Biofisica

1. MATERIA
DRA DOLORES VILLANUEVA
MEDICO - DOCENTE

2. MATERIA ES OTRA FORMA DEMATERIA ES OTRA FORMA DE
EXPRESION DE ENERGIAEXPRESION DE ENERGIA
•• Sin embargo se considera materia a todo lo queSin embargo se considera materia a todo lo que
podemos ver y tocar es materia.podemos ver y tocar es materia.
•• Podemos decir que es materiaPodemos decir que es materia todo lo que ocupatodo lo que ocupa
volumen y tiene masavolumen y tiene masa..
•• Propiedades:Propiedades: longitud, superficie, volumenlongitud, superficie, volumen
largo, ancho y alto, y ocupan un lugar en el espaciolargo, ancho y alto, y ocupan un lugar en el espacio
(volumen).(volumen).
•• Propiedades:Propiedades:
La masa, propiedad de la materia, que se mide, CuantaLa masa, propiedad de la materia, que se mide, Cuanta
más materia tenga un cuerpo, más masa tendrá y másmás materia tenga un cuerpo, más masa tendrá y más
pesará.pesará.
La masaLa masa se expresa en kilogramos (kg).se expresa en kilogramos (kg).

3. ESTADOS DEESTADOS DE
AGREGACIÓN DE LAAGREGACIÓN DE LA
MATERIAMATERIA

4. Estructura interna de los estados de
agregación
• La teoría cinética establece que la materia está
constituida por partículas (átomos, moléculas o iones),
en continuo movimiento y entre ellas existen espacios
vacíos.
• En cada uno de los tres estados de agregación los
componentes (átomos, moléculas o iones) se disponen
de manera diferente
– La distancia entre las partículas es mayor en el estado
gaseoso que en el líquido, y en éste mayor que en el
sólido.
– Las fuerzas de atracción entre estas (fuerzas de cohesión)
son mayores en los sólidos que en los líquidos y en éstos
mayores que en los gases.

5. ESTADOS DE AGREGACIÓN
DE LA MATERIA
• Los estados de agregación de la materia
sólido, líquido y gaseoso dependerán de:
– La temperatura externa del medio.
– La presión externa del medio.
– La estructura interna de la sustancia.
– La fuerza de los enlaces que une los átomos de la
sustancia.
– Las distancias entre los átomos de la sustancia.

6. ESTADOESTADO GASESGASES LÍQUIDOSLÍQUIDOS SÓLIDOSSÓLIDOS
Forma Indeterminada Indeterminada Determinada
Volumen Indeterminado Determinado Determinado
Flujo
Fluyen muy rápido
Fluyen a menor
velocidad que los
gases
No fluyen
FLUIDOSFLUIDOS
Compresión Muy compresibles
Muy poco
compresibles
Incompresibles
Fuerzas de cohesión
entre sus partículas
Muy débiles Fuertes Muy fuertes
Distancias entre
partículas
Muy amplia Pequeña Muy pequeña
Ordenación de las
partículas
Desordenadas
Cierta libertad
de movimiento
Ordenadas
Otras
Características
Compresibles y
Expansibles
Superficie libre plana
y horizontal
Resistentes a la
deformación
Las características diferenciales de estos tres estados son:

7. Estado Plasmático de la Materia
• El cuarto estado de la materia, llamado plasma, está
formado por una mezcla de núcleos atómicos y electrones.
• Es similar al estado gaseoso (gas ionizado); compuesto por
electrones, cationes, neutrones libres y separados entre sí.
Se presenta cuando la materia se somete a temperaturas
muy altas (igual o mayor de 2000 grados centígrados). En
este estado los átomos se descomponen quedando los
núcleos y electrones libres.
• Es poco común en la tierra, pero constituye el 99% de la
materia en el resto del universo (sol y otras estrellas a
temperaturas de miles y millones de grados).
Es un excelente conductor de la energía.

