Salta al contingut
Classes de reforç

Exercicis de bioquímica: aigua, sals i glúcids — Biologia, Geologia i Ciències Ambientals 1r Batxillerat

Aquest tema explica de què estan fets els éssers vius, començant per les molècules més senzilles. Els exercicis et fan relacionar la polaritat de l'aigua amb les seves propietats, calcular la massa d'aigua d'un esportista a partir del percentatge i conèixer les funcions de les sals minerals, tant dissoltes com precipitades. Després passes als glúcids: classifiques monosacàrids, interpretes proves de laboratori per detectar sucres reductors i compares polisacàrids com el midó i el glicogen. Les solucions relacionen estructura i funció. Errors típics: pensar que hi ha elements químics exclusius dels éssers vius i dir que l'aigua ho dissol tot.

Tens examen d'aquest tema? Fes un simulacre de 60 minuts com el de l'institut, amb solucions i criteris de correcció.Fes el simulacre →

Nivell bàsic

Exercici 1

Explica per què la molècula d'aigua és polar i què passaria si fos recta en comptes de doblegada.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 1

Resultat

L'aigua és polar perquè l'oxigen, més electronegatiu, atreu els electrons i la molècula és doblegada; si fos recta, les càrregues parcials es compensarien i seria apolar.

Resolució

  1. Enllaços polars. L'oxigen és molt més electronegatiu que l'hidrogen: estira cap a ell els electrons dels dos enllaços O−H i queda amb una càrrega parcial negativa (δ−), mentre que els dos hidrògens queden amb càrrega parcial positiva (δ+).
  2. Geometria doblegada. Els dos hidrògens formen un angle d'uns 104,5° i són al mateix cantó de la molècula: la càrrega positiva queda en un extrem i la negativa en l'altre, i la molècula és un dipol.
  3. Si fos recta. Els dos enllaços polars apuntarien en direccions oposades i els seus efectes es compensarien: la molècula no seria polar, encara que els enllaços sí que ho fossin.
  4. Conclusió. Sense polaritat, l'aigua no formaria ponts d'hidrogen i perdria les propietats que li coneixem (dissolvent, calor específica alta, cohesió…).

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 2

Digues quatre propietats de l'aigua i relaciona cadascuna amb una funció biològica concreta.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 2

Resultat

Per exemple: és un bon dissolvent (medi de les reaccions i transport), té calor específica alta (estabilitza la temperatura), calor de vaporització alta (la suor refreda) i cohesió (puja pel xilema).

Resolució

  1. Poder dissolvent. Com que és polar, dissol moltes substàncies iòniques i polars: és el medi on tenen lloc totes les reaccions cel·lulars i el vehicle de transport de la sang i la saba.
  2. Calor específica alta. Cal molta energia per escalfar-la, perquè primer s'han de trencar ponts d'hidrogen: manté estable la temperatura de l'organisme.
  3. Calor de vaporització alta. En evaporar-se s'emporta molta calor: per això la suor refresca el cos.
  4. Cohesió. Les molècules es mantenen unides per ponts d'hidrogen: l'aigua puja pel xilema dels arbres formant una columna contínua.
  5. Conclusió. Totes aquestes propietats deriven de la polaritat de la molècula i dels ponts d'hidrogen que forma.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 3

Digues dues sals que a l'organisme es troben precipitades i on són, i dues funcions de les sals dissoltes.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 3

Resultat

Precipitades: fosfat de calci (ossos i dents) i carbonat de calci (closques de mol·luscs i d'ou). Dissoltes: fan de tampó del pH i regulen la pressió osmòtica (també intervenen en l'impuls nerviós i la contracció muscular).

Resolució

  1. Sals precipitades. Formen estructures sòlides de sosteniment i protecció: el fosfat de calci als ossos i a les dents, i el carbonat de calci a les closques dels mol·luscs i a la closca de l'ou.
  2. Sals dissoltes: funcions. En forma d'ions, mantenen el pH de la sang com a tampó (bicarbonat, fosfat) i regulen la pressió osmòtica dels líquids de l'organisme.
  3. Altres funcions. També transmeten l'impuls nerviós (Na⁺, K⁺) i disparen la contracció muscular (Ca²⁺). N'hi havia prou amb dues funcions.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 4

Classifica aquests elements com a bioelements primaris, bioelements secundaris o oligoelements: carboni, calci, ferro, nitrogen, sodi, iode, fòsfor, magnesi, zinc i potassi. Després indica una funció biològica del fòsfor, del calci, de l'iode i del magnesi.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 4

Resultat

Primaris: C, N i P. Secundaris: Ca, Na, K i Mg. Oligoelements: Fe, I i Zn. P: ATP, àcids nucleics i fosfolípids; Ca: ossos, dents i contracció muscular; I: hormones tiroidals; Mg: clorofil·la i activació d'enzims.

Resolució

  1. Criteri. Els bioelements primaris (C, H, O, N, P i S) formen la major part de la matèria viva; els secundaris hi són en proporcions menors però amb funcions imprescindibles; els oligoelements són per sota del 0,1 %.
  2. Classificació. Primaris: carboni, nitrogen i fòsfor. Secundaris: calci, sodi, potassi i magnesi. Oligoelements: ferro, iode i zinc.
  3. Funcions. El fòsfor forma part de l'ATP, dels àcids nucleics i dels fosfolípids; el calci, dels ossos i de les dents, i intervé en la contracció muscular; l'iode, de les hormones de la tiroide (la seva manca provoca goll); el magnesi ocupa el centre de la clorofil·la i activa molts enzims.
  4. Compte. El sodi i el potassi no són oligoelements: són secundaris perquè n'hi ha quantitats apreciables.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 5

A l'hivern, la superfície d'un estany d'alta muntanya del Pirineu es congela, però sota el gel l'aigua continua líquida i els organismes aquàtics hi sobreviuen. Explica per què el gel flota sobre l'aigua líquida i quina conseqüència té això per a la vida de l'estany.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 5

Resultat

El gel és menys dens que l'aigua líquida (xarxa oberta de ponts d'hidrogen) i flota; la capa de gel aïlla i l'aigua de sota es manté líquida, cap als 4 °C, i la vida hi continua.

Resolució

  1. Aigua líquida. Els ponts d'hidrogen es formen i es trenquen contínuament i les molècules estan força apropades.
  2. Gel. En congelar-se, cada molècula queda fixada per quatre ponts d'hidrogen en una xarxa cristal·lina oberta, amb buits, que ocupa més volum.
  3. Densitat. El gel (uns 0,92 g/cm³) és menys dens que l'aigua líquida (1,00 g/cm³): per això flota.
  4. Conseqüència. La capa de gel fa d'aïllant tèrmic i evita que l'estany es congeli de dalt a baix; l'aigua del fons es manté líquida (cap als 4 °C, la temperatura de densitat màxima) i hi sobreviuen els organismes.
  5. Si no fos així. Si el gel fos més dens, s'enfonsaria i els estanys es congelarien del fons cap amunt, cosa que faria impossible la vida en aigües fredes.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 6

La sal comuna (NaCl) es dissol bé en aigua, però no en oli. Explica com es dissol en aigua, indicant com s'orienten les molècules d'aigua al voltant dels ions Na+ i Cl-, i per què no es dissol en un dissolvent apolar com l'oli.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 6

Resultat

L'aigua, polar, envolta els ions (oxigen cap al Na⁺, hidrògens cap al Cl⁻) i els separa del cristall (hidratació); l'oli, apolar, no pot atreure'ls ni envoltar-los.

Resolució

  1. Polaritat de l'aigua. L'oxigen té càrrega parcial negativa i els hidrògens, càrrega parcial positiva.
  2. Orientació. Les molècules d'aigua s'apropen als ions de la superfície del cristall: al voltant del Na⁺ s'orienten amb l'oxigen (δ−) cap a l'ió, i al voltant del Cl⁻ amb els hidrògens (δ+) cap a l'ió.
  3. Hidratació. Aquesta capa d'aigua debilita l'atracció entre els ions, els separa i els manté dissolts, envoltats d'aigua, de manera que no tornen a unir-se.
  4. Oli. És apolar: no té càrregues parcials i no pot atreure ni envoltar els ions, per això el NaCl no s'hi dissol.
  5. Regla. Semblant dissol semblant: els dissolvents polars dissolen les substàncies iòniques i polars.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 7

Un insecte patinador camina sobre la superfície d'un bassal sense enfonsar-se, però si s'hi afegeix una gota de sabó l'insecte s'enfonsa. Explica quina propietat de l'aigua ho permet, a què es deu i per què el sabó la fa desaparèixer.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 7

Resultat

És la tensió superficial, deguda a la cohesió (ponts d'hidrogen) entre molècules d'aigua; el sabó, amfipàtic, s'interposa entre les molècules, la redueix i la pel·lícula ja no sosté l'insecte.

Resolució

  1. Propietat. La tensió superficial, conseqüència de la cohesió entre les molècules d'aigua.
  2. Causa. Les molècules de la superfície no tenen aigua per sobre: només són atretes pels costats i per sota mitjançant ponts d'hidrogen, queden molt unides i formen una mena de pel·lícula elàstica que aguanta el pes lleuger de l'insecte (que té les potes amb pèls que no es mullen).
  3. Efecte del sabó. El sabó és amfipàtic (cap polar i cua apolar): es col·loca a la superfície, s'interposa entre les molècules d'aigua i trenca els ponts d'hidrogen entre elles.
  4. Conclusió. La tensió superficial disminueix i la pel·lícula ja no sosté l'insecte, que s'enfonsa.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 8

Classifica aquests glúcids en monosacàrids, disacàrids o polisacàrids i indica'n la funció principal: ribosa, lactosa, cel·lulosa, glicogen, fructosa, quitina, sacarosa i galactosa.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 8

Resultat

Monosacàrids: ribosa, fructosa i galactosa. Disacàrids: lactosa i sacarosa. Polisacàrids: cel·lulosa, glicogen i quitina (vegeu-ne les funcions als passos).

Resolució

  1. Monosacàrids (una sola unitat, no es poden hidrolitzar): ribosa (forma part de l'ARN i de l'ATP), fructosa (sucre de la fruita i de la mel, font d'energia) i galactosa (forma part de la lactosa i d'alguns glicolípids de membrana).
  2. Disacàrids (dues unitats unides per enllaç O-glucosídic): lactosa (galactosa + glucosa; sucre de la llet, energia per a les cries) i sacarosa (glucosa + fructosa; sucre de taula i forma en què les plantes transporten el sucre).
  3. Polisacàrids (moltes unitats): cel·lulosa (estructural, paret cel·lular vegetal), glicogen (reserva d'energia d'animals i fongs, al fetge i als músculs) i quitina (estructural, exosquelet dels artròpodes i paret dels fongs).
  4. Compte. No tots els glúcids són dolços: només ho són els monosacàrids i els disacàrids.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 9

La maltosa és un disacàrid format per dues molècules de glucosa (C6H12O6\mathrm{C}_{6}\mathrm{H}_{12}\mathrm{O}_{6}). Escriu l'equació de la seva formació, indica el nom de l'enllaç que s'hi estableix i calcula la massa molecular de la glucosa i de la maltosa (C = 12; H = 1; O = 16). Per què la massa de la maltosa no és el doble de la de la glucosa?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 9

Resultat

2 C6H12O6→C12H22O11+H2O2\,\mathrm{C_6H_{12}O_6} \rightarrow \mathrm{C_{12}H_{22}O_{11}} + \mathrm{H_2O}; enllaç O-glucosídic α(1→4); M(glucosa) = 180 i M(maltosa) = 342, perquè en la condensació s'allibera una molècula d'aigua (360 − 18).

Resolució

  1. Equació. Dues glucoses es condensen i alliberen una molècula d'aigua: C6H12O6+C6H12O6→C12H22O11+H2O\mathrm{C_6H_{12}O_6} + \mathrm{C_6H_{12}O_6} \rightarrow \mathrm{C_{12}H_{22}O_{11}} + \mathrm{H_2O}
  2. Enllaç. És una reacció de condensació (deshidratació) i l'enllaç que es forma és un enllaç O-glucosídic; en la maltosa, de tipus α(1→4).
  3. Massa de la glucosa. M=6⋅12+12⋅1+6⋅16=72+12+96=180M = 6\cdot12 + 12\cdot1 + 6\cdot16 = 72 + 12 + 96 = 180
  4. Massa de la maltosa. M=12⋅12+22⋅1+11⋅16=144+22+176=342M = 12\cdot12 + 22\cdot1 + 11\cdot16 = 144 + 22 + 176 = 342
  5. Conclusió. No és 2⋅180=3602\cdot180 = 360 perquè en formar l'enllaç s'allibera una molècula d'aigua (M = 18): 360−18=342360 - 18 = 342. Comprovació: la massa dels reactius menys la de l'aigua és igual a la del producte.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 10

La fórmula general dels monosacàrids és (CH2O)n. Escriu la fórmula molecular d'una triosa, d'una pentosa i d'una hexosa. Quina de les dues pentoses, la ribosa (C5H10O5) o la desoxiribosa (C5H10O4), no compleix la fórmula general i per què?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 10

Resultat

Triosa C₃H₆O₃, pentosa C₅H₁₀O₅ i hexosa C₆H₁₂O₆. La desoxiribosa (C₅H₁₀O₄) no compleix la fórmula general: li falta un oxigen.

Resolució

  1. Fórmula general. Amb (CH₂O)n, n = 3, 5 i 6 donen C₃H₆O₃ (triosa), C₅H₁₀O₅ (pentosa) i C₆H₁₂O₆ (hexosa).
  2. Ribosa. C₅H₁₀O₅ = (CH₂O)₅: compleix la fórmula.
  3. Desoxiribosa. C₅H₁₀O₄ no la compleix: li falta un àtom d'oxigen. El nom ho indica: «desoxi-» vol dir que ha perdut un oxigen (el −OH del carboni 2 s'ha substituït per −H).
  4. Conclusió. Per això la desoxiribosa és el sucre de l'ADN i la ribosa el de l'ARN.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Nivell intermedi

Exercici 11

Explica per què el ferro, que és un oligoelement, pot ser tan important com un bioelement primari.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 11

Resultat

Perquè la classificació mesura la quantitat, no la funció: el ferro és escàs, però és imprescindible per transportar oxigen (és al centre de l'hemoglobina).

