MOL
Ese peso de 58.5
gramos es un Mol y
contiene 6.06 * 1023
moléculas.
y un Cl -
(35.5 g).
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Menú

agua (H2O) es la suma
de dos H + (2 g)
1*(2) + 16=18 g
1 MOL
y un O-`-
(16 g).
Ese peso de 18 gramos
es un Mol y contiene
6.06 * 1023
moléculas.
H20
A
A
G
G
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A
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Menú

El peso molecular de la
glucosa ( C6O6H12 ) es la
suma de 6 C (6*12 g),
Ese peso en gramos es
un Mol y contiene
6.06 * 1023
moléculas.
6 O- -
( 6 * 16 g) y 12
H+ ( 12 * 1 g ).
C6O6H12
(6*12) + (6*16) + (12*1) =180 g
1 MOL
G
G
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Es indispensable entender que esta unidad está determinada por
la necesidad de conocer una propiedad común :
el número de partículas que un MOL contiene en estado .......
sólido o cuando las moléculas conservan su...........
estructura al disolverse en un solvente. 1 de 1
clic
Menú

cloruro de calcio (CaCl2)
es la suma de un Ca++
(40 g)
40 g + ( 2*35.3 ) = 111 g
1 MOL
y dos Cl -
(2*35.5 g).
Ese peso de 111 gramos
es un Mol y contiene
6.06 * 1023
moléculas.
CaCl2
Es indispensable entender que esta unidad está determinada
por la necesidad de conocer una propiedad común :
el número de partículas que un MOL contiene en estado
sólido o cuando las moléculas conservan su estructura al
disolverse en un solvente.
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Menú

Si una sustancia cuando se disuelve en un solvente conserva
la estructura que tenía en estado sólido, al colocar el peso
molecular (1 Mol) y completar con un solvente hasta un litro,
se tiene una solución molar.
1 Molar = 1 Mol / litro = 1 M
Todas las soluciones preparadas de la manera antes descrita
tienen en común el mismo número de moléculas, es decir que
su concentración es igual.
Los líquidos corporales son soluciones con concentraciones
relativamente pequeñas y es habitual usar una unidad mil
veces menor, llamada miliMol (mM).
Cantidades diferentes expresadas en gramos de distintas
sustancias, tienen en común el número de moléculas que
contienen.
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1Mol / 1000 = 1 Mol * 10 -3
= 1 miliMol = 1 mM
Menú

1Mol / 1000000000000 = 1 Mol * 10 - 12
= 1 picoMol
1Mol / 1000000000000000 = 1 Mol * 10 -15
= 1 femtoMol
1Mol / 1000000000000000000 = 1 Mol * 10-18
= 1 attoMol
Hay sustancias en el organismo con concentraciones
extremadamente pequeñas por lo que es cómodo utilizar
una unidad mil millones de veces menor, llamado nanoMol
(nM).
1Mol / 1000000000 = 1 Mol * 10 - 9
= 1 nanoMol = 1nM
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De acuerdo a diferentes necesidades se usan distintas unidades,
generalmente para operar con números pequeños y enteros
Menú

CLORURO DE SODIO
CLORURO DE SODIO
CLORURO DE CALCIO
CLORURO DE CALCIO
FOSFATO DE SODIO
FOSFATO DE SODIO
SOLUCIONES EQUIVALENTES
SOLUCIONES EQUIVALENTES
DE POTASIO
DE POTASIO
ASPECTOS PRACTICOS
ASPECTOS PRACTICOS
SOLUCIONES NORMALES
SOLUCIONES NORMALES
Menú
general