9. Sublimación progresiva.
• Es la transformación directa, sin pasar por otro
estado intermedio, de una materia en estado
sólido a estado gaseoso al aplicarle calor.
• Ejemplo:
• Hielo (agua en estado sólido) + temperatura =
vapor (agua en estado gaseoso)

10. FUSIÓN
• Es la transformación de un sólido en líquido al
aplicarle calor.
• Es importante hacer la diferencia con el punto de
fusión, que es la temperatura a la cual ocurre la
fusión.
• Ejemplos:
• Cobre sólido + temperatura = cobre líquido.
• Cubo de hielo + temperatura = agua (líquida).

11. Evaporación
• Es la transformación de las partículas de
superficie de un líquido, en gas, por la acción
del calor.
Este cambio ocurre en forma normal, a
temperatura ambiente, en algunas sustancias
líquidas como agua, alcohol y otras.

12. EBULLICIÓN
• Es la transformación de todas las partículas
del líquido en gas por la acción del calor
aplicado.
• En este caso también hay una temperatura
especial para cada sustancia a la cual se
produce la ebullición y la conocemos como
punto de ebullición.
• Ejemplos: El agua tiene su punto de ebullición
a los 100º C, alcohol a los 78º C.

13. Sublimación regresiva
• Es el cambio de una sustancia de estado
gaseoso a estado sólido, sin pasar por el
estado líquido.

14. Solidificación
• Es el paso de una sustancia en estado líquido a
sólido.
• Este cambio lo podemos verificar al poner en
el congelador un vaso con agua, o los típicos
cubitos de hielo.

15. CONDENSACIÓN
• Es el cambio de estado de una sustancia en
estado gaseoso a estado líquido.
• Ejemplo: El vapor de agua al chocar con una
superficie fría, se transforma en líquido. En
invierno los vidrios de las micros se empañan
y luego le corren "gotitas"; es el vapor de agua
que se ha condensado.

16. La Liofilización
•• EsEs un proceso de secado por sublimación previaun proceso de secado por sublimación previa
congelacióncongelación, que se desarrolla con el fin de reducir las
pérdidas de compuestos de sabor y aroma en los
alimentos, los cuales se afectan en gran medida
durante los procesos convencionales de secado.
•• La liofilización involucra varias etapas:La liofilización involucra varias etapas:
•• CongelaciónCongelación ( acondicionamiento en algunos casos)
• Secado por sublimaciónsublimación del hielo (o del solvente congelado)
del producto congelado, generalmente a muy baja presión
•• AlmacenamientoAlmacenamiento del producto seco en condicionesdel producto seco en condiciones
controladascontroladas

17. Clasificación de la materia

18. METODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS
• MEZCLAS HETEROGÉNEAS
1.-MEZCLAS SOLIDO-LÍQUIDO:
Filtración.
Sedimentación.
Centrifugación.
2.-MEZCLAS SÓLIDO-SÓLIDO:
Separación magnética.
Levigación
3.-MEZCLAS LÍQUIDO-LIQUIDO
Decantación.

19. MEZCLAS SOLIDO-LÍQUIDO Filtración
Es la operación por la cual se separa una
suspensión en sus componentes
Es una técnica para separar sólidos sin
disolver en líquidos
Es uno de los procedimientos más empleados
en los laboratorios y generalmente se aplica
después de haber añadido un disolvente a la
mezcla.

20. centrifugacióncentrifugación
• En algunos casos la separación de partículas
puede realizarse directamente por sedimentación
sin necesidad de aumentar la fuerza de lafuerza de la
gravedadgravedad siendo esto lo utilizado en el caso de
sedimentación de células enteras como células
sanguíneas o microorganismos pero en la
mayoría de los casos para la separación de
partículas u organelas que no presentan una
tendencia a sedimentar espontáneamente se
requiere aumentar la fuerza gravitatoria a travésaumentar la fuerza gravitatoria a través
de la centrifugaciónde la centrifugación .