Resolució

  1. Criteri de la classificació. Primaris, secundaris i oligoelements es distingeixen per l'abundància, no per la importància.
  2. Funció del ferro. Representa menys del 0,01 % de la massa del cos, però és al centre del grup hemo de cada molècula d'hemoglobina i és el que hi uneix l'oxigen.
  3. Si falta. Sense ferro, la sang no transporta prou oxigen i apareix l'anèmia.
  4. Conclusió. Un element pot ser imprescindible tot i ser rar: la seva feina no depèn de la massa, sinó del lloc on està col·locat.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 12

Un esportista pesa 70 kg i el 65 % de la seva massa és aigua. Calcula quants litres d'aigua té al cos, sabent que 1 L d'aigua té una massa d'1 kg.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 12

Resultat

45,5 L45{,}5\ \text{L} d'aigua.

Resolució

  1. Dades. Massa de 70 kg, amb un 65 % d'aigua; 1 L d'aigua = 1 kg.
  2. Càlcul. m=70 kg⋅0,65=45,5 kgm = 70\ \text{kg}\cdot0{,}65 = 45{,}5\ \text{kg}, que equivalen a 45,5 L45{,}5\ \text{L}.
  3. Interpretació. És una xifra útil per posar en perspectiva la deshidratació: perdre'n només un 2 %, menys d'1 L, ja fa baixar el rendiment de manera perceptible.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 13

La glucosa i la fructosa tenen totes dues la fórmula C6H12O6\mathrm{C}_{6}\mathrm{H}_{12}\mathrm{O}_{6} i són substàncies diferents. Explica com pot ser.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 13

Resultat

Són isòmers estructurals: tenen la mateixa fórmula molecular però els àtoms col·locats de manera diferent (la glucosa és una aldosa i la fructosa, una cetosa).

Resolució

  1. Isomeria. Tenen els mateixos àtoms i en la mateixa quantitat (C₆H₁₂O₆), però col·locats de manera diferent: són isòmers.
  2. Diferència. La glucosa té el grup carbonil a l'extrem de la cadena (grup aldehid, C1): és una aldosa. La fructosa el té a dins (grup cetona, C2): és una cetosa.
  3. Conseqüència. Aquesta diferència canvia la forma de la molècula, i per tant les seves propietats i els enzims que la reconeixen.
  4. Conclusió. La fórmula molecular no determina una substància: cal saber també com estan units els àtoms.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 14

Compara el midó i el glicogen: en què s'assemblen, en què es diferencien i per què el glicogen és més ramificat.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 14

Resultat

S'assemblen en què són polisacàrids de reserva de glucoses amb enllaços α, digeribles; es diferencien en l'origen (midó vegetal, glicogen animal) i en la ramificació. El glicogen és més ramificat perquè així es mobilitza més de pressa.

Resolució

  1. Semblances. Tots dos són polisacàrids de reserva formats per glucoses unides amb enllaços α, i tots dos els podem digerir.
  2. Diferències. El midó és vegetal (amilosa i amilopectina) i el glicogen, animal (fetge i músculs); el glicogen és molt més ramificat.
  3. Sentit de la ramificació. Cada extrem de branca és un punt on un enzim pot començar a treure glucoses: com més branques, més de pressa es mobilitza la reserva.
  4. Conclusió. Un animal, que es mou i pot necessitar energia de cop, necessita aquesta mobilització ràpida més que una planta.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 15

Un sèrum fisiològic és una dissolució de NaCl al 0,9 % (massa/volum, és a dir, 0,9 g de NaCl en cada 100 mL). Calcula els grams de NaCl d'una bossa de 500 mL, la concentració en mol/L i els grams de sodi que aporta la bossa (M(NaCl) = 58,5 g/mol; Na = 23). Explica què vol dir que aquest sèrum és isotònic amb el plasma sanguini.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 15

Resultat

4,5 g4{,}5\ \text{g} de NaCl; 0,154 mol/L0{,}154\ \text{mol/L} (154 mmol/L); 1,77 g1{,}77\ \text{g} de sodi. Isotònic: mateixa concentració de partícules dissoltes que el plasma, sense moviment net d'aigua.

Resolució

  1. Dades. 0,9 % (m/V) vol dir 0,9 g per cada 100 mL, és a dir, 9 g/L. En 500 mL: 9 g/L⋅0,5 L=4,5 g9\ \text{g/L}\cdot0{,}5\ \text{L} = 4{,}5\ \text{g} de NaCl.
  2. Concentració molar. c=9 g/L58,5 g/mol=0,154 mol/Lc = \dfrac{9\ \text{g/L}}{58{,}5\ \text{g/mol}} = 0{,}154\ \text{mol/L}
  3. Sodi. El sodi és la fracció 2358,5\tfrac{23}{58{,}5} de la massa del NaCl: 4,5 g⋅2358,5=1,77 g4{,}5\ \text{g}\cdot\tfrac{23}{58{,}5} = 1{,}77\ \text{g} de sodi.
  4. Isotonia. Té la mateixa concentració total de soluts que el plasma i l'interior de les cèl·lules: no hi ha moviment net d'aigua per osmosi i les cèl·lules sanguínies ni s'inflen ni s'encongeixen.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 16

El balanç hídric diari d'un adult sa és el següent. Ingressos: 1,3 L en begudes, 0,9 L en els aliments i 0,3 L d'aigua que produeix el metabolisme. Pèrdues: 1,5 L per l'orina, 0,1 L per les femtes, 0,5 L per la suor i 0,4 L per la respiració. Calcula el total d'ingressos, el de pèrdues i el balanç. Un dia de molta calor la suor passa a ser d'1,5 L: quin és el nou balanç i com ho compensarà el cos?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 16

Resultat

Ingressos 2,5 L; pèrdues 2,5 L; balanç 0 L. Dia de calor: pèrdues 3,5 L i balanç −1,0 L, que el cos compensa amb la set i fent menys orina (hormona antidiürètica).

Resolució

  1. Ingressos. 1,3+0,9+0,3=2,5 L1{,}3 + 0{,}9 + 0{,}3 = 2{,}5\ \text{L}
  2. Pèrdues i balanç. 1,5+0,1+0,5+0,4=2,5 L1{,}5 + 0{,}1 + 0{,}5 + 0{,}4 = 2{,}5\ \text{L}; balanç 2,5−2,5=0 L2{,}5 - 2{,}5 = 0\ \text{L}: l'aigua del cos es manté constant.
  3. Dia de calor. Pèrdues 1,5+0,1+1,5+0,4=3,5 L1{,}5 + 0{,}1 + 1{,}5 + 0{,}4 = 3{,}5\ \text{L}; balanç 2,5−3,5=−1,0 L2{,}5 - 3{,}5 = -1{,}0\ \text{L}: es perd 1 L més del que entra.
  4. Compensació. S'activa la set, que fa beure més, i es redueix la diüresi: els ronyons produeixen menys orina i més concentrada per l'acció de l'hormona antidiürètica. Si no es compensa, apareix deshidratació.
  5. Interpretació. La suor és la pèrdua que més varia, perquè és el mecanisme de refredament del cos.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 17

El pH de la sang és 7,4 i el del suc gàstric és 1,5. Recorda que pH = -log[H+\mathrm{H}^{+}], amb [H+\mathrm{H}^{+}] en mol/L.
a) Calcula la concentració d'H+\mathrm{H}^{+} en cada cas.
b) Quantes vegades és més àcid el suc gàstric que la sang?
c) Si el pH de la sang baixés de 7,4 a 7,0, per quant es multiplicaria la concentració d'H+\mathrm{H}^{+}? Per què un canvi tan petit de pH és perillós?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 17

Apartat a)

Resultat

Sang: [H+]=4,0⋅10−8 mol/L[\mathrm{H^+}] = 4{,}0\cdot10^{-8}\ \text{mol/L}; suc gàstric: [H+]=3,2⋅10−2 mol/L[\mathrm{H^+}] = 3{,}2\cdot10^{-2}\ \text{mol/L}.

Resolució

  1. Relació. De pH=−log⁡[H+]\mathrm{pH} = -\log[\mathrm{H^+}] s'obté [H+]=10−pH[\mathrm{H^+}] = 10^{-\mathrm{pH}}.
  2. Sang. [H+]=10−7,4=4,0⋅10−8 mol/L[\mathrm{H^+}] = 10^{-7{,}4} = 4{,}0\cdot10^{-8}\ \text{mol/L}
  3. Suc gàstric. [H+]=10−1,5=3,2⋅10−2 mol/L[\mathrm{H^+}] = 10^{-1{,}5} = 3{,}2\cdot10^{-2}\ \text{mol/L}

Apartat b)

Resultat

Unes 8⋅1058\cdot10^{5} vegades (uns 800 000 cops més H+\mathrm{H^+}).

Resolució

  1. Quocient. 3,2⋅10−24,0⋅10−8=107,4−1,5=105,9≈8⋅105\dfrac{3{,}2\cdot10^{-2}}{4{,}0\cdot10^{-8}} = 10^{7{,}4-1{,}5} = 10^{5{,}9} \approx 8\cdot10^{5}
  2. Conclusió. El suc gàstric té unes 800 000 vegades més ions H⁺ que la sang.

Apartat c)

Resultat

Es multiplicaria per 100,4≈2,510^{0{,}4} \approx 2{,}5; és perillós perquè els enzims i les proteïnes només funcionen en un interval molt estret de pH.

Resolució

  1. Factor. 107,4−7,0=100,4≈2,510^{7{,}4-7{,}0} = 10^{0{,}4} \approx 2{,}5: la concentració d'H+\mathrm{H^+} es multiplica per 2,5.
  2. Escala logarítmica. Cada unitat de pH representa un factor 10, de manera que un canvi que sembla petit és en realitat gran.
  3. Perill. Els enzims i les altres proteïnes només funcionen bé en un interval molt estret de pH (a la sang, entre 7,35 i 7,45); per sota de 6,8 la vida no és possible.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 18

El midó i la cel·lulosa són polímers de glucosa, però una persona digereix el pa i no pot digerir la fusta ni la palla. Explica quina diferència d'enllaç hi ha entre els dos polisacàrids, com afecta l'estructura de cada molècula i per què els humans no digerim la cel·lulosa mentre que una vaca sí que n'obté energia.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 18

Resultat

El midó té enllaços α(1→4) (cadena en hèlix, digerible amb amilases) i la cel·lulosa, β(1→4) (cadenes rectes unides en fibres); no tenim cel·lulases, però els microorganismes del rumen de la vaca sí.

Resolució

  1. Enllaços. El midó està format per α-glucoses unides per enllaços α(1→4); la cel·lulosa, per β-glucoses unides per enllaços β(1→4). En l'α-glucosa el −OH del carboni 1 queda per sota del pla de l'anell i en la β-glucosa, per sobre.
  2. Estructura del midó. Els enllaços α fan que la cadena s'enrotlli en hèlix, compacta i fàcil de mobilitzar: ideal per a la reserva.
  3. Estructura de la cel·lulosa. Amb els enllaços β cada glucosa queda girada 180° respecte de la veïna i la cadena és llarga i recta; moltes cadenes s'uneixen per ponts d'hidrogen en fibres resistents i insolubles, ideals per a la paret cel·lular vegetal.
  4. Humans. Les nostres amilases només trenquen enllaços α; no tenim cel·lulases i la cel·lulosa passa per l'intestí com a fibra dietètica.
  5. Vaca. Els remugants tenen al rumen bacteris i protozous simbionts que fabriquen cel·lulases: trenquen la cel·lulosa en glucosa i l'animal n'aprofita els productes.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 19

La glucèmia (concentració de glucosa a la sang) d'una persona en dejú és de 90 mg/dL. Si la seva sang té un volum d'uns 5 L, calcula quants grams de glucosa hi ha dissolts en tota la sang. Compara aquesta quantitat amb els 35 g de sucre d'una ampolla de 33 cL d'una beguda ensucrada i explica com evita el cos que la glucèmia s'enfili després de prendre aquesta beguda.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 19

Resultat

4,5 g4{,}5\ \text{g} de glucosa a tota la sang; la beguda n'aporta unes 7,8 vegades més, i la insulina fa que el fetge i els músculs la captin i la guardin com a glicogen.

Resolució

  1. Conversió. 90 mg/dL=0,090 g/dL=0,90 g/L90\ \text{mg/dL} = 0{,}090\ \text{g/dL} = 0{,}90\ \text{g/L}
  2. Càlcul. 0,90 g/L⋅5 L=4,5 g0{,}90\ \text{g/L}\cdot5\ \text{L} = 4{,}5\ \text{g} de glucosa a tota la sang.
  3. Comparació. 354,5≈7,8\tfrac{35}{4{,}5} \approx 7{,}8: la beguda aporta unes 7,8 vegades la glucosa de tota la sang (a més, la sacarosa s'hidrolitza a glucosa i fructosa a l'intestí). Si passés a la sang de cop, la glucèmia pujaria moltíssim.
  4. Regulació. Quan puja la glucèmia, el pàncrees secreta insulina: les cèl·lules (sobretot musculars i hepàtiques) absorbeixen glucosa, i el fetge i els músculs la guarden com a glicogen; si en sobra, es transforma en greix.
  5. Hormona contrària. Quan la glucèmia baixa, el pàncrees secreta glucagó, que fa que el fetge degradi glicogen i alliberi glucosa. Així la glucèmia es manté entre 0,7 i 1,1 g/L.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 20

La molècula d'aigua (H2O\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}, 18 g/mol) té una massa molecular més petita que la del sulfur d'hidrogen (H2S\mathrm{H}_{2}\mathrm{S}, 34 g/mol), però l'aigua bull a 100 °C i el H2S\mathrm{H}_{2}\mathrm{S} a -60 °C. Explica aquesta diferència i quina conseqüència biològica té que l'aigua sigui líquida a les temperatures en què viu la majoria dels éssers vius.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 20

Resultat

L'aigua forma ponts d'hidrogen entre molècules (l'oxigen és molt electronegatiu) i el H₂S gairebé no; trencar-los demana molta energia. Per això l'aigua és líquida entre 0 i 100 °C i pot fer de medi de la vida.

