Importancia de las
soluciones
- Introducción
general - Solubilidad
- Propiedades físicas de las
soluciones - Concentración de una
solución - Concentración en
miliosmoles por litro - Clasificación de las
soluciones - Efecto de la temperatura y la
presión en la solubilidad de sólidos y
gases - Soluciones
acuosas - Funciones bioquímicas y
fisiológicas del agua. - Bibliografía
Las soluciones en
química,
son mezclas
homogéneas de sustancias en iguales o distintos estados de
agregación. La concentración de una solución
constituye una de sus principales características. Bastantes propiedades de
las soluciones
dependen exclusivamente de la concentración. Su estudio
resulta de interés
tanto para la física como para la
química.
Algunos ejemplos de soluciones son: agua salada,
oxígeno
y nitrógeno del aire, el gas
carbónico en los refrescos y todas las propiedades:
color, sabor,
densidad,
punto de fusión y
ebullición dependen de las cantidades que pongamos de las
diferentes sustancias.
La sustancia presente en mayor cantidad suele recibir el
nombre de solvente, y a la de menor cantidad se le llama soluto y
es la sustancia disuelta.
El soluto puede ser un gas, un
líquido o un sólido, y el solvente puede ser
también un gas, un líquido o un sólido.
El agua con
gas es un ejemplo de un gas (dióxido de carbono)
disuelto en un líquido (agua).
Las mezclas de
gases, son
soluciones. Las soluciones verdaderas se diferencian de las
soluciones coloidales y de las suspensiones en que las
partículas del soluto son de tamaño molecular, y se
encuentran dispersas entre las moléculas del
solvente.
Algunos metales son
solubles en otros cuando están en el estado
líquido y solidifican manteniendo la mezcla de
átomos. Si en esa mezcla los dos metales se pueden
solidificar, entonces serán una solución
sólida.
El estudio de los diferentes estados de
agregación de la materia se
suele referir, para simplificar, a una situación de
laboratorio,
admitiéndose que las sustancias consideradas son puras, es
decir, están formadas por un mismo tipo de componentes
elementales, ya sean átomos, moléculas, o pares de
iones. Los cambios de estado, cuando
se producen, sólo afectan a su ordenación o
agregación.
Sin embargo, en la naturaleza, la
materia se
presenta, con mayor frecuencia, en forma de mezcla de sustancias
puras. Las disoluciones constituyen un tipo particular de
mezclas. El aire de la
atmósfera
o el agua del
mar son ejemplos de disoluciones. El hecho de que la mayor parte
de los procesos
químicos tengan lugar en disolución hace del
estudio de las disoluciones un apartado importante de la
química-física.
Este trabajo cuenta con una introducción general del tema que habla un
poco acerca de lo básico que se debe saber para poder
adentrarse en el tema de las soluciones, este habla acerca de lo
que son las soluciones, de lo que es un disolvente y un soluto,
también explica acerca de lo que hace diferente a una
solución coloide o de las suspensiones.
Este trabajo cuenta con varios temas los cuales son
solubilidad, propiedades físicas de las soluciones,
concentración de una solución, soluciones
sólidas, líquidas y gaseosas, efecto de la temperatura y
presión
en la solubilidad de sólidos y gases.
La solubilidad es la capacidad que tiene una sustancia
para disolverse en otra, la solubilidad de un soluto es la
cantidad de este.
Algunos líquidos, como el agua y el alcohol,
pueden disolverse entre ellos en cualquier proporción. En
una solución de azúcar
en agua, puede suceder que, si se le sigue añadiendo
más azúcar,
se llegue a un punto en el que ya no se disolverá
más, pues la solución está
saturada.
La solubilidad de un compuesto en un solvente concreto y a
una temperatura y
presión
dadas se define como la cantidad máxima de ese compuesto
que puede ser disuelta en la solución. En la
mayoría de las sustancias, la solubilidad aumenta al
aumentar la temperatura del solvente. En el caso de sustancias
como los gases o sales orgánicas de calcio, la solubilidad
en un líquido aumenta a medida que disminuye la
temperatura.
En general, la mayor solubilidad se da en soluciones que
moléculas tienen una estructura
similar a las del solvente.
La solubilidad de las sustancias varia, algunas de ellas
son muy poco solubles o insolubles. La sal de cocina, el
azúcar y el vinagre son muy solubles en agua, pero el
bicarbonato de sodio casi no se disuelve.