21. Centrifugación
• Separación de sustancias de diferente
densidad mediante movimiento giratorio
• Aplicaciones
• Separación de células de caldos biológicos
• Remoción de desechos celulares de caldos
de células que han sido sujetas a
rompimiento
• Separación de precipitados proteicos
• Recuperación de productos insolubles

22. Algunos de los principios básicos en la teoría de la sedimentación se derivan
de la Ley de Stokes.
d2 ( hP- hL)
V = ____________ x g
18 n
Donde V = velocidad de sedimentación
d = diámetro de la partícula
hP= densidad de la partícula
hL= densidad del líquido
n = viscosidad del medio
g = fuerza gravitacional
TEORÍA BÁSICA DE LA SEDIMENTACIÓNTEORÍA BÁSICA DE LA SEDIMENTACIÓN
Para simplificar el problema se suele
considerar que las partículas a aislar en
Biología son esferas; cuando éstas se
encuentran en un campo gravitacional y
alcanzan una velocidad constante, la
fuerza neta sobre cada esfera es igual a la
fuerza de resistencia que opone el líquido
a su movimiento. En este caso particular
de la ley de Stokes se comprueba qué:
La velocidad de sedimentación de cada partículaLa velocidad de sedimentación de cada partícula
es proporcional a su tamaño,
es proporcional a la densidad de la partícula y a la del medio
es nula cuando ambas densidades se igualan,
disminuye al aumentar la viscosidad del medio
aumenta al aumentar el campo de fuerza.

23. VSG: (ESR)
• Velocidad de Sedimentación Globular (eritrocitos o glóbulos
rojos).
• Estudia la velocidad en que los glóbulos rojos sedimentan en
un tubo de sangre no coagulada; durante 1 o 2 horas éstos
precipitan, y una velocidad alta suele relacionarse con
procesos inflamatorios.
• Es un parámetro para valorar la actividad inflamatoria, pero
inespecífico.
• Sirve para el seguimiento de la actividad de la enfermedad y
la valoración de los tratamientos.

24. MEZCLAS SÓLIDO-SÓLIDO Separación
magnética
• Se usa esta técnica para separar sustancias
magnéticas, como el hierro, de otras que
no lo son.
• La propiedad de ser atraídas por los imanes
que presentan estas sustancias se
aprovecha para separarlas del resto de los
componentes de una mezcla.

25. MEZCLAS SÓLIDO-SÓLIDO LEVIGACIÓN
• Es un procedimiento que se basa en la
diferencia de peso de varios sólidos
• Es el lavado de sólidos, con una corriente de
agua.
• Los materiales más livianos son arrastrados
una mayor distancia, de esta manera hay una
separación de los componentes de acuerdo a
lo pesado que sean.
• Esta técnica no es común en el lavado de oro.

26. MEZCLAS SÓLIDO-SÓLIDO
Tamizado
• Se emplea para separar los componentes de una
mezcla de sólidos de distinto tamaño
Consiste en hacer pasar la mezcla a través de
distintos tamices.
Con este método se separan, por ejemplo, las
fracciones de grava, arena y arcilla que
constituyen un suelo.
Es un procedimientos de valor relativo, porque
no se consigue una separación definitiva del
material

27. MEZCLAS LÍQUIDO-LIQUIDO
Decantación
• La decantación se utiliza para separar líquidos
que no son solubles entre sí y presentan
diferentes densidades
• La decantación se usa para separar, como, por
ejemplo, una mezcla de aceite y agua.

28. METODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS
• MEZCLAS HOMOGÉNEAS:
1.-MEZCLAS SÓLIDO-LÍQUIDO:
Cristalización.
Calentamiento a sequedad.
2.-MEZCLAS LIQUIDO-LIQUIDO
Destilación.

29. MEZCLAS SÓLIDO-LÍQUIDO:
Cristalización
• Es el proceso más adecuado para purificar sustancias
sólidas..
 Se calienta suavemente la disolución para
concentrarla y después se filtra para eliminar las
posibles impurezas.
 El filtrado se recoge en un cristalizador y se deja
enfriar y reposar para que el líquido se evapore y el
sólido aparece en el fondo del recipiente en forma de
cristales.
 Es un método para obtener sólidos cristalinos muy
puros, ya que las impurezas nunca forman cristales

30. MEZCLAS SÓLIDO-LÍQUIDO:
Calentamiento a sequedad
EVAPORACIÓN
 Esta técnica se ocupa para separar un
sólido disuelto en líquido.
 La mezcla se calienta y al evaporarse el
líquido, el sólido queda en el recipiente.