Resolució

  1. Ponts d'hidrogen. L'oxigen és molt més electronegatiu que el sofre: les molècules d'aigua formen ponts d'hidrogen entre elles (fins a quatre per molècula). El H₂S gairebé no en forma i només té atraccions febles entre molècules.
  2. Ebullició. Per passar a gas cal trencar tots aquests ponts, i això requereix molta energia: l'aigua té un punt d'ebullició anormalment alt. Si només comptés la massa, l'aigua seria un gas a temperatura ambient.
  3. Conseqüència biològica. L'aigua és líquida entre 0 i 100 °C, el marge en què viu la majoria dels organismes: pot fer de medi de les reaccions químiques i de transport de substàncies dins les cèl·lules i els organismes.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 21

El percentatge d'aigua varia segons el teixit: múscul 75 %, ossos 22 %, teixit adipós (greix) 10 % i la resta d'òrgans i sang 80 %. Dues persones de 60 kg tenen aquesta composició: la persona A, 30 kg de múscul, 5 kg de greix, 10 kg d'ossos i 15 kg d'altres teixits; la persona B, 20 kg de múscul, 15 kg de greix, 10 kg d'ossos i 15 kg d'altres teixits. Calcula els kg d'aigua i el percentatge d'aigua del cos de cada persona i explica a què es deu la diferència.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 21

Resultat

Persona A: 37,2 kg d'aigua (62 %); persona B: 30,7 kg (51 %). B té més greix, pobre en aigua, i menys múscul, ric en aigua.

Resolució

  1. Plantejament. Aigua de cada teixit = massa del teixit · fracció d'aigua (múscul 0,75; greix 0,10; ossos 0,22; altres 0,80).
  2. Persona A. 30⋅0,75+5⋅0,10+10⋅0,22+15⋅0,80=22,5+0,5+2,2+12=37,2 kg30\cdot0{,}75 + 5\cdot0{,}10 + 10\cdot0{,}22 + 15\cdot0{,}80 = 22{,}5 + 0{,}5 + 2{,}2 + 12 = 37{,}2\ \text{kg}; 37,260=62 %\tfrac{37{,}2}{60} = 62\ \%.
  3. Persona B. 20⋅0,75+15⋅0,10+10⋅0,22+15⋅0,80=15+1,5+2,2+12=30,7 kg20\cdot0{,}75 + 15\cdot0{,}10 + 10\cdot0{,}22 + 15\cdot0{,}80 = 15 + 1{,}5 + 2{,}2 + 12 = 30{,}7\ \text{kg}; 30,760=51 %\tfrac{30{,}7}{60} = 51\ \%.
  4. Explicació. B té més teixit adipós, molt pobre en aigua (10 %), i menys múscul, que n'és ric (75 %): l'aigua del cos depèn de la composició corporal, no només del pes.
  5. Interpretació. Per això el percentatge d'aigua és, en general, més baix en les persones amb més greix i en les persones grans, que perden massa muscular.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Nivell avançat

Exercici 22

Una persona de 70 kg té, en massa, un 65 % d'oxigen, un 18 % de carboni i un 10 % d'hidrogen. Calcula quants kg en té de cada element, i explica per què el carboni és la base de les biomolècules si l'oxigen és molt més abundant.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 22

Resultat

Oxigen 45,5 kg; carboni 12,6 kg; hidrogen 7,0 kg. L'oxigen abunda perquè som majoritàriament aigua; el carboni és la base de les biomolècules perquè fa 4 enllaços covalents estables i forma cadenes i anells.

Resolució

  1. Càlcul. Oxigen: 70⋅0,65=45,5 kg70\cdot0{,}65 = 45{,}5\ \text{kg}. Carboni: 70⋅0,18=12,6 kg70\cdot0{,}18 = 12{,}6\ \text{kg}. Hidrogen: 70⋅0,10=7,0 kg70\cdot0{,}10 = 7{,}0\ \text{kg}.
  2. Per què tant oxigen. L'oxigen és abundant sobretot perquè el cos és aigua en un 60 % aproximadament, i l'oxigen n'és la part més pesant.
  3. Per què el carboni. El carboni pot fer 4 enllaços covalents estables, també amb altres carbonis, i formar cadenes llargues, ramificades i anells: amb ell es poden construir molècules molt grans i variades.
  4. Conclusió. L'abundància en massa no decideix la funció: el carboni és l'esquelet de les biomolècules per la seva manera d'enllaçar-se.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 23

Una dissolució de 10 g/L de glucosa dona positiu en una prova de sucres reductors i una de sacarosa de la mateixa concentració, no. Proposa una explicació.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 23

Resultat

La glucosa té el carboni anomèric lliure i és reductora; a la sacarosa els dos carbonis anomèrics formen l'enllaç i no n'hi ha cap de lliure. La concentració no hi té res a veure.

Resolució

  1. Criteri. Un glúcid és reductor si té el carboni anomèric lliure, és a dir, disponible per obrir l'anell i cedir electrons.
  2. Glucosa. És un monosacàrid i el té lliure: dona positiu.
  3. Sacarosa. L'enllaç entre la glucosa i la fructosa es forma entre els carbonis anomèrics de totes dues: cap no queda lliure i la molècula no pot actuar com a reductora.
  4. Conclusió. La concentració no hi té res a veure: el que decideix és si el carboni anomèric està ocupat o no.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 24

Una persona amb intolerància a la lactosa no produeix l'enzim que la trenca. Explica què li passa quan beu llet i per què el iogurt li sol sentar millor.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 24

Resultat

La lactosa no es digereix ni s'absorbeix, arriba al còlon, els bacteris la fermenten (gasos i àcids) i reté aigua per osmosi: inflor, dolor i diarrea. El iogurt té menys lactosa perquè els bacteris ja n'han trencat una part.

Resolució

  1. Sense lactasa. La lactosa no s'hidrolitza en galactosa i glucosa i, per tant, no s'absorbeix a l'intestí prim.
  2. Fermentació. Arriba sencera a l'intestí gros, on els bacteris la fermenten i produeixen gasos i àcids: inflor, dolor i diarrea.
  3. Osmosi. A més, la lactosa sense absorbir reté aigua a l'intestí per osmosi, i això empitjora la diarrea.
  4. Iogurt. Els bacteris de la fermentació ja n'han trencat una part durant l'elaboració, de manera que hi arriba menys lactosa.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 25

En quatre tubs d'assaig sense etiquetar hi ha, en dissolució aquosa: aigua pura, midó, glucosa i maltosa. Disposes de reactiu de Lugol (iode), que es torna blau fosc amb el midó, i de reactiu de Fehling, que en escalfar-lo dona un precipitat vermell maó amb els sucres reductors.
a) Escriu el resultat esperat de cada tub amb cada reactiu.
b) Dissenya la seqüència de proves per identificar els tubs que es poden distingir.
c) Hi ha dos tubs que no es poden diferenciar amb aquests dos reactius? Raona-ho i proposa què faries.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 25

Apartat a)

Resultat

Lugol: només el midó es torna blau fosc. Fehling en calent: glucosa i maltosa donen precipitat vermell maó; midó i aigua es queden blaus.

Resolució

  1. Lugol. El midó es torna blau fosc o negre; l'aigua, la glucosa i la maltosa es queden del color groc-marró del reactiu.
  2. Fehling (en calent). La glucosa i la maltosa donen precipitat vermell maó, perquè són sucres reductors; el midó i l'aigua es mantenen blaus, sense precipitat.

Apartat b)

Resultat

Primer Lugol (identifica el midó); després Fehling en calent als altres tres (el negatiu és l'aigua; els dos positius són sucres reductors).

Resolució

  1. Primera prova. Posa Lugol a una mostra de cada tub: el que es torna blau fosc és el midó.
  2. Segona prova. Als tres restants afegeix-hi Fehling i escalfa al bany maria: el que no canvia és l'aigua pura.
  3. Resultat. Els dos tubs que donen precipitat vermell maó són els sucres reductors (glucosa i maltosa).

Apartat c)

Resultat

Sí: la glucosa i la maltosa, perquè totes dues són reductores; caldria una cromatografia amb patrons o comparar la quantitat de precipitat a la mateixa concentració en massa.

Resolució

  1. Per què no es distingeixen. Totes dues tenen un carboni anomèric lliure (grup aldehid potencial) i donen el mateix resultat amb tots dos reactius.
  2. Proposta 1. Una cromatografia en paper o en capa fina comparant amb patrons de glucosa i de maltosa (la maltosa, més gran, avança menys).
  3. Proposta 2. Comparar la quantitat de precipitat amb dissolucions de la mateixa concentració en massa: la glucosa en dona uns dos cops més, perquè té aproximadament la meitat de massa molecular (més molècules per gram).
  4. Conclusió. Una prova positiva identifica una classe de molècules (sucres reductors, midó), no necessàriament una molècula concreta.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 26

Una bossa de sèrum fisiològic conté NaCl al 0,9 % (9 g/L) i una bossa de sèrum glucosat conté glucosa al 5 % (50 g/L). Totes dues són isotòniques amb el plasma sanguini, tot i tenir concentracions en massa molt diferents. Dades: M(NaCl) = 58,5 g/mol; M(glucosa) = 180 g/mol. Calcula la concentració molar de cada dissolució i el nombre de mols de partícules dissoltes per litre (el NaCl es dissocia completament en Na+ i Cl-; la glucosa no es dissocia) i explica per què són isotòniques.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 26

Resultat

NaCl: 0,154 mol/L0{,}154\ \text{mol/L} → 0,308 mol0{,}308\ \text{mol} de partícules/L; glucosa: 0,278 mol/L0{,}278\ \text{mol/L} → 0,278 mol0{,}278\ \text{mol} de partícules/L. Són isotòniques perquè tenen un nombre de partícules per litre semblant al del plasma.

Resolució

  1. NaCl. c=9 g/L58,5 g/mol=0,154 mol/Lc = \tfrac{9\ \text{g/L}}{58{,}5\ \text{g/mol}} = 0{,}154\ \text{mol/L}; cada unitat dona 2 ions (Na⁺ i Cl⁻): 2⋅0,154=0,308 mol2\cdot0{,}154 = 0{,}308\ \text{mol} de partícules per litre (308 mmol/L).
  2. Glucosa. c=50 g/L180 g/mol=0,278 mol/Lc = \tfrac{50\ \text{g/L}}{180\ \text{g/mol}} = 0{,}278\ \text{mol/L}; no es dissocia: 0,278 mol de partícules per litre (278 mmol/L).
  3. Principi. L'efecte osmòtic depèn del nombre de partícules dissoltes per litre, no de la seva massa. La glucosa té una massa molecular molt més gran i calen molts més grams (50 g/L) que de sal (9 g/L) per tenir un nombre de partícules semblant.
  4. Conclusió. Totes dues tenen entre 0,28 i 0,31 mol de partícules per litre, molt a prop del plasma (uns 0,29 mol/L): no provoquen moviment net d'aigua. Fixa't que comparar només els g/L portaria a concloure, malament, que no poden ser isotòniques.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 27

Durant una hora de cursa, una persona de 70 kg produeix 1200 kJ de calor que ha d'eliminar. Dades: calor específica del cos humà ≈ 3,5 kJ/(kg·°C); calor de vaporització de l'aigua de la suor ≈ 2,4 kJ/g.
a) Quant pujaria la temperatura corporal en una hora si no pogués eliminar cap calor?
b) Quants grams de suor s'han d'evaporar perquè s'elimini tota aquesta calor? Expressa el resultat també en litres (1 g = 1 mL).
c) Relaciona aquest mecanisme amb dues propietats de l'aigua.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 27

Apartat a)

Resultat

ΔT≈4,9 ∘C\Delta T \approx 4{,}9\ ^{\circ}\text{C} (de 37 °C a uns 42 °C).

Resolució

  1. Dades. Q=1200 kJQ = 1200\ \text{kJ}, m=70 kgm = 70\ \text{kg}, c=3,5 kJ/(kg⋅∘C)c = 3{,}5\ \text{kJ/(kg}\cdot{}^{\circ}\text{C)}.
  2. Calor sensible. Q=m c ΔT  ⇒  ΔT=120070⋅3,5=1200245=4,9 ∘CQ = m\,c\,\Delta T \;\Rightarrow\; \Delta T = \dfrac{1200}{70\cdot3{,}5} = \dfrac{1200}{245} = 4{,}9\ ^{\circ}\text{C}
  3. Interpretació. La temperatura passaria de 37 °C a uns 42 °C, un valor que pot provocar un cop de calor greu.

Apartat b)

Resultat

500 g500\ \text{g} de suor, és a dir, 0,5 L0{,}5\ \text{L}.

Resolució

  1. Calor de vaporització. Calor eliminada = massa evaporada · calor de vaporització.
  2. Càlcul. m=1200 kJ2,4 kJ/g=500 g=0,5 Lm = \tfrac{1200\ \text{kJ}}{2{,}4\ \text{kJ/g}} = 500\ \text{g} = 0{,}5\ \text{L} de suor evaporada.

Apartat c)

Resultat

Aprofita l'alta calor de vaporització (la suor que s'evapora treu molta calor) i l'alta calor específica (el cos, ric en aigua, s'escalfa a poc a poc).

Resolució

  1. Calor de vaporització alta. En evaporar-se, cada gram d'aigua s'emporta molta calor del cos.
  2. Calor específica alta. El cos, ric en aigua, s'escalfa lentament: la temperatura puja a poc a poc i dona temps a reaccionar.
  3. Limitació. Si la humitat és molt alta, la suor s'evapora malament i no refreda: la persona perd aigua sense refredar-se prou.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 28

El pH de la sang es manté al voltant de 7,4 gràcies al sistema tampó del bicarbonat: CO2 + H2O ⇌ H2CO3 ⇌ H+\mathrm{H}^{+} + HCO3-.
a) Explica què passa amb l'equilibri i amb el pH quan a la sang arriba un excés d'àcid, com l'àcid làctic que produeix el múscul durant un esforç intens.
b) Una persona hiperventila (respira massa de pressa) i expulsa més CO2 del normal. Raona cap a on es desplaça l'equilibri i com canvia el pH.
c) I si una malaltia pulmonar impedeix eliminar bé el CO2?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 28

Apartat a)

Resultat

L'equilibri es desplaça cap a l'esquerra: el bicarbonat capta els H⁺ i el CO₂ format s'elimina pels pulmons; el pH gairebé no baixa.