Hay una propiedad común ya descrita en cuanto al número de moléculas
contenida por un peso igual al peso molecular expresado en gramos.
Se presenta un ejemplo donde las sustancias sólidas que cumplen con las
condiciones señaladas son
 la glucosa GLUCOSA
180 g 1Mol
6.06*1023
moléculas
CLORURO DE SODIO
58,5 g 1Mol
6.06*1023
moléculas
C6O6H12
C6O6H12
NaCl
 el cloruro de sodio
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Hay una característica que diferencia a las sustancias cuando de su
estado sólido pasan a estar disueltas en un solvente.
C6O6H12
+
Cl-
Na
+
NaCl
Otras se disocian en
iones de diferente
complejidad
Algunas mantienen su
estructura molecular
2 de 2
Menú

Cuando una sustancia que se disuelve en un solvente no conserva la
estructura que tenía en estado sólido se disocia o se separa en iones de
diversa complejidad.
De acuerdo al principio de electroneutralidad la disociación de una
sustancia conduce a la formación de iones de diferente carga de tal
manera que la suma algebraica de las cargas es cero.
Por esta razón ha sido necesario implementar una unidad ......................
que tenga en cuenta estas características propias de las........................
sustancias que se disocian.
Cl-
Na
+ +
NaCl Na +
+ Cl -
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Menú

Al definir el Equivalente Químico ( peso molecular o atómico
dividido por su valencia ) se conocen las cantidades exactas
necesarias para la combinación química; son comparables entre sí
en cuanto a su carga eléctrica.
Na
+
Cl-
1 Equivalente de Na+
= 23 g / 1 = 23 g
1 Equivalente de Cl-
= 35,5 g / 1 = 35.5 g
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Para colocar un Equivalente Químico de cada ión en
un litro de solución
y producir una Solución Normal,
es necesario pesar 58.5 g de cloruro de sodio.
El Equivalente Químico es el peso molecular o
atómico dividido por la valencia.
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Cl-
Na
+ +
NaCl Na +
+ Cl -
En este dibujo que se presentó antes hay un MOL de cloruro de
sodio,
Es una solución 1 Normal ( 1N ) y contiene en
total 2 equivalentes químicos.
que al ser disuelto e ionizarse totalmente, forma un
equivalente de sodio y uno de cloruro.
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Menú

Al definir el Equivalente Químico se conocen las cantidades exactas
necesarias para la combinación química, que son comparables entre sí
en cuanto a su carga eléctrica.
El ión calcio tiene una valencia con dos cargas positivas.
Ca
+
+
1 Equivalente de Cl -
= 35,5 g / l = 35.5 g
1 Equivalente de Ca ++
= 40 g / 2 = 20 g
Cl-
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.
Ca C l 2 2 ( Ca++
/ 2 ) + 2 C l -
CaCl 2
- + 2 Cl-
Ca
+
+ +2
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Para producir una Solución Normal ( N o 1N ) de cloruro de calcio,
son necesarios un equivalente de calcio y un equivalente de cloruro.
Para ello se deben pesar 55.5 g de cloruro de calcio, valor al que se
llega al dividir su peso molecular por su valencia ( 111g / 2 ).
El elemento que tiene existencia física es el ión calcio
cuyo peso atómico es de 40 g y está en la naturaleza
acompañado de los iones negativos correspondientes
a las diferentes combinaciones químicas.
El Equivalente Químico de calcio es solo una
unidad, una convención que carece de realidad
física.
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clic
El Equivalente Químico de calcio sólo....................
existe como unidad de uso práctico.
Menú

.
CaC l 2 2 (Ca++
/ 2) + 2 C l -
En este dibujo que se presentó antes hay un MOL de cloruro de calcio,
Es una solución 2 Normal ( 2N ) y contiene..........
en total 4 equivalentes químicos.
que al ser disuelto e ionizarse totalmente, forma dos equivalentes de
calcio y dos de cloruro.
CaCl 2
- + 2 Cl-
Ca
+
+ +2
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Menú

