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En este vídeo hablaremos en las soluciones. Una solución está compuesta por uno o más solutos y un solvente, que es el componente que se encuentra en mayor proporción. Por definición, una solución es una mezcla homogénea de dos o más componentes que no reaccionan entre sí.
Por ejemplo, al mezclar almidón o glucosa y agua, no reaccionan entre sí, es decir, no se genera un producto. Pero esto no significa que el agua y la glucosa no interactúen. De hecho, la glucosa interacciona con el agua formando enlaces de hidrógeno. Esto le permite formar una mezcla homogénea. Por lo tanto, el agua y la glucosa son una solución, siendo la glucosa el soluto y el agua el solvente.
En cambio, si tomamos como ejemplo un lípido y el agua, vamos a observar que los lípidos no reaccionan con el agua, es decir, no se genera un producto al ponerlas en contacto. Pero por el otro lado, nos pueden realizar interacciones débiles entre ellos, como el enlace de hidrógeno. Esto genera que tengamos una mezcla heterogénea y que esta mezcla no sea una solución.
Existen diferentes maneras de expresar la concentración de soluto en una solución, como gramos por litro, porcentaje masa/volumen, molaridad, normalidad y osmolaridad.
Los gramos por litro son una forma sencilla de expresar la concentración, ya que para determinarla solamente tenemos que conocer la masa en gramos de soluto y el volumen en litros de solución. Por ejemplo, si diluimos 50 gramos de glucosa en 2 litros de solución, sabemos que la masa es 50 gramos y el volumen 2 litros, por lo que realizando la división 50 sobre 2 obtenemos la concentración en gramos por litro, es decir, 25 gramos por litro de solución.
Otra manera de expresar la concentración de un soluto es el porcentaje masa/volumen. Aquí, lo que nos indica es la cantidad de gramos de soluto que hay en 100 mililitros de solución. Si tomamos el mismo ejemplo de la diapositiva anterior, si diluimos 50 gramos de glucosa en los 200 mililitros de solución, para determinar el porcentaje masa/volumen tenemos que dividir 50 gramos en los 200 mililitros y multiplicar por 100. El resultado de esto nos da 25% masa/volumen.
Otra forma de expresar la concentración es la molaridad, que expresa el número de moles del soluto que hay en un litro de solución. Un mol corresponde al número de Avogadro de partículas, que pueden ser átomos, moléculas o iones. Esto quiere decir que si tenemos un mol de glucosa, tenemos 6.02 x 10^23 partículas de glucosa.
Por ejemplo, si diluimos 10 gramos de cloruro de sodio en 250 mililitros de solución y queremos hallar la molaridad de esa solución, lo que tenemos que hacer primero es convertir el volumen de esta solución de mililitros a litros, es decir, 0.25 litros. Posteriormente, tenemos que determinar a cuántos moles corresponde 10 gramos de cloruro de sodio. Para eso, necesitamos conocer el peso molecular del cloruro de sodio. Pero como sabemos el peso molecular de una molécula, para obtenerlo solo precisamos una tabla periódica, de la cual obtenemos el peso de cada uno de los átomos que forman la molécula. Por ejemplo, en el caso del cloruro de sodio, los dos átomos que lo forman son el sodio y el cloro. Mirando la tabla periódica, obtenemos su peso atómico que es 23 gramos por mol para el sodio y 35.5 gramos por mol para el cloro. Realizando la suma de estos dos valores, tenemos el peso molecular del cloruro de sodio que es 58.5 gramos por mol.
Volviendo a la molaridad, queríamos calcular la molaridad de una solución compuesta por 10 gramos de cloruro de sodio en 250 mililitros de agua. Como sabemos que la molaridad es igual al número de moles sobre el volumen de solución, lo primero que tenemos que calcular es el número de moles de cloruro de sodio que tenemos. Como vimos, el peso molecular de cloruro de sodio es 58.5 gramos por mol, por lo que para obtener los moles solo dividimos la masa, es decir, 10 gramos, sobre este valor, lo que nos da que tenemos 0.171 moles. Luego, este resultado lo debemos dividir por el volumen de solución, que siempre debe estar expresado en litros, por lo que realizamos 0.171 moles sobre 0.25 litros, lo que nos da el resultado final.