31. diagrama de fase
• Se denomina diagrama de fase a la representación gráfica
de las fronteras entre diferentes estados de la materia de
un sistema, en función de variables elegidas para facilitar el
estudio del mismo.
• Cuando en estas representaciones todas las fases
corresponden a estados de agregación diferentes se suele
denominar diagrama de cambio de estado.
• Los diagramas de fase más sencillos son los de presión -
temperatura de una sustancia pura, como puede ser el del
agua.
• En el eje de ordenadas se coloca la presión y en el de
abscisas la temperatura.
• Generalmente, para una presión y temperatura dadas, el
cuerpo presenta una única fase

32. Diagrama de fases
• Cuando aparecen varias sustancias, la representación de los cambios de
fase es más compleja. En ciencia de materiales se usan ampliamente los
diagramas de fase binarios,
•• Diagrama de fase binario ,Diagrama de fase binario , donde aparecen regiones como: Sólido puro
o disolución sólida
• Mezclas de disoluciones sólidas pueden ser de tipo: eutéctica, eutectoide,
peritéctica, peritectoide
• Hay puntos y líneas en estos diagramas importantes para su
caracterización:
• Línea de líquidus, por encima de la cual solo existen fases líquidas.
• Línea de sólidus, por debajo de la cual solo existen fases sólidas.
• Línea eutéctica y eutectoide. Son líneas horizontales (isotermas) en las
que tienen lugar transformaciones
• Línea de solvus, que indica las temperaturas para las cuales una disolución
sólida (α) de A y B deja de ser soluble para transformarse en (α)+
sustancia pura (A ó B).

33. DIAGRAMA DE FASE DEL AGUA
• El diagrama de fase muestra tres regiones, cada una de las
cuales representa una fase pura.
• La línea de separación entre dos regiones indica las
condiciones en las cuales estas dos fases pueden existir en
equilibrio.
•• Punto triple:Punto triple: En este punto del diagrama coexisten los estados
sólido, líquido y gaseoso. Estos puntos tienen cierto interés, ya
que representan un invariante y por lo tanto se pueden utilizar
para calibrar termómetros. Es la única condición en la que las
tres fases pueden estar en equilibrio entre si. (agua es 0,01°C
y 0,006atm).
• La temperatura del punto triple es muy próxima al llamado
punto de la congelación.

35. Fluido Supercrítico
• Un fluido supercrítico puede ser clasificado
como otro estado de la materia, como se
puede ver a continuación en un diagrama de
los estados de la materia:

36. Propiedades del
Agua Supercritica - 221 atm, 374ºC
•• BajaBaja tensióntensión superficial,superficial, penetra fácilmente materiales sólidos poco porosos y
disuelve dentro de la matriz insoluble los materiales que interesan extraer.
•• AltaAlta difusividaddifusividad,, penetra en las matrices sólidas mejor que disolventes
convencionales.
•• BajaBaja viscosidadviscosidad,, con propiedades de flujo muy favorables.
•• DensidadDensidad elevadaelevada,, muy adecuado para disolver sustancias. Además la densidad
se modifica con cambios de temperatura y de presión
• Tiene una constante dieléctrica similar a la de los disolventesconstante dieléctrica similar a la de los disolventes orgánicosorgánicos
• El producto iónico disminuye alcanzando un valor límite de 10-11
• Tiene una polaridadpolaridad similar a lasimilar a la acetonaacetona
•• Disuelve compuestosDisuelve compuestos orgánicosorgánicos
• Los procesos transcurren en fase homogénea
• Se facilita la separación del soluto (por enfriamiento).
• Cataliza reacciones ácido-base
• Es capaz de eliminar residuos

37. Agua Supercrítica
• Por encima de la presión y temperatura crítica
(221 atm, 374ºC), el agua no se comporta ni
como un sólido ni como un líquido, comparte
propiedades de ambos: como el vapor, el agua
supercrítica ocupa todo el volumen de un
recipiente que la contenga y disolverá sustancias,
al igual que lo hace el agua líquida.
• A pesar de que el agua supercrítica tiene unos
valores críticos muy alejados se emplea en
numerosas aplicaciones