Hay moléculas de mayor complejidad en su estructura como
son, por ejemplo los fosfatos ( PO4
3-
) compuestos por un ión
de tres valencias
1 Equivalente Químico de PO4
3 -
= 95 g / 3 = 31.66 g
1 Equivalente Químico de Na +
= 23 g / 1 = 23 g
PO
4
-
-
-
Puede unirse a tres iones de sodio ( Na +
)
+
Na
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Una Solución Molar se prepara con el peso molecular ( PM= 95 +
23 * 3 = 164 g ) en gramos y como es una sustancia que se
disocia tiene tres equivalentes de cada ión.
Na3 PO4 3 Na+
+ 3 ( PO4
3 -
/ 3 )
PO
4
-
-
-
+
Na
+
Na
+
Na
PO
4
-
-
-
+
Na
+
Na
+
Na +
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Menú

Para producir una Solución Normal ( 1N ) de fosfato de sodio,
es necesario un equivalente de sodio y un equivalente de fosfato.
Es por ello que se deben pesar
54.66 g de fosfato de sodio
que es su peso molecular dividido por la valencia
( 164 / 3 = 54.66 )
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Na3 PO4 3 Na+
+ 3 ( PO4
3 -
/ 3 )
PO4
-
-
-
+
Na
+
Na
+
Na
PO
4
-
-
-
+
Na
+
Na
+
Na +
En este dibujo que se presentó antes hay un MOL de fosfato de sodio,
Es una solución 3 Normal ( 3N ) y contiene en
total 6 equivalentes químicos.
que al ser disuelto e ionizarse totalmente, forma tres equivalentes de
sodio y tres equivalentes de fosfato.
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Cuando el ión fosfato se une al ión calcio
Ca3(PO4)2
PO4
-
-
-
+
Na
+
Na +
H
Los fosfatos tienen estructuras moleculares complejas, ya que
pueden unirse a un hidrogenión y dos iones sodio.
Na2HPO4
También pueden unirse a dos hidrogeniones y a un solo sodio. En orina
es una forma de asegurar la excreción de ácido sin mayores
variaciones en el pH, condición que podría afectar a los túbulos
renales. NaH2PO4
PO
4
-
-
- Ca
+
+ Ca
+
+
Ca
+
+
PO
4
-
-
-
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+
Na +
H +
H
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clic
clic
Menú

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Si se desea preparar una solución con una cantidad prefijada de
iones potasio ( K+
) por ejemplo, a fin de hacer una reposición oral,
debe recordarse que el peso atómico del potasio es de 39.1 g.
El ión K+
puede estar acompañado por
1000 mEq/l de K+
Cloruro
KCl
P.M 74.8 g
1000 mEq/l de
cloruro
1 de 4
Menú

Si se desea preparar una solución con una cantidad prefijada de
iones potasio por ejemplo, a fin de hacer una reposición oral,
debe recordarse que el peso atómico del potasio es de 39.1 g.
El ión K+
puede estar acompañado por
Acetato
KCH3COO
P.M 98 g
1000 mEq/l de K+
1000 mEq/l de
acetato
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Menú

Si se desea preparar una solución con una cantidad prefijada
de iones potasio por ejemplo, a fin de hacer una reposición
oral, debe recordarse que el peso atómico del potasio es de
39.1 g.
El ión K+
puede estar acompañado por Gluconato
KC5H11O5-COO
P.M 123 g
1000 mEq/l de K+
1000 mEq/l de
gluconato
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Menú