Propiedades
físicas de las soluciones
Cuando se añade un soluto a un solvente, se
alteran algunas propiedades físicas del solvente. Al
aumentar la cantidad del soluto, sube el punto de
ebullición y desciende el punto de solidificación.
Así, para evitar la congelación del agua utilizada
en la refrigeración de los motores de los
automóviles, se le añade un anticongelante
(soluto). Pero cuando se añade un soluto se rebaja la
presión de vapor del solvente.
Otra propiedad
destacable de una solución es su capacidad para ejercer
una presión osmótica. Si separamos dos soluciones
de concentraciones diferentes por una membrana semipermeable (una
membrana que permite el paso de las moléculas del
solvente, pero impide el paso de las del soluto), las
moléculas del solvente pasarán de la
solución menos concentrada a la solución de mayor
concentración, haciendo a esta última más
diluida. Estas son algunas de las características de las
soluciones:
- Las partículas de soluto tienen menor
tamaño que en las otras clases de mezclas. - Presentan una sola fase, es decir, son
homogéneas. - Si se dejan en reposo durante un tiempo, las
fases no se separan ni se observa sedimentación, es
decir las partículas no se depositan en el fondo del
recipiente. - Son totalmente transparentes, es decir, permiten el
paso de la luz. - Sus componentes o fases no pueden separarse por
filtración
La concentración de una solución lo da el
número de moléculas que tenga que tenga el soluto
de una sustancia y el número de moléculas que tiene
el resto de la sustancia.
Existen distintas formas de decir la
concentración de una solución, pero las dos
más utilizadas son: gramos por litro (g/l) y molaridad
(M).
Los gramos por litro indican la masa de soluto,
expresada en gramos, contenida en un determinado volumen de
disolución, expresado en litros. Así, una
solución de cloruro de sodio con una concentración
de 40 g/l contiene 40 g de cloruro de sodio en un litro de
solución.
La molaridad se define como la cantidad de sustancia de
soluto, expresada en moles, contenida en un cierto volumen de
solución, expresado en litros, es decir: M =
n/V.
El número de moles de soluto equivale al cociente
entre la masa de soluto y la masa de un mol (masa molar) de
soluto.
Por ejemplo, para conocer la molaridad de una
solución que se ha preparado disolviendo 70 g de cloruro
de sodio (NaCl) hasta obtener 2 litros de solución, hay
que calcular el número de moles de NaCl; como la masa
molar del cloruro de sodio es la suma de las masas
atómicas de sus elementos, es decir, 23 + 35,5 = 58,5
g/mol, el número de moles será 70/58,5 = 1,2 y, por
tanto, M = 1,2/2= 0,6 M (0,6 molar).
Concentración
en miliosmoles por litro
El fenómeno de ósmosis se presenta
cuando una solución esta separada de su solvente por una
membrana semipermeable. La ósmosis es la difusión
de solvente a través de la membrana desde la parte de
menor a la de mayor concentración. La presión
osmótica es la presión que se debe aplicar sobre la
solución de mayor concentración para impedir el
paso del solvente (ósmosis) a través de la
membrana.
Las membranas biológicas tienen permeabilidades
distintas y se dice que son semipermeables, es decir que son
permeables para las moléculas del solvente o
pequeñas moléculas, pero no permiten el paso libre
todas las moléculas disueltas.
El osmol es una unidad biológica que se usa para
soluciones que tienen actividad osmótica. El osmol resulta
ser una unidad muy grande para los fenómenos
biológicos, se usa con mayor frecuencia la subunidad
miliosmol (mosmol) que es más representativa; Para
calcular un mosmol es necesario conocer si el soluto ioniza o no
lo hace, la ionización aumenta el numero de
partículas en solución, cuando se disuelven 180 mg
de glucosa hasta un litro tenemos 1 mmol de glucosa, como esta
sustancia no ioniza también tenemos 1 mosmol de glucosa;
cuando se disuelven 58.5 mg de cloruro de sodio, sal que ioniza
dando dos iones (Na+ y Cl-), entonces los 58.5mg son iguales a 1
mmol de sal pero equivalen a 2 mosmol. La presión
osmótica depende del número de partículas y
no de su carga ni de su masa, la misma fuerza
osmótica es ejercida por una molécula grande como
una proteína, con peso molecular de muchos miles y muchas
cargas, como la molécula de hemoglobina o un ion de sodio
o de cloro.