38. C02 supercrítico
• CAFÉ DESCAFEINADO
• El dióxido de carbono a 31ºC y 73 atmósferas de
presión, no hay forma de impedir que hierva.
• Por encima de esos valores esta el dióxido
de carbono supercrítico ideal para separar o
purificar muchos productos.
• En 1970, investigadores del Instituto Max Planck
alemán, desarrollaron una técnica para eliminar
la cafeína del café con dióxido
de carbono supercrítico

39. C02 supercrítico
• El CO2 es un gas inocuo que en condiciones supercríticas, se
convierte en un disolvente muy potente y sirve como elemento
separador eficaz.
• La tecnología de fluidos supercríticos se dirige a la obtención de
extractos herbales a partir de plantas aromáticas, la mejora de
propiedades de alimentos (desgrasado, extracción de colesterol de
aceites, carnes y lácteos...), operaciones de desinfección,
impregnación, micro encapsulación, descontaminación de aguas
residuales, etc.
• El proceso permite no dañar al producto; siendo no inflamable, no
corrosivo, no tóxico, no cancerígeno; su capacidad selectiva y la no
generación de residuos.
• Constituye la opción más limpia y segura, que permite preservar
principios activos y características propias de las sustancias.

40. antimateria
Dra. Dolores Villanueva

41. Antimateria
• El concepto de antimateria nació rodeado de
una especie de halo misterioso y visionario,
• La existencia de antipartículas fue propuesta
por el físico británico Paul Adrien Maurice
Dirac, en 1928, como resultado de aplicar a la
teoría cuántica las técnicas de la mecánica
relativista.
• Este descubrimiento de Dirac, lo hizo
merecedor del premio Nobel en el año 1933.

42. Historia
• Desde la ecuación de Dirac, se han ido detectando
experimentalmente muchas antipartículas: Carl D. Anderson,
en el Caltech, descubrió el positrón en 1932. Veintitrés años
después, en 1955, Emilio Segrè y Owen Chamberlain, en la
universidad de Berkeley, el antiprotón y antineutrón.
• Pero la primera vez que se pudo hablar propiamente de
antimateria, es decir, de "materia" compuesta por
antipartículas, fue en 1965, cuando dos equipos consiguieron
crear un antideuterón, una partícula compuesta por un
antiprotón y un antineutrón. La partícula fue lograda en el
Acelerador Protón Sincrotón del CERN, a cargo de Antonino
Zichichi, y paralelamente por Leon Lederman, en el
acelerador AGS (Alternating Gradient Synchrotron) del
Laboratonio Nacional de Brookhaven, en Nueva York.

43. Antimateria
• Antimateria, materia compuesta de partículas
elementales que son imágenes especulares de
las partículas que forman la materia ordinaria
que conocemos.
• Las antipartículas tienen la misma masa que
las partículas correspondientes, pero su carga
eléctrica y otras propiedades son inversas.
• Por ejemplo, la antipartícula del electrón, es el
positrón

44. Aniquilación
• Reacción entre una partícula y su antipartícula
• La energía producida equivale a la suma de la masa en
reposo de las partículas que se aniquilan y sus energías
cinéticas.
• Para conservar el momento se forman dos fotones que
se alejan en direcciones opuestas.
• Esta radiación de aniquilación esta en la región de los
rayos gamas ( γ) del espectro electromagnético.
• La aniquilación también puede ocurrir entre un
nucleón y su antipartícula, produciéndose mesones.
• la energía liberada puede dar origen a una partícula
neutra portadora de fuerza: fotón, bosón Z o gluón.

45. Anti-Hidrogeno
• En 1995, el CERN anunció la creación de nueve átomos
de antihidrógeno en el experimento PS210, liderado
por Walter Oelert y Mario Macri, y el Fermilab
confirmó el hecho, anunciando poco después la
creación a su vez de 100 átomos de antihidrógeno,
pero sólo vivieron una ínfima porción de segundo,
• los científicos de ATENA obtuvieron 50.000, que
vivieron suficiente tiempo para ser contados.
• Esta producción sólo es una etapa. La próxima
consistirá en "atrapar" esos átomos de antihidrógeno
mediante una "trampa" magnética para estudiarlos con
espectroscopía. AFP

46. Anti-Hidrogeno
• En un átomo de hidrógeno, un electrón de
carga negativa orbita un protón de carga
positiva. En un átomo de antihidrógeno, un
positrón de carga positiva orbita un antiprotón
de carga negativa.
• El antihidrógeno se comportaría exactamente
de igual forma el hidrógeno.