No es difícil concluir que se pueden preparar soluciones con 1000
mEq / l del ión K+
o 1 mEq / ml de K+
colocando los diferentes
pesos moleculares expresados en gramos en un volumen de 1 litro
de solución.
1000 mEq/l de K+
Acetato
KCH3COO
P.M 98 g
Cloruro
KCl
P.M 74.8 g
Gluconato
KC5H11O5-COO
P.M 123 g
1000 mEq/l de
cloruro
1000 mEq/l de K+
1000 mEq/l de
acetato
1000 mEq/l de K+
1000 mEq/l de
gluconato
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Se preparan tres soluciones con tres
cantidades diferentes en gramos, pero todas
son soluciones 1 NORMAL (1N) y contienen
1000 mEq / l de K+
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N
N
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L
El camino inverso debería ser tan fácil como el recorrido hasta aquí, ya
que si se conoce los miliequivalentes que contiene la solución que se
quiere preparar, se tiene que llegar a la cantidad en gramos que se
deberá pesar.
Una solución semejante al plasma, llamada "solución fisiológica" y de uso
muy común,es una solución 0.150 N que contiene 150 mEq/l de cloruro de
sodio y se prepara realizando cálculos similares a los realizados
anteriormente.
150 mEq/l * PM g / val /1000 = 9 g / l de NaCl
1 Equivalente = PM / 1 = 58.5 / 1
1000 mEq/l ....... 58.5 g/l NaCl.
150 mEq/l........ 8.78 g/l NaCl
Es una forma de cálculo que se puede utilizar con fines
prácticos.
Contendrá 150 mEq/l de sodio y 150 mEq/l........................
de cloruro. El número de miliequivalentes.. ......................
.será 300
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NaCl........................ PM = 58.5 g
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M
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150 mEq/l * PM g / val /1000 = 9 g / l de NaCl
Conviene insistir en que se puede preparar una solución fisiológica o
0.150 N de cloruro de sodio utilizando la siguiente fórmula.
De la misma forma se calculan cantidades de sólidos o líquidos a
poner en soluciones que se desean preparar de una manera especial
De esta manera se pueden administrar en forma oral o endovenosa
cantidades especiales en función de una patología.
Su uso es indispensable para calcular las pérdidas....................
iónicas de un paciente y establecer la reposición............................
de manera adecuada.
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Tiene 150 mEq/l de sodio y 150 mEq/l de cloruro.
El número de totyal de miliequivalentes es de 300
por litro de solución
Menú

150 mEq/l * 58.5 g / 1 /1000 = 9 g / l de NaCl
Al colocar 9 g / l ( 0.9 g %) de cloruro de sodio se tendrán
aproximadamente
150 mEq/l de ión sodio
150 mEq/l de ión cloruro
Esto es así pues la valencia de estos iones es uno y cada molécula de
cloruro de sodio al dividirse genera dos iones, esto solo si se cumple que
la disociación es total.
La imprecisión de la frase del texto anterior se debe a que se ha
hablado de concentración de sustancias y se ha supuesto que la
disociación de las moléculas es total.
La realidad es que hay interacción de los iones entre sí y también
interacción con el agua, por lo que la disociación puede ser incompleta.
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RESUMEN FINAL
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Aunque es incorrecto hacerlo así, como en general las soluciones en el
organismo contienen iones monovalentes, las cantidades expresadas en
Mol o Equivalente tienen el mismo valor.
Pero es necesario saberlo y mas aún tenerlo muy claro desde el punto de
vista conceptual para evitar confusiones que suelen ser frecuentes.
Se mide habitualmente sodio, potasio, calcio en plasma y en orina. Pero la
concentración de una sustancia como el calcio en un líquido corporal, no se
corresponde necesariamente a los iones libres existentes.
Este ión se une con fosfatos y proteínas por lo que se ha hecho
necesario diseñar electrodos para medir los iones existentes que
presentan carga cuando están libres.
Desde un punto de vista fisicoquímico se analizaron aspectos
cuantitativos de la disociación de sustancias.
Algo similar ocurre con el potasio intracelular, cuya concentración se
puede conocer pero no la cantidad exacta de partículas libres o iones
con carga.
Se han analizado en esta clase los aspectos conceptuales y de uso
práctico de las unidades mMol y mEq, pero es muy común usarlas de
manera no diferenciada en fisiología y en clínica .
Los iones hidrogeno y bicarbonato se expresan a veces como
nanomoles, cuando debería hablarse de nanoequivalentes.
clic
FIN
.
CONCLUSIONES

Bioquimica de las soluciones electroliticas

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