Resolució

  1. Captació d'H⁺. Els H+\mathrm{H^+} de l'àcid s'uneixen al bicarbonat: HCO3−+H+→H2CO3\mathrm{HCO_3^-} + \mathrm{H^+} \rightarrow \mathrm{H_2CO_3}.
  2. Desplaçament. L'equilibri es desplaça cap a l'esquerra: l'àcid carbònic es descompon en CO₂ i aigua, i el CO₂ s'elimina pels pulmons.
  3. Conclusió. La concentració d'H⁺ gairebé no puja i el pH canvia molt poc: això és el que fa un tampó.

Apartat b)

Resultat

L'equilibri es desplaça cap a l'esquerra, es consumeixen H⁺ i el pH puja (alcalosi).

Resolució

  1. Menys CO₂. En eliminar més CO₂, l'equilibri es desplaça cap a l'esquerra per reposar-lo (principi de Le Chatelier).
  2. Efecte. El H₂CO₃ es descompon i es consumeixen H⁺, que s'uneixen al HCO₃⁻.
  3. Conclusió. Amb menys H⁺ el pH puja (alcalosi), cosa que pot provocar marejos i formigueig.

Apartat c)

Resultat

L'equilibri es desplaça cap a la dreta, augmenta la concentració d'H⁺ i el pH baixa (acidosi).

Resolució

  1. Més CO₂. Si el CO₂ s'acumula a la sang, l'equilibri es desplaça cap a la dreta.
  2. Efecte. Augmenta la concentració d'H⁺ i el pH baixa (acidosi).
  3. Conclusió. En tots els casos el tampó limita el canvi de pH, però no el pot evitar del tot si la causa continua.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 29

En forma lineal, una aldohexosa com la glucosa té quatre carbonis asimètrics (quirals), i el nombre d'estereoisòmers d'una molècula amb n carbonis asimètrics és 2n2^{n}.
a) Calcula quants estereoisòmers té una aldohexosa lineal i quants són de la sèrie D i de la sèrie L.
b) Què són dos enantiòmers? Posa'n un exemple.
c) Les cèl·lules utilitzen la D-glucosa, però no la L-glucosa, tot i tenir la mateixa fórmula i les mateixes propietats químiques en un medi no quiral. Explica-ho.
d) En tancar-se en anell, la molècula guanya un nou carboni asimètric (el carboni 1). Quants estereoisòmers hi ha ara i com es diuen les dues formes que només difereixen en aquest carboni?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 29

Apartat a)

Resultat

24=162^{4} = 16 estereoisòmers: 8 de la sèrie D i 8 de la sèrie L.

Resolució

  1. Càlcul. Amb n = 4 carbonis asimètrics: 24=162^{4} = 16 estereoisòmers.
  2. Sèries D i L. Es reparteixen a parts iguals: 8 D i 8 L. La lletra depèn de la posició del −OH del carboni asimètric més allunyat del carbonil (el C5 en la glucosa): a la dreta en la projecció de Fischer és D, i a l'esquerra, L.

Apartat b)

Resultat

Són dos estereoisòmers que són imatge especular l'un de l'altre i no superposables, com la D-glucosa i la L-glucosa.

Resolució

  1. Definició. Dos enantiòmers són imatges especulars no superposables, com la mà dreta i l'esquerra.
  2. Exemple. La D-glucosa i la L-glucosa.

Apartat c)

Resultat

Els enzims són quirals i el seu centre actiu només encaixa amb la D-glucosa.

Resolució

  1. Enzims quirals. Els enzims són proteïnes formades per L-aminoàcids, i el seu centre actiu té una forma tridimensional quiral.
  2. Encaix. Només un dels dos enantiòmers hi encaixa, com una mà dreta només entra bé en un guant dret.
  3. Conclusió. Els enzims que degraden la glucosa reconeixen la D-glucosa; la L-glucosa no serveix com a font d'energia.

Apartat d)

Resultat

25=322^{5} = 32 estereoisòmers; les dues formes que només difereixen en el C1 són els anòmers α i β.

Resolució

  1. Càlcul. En ciclar-se, el C1 passa a ser asimètric: n = 5 i 25=322^{5} = 32 estereoisòmers.
  2. Anòmers. Les dues formes que només difereixen en la posició del −OH del carboni 1 (el carboni anomèric) s'anomenen anòmers α i β.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 30

Les cèl·lules d'un tubercle de patata guarden 100 g de glucosa en forma de midó dins dels amiloplasts. Suposa que cada molècula de midó té 1000 unitats de glucosa (massa molecular ≈ 162000) i que la glucosa lliure té M = 180 g/mol.
a) Calcula quants mols de partícules hi hauria si aquests 100 g estiguessin com a glucosa lliure i quants si estiguessin com a midó.
b) Explica per què les plantes emmagatzemen la glucosa en forma de polisacàrid i no com a glucosa lliure, tenint en compte l'osmosi.
c) Quin avantatge dona que el midó es pugui hidrolitzar quan cal?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 30

Apartat a)

Resultat

Glucosa lliure: 0,56 mol0{,}56\ \text{mol} de partícules; midó: 5,6⋅10−4 mol5{,}6\cdot10^{-4}\ \text{mol} de molècules (1000 vegades menys partícules).

Resolució

  1. Plantejament. Per a l'osmosi compta el nombre de partícules: cada molècula de midó, encara que tingui 1000 glucoses, és una sola partícula.
  2. Glucosa lliure. n=100 g180 g/mol=0,56 moln = \tfrac{100\ \text{g}}{180\ \text{g/mol}} = 0{,}56\ \text{mol}
  3. Midó. 100 g de glucosa es converteixen en 90 g de midó, perquè cada unitat perd una molècula d'aigua en unir-se: n=90 g162 000 g/mol=5,6⋅10−4 moln = \tfrac{90\ \text{g}}{162\,000\ \text{g/mol}} = 5{,}6\cdot10^{-4}\ \text{mol}, és a dir, 0,5561000\tfrac{0{,}556}{1000} mol de molècules.
  4. Relació. 0,5565,56⋅10−4=1000\tfrac{0{,}556}{5{,}56\cdot10^{-4}} = 1000: una partícula de midó per cada 1000 de glucosa lliure. Compte: dividir els 100 g de glucosa per la massa molecular del midó seria tractar-los com si fossin 100 g de midó.

Apartat b)

Resultat

Perquè la glucosa lliure faria pujar molt la concentració de soluts i l'aigua entraria per osmosi fins a inflar o rebentar la cèl·lula; el midó, gran i insoluble, gairebé no té efecte osmòtic.

Resolució

  1. Efecte osmòtic. Depèn del nombre de partícules dissoltes; tanta glucosa lliure faria pujar molt la concentració de soluts dins la cèl·lula.
  2. Conseqüència. L'aigua hi entraria per osmosi fins a inflar-la en excés o fer-la rebentar.
  3. Midó. És una molècula gran i poc soluble que es guarda en grànuls (amiloplasts): gairebé no té efecte osmòtic i no travessa les membranes.

Apartat c)

Resultat

Es pot mobilitzar quan cal: les amilases el trenquen en glucosa per a la respiració o per transportar-la com a sacarosa; és un magatzem compacte, estable i mobilitzable.

Resolució

  1. Hidròlisi. Quan la planta necessita energia (de nit, en germinar o en créixer els brots), les amilases trenquen el midó en glucosa.
  2. Ús. La glucosa s'usa en la respiració cel·lular o es transporta en forma de sacarosa.
  3. Conclusió. El midó és un magatzem compacte i estable que es pot mobilitzar quan cal.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 31

La calor específica de l'aigua és 4,18 kJ/(kg·K) i la de la sorra seca, uns 0,80 kJ/(kg·K). La calor de fusió del gel és 334 kJ/kg.
a) Si 1 kg d'aigua i 1 kg de sorra absorbeixen cadascun 100 kJ de radiació solar, quant s'escalfa cada un?
b) Explica, a partir d'això, per què el clima d'una zona costanera és més suau que el d'una zona de l'interior i per què la temperatura d'una cèl·lula (formada sobretot per aigua) és estable.
c) Quin gel es fon amb 100 kJ? Quanta energia necessita 1 kg de gel a 0 °C per arribar a ser aigua a 10 °C?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 31

Apartat a)

Resultat

Aigua: ΔT≈23,9 K\Delta T \approx 23{,}9\ \text{K}; sorra: ΔT=125 K\Delta T = 125\ \text{K} (l'aigua s'escalfa unes 5 vegades menys).

Resolució

  1. Calor sensible. Q=m c ΔT⇒ΔT=Qm cQ = m\,c\,\Delta T \Rightarrow \Delta T = \tfrac{Q}{m\,c}
  2. Aigua. ΔT=1001⋅4,18=23,9 K\Delta T = \tfrac{100}{1\cdot4{,}18} = 23{,}9\ \text{K}
  3. Sorra. ΔT=1001⋅0,80=125 K\Delta T = \tfrac{100}{1\cdot0{,}80} = 125\ \text{K}. L'aigua s'escalfa unes 5 vegades menys amb la mateixa energia.

Apartat b)

Resultat

Per la calor específica alta de l'aigua: el mar s'escalfa i es refreda lentament i suavitza el clima de la costa; el citoplasma, ric en aigua, amorteix els canvis de temperatura.

Resolució

  1. Causa. L'aigua té una calor específica elevada: els ponts d'hidrogen absorbeixen energia abans que augmenti l'agitació de les molècules.
  2. Clima costaner. El mar s'escalfa i es refreda lentament i fa de regulador: l'aire de la costa té menys oscil·lacions entre dia i nit i entre estiu i hivern que el de l'interior.
  3. Cèl·lula. El citoplasma, format sobretot per aigua, amorteix les variacions de temperatura de les reaccions metabòliques i protegeix els enzims.

Apartat c)

Resultat

Es fonen uns 0,30 kg0{,}30\ \text{kg} de gel; cal 376 kJ376\ \text{kJ} per passar 1 kg de gel a 0 °C a aigua a 10 °C.

Resolució

  1. Fusió. m=QLf=100334=0,30 kgm = \tfrac{Q}{L_f} = \tfrac{100}{334} = 0{,}30\ \text{kg} de gel, sense canviar de temperatura.
  2. Fusió i escalfament. Q=m Lf+m c ΔT=334+4,18⋅10=376 kJQ = m\,L_f + m\,c\,\Delta T = 334 + 4{,}18\cdot10 = 376\ \text{kJ}
  3. Interpretació. La major part de l'energia és només per fondre el gel. Idea clau: l'aigua absorbeix i cedeix molta energia amb petits canvis de temperatura.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 32

Es tenen quatre disacàrids desconeguts, A, B, C i D. En hidrolitzar-los amb àcid es troben aquests monosacàrids: A, glucosa i fructosa; B, dues glucoses; C, dues glucoses; D, glucosa i galactosa. Abans d'hidrolitzar-los, els reactius de Fehling donen resultat negatiu amb A i C i positiu amb B i D. Els candidats són: lactosa, maltosa, sacarosa i trehalosa (un disacàrid de dues glucoses unides pels seus dos carbonis anomèrics).
a) Identifica cada disacàrid.
b) Explica per què A i C no són reductors i, en canvi, B i D sí.
c) Què passarà amb A en afegir Fehling després d'hidrolitzar-lo amb àcid? Per què?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 32

Apartat a)

Resultat

A = sacarosa; B = maltosa; C = trehalosa; D = lactosa.

Resolució

  1. Monosacàrids. A (glucosa + fructosa) només pot ser la sacarosa i D (glucosa + galactosa), la lactosa.
  2. Fehling. B i C tenen dues glucoses: B, reductor, és la maltosa; C, no reductor, és la trehalosa.

Apartat b)

Resultat

A i C tenen els dos carbonis anomèrics ocupats en l'enllaç; B i D en tenen un de lliure.

Resolució

  1. Criteri. Un glúcid és reductor si té un carboni anomèric lliure (el que porta el grup carbonil potencial, que es pot obrir i oxidar).
  2. Sacarosa i trehalosa. L'enllaç O-glucosídic uneix els dos carbonis anomèrics (el de la glucosa i el de la fructosa, o els de les dues glucoses): cap no queda lliure.
  3. Maltosa i lactosa. Només un dels dos carbonis anomèrics forma l'enllaç; l'altre queda lliure i el disacàrid redueix el Fehling.

Apartat c)

Resultat

Donarà positiu (precipitat vermell maó), perquè la hidròlisi allibera glucosa i fructosa, que són reductores.

Resolució

  1. Hidròlisi. En hidrolitzar la sacarosa s'alliberen glucosa i fructosa, monosacàrids amb el carboni anomèric lliure.
  2. Fructosa. També redueix el Fehling perquè, en el medi bàsic del reactiu, s'isomeritza a aldosa.
  3. Conclusió. El Fehling dona precipitat vermell maó.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 33

Un adult de 70 kg conté un 1,5 % de calci en massa, i el 99 % d'aquest calci és a l'os, bàsicament en forma d'hidroxiapatita, Ca10(PO4)6(OH)2. Masses atòmiques: Ca 40,1; P 31,0; O 16,0; H 1,0.
a) Calcula la massa total de calci i la que hi ha a l'os.
b) Calcula la massa molecular de la hidroxiapatita i el percentatge de calci en massa.
c) Estima la massa d'hidroxiapatita de l'esquelet, suposant que tot el calci ossi hi és en aquesta forma.
d) Una necessitat diària d'uns 1000 mg de calci s'obté de la llet, que en conté 120 mg per cada 100 mL. Quanta llet caldria? Per què també és important la vitamina D?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 33

Apartat a)

Resultat

Calci total 1,05 kg1{,}05\ \text{kg}; a l'os, 1,04 kg1{,}04\ \text{kg}.