La mayoría de los líquidos corporales
tiene una presión osmótica que concuerda con la de
una solución de cloruro de sodio a 0.9 % y se dice que una
solución es isosmótica con los líquidos
fisiológicos.
Los soluciones isotónicas con respecto unas de
otras ejercen la misma presión osmótica, o sea
contienen la misma concentración de partículas
osmóticamente activas. Cuando se habla de soluciones
isotónicas en el laboratorio
suele tratarse de las soluciones que tienen la misma
presión osmótica del plasma sanguíneo, que
es aproximado de 300 miliosmoles / litro. Las soluciones
fisiológicas de concentración menor de 300
hipotónicas y si su concentración es mayor se
denominan hipertónicas. Una solución es
isotónica con respecto a una célula
viva cuando no ocurre ganancia ni pérdida neta de agua en
la
célula, tampoco se produce ningún cambio de
la
célula cuando entra en contacto con la
solución.
Si tenemos en cuenta que la concentración osmolar
de una solución que contiene una mezcla de electrolitos y
moléculas neutras es igual a la suma de las
concentraciones osmolares individuales de todos sus componentes,
convertir la concentración de los solutos que se
encuentran en el suero en osmolaridad. Una formula sencilla y que
ofrece una buena utilidad
clínica es:
Osmolaridad = 2 ( Na+ mmol/l) + Glucosa mmol/l + NUS
mmol/l o también
Osmolaridad = 2(Na+ meq /l) +Glucosa mg/dl /18 + NUS
mgl/dll /2.8
Donde el factor 2 se debe a que se consideran los iones
asociados al Na+ ( Cl- y HCO3-) ; 1 mosmol de glucosa equivale a
180 mg / l = 18 mg/dl, 1 mosmol de nitrógeno ureico (NUS)
equivale a 28 mg/l = 2.8 mg /dl, corresponde a la masa molecular
de dos átomos de nitrógeno en la urea.
Los electrolitos Na+, Cl- y HCO3- contribuyen en mas del
92 % a la osmolaridad del suero, el otro 8% corresponde a la
glucosa, proteínas
y la urea.
Clasificación
de las soluciones
PÒR SU ESTADO | POR SU |
SÓLIDAS | SOLUCION NO-SATURADA; es Ej: a 0 ºC 100 g de agua disuelven 37,5 |
LIQUIDAS | SOLUCION SATURADA: en estas |
GASEOSAS | SOLUCION SOBRE SATURADA: Para preparar este tipo de disoluciones se |
Efecto de la
temperatura y la presión en la solubilidad de
sólidos y gases
Porque un refresco pierde más rápido el
gas cuando esta caliente que cuando esta frió, o por que
el chocolate en polvo se disuelve más fácilmente en
leche
caliente, son varios factores los que influyen a estos
fenómenos, entre ellos está la temperatura y la
presión.
Por lo general la solubilidad varía con la
temperatura. En la mayoría de las sustancias, un
incremento de la temperatura causa un aumento de la solubilidad.
Por eso el azúcar se disuelve mejor en café
caliente, y la leche debe de
estar en el punto de ebullición.
Los cambios de presión no modifican la
solubilidad de un sólido en un líquido. Si un
sólido es insoluble agua, no se disolverá aunque se
aumente bruscamente la presión ejercida sobre
él.
La solubilidad de los gases disueltos en líquidos
es diferente de la que poseen los sólidos. La solubilidad
de un gas en agua aumenta con la presión del gas sobre el
disolvente, si la presión disminuye, la solubilidad
disminuye también. Se dice que la solubilidad de los gases
es directamente proporcional a la presión.
Cuando se destapa una botella de refresco, la
presión sobre la superficie del líquido se reduce y
cierta cantidad de burbujas de dióxido de carbono suben
a la superficie. La disminución de la presión
permite que el CO2 salga de la disolución.
En relación con la temperatura, los gases
disueltos en líquidos se comportan de forma inversa a como
lo hacen los sólidos. La solubilidad de un gas en agua
decrece a medida que aumenta la temperatura; esto significa que
la solubilidad y la temperatura son inversamente
proporcionales.
Los gases disueltos en agua potable (oxigeno, cloro
y nitrógeno) son las pequeñas burbujas que aparecen
cuando él liquido se calienta y aún no llega al
punto de ebullición. Cuando el agua hierve queda
totalmente desgasificada, por lo cual su sabor es distinto del
que posee el agua sin hervir, por ello se recomienda airear esta
agua antes de beberla.