La normalidad es otra forma de expresar la concentración de una solución que indica el número de equivalentes de soluto que hay en un litro de solución. Pero, ¿qué son los equivalentes? Este término se refiere al número de unidades reactivas. En los ácidos, las unidades reactivas son los protones que se disocian, y en las bases, las unidades reactivas son los hidroxilos que liberan al disociarse. La forma más sencilla de calcular la normalidad es multiplicar la molaridad por el número de equivalentes de un ácido o base.
Por ejemplo, si queremos calcular la normalidad de una solución de ácido fosfórico 2 molar, debemos averiguar el número de equivalentes de este ácido. Observando su disociación, vemos que libera 3 protones al disociarse, por lo que el número de equivalentes para este ácido es 3. Por lo tanto, la normalidad para este caso es su concentración molar, es decir, 2, por el número de equivalentes, lo que nos da 6 normal.
En el caso de una base como el hidróxido de calcio, los equivalentes son los hidroxilos que libera al disociarse. Por lo que para calcular la normalidad de una solución 0.5 molar de hidróxido de calcio, debemos observar que libera 2 hidroxilos cuando se disocia, por lo que el número de equivalentes es 2. La normalidad es 2 por 0.5 molar, o sea, que la normalidad es 1 normal.
Otra forma importante en medicina de expresar la concentración de una solución es la osmolaridad. La osmolaridad expresa el número de partículas o moles osmóticamente activas por litro de solución. La forma más sencilla de calcular la osmolaridad es multiplicar la molaridad por el número de partículas osmóticamente activas de la solución.
Por ejemplo, si realizamos una solución de cloruro de sodio, este va a disociarse en sodio y en cloruro, por lo que por cada molécula de cloruro de sodio en solución se va a tener una partícula de sodio y una partícula de cloruro. Por el otro lado, la glucosa no se disocia cuando está en solución. Para el caso del cloruro de sodio, que es un electrolito, la osmolaridad es dos veces la molaridad, porque por cada mol de cloruro de sodio produce dos moles de iones. Para los no electrolitos, como la glucosa, la osmolaridad es igual a la molaridad.
Si queremos preparar 100 mililitros de una solución de glucosa de concentración 10 milimolar y se tiene una solución de concentración 10 gramos por litro de glucosa, ¿cómo la prepararían? En primer lugar, tenemos que convertir la concentración en gramos por litro a concentración milimolar. Para esto, necesitamos calcular el peso molecular de la glucosa utilizando la tabla periódica, como lo vimos anteriormente. Luego, calculamos el número de moles dividiendo la masa de glucosa en gramos entre el peso molecular (180 gramos por mol). Como sabemos que el volumen es un litro, la concentración es igual a los moles obtenidos (0.056) sobre el volumen (un litro). Por lo tanto, la concentración es 0.056 molar o 56 milimolar.
Ahora que tenemos todo en las mismas unidades de concentración, podemos determinar qué volúmenes tenemos que tomar de la solución concentrada para obtener 100 mililitros de una solución 10 milimolar. Para esto, utilizamos la ecuación: concentración inicial por volumen inicial es igual a la concentración final por volumen final. La concentración final es la concentración que queremos obtener, el volumen final es el volumen que queremos tener de la solución diluida, la concentración inicial es la concentración de la solución concentrada, lo que queremos averiguar es el volumen inicial. Utilizando la ecuación, podemos obtener el volumen inicial, o sea, que tenemos que tomar 17.8 mililitros de la solución 56 milimolar y llevarlos a 100 mililitros para obtener la solución de concentración 10 milimolar.
Este vídeo fue realizado con el fin de complementar los materiales del curso. Recomendamos consultar la bibliografía disponible.