Resolució

  1. Calci total. 70⋅0,015=1,05 kg70\cdot0{,}015 = 1{,}05\ \text{kg}
  2. Calci ossi. 1,05⋅0,99=1,04 kg1{,}05\cdot0{,}99 = 1{,}04\ \text{kg}

Apartat b)

Resultat

M=1005 uM = 1005\ \text{u}; 39,9 % de calci.

Resolució

  1. Massa molecular. M=10⋅40,1+6⋅(31,0+4⋅16,0)+2⋅(16,0+1,0)=401+570+34=1005 uM = 10\cdot40{,}1 + 6\cdot(31{,}0 + 4\cdot16{,}0) + 2\cdot(16{,}0 + 1{,}0) = 401 + 570 + 34 = 1005\ \text{u}
  2. Percentatge. % Ca=4011005=39,9 %\%\,\mathrm{Ca} = \tfrac{401}{1005} = 39{,}9\ \%. Comprovació: la relació molar Ca/P és 10/6 = 1,67.

Apartat c)

Resultat

Uns 2,6 kg2{,}6\ \text{kg} d'hidroxiapatita.

Resolució

  1. Càlcul. m=1,04 kg0,399=2,6 kgm = \tfrac{1{,}04\ \text{kg}}{0{,}399} = 2{,}6\ \text{kg}
  2. Interpretació. És una part important de la massa de l'esquelet, que és la reserva de calci de l'organisme.

Apartat d)

Resultat

Uns 833 mL833\ \text{mL} (≈ 0,8 L) de llet al dia; la vitamina D és necessària per absorbir el calci a l'intestí i dipositar-lo a l'os.

Resolució

  1. Càlcul. V=1000 mg120 mg⋅100 mL=833 mLV = \tfrac{1000\ \text{mg}}{120\ \text{mg}}\cdot100\ \text{mL} = 833\ \text{mL}, uns 0,8 L de llet al dia si fos l'única font.
  2. Vitamina D. Afavoreix l'absorció intestinal de calci i el seu dipòsit a l'os; sense ella, una part del calci ingerit no s'absorbeix i l'os no es mineralitza bé (raquitisme en nens, osteomalàcia en adults).

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 34

En una prova de tolerància oral a la glucosa, dues persones prenen 75 g de glucosa en dejú i se'ls mesura la glucèmia (mg/dL). Persona sana: 0 min, 85; 30 min, 140; 60 min, 125; 120 min, 95. Persona X: 0 min, 135; 60 min, 240; 120 min, 230. Criteris de referència: glucèmia en dejú ≥ 126 mg/dL o a les 2 h ≥ 200 mg/dL són compatibles amb diabetis (1 mmol/L de glucosa = 18 mg/dL).
a) Explica la corba de la persona sana en termes d'insulina, de glicogen i de teixits que hi intervenen.
b) Què indiquen les dades de la persona X? Expressa els valors de dejú i de 2 h en mmol/L.
c) Pot aquesta prova distingir si la persona X no produeix insulina o si no hi respon? Quina informació faltaria?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 34

Apartat a)

Resultat

La glucèmia puja i la insulina fa que el fetge, els músculs i el teixit adipós captin glucosa (fetge i múscul la guarden com a glicogen); a les 2 h torna a prop del valor de dejú.

Resolució

  1. Pujada. Després d'ingerir la glucosa (75 g, uns 0,42 mol), la glucèmia puja fins a 140 mg/dL als 30 min.
  2. Insulina. Les cèl·lules β del pàncrees alliberen insulina, que fa que el fetge, els músculs i el teixit adipós captin glucosa de la sang; el fetge i el múscul la guarden com a glicogen.
  3. Retorn. Als 120 min la glucèmia torna a prop del nivell de dejú (95 mg/dL).

Apartat b)

Resultat

Dejú: 7,5 mmol/L7{,}5\ \text{mmol/L} (≥ 7,0); 2 h: 12,8 mmol/L12{,}8\ \text{mmol/L} (≥ 11,1). Les dades són compatibles amb diabetis.

Resolució

  1. Conversió. Dejú: 13518=7,5 mmol/L\tfrac{135}{18} = 7{,}5\ \text{mmol/L}, per sobre de 126 mg/dL (7,0 mmol/L). A les 2 h: 23018=12,8 mmol/L\tfrac{230}{18} = 12{,}8\ \text{mmol/L}, per sobre de 200 mg/dL (11,1 mmol/L).
  2. Interpretació. A més, la glucèmia no torna a la línia de base: les dades són compatibles amb diabetis.
  3. Confirmació. Per confirmar-ho, cal repetir la prova un altre dia.

Apartat c)

Resultat

No: només mostra que la glucosa no surt de la sang; caldria mesurar la insulina (o el pèptid C) durant la prova i els autoanticossos.

Resolució

  1. Dues causes possibles. Manca d'insulina (cèl·lules β destruïdes, tipus 1) o resposta insuficient dels teixits a la insulina (resistència, tipus 2): totes dues donen una corba semblant.
  2. Informació que falta. Mesurar la insulina (o el pèptid C) a la sang durant la prova, i els autoanticossos.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 35

Un ciclista perd 1,5 L de suor per hora durant 3 h; la suor conté 1,0 g de sodi per litre. El sodi extracel·lular és de 140 mmol/L en un volum de líquid extracel·lular de 14 L. Masses atòmiques: Na 23,0; Cl 35,5.
a) Calcula la massa de sodi perduda, els mmols i els grams de NaCl equivalents.
b) Una beguda esportiva conté 0,5 g de NaCl per litre. Quin volum caldria per reposar el sodi perdut?
c) Si beu 4,5 L d'aigua sense sal i tot el líquid queda al compartiment extracel·lular (el sodi només s'ha perdut d'allà), quina concentració de sodi tindria? Què és la hiponatrèmia i quin risc comporta?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 35

Apartat a)

Resultat

4,5 g4{,}5\ \text{g} de sodi; 196 mmol196\ \text{mmol}; equivalen a 11,4 g11{,}4\ \text{g} de NaCl.

Resolució

  1. Suor. V=1,5⋅3=4,5 LV = 1{,}5\cdot3 = 4{,}5\ \text{L}; sodi perdut =4,5⋅1,0=4,5 g= 4{,}5\cdot1{,}0 = 4{,}5\ \text{g}.
  2. Mols. n=4,523,0=0,196 mol=196 mmoln = \tfrac{4{,}5}{23{,}0} = 0{,}196\ \text{mol} = 196\ \text{mmol}
  3. NaCl equivalent. 0,196 mol⋅58,5 g/mol=11,4 g0{,}196\ \text{mol}\cdot58{,}5\ \text{g/mol} = 11{,}4\ \text{g}

Apartat b)

Resultat

Uns 23 L23\ \text{L} de beguda: no és prou salada per reposar el sodi.

Resolució

  1. Càlcul. V=11,4 g0,5 g/L≈23 LV = \tfrac{11{,}4\ \text{g}}{0{,}5\ \text{g/L}} \approx 23\ \text{L}
  2. Interpretació. Una beguda tan poc salada no reposa el sodi perdut; cal prendre sal amb els aliments.

Apartat c)

Resultat

[Na+]≈126 mmol/L[\mathrm{Na^+}] \approx 126\ \text{mmol/L}: hiponatrèmia (per sota de 135), amb risc d'inflor de les neurones.

Resolució

  1. Sodi inicial. 140⋅14=1960 mmol140\cdot14 = 1960\ \text{mmol}; després de la pèrdua, 1960−196=1764 mmol1960 - 196 = 1764\ \text{mmol}.
  2. Volum. S'han perdut 4,5 L de suor i s'han repost 4,5 L d'aigua sola: el volum torna a ser de 14 L. c=176414=126 mmol/Lc = \tfrac{1764}{14} = 126\ \text{mmol/L}, per sota del normal (135–145 mmol/L).
  3. Hiponatrèmia. És una concentració baixa de sodi a la sang: el líquid extracel·lular queda hipotònic i l'aigua entra a les cèl·lules per osmosi.
  4. Risc. Les neurones s'inflen (mal de cap, confusió, convulsions). Per això, en esforços llargs convé reposar l'aigua i les sals alhora.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 36

L'aigua de mar conté uns 35 g/L de sals (considera que és NaCl, de massa molar 58,4 g/mol); la sang d'un peix ossi, tant d'aigua dolça com marí, té una osmolaritat d'entre 0,30 i 0,35 osmol/L, i l'aigua d'un riu, de menys de 0,01 osmol/L.
a) Calcula l'osmolaritat de l'aigua de mar.
b) Quin moviment net d'aigua i de sals espera un peix d'aigua dolça i un peix marí a través de les brànquies?
c) Explica els mecanismes d'osmoregulació de cada un (beure o no, orina, brànquies).
d) Què li passa a un peix d'aigua dolça posat en aigua de mar, sense adaptació?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 36

Apartat a)

Resultat

Uns 1,2 osmol/L1{,}2\ \text{osmol/L} (unes 3,5 vegades la de la sang del peix).

Resolució

  1. Molaritat. c=3558,4=0,60 mol/Lc = \tfrac{35}{58{,}4} = 0{,}60\ \text{mol/L} de NaCl.
  2. Osmolaritat. Cada fórmula dona 2 ions: 2⋅0,60=1,2 osmol/L2\cdot0{,}60 = 1{,}2\ \text{osmol/L}, unes 3,5 vegades la de la sang del peix.

Apartat b)

Resultat

Peix d'aigua dolça: entra aigua i perd sals. Peix marí: perd aigua i guanya sals.

Resolució

  1. Aigua dolça. El medi és hipotònic respecte de la sang: l'aigua hi entra per osmosi i les sals s'escapen per difusió.
  2. Aigua de mar. El medi és hipertònic: el peix perd aigua per osmosi i guanya sals per difusió.

Apartat c)

Resultat

D'aigua dolça: no beu, fa molta orina diluïda i absorbeix ions per les brànquies. Marí: beu aigua de mar, expulsa NaCl per les brànquies (transport actiu) i fa poca orina concentrada.

Resolució

  1. Peix d'aigua dolça. No beu, elimina molta orina diluïda i reté les sals, i absorbeix ions de l'aigua amb cèl·lules especialitzades de les brànquies.
  2. Peix marí. Beu aigua de mar, n'absorbeix aigua i sals a l'intestí, expulsa l'excés de NaCl amb cèl·lules de les brànquies (transport actiu) i produeix poca orina, molt concentrada.
  3. Cost. En tots dos casos mantenir el gradient requereix despesa d'ATP.

Apartat d)

Resultat

Perd aigua per osmosi i guanya sals: es deshidrata, perd el control dels ions i, si no s'adapta, mor.

Resolució

  1. Efecte. El medi és molt hipertònic: perd aigua per osmosi i guanya sals.
  2. Conclusió. Es deshidrata i perd el control dels ions; si no s'adapta ràpid, mor. L'osmosi i les propietats de l'aigua com a dissolvent determinen com ha de viure cada organisme.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 37

Es prepara una sèrie de tubs amb 5 mL de midó a l'1 % i 1 mL de saliva diluïda. Cada minut es treu una gota i s'afegeix a Lugol; es mesura el temps fins que el color blau-negre desapareix. Resultats: 20 °C, 12 min; 37 °C, 3 min; 60 °C, 8 min; 80 °C, no desapareix en 30 min. Tubs de control a 37 °C: saliva bullida, no desapareix; saliva amb HCl a pH 2, no desapareix; aigua en comptes de saliva, no desapareix.
a) Interpreta el resultat segons la temperatura i calcula quantes vegades més ràpid va a 37 °C que a 20 °C.
b) Què demostra cada un dels tres tubs de control?
c) Quina prova faries al final per demostrar que s'ha format un producte de la hidròlisi?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 37

Apartat a)

Resultat

La velocitat augmenta fins a un òptim proper a 37 °C i baixa per desnaturalització a 60 °C (a 80 °C l'enzim és inactiu); a 37 °C va 4 vegades més ràpid que a 20 °C.

Resolució

  1. Interpretació. El midó es degrada (el Lugol deixa de ser blau) gràcies a l'activitat de l'amilasa salival.
  2. Comparació. La velocitat és inversament proporcional al temps: 1/31/12=123=4\tfrac{1/3}{1/12} = \tfrac{12}{3} = 4 vegades més ràpid a 37 °C que a 20 °C.
  3. Temperatura. Entre 20 i 37 °C la velocitat augmenta; 37 °C és aproximadament l'òptim; a 60 °C baixa perquè l'enzim comença a desnaturalitzar-se; a 80 °C s'ha desnaturalitzat del tot i no hi ha reacció.

Apartat b)

Resultat

Saliva bullida: el factor actiu és una proteïna desnaturalitzable. pH 2: l'enzim no funciona en medi àcid fort. Aigua: el midó no es degrada sol; l'efecte és de la saliva.

Resolució

  1. Saliva bullida. El factor actiu és una proteïna que la calor desnaturalitza, no una substància qualsevol de la saliva.
  2. pH 2. L'enzim funciona a pH proper al neutre i en medi àcid fort es desnaturalitza (a l'estómac, l'amilasa salival deixa de funcionar); a més, descarta que l'àcid hidrolitzi el midó en aquestes condicions i en aquest temps.
  3. Aigua. El midó no es degrada espontàniament en aquest temps: l'efecte es deu a la saliva.

Apartat c)

Resultat

Fehling en calent a una mostra final: el precipitat vermell maó indica sucres reductors (maltosa, glucosa) formats per la hidròlisi.

Resolució

  1. Prova. Afegeix Fehling a una mostra del tub del final i escalfa.
  2. Interpretació. El color vermell maó indica sucres reductors (maltosa, glucosa) formats per la hidròlisi; el midó sol no reacciona amb el Fehling (es pot comparar amb el tub control d'aigua).

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 38

Els enzims que mobilitzen les reserves de glúcids actuen eliminant glucoses dels extrems no reductors de les cadenes. Considera tres molècules de 100 000 residus de glucosa cadascuna: amilosa (cadena lineal, 1 extrem no reductor), amilopectina (una ramificació cada 25 residus aproximadament) i glicogen (una ramificació cada 10 residus aproximadament). Cada ramificació crea un extrem no reductor addicional.
a) Calcula el nombre aproximat d'extrems no reductors de cada molècula.
b) Si cada extrem és atacat pel mateix nombre d'enzims per segon, quantes vegades més ràpid es lliura la glucosa del glicogen que la de l'amilopectina i l'amilosa?
c) Relaciona-ho amb el fet que els animals necessiten glucosa de pressa als músculs i amb la solubilitat de la molècula.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 38

Apartat a)

Resultat

Amilosa: 1 extrem; amilopectina: unes 4000 (4001); glicogen: unes 10 000 (10 001).