El agua es la biomolécula más abundante
del ser humano, constituye un 65-70 % del peso total del cuerpo.
Esta proporción debe mantenerse muy próxima a estos
valores para
mantener la homeóstasis hídrica, por lo contrario
el organismo se ve frente a situaciones patológicas
debidas a la deshidratación o la retención de
líquidos. La importancia del estudio de la
biomolécula agua radica en el hecho de que la totalidad de
las reacciones bioquímicas se realizan en el seno del
agua, todos los nutrientes se transportan en el seno del
agua.
Estructura molecular del agua. Es una
molécula tetraédrica, con el átomo de
oxigeno en el
centro y los dos átomos de hidrógeno en los
vértices de dicho tetraedro quedando los otros dos
vértices ocupados por los electrones no compartidos del
oxígeno
El oxigeno es un átomo que
posee mayor electronegatividad que el hidrogeno,
esto hace que la molécula de agua sea un dipolo
eléctrico. Esta estructura
explica muchas de las propiedades físicas y
químicas del agua bien sea por la formación de
puentes de hidrogeno o
por solvatacion de otras moléculas.
Propiedades físicas y químicas del
agua. Las propiedades del agua son la base de una serie de
funciones
esenciales para la integridad del organismo.
Funciones
bioquímicas y fisiológicas del agua.
De lo anterior se deduce que las funciones
bioquímicas y fisiológicas del agua son
consecuentes con las propiedades fisicoquímicas que se han
estudiado. El agua puede actuar como componente de
macromoléculas proteínas,
ácidos
nucleicos, polisacáridos, pueden estabilizar su estructura
a través de la formación de puentes de
hidrogeno.
El hecho de que sea considerada como disolvente
universal de sustancia iónicas, polares no iónicas
y anfipáticas, facilita que en su seno se puedan llevar a
cabo la totalidad de las reacciones bioquímicas,
así como el transporte
adecuado de sustancias en el organismo.
El agua puede actuar como sustrato o producto de
muchas reacciones como la hidrólisis o formación de
ésteres.
El carácter
termorregulador del agua, permite conseguir un equilibrio de
temperaturas en todo el cuerpo así como la
disipación del calor
metabólico lo observamos en el ejercicio
extenso.
De este informe concluyo que la solubilidad no es solo diluir una sustancia en otra, ya que esto consiste en un proceso quimico-fisico que esta sometido a diferentes factores que predominan, como es el caso de la presión y la temperatura.
Para finalizar, es bueno indicar dos situaciones muy importantes con respecto a la solubilidad:
Si dos solutos son solubles en un mismo solvente, dependiendo de las cantidades (pequeñas) pueden disolverse ambos sin ninguna dificultad, pero en general la sustancia de mayor solubilidad desplaza de la solución a la de menor solubilidad, ejemplo: al agregar azúcar o sal a una bebida, inmediatamente se produce el escape del gas disuelto en ella.
Si un soluto es soluble en dos solventes inmiscibles (no se mezclan) entre sí, el soluto se disuelve en ambos solventes distribuyéndose proporcionalmente de acuerdo a sus solubilidades en ambos solventes.
En este trabajo se han visto varios aspectos del tema de
las soluciones, el cual es un tema muy extenso y muy importante
para la vida de todos los seres humanos en este planeta. Este
tema es muy importante porque sin los conocimientos que se tienen
acerca de las soluciones, no se podría hacer más
cosas con la materia prima,
o con otros materiales, no
se podría hacer materiales
indispensables para nuestras vidas como el plástico,
que existen muchos tipos de este material que se usa
prácticamente para todo, bueno y así como este
material existen muchos otros.
Además en este trabajo se ha tratado de poner
información resumida, útil y
concreta, lo cual es en factor muy importante porque si
algún lector que no tenga muchos conocimientos del tema no
se confunda tanto con definiciones y palabras que le puedan
resultar extrañas. Además resulta mucho más
cómodo leer un trabajo con información bien resumida y concreta, que
cualquier otro trabajo que tenga mucha información que no
sea necesaria, esto muchas veces resulta ser incomodo.
- Química 2
- Editorial Santillana, México 1997
- Enciclopedia Microsoft
Encarta 2002 - www.relaq.mx
- Enciclopedia Hispánica
- www.chemedia.com
- www.google.com.ar
- www.yahoo.com.ar
- Biblioteca Provincial
Ornella Papini