47. Producción y costo de la antimateria
• La antimateria es la sustancia más cara del mundo, con un costo estimado
de 300.000 millones de dólares el miligramo.
• La producción de antimateria, por ahora, consume enorme cantidad de
energía, lo cual es muy poco eficiente, al igual que la capacidad de
almacenamiento, que sólo es el 1% de las partículas creadas y tiene un
costo elevado
• La NASA plantea recolectar mediante campos magnéticos antimateria
natural en los Cinturones de Van Allen de la Tierra, o en los cinturones de
los grandes planetas gaseosos como Júpiter.
• Se trabaja en mejorar la tecnología de almacenaje de antimateria. El Dr.
Masaki Hori ha anunciado un método de confinamiento de antiprotones
por radiofrecuencia, lo que según sus palabras podría reducir el
contenedor al tamaño de una papelera.

48. Antimateria
• En la actualidad las partículas de antimateria se
fabrican y almacenan en laboratorios
especializados del mundo, guardándose en
botellas especiales hechas de combinaciones de
campos eléctricos y magnéticos.

49. Usos de la Antimateria
• La antimateria es eficaz contra el cáncer
• Los antiprotones, que en análisis realizados por
un equipo de investigadores del CERN han
demostrado ser cuatro veces más eficientes que
los protones en las terapias de irradiación celular.
• Los antiprotones se aniquilan con una parte de
los núcleos atómicos de las células tumorales. La
energía liberada en esta aniquilación es
proyectada hacia las células cancerígenas
adyacentes, provocando su destrucción

50. Usos de la Antimateria
• La antimateria como combustible espacial
• Toneladas de combustible químico se necesita para
propulsar una misión humana a Marte y solo requiere
de 10 miligramos de antimateria, por eso la NASA,
piensa utilizarla en futuros viajes a Marte.
• Los positrones se dirigen desde su almacén a la matriz
de atenuación, donde interacciona con materia,
liberando calor. Hidrógeno líquido (H2) circula por la
matriz de atenuación, y absorbe el calor. El hidrógeno
fluye hasta la tobera de salida donde se produce el
empuje necesario

51. Antimateria En La Naturaleza
• Cinturones de Van Allen
• Son dos fajas, formadas por
partículas cargadas e
interpoladas en el campo
magnético terrestre que
rodean a nuestro planeta
• En el espacio
• Según la NASA hay
partículas de antimateria en
los cinturones de Van Allen
de los grandes planetas
gaseosos como Júpiter.

52. La cámara de burbuja
• Esta es la fotografía, obtenida en una cámara de
burbujas verdadera, de un antiprotón (entrando por la
parte inferior de la figura) que colisiona con un protón
(en reposo) y se aniquila. Ocho piones fueron
producidos en esta aniquilación . Uno decae en un + y
un . Los piones positivos y negativos se curvan de
modo diferente en el campo magnético.
• La cámara de burbujas es un detector más avanzado
que la cámara de niebla, pero mucho menos poderoso
que los detectores modernos.

53. En física, LA ASIMETRIA DE LA materia Y la
antimateria se denomina bariogénesis
1. En 1967, Andréi Sájarov postuló propiedades distintas
entre partículas y antipartículas; Un experimento Japonés
sugiere que las leyes físicas favorecen la supervivencia de
la materia frente a la antimateria y también sugiere que
la materia oscura seria la causa de la bariogénesis
1. La existencia de galaxias de antimateria ligada por
antigravedad: Pocos científicos creen esta posibilidad,
pero no ha podido ser descartada. La NASA ha enviado
sondas para buscar rastros de antimateria, en el universo.
Sin embargo no han detectado nada hasta la fecha
1. Un exceso de materia tras el
Big Bang: podría ser el
resultado de una ligera
asimetría en las proporciones
iníciales de ambas.