Resolució

  1. Plantejament. Nombre d'extrems no reductors ≈ 1 + nombre de ramificacions, i ramificacions ≈ residus / residus per ramificació.
  2. Amilopectina. 100 00025=4000\tfrac{100\,000}{25} = 4000 ramificacions → unes 4000 extrems (4001).
  3. Glicogen. 100 00010=10 000\tfrac{100\,000}{10} = 10\,000 ramificacions → unes 10 000 extrems (10 001). L'amilosa, lineal, en té 1.

Apartat b)

Resultat

El glicogen la lliura unes 2,5 vegades més de pressa que l'amilopectina i unes 10 000 vegades més que l'amilosa.

Resolució

  1. Hipòtesi. La velocitat és proporcional al nombre d'extrems.
  2. Càlcul. 10 0004000=2,5\tfrac{10\,000}{4000} = 2{,}5 (glicogen/amilopectina) i 10 0001=10 000\tfrac{10\,000}{1} = 10\,000 (glicogen/amilosa).

Apartat c)

Resultat

El glicogen, molt ramificat, permet que molts enzims actuïn alhora (glucosa ràpida per al múscul) i és compacte i soluble però amb un efecte osmòtic mínim.

Resolució

  1. Velocitat. Els animals han de mobilitzar la glucosa en segons durant l'esforç: el glicogen, molt ramificat, permet que molts enzims actuïn alhora.
  2. Solubilitat. Una molècula ramificada és més compacta i soluble i es pot guardar en grànuls al citoplasma del fetge i el múscul sense afectar gaire l'osmolaritat: una molècula de 100 000 glucoses compta com una sola partícula.
  3. Plantes. No necessiten mobilitzar la glucosa tan de pressa i usen midó, menys ramificat.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Preparat per a la universitat

Els exercicis més exigents: nivell PAU alt i primer curs de grau. Veure totes les matèries

Exercici 39

Quan es dissol α-D-glucosa pura en aigua, el poder rotatori específic (la rotació del pla de la llum polaritzada per una concentració i longitud estàndard) canvia amb el temps fins a un valor constant de +52,7°. La α-glucosa pura té +112° i la β-glucosa pura +19°. Aquest canvi es diu mutarotació: l'anell es pot obrir i tancar, i els dos anòmers s'interconverteixen fins a l'equilibri.
a) Quina és la fracció d'α-glucosa en l'equilibri (suposa que la forma oberta és negligible i que la rotació és la mitjana ponderada)?
b) Per què hi ha més β que α a l'equilibri? Dona'n una raó estructural.
c) Per què la sacarosa pura no presenta mutarotació? I la maltosa?
d) Quin efecte té sobre el reactiu de Fehling l'existència de la forma oberta d'una petita fracció de la glucosa?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 39

Apartat a)

Resultat

Un 36 % d'α-glucosa (i un 64 % de β) a l'equilibri.

Resolució

  1. Plantejament. Sigui x la fracció d'α; la rotació és la mitjana ponderada de les dues formes.
  2. Equació. 112 x+19 (1−x)=52,7  ⇒  93 x=33,7  ⇒  x=0,36112\,x + 19\,(1 - x) = 52{,}7 \;\Rightarrow\; 93\,x = 33{,}7 \;\Rightarrow\; x = 0{,}36
  3. Conclusió. Hi ha un 36 % d'α-glucosa i un 64 % de β-glucosa.

Apartat b)

Resultat

A la β-glucosa tots els substituents voluminosos, inclòs el −OH anomèric, són equatorials, que és més estable; a l'α, el −OH del C1 és axial.

Resolució

  1. Conformació. L'anell de piranosa adopta la conformació de cadira.
  2. Raó estructural. A la β-glucosa tots els substituents voluminosos (inclòs el −OH del carboni 1) són en posició equatorial, menys impedida i més estable; a l'α, el −OH anomèric és axial. Per això hi ha més β.

Apartat c)

Resultat

La sacarosa no té cap carboni anomèric lliure i no pot obrir l'anell; la maltosa en té un de lliure i sí que presenta mutarotació.

Resolució

  1. Sacarosa. Els dos carbonis anomèrics intervenen en l'enllaç: l'anell no es pot obrir ni interconvertir entre α i β.
  2. Maltosa. Té un carboni anomèric lliure (el de la segona glucosa): sí que presenta mutarotació.

Apartat d)

Resultat

La petita fracció oberta té el grup aldehid lliure i reacciona; en consumir-se, l'equilibri es desplaça i acaba reaccionant tota la glucosa: és un sucre reductor.

Resolució

  1. Forma oberta. L'equilibri conté una petita fracció (< 1 %) de la forma oberta, amb el grup aldehid lliure.
  2. Desplaçament. El Fehling oxida aquest aldehid; en consumir-lo, l'equilibri es desplaça (Le Chatelier) i es va formant més forma oberta, fins que tota la glucosa reacciona.
  3. Conclusió. Per això la glucosa és un sucre reductor encara que quasi sempre sigui cíclica.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 40

El tampó bicarbonat de la sang segueix l'equació de Henderson-Hasselbalch: pH = 6,1 + log([HCO3-]/(0,03 · pCO2)), amb [HCO3-] en mmol/L i pCO2 en mmHg. En una persona sana: [HCO3-] = 24 mmol/L i pCO2 = 40 mmHg.
a) Calcula el pH normal.
b) Després d'un esforç intens, el bicarbonat baixa a 12 mmol/L (amb pCO2 = 40). Calcula el pH.
c) La persona hiperventila i la pCO2 baixa a 25 mmHg. Calcula el nou pH i comenta-ho.
d) En una altra persona, amb bicarbonat normal, una malaltia pulmonar fa pujar la pCO2 a 60 mmHg. Calcula el pH i digues quina alteració és.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 40

Apartat a)

Resultat

pH=7,40\mathrm{pH} = 7{,}40

Resolució

  1. CO₂ dissolt. 0,03⋅40=1,2 mmol/L0{,}03\cdot40 = 1{,}2\ \text{mmol/L}
  2. Henderson-Hasselbalch. pH=6,1+log⁡241,2=6,1+log⁡20=6,1+1,30=7,40\mathrm{pH} = 6{,}1 + \log\dfrac{24}{1{,}2} = 6{,}1 + \log 20 = 6{,}1 + 1{,}30 = 7{,}40

Apartat b)

Resultat

pH=7,10\mathrm{pH} = 7{,}10: acidosi metabòlica important.

Resolució

  1. Càlcul. pH=6,1+log⁡121,2=6,1+log⁡10=7,10\mathrm{pH} = 6{,}1 + \log\tfrac{12}{1{,}2} = 6{,}1 + \log 10 = 7{,}10
  2. Interpretació. Acidosi important: l'àcid làctic ha consumit bicarbonat.

Apartat c)

Resultat

pH=7,30\mathrm{pH} = 7{,}30: la hiperventilació compensa en part l'acidosi, però no arriba al valor normal.

Resolució

  1. Dades. Mateixa persona (bicarbonat 12 mmol/L) amb 0,03⋅25=0,75 mmol/L0{,}03\cdot25 = 0{,}75\ \text{mmol/L} de CO₂ dissolt.
  2. Càlcul. pH=6,1+log⁡120,75=6,1+log⁡16=6,1+1,20=7,30\mathrm{pH} = 6{,}1 + \log\tfrac{12}{0{,}75} = 6{,}1 + \log 16 = 6{,}1 + 1{,}20 = 7{,}30
  3. Comentari. L'eliminació de CO₂ pels pulmons és una compensació respiratòria: el pH puja de 7,10 a 7,30, però no arriba al normal.

Apartat d)

Resultat

pH≈7,22\mathrm{pH} \approx 7{,}22: acidosi respiratòria.

Resolució

  1. Càlcul. 0,03⋅60=1,80{,}03\cdot60 = 1{,}8; pH=6,1+log⁡241,8=6,1+log⁡13,3=6,1+1,12=7,22\mathrm{pH} = 6{,}1 + \log\tfrac{24}{1{,}8} = 6{,}1 + \log 13{,}3 = 6{,}1 + 1{,}12 = 7{,}22
  2. Diagnòstic. Acidosi respiratòria: el CO₂ acumulat produeix H⁺. El ronyó compensaria a la llarga retenint bicarbonat.
  3. Idea clau. El pH depèn de la proporció entre bicarbonat (control renal) i CO₂ (control pulmonar).

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 41

L'aigua puja pel xilema d'un arbre gràcies a la transpiració de les fulles i a la cohesió entre les molècules d'aigua, que forma columnes contínues sota tensió (pressió negativa). Dades: densitat de l'aigua 1000 kg/m3\text{kg/m}^{3}; g = 9,8 m/s2\text{m/s}^{2}; pressió atmosfèrica 101 kPa.
a) Quina és la pressió hidrostàtica necessària per sostenir una columna d'aigua de 100 m (ρgh)?
b) Fins a quina alçada pot pujar una columna d'aigua aspirada per una bomba que fa el buit a dalt (només empesa per la pressió atmosfèrica)?
c) Com és possible, doncs, que una sequoia arribi a més de 100 m? Explica el paper de la cohesió i de l'adhesió.
d) Si la fricció del xilema duplica la tensió necessària, quina és la pressió a les fulles més altes? Quin risc comporta?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 41

Apartat a)

Resultat

P=9,8⋅105 Pa≈0,98 MPaP = 9{,}8\cdot10^{5}\ \text{Pa} \approx 0{,}98\ \text{MPa} (unes 9,7 atm).

Resolució

  1. Pressió hidrostàtica. P=ρ g hP = \rho\,g\,h
  2. Càlcul. P=1000⋅9,8⋅100=9,8⋅105 Pa≈0,98 MPaP = 1000\cdot9{,}8\cdot100 = 9{,}8\cdot10^{5}\ \text{Pa} \approx 0{,}98\ \text{MPa}, unes 9,7 atmosferes.

Apartat b)

Resultat

Uns 10,3 m10{,}3\ \text{m}.

Resolució

  1. Plantejament. La pressió atmosfèrica és l'única que empeny: Patm=ρ g hP_{\mathrm{atm}} = \rho\,g\,h.
  2. Càlcul. h=Patmρ g=101 0001000⋅9,8=10,3 mh = \dfrac{P_{\mathrm{atm}}}{\rho\,g} = \dfrac{101\,000}{1000\cdot9{,}8} = 10{,}3\ \text{m}
  3. Conclusió. Una bomba d'aspiració no pot pujar l'aigua per sobre d'aquesta alçada.

Apartat c)

Resultat

L'aigua s'estira des de dalt (cohesió-tensió): la transpiració crea una tensió que es transmet per la columna gràcies a la cohesió, i l'adhesió a les parets del xilema evita que es trenqui.

Resolució

  1. Tensió. L'aigua no s'aspira des de baix, sinó que s'«estira» des de dalt: l'evaporació a les fulles genera una pressió negativa (tensió).
  2. Cohesió. La tensió es transmet per tota la columna perquè les molècules d'aigua, unides per ponts d'hidrogen, tenen una gran cohesió i la columna no es trenca.
  3. Adhesió. L'adhesió a les parets hidròfiles del xilema (cel·lulosa i lignina) ajuda que la columna no caigui. És la teoria de la cohesió-tensió.

Apartat d)

Resultat

Uns −2 MPa-2\ \text{MPa} a les fulles més altes; risc de cavitació (embòlia) si hi entra aire.

Resolució

  1. Càlcul. Tensió ≈2⋅0,98≈2 MPa\approx 2\cdot0{,}98 \approx 2\ \text{MPa}, és a dir, una pressió d'uns −2 MPa-2\ \text{MPa} a la part alta.
  2. Risc. L'aigua sota aquesta tensió és metaestable: si hi entra una bombolla d'aire (cavitació), la columna es trenca i el conducte queda bloquejat (embòlia).
  3. Resposta de l'arbre. Per això els arbres tanquen els estomes en sequera.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 42

Un corredor de 70 kg fa una marató (42,2 km). El cost energètic és d'uns 4,2 kJ per quilogram i per quilòmetre. Té unes reserves de 500 g de glicogen (17 kJ/g) entre el fetge i el múscul. El greix aporta 37 kJ/g. Cada gram de glicogen s'emmagatzema amb uns 3 g d'aigua.
a) Calcula l'energia total de la cursa.
b) Quin percentatge es podria cobrir amb el glicogen? A partir de quin quilòmetre s'esgotaria si només s'usés glicogen?
c) Quina massa de greix caldria per cobrir la resta?
d) Quina massa d'aigua va associada al glicogen? Explica per què es parla del «mur» al voltant del quilòmetre 30 i per què el greix no el pot substituir del tot.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 42

Apartat a)

Resultat

E≈12 400 kJE \approx 12\,400\ \text{kJ} (uns 12,4 MJ).

Resolució

  1. Plantejament. Energia = cost per kg i km · massa · distància.
  2. Càlcul. E=70⋅4,2⋅42,2=12 400 kJ≈12,4 MJE = 70\cdot4{,}2\cdot42{,}2 = 12\,400\ \text{kJ} \approx 12{,}4\ \text{MJ}

Apartat b)

Resultat

Un 69 % aproximadament; el glicogen s'esgotaria cap al quilòmetre 29.

Resolució

  1. Energia del glicogen. 500⋅17=8500 kJ500\cdot17 = 8500\ \text{kJ}; 850012 400=69 %\tfrac{8500}{12\,400} = 69\ \%.
  2. Quilòmetre. Per km es gasten 70⋅4,2=294 kJ70\cdot4{,}2 = 294\ \text{kJ}: el glicogen dura 8500294=28,9 km\tfrac{8500}{294} = 28{,}9\ \text{km}, uns 29 km.

Apartat c)

Resultat

Uns 105 g105\ \text{g} de greix.

Resolució

  1. Resta. 12 400−8500=3900 kJ12\,400 - 8500 = 3900\ \text{kJ}
  2. Càlcul. m=390037≈105 gm = \tfrac{3900}{37} \approx 105\ \text{g} de greix.

Apartat d)

Resultat

1500 g1500\ \text{g} (1,5 L) d'aigua; el «mur» apareix quan s'esgota el glicogen, i el greix, encara que és molt energètic, s'oxida massa lentament per mantenir el ritme.

Resolució

  1. Aigua associada. 500⋅3=1500 g=1,5 L500\cdot3 = 1500\ \text{g} = 1{,}5\ \text{L}
  2. El «mur». Al voltant del km 30 es buiden les reserves de glicogen i el ritme baixa de manera brusca.
  3. Per què no el greix. El greix té molta energia per gram, però la seva oxidació és més lenta i requereix més oxigen per unitat d'energia; a més, alguns passos del seu metabolisme depenen de productes de la glucosa. El cos no el pot mobilitzar tan de pressa com demana l'esforç.
  4. Idea clau. El glicogen és energia ràpida però pesada (va amb aigua); el greix és energia compacta però lenta.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 43

La invertasa hidrolitza la sacarosa (342 g/mol) en glucosa i fructosa (180 g/mol cada una) segons C12H22O11\mathrm{C}_{12}\mathrm{H}_{22}\mathrm{O}_{11} + H2O\mathrm{H}_{2}\mathrm{O} → C6H12O6\mathrm{C}_{6}\mathrm{H}_{12}\mathrm{O}_{6} + C6H12O6\mathrm{C}_{6}\mathrm{H}_{12}\mathrm{O}_{6}. Els poders rotatoris específics són: sacarosa, +66,5°; glucosa, +52,7°; fructosa, −92,4°.
a) Quin és el nombre de mols de sacarosa en 100 g, quants grams de monosacàrids s'obtenen i quanta aigua es consumeix?
b) Quin és el poder rotatori específic d'una mescla equimolar de glucosa i fructosa (sucre invertit)?
c) Per què aquesta hidròlisi s'anomena «inversió»? Quin avantatge té el sucre invertit en rebosteria i mel?
d) Per què la sacarosa no presenta mutarotació, però la glucosa i la fructosa que se'n formen sí?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 43

Apartat a)

Resultat

0,292 mol0{,}292\ \text{mol} de sacarosa; 105,3 g105{,}3\ \text{g} de monosacàrids (52,6 g de cada); 5,3 g5{,}3\ \text{g} d'aigua consumida.

Resolució

  1. Mols. n=100342=0,292 moln = \tfrac{100}{342} = 0{,}292\ \text{mol}
  2. Estequiometria. Cada mol dona 1 mol de glucosa i 1 de fructosa: 0,292⋅180⋅2=105,3 g0{,}292\cdot180\cdot2 = 105{,}3\ \text{g} (52,6 g de cada).
  3. Aigua. 0,292⋅18=5,3 g0{,}292\cdot18 = 5{,}3\ \text{g}. Comprovació: 100+5,3=105,3 g100 + 5{,}3 = 105{,}3\ \text{g}, la massa es conserva.

Apartat b)

Resultat

[α]≈−19,9∘[\alpha] \approx -19{,}9^{\circ}

Resolució

  1. Dades. Glucosa +52,7° i fructosa −92,4°; en la hidròlisi se'n forma la mateixa quantitat de cada una.
  2. Mitjana. En una mescla equimolar (i de la mateixa massa molar) la rotació és la mitjana: [α]=52,7+(−92,4)2=−19,9∘[\alpha] = \dfrac{52{,}7 + (-92{,}4)}{2} = -19{,}9^{\circ}

Apartat c)

Resultat

S'anomena inversió perquè el signe de la rotació passa de positiu (+66,5°) a negatiu (−19,9°); el sucre invertit és més soluble, no cristal·litza, és més dolç i reté la humitat.

Resolució

  1. Inversió. El signe de la rotació passa de positiu (+66,5°) a negatiu (−19,9°): s'«inverteix».
  2. Avantatges. En rebosteria i a la mel, el sucre invertit és més soluble, no cristal·litza fàcilment, és més dolç (la fructosa és el glúcid més dolç) i reté la humitat.

Apartat d)

Resultat

La sacarosa no té carboni anomèric lliure; la glucosa i la fructosa sí, i en formar-se evolucionen cap a l'equilibri α/β.

Resolució

  1. Sacarosa. No té carboni anomèric lliure i no mutarota.
  2. Monosacàrids. La glucosa i la fructosa en tenen, i després de formar-se evolucionen cap a un equilibri entre les formes α i β; per això la rotació mesurada canvia lentament fins a un valor final estable.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 44

Per obtenir bioetanol de la cel·lulosa se la hidrolitza en glucosa (C6H10O5)n + n H2O → n C6H12O6 i la glucosa es fermenta: C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2. Masses molars: unitat de cel·lulosa C6H10O5, 162 g/mol; etanol, 46 g/mol; CO2, 44 g/mol. Densitat de l'etanol: 0,789 g/mL.
a) Quants mols de glucosa s'obtenen d'una tona de cel·lulosa?
b) Calcula la massa i el volum teòrics d'etanol, i la massa de CO2 alliberada.
c) Si el rendiment global és del 80 %, quin volum d'etanol s'obté?
d) Per què és difícil hidrolitzar la cel·lulosa i no el midó?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 44

Apartat a)

Resultat

6,17⋅103 mol6{,}17\cdot10^{3}\ \text{mol} de glucosa.

Resolució

  1. Dades. 1 t=106 g1\ \text{t} = 10^{6}\ \text{g}; cada unitat C₆H₁₀O₅ (162 g/mol) dona una glucosa.
  2. Càlcul. n=106162=6,17⋅103 moln = \tfrac{10^{6}}{162} = 6{,}17\cdot10^{3}\ \text{mol}

Apartat b)

Resultat

Etanol: 568 kg568\ \text{kg} i 720 L720\ \text{L}; CO2\mathrm{CO_2}: 543 kg543\ \text{kg}.

Resolució

  1. Etanol. 2 mol per glucosa: 2⋅6,17⋅103=1,23⋅104 mol2\cdot6{,}17\cdot10^{3} = 1{,}23\cdot10^{4}\ \text{mol}; 1,23⋅104⋅46=5,68⋅105 g=568 kg1{,}23\cdot10^{4}\cdot46 = 5{,}68\cdot10^{5}\ \text{g} = 568\ \text{kg}.
  2. Volum. V=568 000 g0,789 g/mL=7,2⋅105 mL=720 LV = \tfrac{568\,000\ \text{g}}{0{,}789\ \text{g/mL}} = 7{,}2\cdot10^{5}\ \text{mL} = 720\ \text{L}
  3. CO₂. Mateix nombre de mols: 1,23⋅104⋅44=5,43⋅105 g=543 kg1{,}23\cdot10^{4}\cdot44 = 5{,}43\cdot10^{5}\ \text{g} = 543\ \text{kg}. Comprovació: 180 g de glucosa donen 92 g d'etanol i 88 g de CO₂.

Apartat c)

Resultat

576 L576\ \text{L} d'etanol (uns 454 kg).

Resolució

  1. Càlcul. 0,80⋅720=576 L0{,}80\cdot720 = 576\ \text{L} (454 kg).
  2. Interpretació. Una part de la glucosa no es converteix o es desvia cap a altres productes, i les pèrdues de procés redueixen el rendiment real.

Apartat d)

Resultat

La cel·lulosa forma microfibril·les cristal·lines (enllaços β i molts ponts d'hidrogen) protegides per lignina; el midó, amb enllaços α en hèlix, és accessible a les amilases.

Resolució

  1. Cel·lulosa. Els enllaços β(1→4) formen cadenes rectes aparellades per molts ponts d'hidrogen en microfibril·les cristal·lines molt resistents; a la paret cel·lular, a més, la lignina les protegeix.
  2. Midó. Els enllaços α(1→4) formen una hèlix més accessible que les amilases hidrolitzen fàcilment.
  3. Conclusió. La cel·lulosa necessita un pretractament i cel·lulases específiques.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 45

Alguns insectes que passen l'hivern a l'aire lliure acumulen glicerol (C3H8O3\mathrm{C}_{3}\mathrm{H}_{8}\mathrm{O}_{3}, 92 g/mol) a l'hemolimfa, que així no es congela fins a temperatures més baixes. Un descens crioscòpic ideal es calcula com ΔT = KfK_{f} · m, amb KfK_{f} = 1,86 K·kg/mol per a l'aigua i m la molalitat (mol de solut per kg d'aigua). Una hemolimfa té 200 g de glicerol i 800 g d'aigua.
a) Calcula la molalitat i la temperatura de congelació.
b) Quan l'aigua pura es congela, el seu volum augmenta uns 9 % (densitat del gel 0,917 g/cm3). Quin dany pot fer als teixits i com ajuda el glicerol?
c) Per què el gel flota i quina relació té amb els ponts d'hidrogen?
d) Alguns organismes usen trehalosa, un disacàrid no reductor, com a protector davant la congelació i la dessecació. Quin avantatge té respecte al glicerol per a les proteïnes i les membranes?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 45

Apartat a)

Resultat

m=2,72 mol/kgm = 2{,}72\ \text{mol/kg}; ΔT=5,05 K\Delta T = 5{,}05\ \text{K}: es congela a uns −5 ∘C-5\ ^{\circ}\text{C}.

Resolució

  1. Mols. n=20092=2,17 moln = \tfrac{200}{92} = 2{,}17\ \text{mol}
  2. Molalitat. m=2,170,800=2,72 mol/kgm = \tfrac{2{,}17}{0{,}800} = 2{,}72\ \text{mol/kg}
  3. Descens crioscòpic. ΔT=Kf m=1,86⋅2,72=5,05 K\Delta T = K_f\,m = 1{,}86\cdot2{,}72 = 5{,}05\ \text{K}: el líquid es congela a uns −5 ∘C-5\ ^{\circ}\text{C}.

Apartat b)

Resultat

L'expansió del gel i els cristalls afilats trenquen membranes i teixits; el glicerol baixa el punt de congelació i impedeix que els cristalls creixin.

Resolució

  1. Dany. Si es forma gel dins les cèl·lules o entre elles, l'expansió del 9 % i els cristalls afilats trenquen les membranes i fan malbé els teixits.
  2. Glicerol. Baixa el punt de congelació, de manera que l'hemolimfa es manté líquida fins a uns −5 °C o menys, i a més impedeix que els cristalls creixin.

Apartat c)

Resultat

Al gel cada molècula fa quatre ponts d'hidrogen en una xarxa oberta amb buits: és menys dens (ocupa 1,09 vegades el volum) i flota.

Resolució

  1. Estructura. Al gel, cada molècula d'aigua forma quatre ponts d'hidrogen en una xarxa oberta i ordenada, amb buits.
  2. Densitat. És menys dens que l'aigua líquida: 10,917=1,09\tfrac{1}{0{,}917} = 1{,}09 vegades el volum; per això el gel flota.

Apartat d)

Resultat

La trehalosa, no reductora i estable, no reacciona amb les proteïnes i substitueix l'aigua als ponts d'hidrogen amb membranes i proteïnes, i en preserva l'estructura.

Resolució

  1. Estabilitat. La trehalosa no és reductora i és molt estable: no reacciona amb les proteïnes.
  2. Substitució de l'aigua. Forma ponts d'hidrogen amb les membranes i les proteïnes quan falta aigua, com si en prengués el lloc, i en preserva l'estructura durant la dessecació i la congelació.
  3. Limitació. Només pel descens crioscòpic és menys eficaç que el glicerol: amb la mateixa massa hi ha menys mols de solut.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 46

Es prepara una solució nutritiva per a un cultiu hidropònic. L'objectiu és tenir 100 mg/L de calci i 150 mg/L de nitrogen total, fent servir Ca(NO3)2·4H2O (236,1 g/mol) i KNO3 (101,1 g/mol). Masses atòmiques: Ca 40,1; K 39,1; N 14,0.
a) Quina massa de nitrat de calci tetrahidratat s'ha d'afegir per litre per tenir 100 mg/L de calci? Quin nitrogen aporta?
b) Quin nitrogen falta i quina massa de KNO3 el proporciona? Quin potassi aporta?
c) Quines masses de cada sal calen per preparar 10 L?
d) Per què són necessaris el calci, el potassi i el nitrogen per a la planta? Dona'n una funció de cada un.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 46

Apartat a)

Resultat

Uns 589 mg/L589\ \text{mg/L} de Ca(NO3)2⋅4H2O\mathrm{Ca(NO_3)_2\cdot4H_2O}, que aporten uns 70 mg/L70\ \text{mg/L} de N.

Resolució

  1. Fracció de calci. 40,1236,1=17,0 %\tfrac{40{,}1}{236{,}1} = 17{,}0\ \% de la sal.
  2. Massa de sal. 100 mg0,170=589 mg/L\tfrac{100\ \text{mg}}{0{,}170} = 589\ \text{mg/L}
  3. Nitrogen. Cada fórmula té 2 N: 2⋅14,0236,1=11,9 %2\cdot\tfrac{14{,}0}{236{,}1} = 11{,}9\ \%; 588,8⋅0,1186=69,8 mg/L588{,}8\cdot0{,}1186 = 69{,}8\ \text{mg/L} de N.

Apartat b)

Resultat

Falten uns 80 mg/L80\ \text{mg/L} de N: 579 mg/L579\ \text{mg/L} de KNO3\mathrm{KNO_3}, que aporten 224 mg/L224\ \text{mg/L} de K.

Resolució

  1. Nitrogen que falta. 150−69,8=80,2 mg/L150 - 69{,}8 = 80{,}2\ \text{mg/L}
  2. KNO₃. Conté 14,0101,1=13,85 %\tfrac{14{,}0}{101{,}1} = 13{,}85\ \% de N: 80,20,1385=579 mg/L\tfrac{80{,}2}{0{,}1385} = 579\ \text{mg/L}.
  3. Potassi. 579⋅39,1101,1=224 mg/L579\cdot\tfrac{39{,}1}{101{,}1} = 224\ \text{mg/L}. Comprovació: 70+80=150 mg/L70 + 80 = 150\ \text{mg/L} de N.

Apartat c)

Resultat

5,89 g5{,}89\ \text{g} de Ca(NO3)2⋅4H2O\mathrm{Ca(NO_3)_2\cdot4H_2O} i 5,79 g5{,}79\ \text{g} de KNO3\mathrm{KNO_3}.

Resolució

  1. Plantejament. Multiplica per 10 les masses per litre.
  2. Càlcul. 10⋅589 mg=5,89 g10\cdot589\ \text{mg} = 5{,}89\ \text{g} i 10⋅579 mg=5,79 g10\cdot579\ \text{mg} = 5{,}79\ \text{g}.

Apartat d)

Resultat

Calci: paret cel·lular i senyalització; potassi: obertura dels estomes i equilibri osmòtic; nitrogen: aminoàcids, proteïnes i àcids nucleics.

Resolució

  1. Calci (bioelement secundari): enforteix les parets cel·lulars i intervé en la senyalització cel·lular.
  2. Potassi. Regula l'obertura dels estomes i l'equilibri osmòtic.
  3. Nitrogen (primari): forma part dels aminoàcids, les proteïnes i els àcids nucleics.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 47

La solució de rehidratació oral recomanada per l'OMS conté (en mmol/L): sodi 75, clorur 65, potassi 20, citrat 10 i glucosa 75. La glucosa i el sodi s'absorbeixen a l'intestí per un cotransportador que introdueix un sodi i una glucosa junts.
a) Calcula l'osmolaritat de la solució.
b) Un refresc comercial conté 110 g/L de sacarosa (342 g/mol) i gairebé cap sal. Calcula la seva osmolaritat i digues per què no és adequat en una diarrea.
c) Explica per què la glucosa afavoreix l'absorció d'aigua amb la solució de l'OMS.
d) Per què una solució amb 75 mmol/L de glucosa però sense sodi seria menys eficaç?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 47

Apartat a)

Resultat

245 mosmol/L245\ \text{mosmol/L}, una mica per sota del plasma (uns 290).

Resolució

  1. Suma de partícules. 75+65+20+10+75=245 mmol/L=245 mosmol/L75 + 65 + 20 + 10 + 75 = 245\ \text{mmol/L} = 245\ \text{mosmol/L}
  2. Interpretació. Lleugerament per sota de la del plasma (uns 290): l'aigua passa a la sang sense retenir-se a la llum intestinal.

Apartat b)

Resultat

Uns 320 mosmol/L320\ \text{mosmol/L}: és hipertònic respecte del plasma, reté aigua a l'intestí i gairebé no aporta sodi.

Resolució

  1. Càlcul. 110342=0,32 mol/L\tfrac{110}{342} = 0{,}32\ \text{mol/L} → 320 mosmol/L (la sacarosa no es dissocia).
  2. Per què no serveix. És més que el plasma i que la solució de l'OMS: una solució hipertònica a l'intestí atrau aigua cap a la llum per osmosi i pot empitjorar la diarrea i la deshidratació; a més, aporta poc sodi per recuperar el que es perd.

Apartat c)

Resultat

El cotransportador fa entrar Na⁺ i glucosa a les cèl·lules intestinals; l'augment de soluts fa que l'aigua els segueixi per osmosi cap a la sang.

Resolució

  1. Cotransport. El cotransportador (SGLT1) mou el Na⁺ i la glucosa a l'interior de les cèl·lules de l'intestí.
  2. Osmosi. En augmentar la concentració de soluts dins la cèl·lula, l'aigua segueix per osmosi: la glucosa i el sodi arrosseguen molta aigua cap a la sang.
  3. Gradient. El gradient de sodi el manté la bomba Na⁺/K⁺.

Apartat d)

Resultat

Sense sodi el cotransportador no funciona: s'absorbiria poca glucosa i poca aigua, i només augmentaria l'osmolaritat de la llum.

Resolució

  1. Requisit. El cotransportador necessita Na⁺ i glucosa alhora.
  2. Conseqüència. Sense sodi, s'absorbiria poca glucosa i poca aigua, i augmentaria l'osmolaritat de la llum intestinal sense cap benefici.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 48

El tampó fosfat intracel·lular és H2PO4− ⇌ HPO42− + H+\mathrm{H}^{+}, amb pKa = 7,2. Per a un tampó, pH = pKa + log([base]/[àcid]). Una solució té 10 mmol/L de H2PO4− i 10 mmol/L de HPO42−.
a) Calcula el pH de la solució.
b) Quina relació [HPO42−]/[H2PO4−] correspon al pH de la cèl·lula, 7,4?
c) S'hi afegeixen 5 mmol/L de H+\mathrm{H}^{+} (per exemple, per un procés metabòlic). Calcula el nou pH. Compara-ho amb l'efecte de la mateixa quantitat de H+\mathrm{H}^{+} en aigua pura.
d) Per què un tampó funciona millor quan el pH és proper al seu pKa?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 48

Apartat a)

Resultat

pH=7,2\mathrm{pH} = 7{,}2

Resolució

  1. Henderson-Hasselbalch. [base]/[aˋcid]=10/10=1[\text{base}]/[\text{àcid}] = 10/10 = 1 → pH=7,2+log⁡1=7,2\mathrm{pH} = 7{,}2 + \log 1 = 7{,}2.
  2. Interpretació. Quan les concentracions d'àcid i de base són iguals, el pH coincideix amb el pKa: és el punt en què el tampó és més eficaç.

Apartat b)

Resultat

[HPO42−][H2PO4−]=100,2≈1,58\dfrac{[\mathrm{HPO_4^{2-}}]}{[\mathrm{H_2PO_4^-}]} = 10^{0{,}2} \approx 1{,}58

Resolució

  1. Equació. 7,4=7,2+log⁡R⇒log⁡R=0,27{,}4 = 7{,}2 + \log R \Rightarrow \log R = 0{,}2
  2. Resultat. R=100,2=1,58R = 10^{0{,}2} = 1{,}58: cal 1,58 vegades més HPO₄²⁻ que H₂PO₄⁻.

Apartat c)

Resultat

pH≈6,72\mathrm{pH} \approx 6{,}72; en aigua pura seria pH≈2,3\mathrm{pH} \approx 2{,}3.

Resolució

  1. Reacció. Els H⁺ reaccionen amb la base: HPO42−+H+→H2PO4−\mathrm{HPO_4^{2-}} + \mathrm{H^+} \rightarrow \mathrm{H_2PO_4^-}. Queden 5 mmol/L de base i 15 mmol/L d'àcid.
  2. Nou pH. pH=7,2+log⁡515=7,2−0,48=6,72\mathrm{pH} = 7{,}2 + \log\tfrac{5}{15} = 7{,}2 - 0{,}48 = 6{,}72
  3. Aigua pura. pH=−log⁡(5⋅10−3)=2,3\mathrm{pH} = -\log(5\cdot10^{-3}) = 2{,}3. El tampó limita la baixada a 0,5 unitats en comptes de gairebé 5.

Apartat d)

Resultat

Prop del pKa hi ha quantitats comparables d'àcid i de base, i el tampó pot neutralitzar tant àcids com bases afegits.

Resolució

  1. Prop del pKa. Hi ha quantitats comparables d'àcid i de base: es pot neutralitzar tant un àcid com una base afegits abans que s'esgoti una de les dues espècies.
  2. Lluny del pKa. Amb una relació de 10:1 o més, una de les dues espècies és escassa i el tampó es gasta de pressa.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 49

El CO2 atmosfèric es dissol a l'oceà: CO2 + H2O ⇌ H+\mathrm{H}^{+} + HCO3−. Els organismes calcificadors (coralls, mol·luscs) fabriquen estructures de carbonat de calci, CaCO3, que es dissol amb els àcids: CaCO3 + H+\mathrm{H}^{+} → Ca2+ + HCO3−. El pH superficial de l'oceà ha passat d'uns 8,2 a uns 8,1 des de l'època preindustrial.
a) Per quin factor ha augmentat la concentració de H+\mathrm{H}^{+}?
b) Si el pH continués baixant fins a 7,8, quin seria el factor respecte a 8,1?
c) Explica, amb les equacions, per què l'augment de CO2 dificulta la formació de closques.
d) Quina conseqüència té per a la xarxa tròfica?

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 49

Apartat a)

Resultat

Per 100,1≈1,2610^{0{,}1} \approx 1{,}26 (un 26 % més d'H+\mathrm{H^+}).

Resolució

  1. Escala logarítmica. pH=−log⁡[H+]\mathrm{pH} = -\log[\mathrm{H^+}]: una baixada de 0,1 unitats multiplica [H+][\mathrm{H^+}] per 100,110^{0{,}1}.
  2. Càlcul. 108,2−8,1=100,1=1,2610^{8{,}2-8{,}1} = 10^{0{,}1} = 1{,}26: un 26 % més d'H⁺.

Apartat b)

Resultat

Per 100,3≈2,010^{0{,}3} \approx 2{,}0: el doble.

Resolució

  1. Càlcul. De 8,1 a 7,8 són 0,3 unitats: 100,3=2,010^{0{,}3} = 2{,}0, el doble de [H+][\mathrm{H^+}].
  2. Interpretació. Respecte al valor preindustrial (8,2), seria un factor de 100,4 ≈ 2,5: l'acidesa s'acceleraria molt amb canvis de pH que semblen petits.

Apartat c)

Resultat

Més CO₂ fa més H⁺, que consumeixen el carbonat necessari per fer CaCO₃ i, si n'hi ha prou, dissolen les closques.

Resolució

  1. Primer equilibri. Més CO₂ dissolt desplaça l'equilibri cap a la dreta i produeix més H⁺ i HCO₃⁻.
  2. Menys carbonat. Els H⁺ addicionals consumeixen el carbonat dissolt (CO₃²⁻ + H⁺ → HCO₃⁻), que és el que els organismes necessiten per formar el CaCO₃.
  3. Dissolució. Si els H⁺ són prou abundants, dissolen el CaCO₃ de les closques segons la segona reacció: els organismes gasten més energia per calcificar i les closques es fan més fràgils.

Apartat d)

Resultat

Els calcificadors són la base o el refugi de moltes xarxes tròfiques: la seva davallada afecta peixos, depredadors i esculls.

Resolució

  1. Paper ecològic. Els coralls, els mol·luscs i part del plàncton calcificador són la base o el refugi de moltes xarxes tròfiques.
  2. Conseqüència. La seva davallada afecta els peixos i els depredadors que en depenen, i els ecosistemes d'escull.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Exercici 50

La llet conté 4,8 g de lactosa (342 g/mol) per cada 100 mL. Una persona amb deficiència de lactasa beu 250 mL de llet i la lactosa no s'absorbeix, sinó que arriba al còlon, on els bacteris la fermenten i en fan àcids (cada lactosa dona, per simplificar, 4 molècules d'àcid làctic) i gasos. Per simplificar, suposa que l'osmolaritat de la mescla ha de ser d'unes 0,30 osmol/L perquè no hi hagi moviment net d'aigua.
a) Calcula els grams i els mols de lactosa ingerits.
b) Quants mols de partícules osmòticament actives hi ha al còlon després de la fermentació?
c) Quin volum d'aigua s'ha de retenir a la llum del còlon perquè arribi a 0,30 osmol/L?
d) Explica els símptomes i per què la llet sense lactosa o el iogurt els redueixen.

Mira la solucióAmaga la solucióde l'exercici 50

Apartat a)

Resultat

12 g12\ \text{g} de lactosa, 0,035 mol0{,}035\ \text{mol}.

Resolució

  1. Massa. 250 mL⋅4,8 g100 mL=12 g250\ \text{mL}\cdot\tfrac{4{,}8\ \text{g}}{100\ \text{mL}} = 12\ \text{g}
  2. Mols. n=12342=0,035 moln = \tfrac{12}{342} = 0{,}035\ \text{mol}

Apartat b)

Resultat

0,14 mol0{,}14\ \text{mol} de partícules.

Resolució

  1. Fermentació. Cada lactosa dona 4 molècules d'àcid làctic: 4⋅0,035=0,14 mol4\cdot0{,}035 = 0{,}14\ \text{mol}.
  2. Comparació. Sense fermentar serien només 0,035 mol: la fermentació multiplica per 4 l'efecte osmòtic.

Apartat c)

Resultat

Uns 0,47 L0{,}47\ \text{L} d'aigua.

Resolució

  1. Plantejament. El volum d'aigua retingut és el que fa que les partícules quedin a 0,30 osmol/L: V = n / c.
  2. Càlcul. V=0,14 mol0,30 mol/L=0,47 LV = \tfrac{0{,}14\ \text{mol}}{0{,}30\ \text{mol/L}} = 0{,}47\ \text{L}: gairebé mig litre d'aigua es queda al còlon per osmosi.

Apartat d)

Resultat

L'aigua retinguda causa diarrea i els gasos, inflor i dolor; a la llet sense lactosa ja està hidrolitzada i el iogurt en té menys i aporta lactasa bacteriana.

Resolució

  1. Símptomes. L'excés d'aigua causa diarrea, i els gasos (CO₂, H₂) provoquen inflor i dolor abdominal.
  2. Llet sense lactosa. La lactosa s'ha trencat amb lactasa en glucosa i galactosa, que sí que s'absorbeixen.
  3. Iogurt. Els bacteris n'han transformat part de la lactosa i tenen la seva pròpia lactasa.
  4. Límit del model. És un model simplificat: en realitat el còlon absorbeix una part del que es fermenta.

Nivell Batxillerat: t'ajudem amb el dubte? Pregunta-ho per WhatsApp · Ensenya-ho a casa

Preguntes freqüents

Per què l'aigua és una molècula polar?

Perquè l'oxigen atrau els electrons més que els hidrògens i la molècula té forma angular. Queda una zona amb càrrega parcial negativa i una altra amb càrrega parcial positiva.

Quina diferència hi ha entre el midó i el glicogen?

Tots dos són polisacàrids de reserva fets de glucosa. El midó és dels vegetals i el glicogen dels animals, i el glicogen és més ramificat.

Tornar a Biologia, Geologia i Ciències Ambientals

Altres temes de Biologia, Geologia i Ciències Ambientals 1r Batxillerat