El avance de la tecnología y la industria está
aunado al conocimiento generado en las
diferentes áreas de la ciencia, una de estas
áreas es la Química, que tiene un papel
fundamental en el avance de nuestra civilización.
Poniendo un poco de atención es fácil darse
cuenta que la preparación de soluciones químicas
y su uso está presente en nuestra forma de vida,
aún sin percatarnos de ello. Simples soluciones
como sueros de hidratación o soluciones
glucosadas pueden salvar vidas, el ácido de las
baterías contribuye a poner en marcha miles de
vehículos y maquinaria cada día. Preparémonos
entonces a conocer los secretos que encierra una
solución química y su importancia en nuestras
vidas
Una solución es una mezcla homogénea de un
soluto (sustancia que se disuelve un
compuesto químico determinado) en un solvente
(sustancia en la cual se disuelve un soluto).
Clasificación de las soluciones:
Según su estado físico: es posible encontrar
soluciones en estado líquido, gaseoso y sólido,
esto va a depender del estado del solvente,
observemos la siguiente tabla: (ver tabla)
Estado del
soluto
Estado del solvente
Estado de
la solución
Ejemplo
Gas
Gas
Gas
Aire (O2 y N2)
Gas
Líquido
Líquido
Agua mineral (CO2y H2O)
Gas
Sólido
Sólido
Hidrógeno de paladio
Líquido
Sólido
Sólido
Amalgamas (mercurio y oro)
Sólido
Líquido
Líquido
Sal y agua
Sólido
Sólido
Sólido
Aleaciones cobre – zinc que forman
bronce.
Según su comportamiento frente a la corriente
eléctrica: se clasifican en soluciones
electrolíticas que son aquellas que conducen la
corriente eléctrica y las soluciones no
electrolíticas las que no la conducen. Existen
otras clasificaciones que van a depender de la
concentración del soluto en el solvente:
soluciones saturadas, sobresaturadas, etc. Esto
va a depender directamente de la solubilidad del
soluto.
La solubilidad: es la máxima cantidad de
un soluto que puede disolverse en una cantidad
establecida de solvente a una temperatura
determinada. Generalmente la solubilidad de una
sustancia se expresa en gramos de soluto por
cada 100 gramos de solvente. En el caso de las
soluciones de ácidos y las bases se emplean los
términos de solución concentrada y solución
diluida.
Equilibrio de solubilidad: existen
límites con respecto a la cantidad de soluto que
puede ser disuelto en un volumen determinado de
solvente, por ejemplo la solubilidad varía con
la naturaleza del soluto y del solvente, así la
solubilidad de los sólidos en los líquidos varía
con la temperatura, aumentando cuando la
temperatura aumenta. Debido a esto es necesario
indicar la temperatura a la que se mide la
solubilidad.
La preparación de soluciones en los laboratorios
de química, análisis biomédico, y en la
industria, es de gran importancia. La
preparación de soluciones permite la creación de
nuevas sustancias o de sustancias que permiten
realizar diversos ensayos. Las soluciones
comerciales suelen ser concentradas lo que
permite preparar a partir de éstas, soluciones
más diluidas, que son las que suelen usarse en
diferentes ensayos de laboratorio.
Cuando se preparan soluciones a partir de ácidos
y bases deben tomarse ciertas precauciones, una
de las más importantes y que permite evitar
accidentes es verter la cantidad de solución
concentrada requerida lentamente en el agua,
considerado el solvente universal, esto permite
que el calor generado por estas reacciones sea
absorbido por la mayor cantidad de agua.
Preparación de
soluciones:
Soluciones a partir de un soluto sólido:
¿Cómo realizar los cálculos para preparar una
solución a partir de un soluto sólido?
1. Conocer el
peso molecular del soluto para poder calcular la
masa molecular.
2. Establecer la
concentración de la solución a preparar y el
volumen necesario de la misma.
El cálculo será planteado de la siguiente forma:
¿Cuántos gramos de NaOH se necesitan para
preparar 200 ml de solución 0,3 mol/ml?
Paso 1:
investigar en la tabla periódica la masa
atómica de los componentes del NaOH.
Paso 2:
Cálculo de la Masa molecular del
NaOH (1x23) + (1
x 16) + (1 x 1) = 40 g
Paso 3:
Cálculo de la Masa de
NaOH en 1.000 ml
(1L) de solución 0,3 mol/L
Planteamiento:
Si 1 mol de NaOH equivale a 40 g de NaOH,
0,3 mol de NaOH a cuanto equivale:
Paso 4:
Masa contenida en los 200 ml de NaOH
Una vez obtenido este valor lo que debe hacerse
en el laboratorio es pesar 2,4 g de NaOH y
disolverlo en aproximadamente 150 ml de agua y
luego enrasar el matraz colocando agua hasta que
llegue a 200 ml. Y se tendrá una solución de
NaOH al 0,3 molar.
Preparación de una solución a partir de
líquidos.Por lo general los ácidos deben ser
diluidos para utilizarlos (HCl, H2SO4
y HNO3). Estos ácidos se adquieren de
manera comercial y traen en la etiqueta del
envase la concentración y densidad que permiten
calcular su concentración molar para preparar
las diluciones.
¿Cómo preparar una
solución a partir de un soluto líquido?
1. Conocer la concentración de la
solución madre o solución concentrada a partir
de la cual se preparará la solución a la
concentración requerida.
2. Establecer la
concentración de la solución a preparar y el
volumen necesario de la misma.
El cálculo se puede
plantear de la siguiente forma:
¿Qué volumen de HCl de 32% en masa y una
densidad de 1,18g/ml se necesita para preparar 2
litros de solución a una concentración de 0,5
mol/L (0,5 M)?
Paso 1:Cálculo
de la masa del HCl
Esto también puede
ser calculado aplicando la siguiente
fórmula:
Paso 2:
Cálculo de la pureza del ácido
Paso 3:
Calculo de la concentración del ácido
Conocida la molaridad del compuesto a
partir del cual se va a preparar la
solución se aplica la siguiente fórmula
V1 x C1 = V2 x C2 que relaciona la
concentración de cada solución con su
volumen.
V1:
Volumen de la solución más concentrada,
necesario para preparar la más diluida.
V2:
Volumen a preparar de solución diluida;
C1:
Concentración de la solución más
concentrada.
C2:
Concentración de la solución a preparar.
Paso 4:
Cálculo del volumen a tomar de la
solución más concentrada para preparar
la solución más diluida de HCl
Para preparar la solución de HCl al 0,5 M, se
colocará en un matraz aforado de 2 L la cantidad
de 500 ml de agua aproximadamente y se
dispensaran lentamente los 96,7 ml de la
solución más concentrada, luego se colocará la
cantidad de agua necesaria para enrasar hasta el
aforo del matraz de 2 L.
Análisis, Valoración
volumétrica o titulación:
Con estos nombres se define la operación
volumétrica mediante la cual se determina la
concentración de una solución a partir de otra
solución de concentración conocida y con la cual
reacciona químicamente.
Esta operación volumétrica se fundamenta en la
neutralización que experimentan las dos
soluciones al reaccionar y que se puede
evidenciar al conseguir un cambio de coloración
mediante el uso de un indicador apropiado.
Existen dos variantes en la valoración
volumétrica: acidimetría
y alcalimetría.
La acidimetría es la valoración de ácidos
mediante álcalis (bases) y la alcalimetría es la
valoración de álcalis mediante ácidos.
El indicador utilizado vira de color cuando el
pH de la solución cambia e indica que la
cantidad estequiométrica para producir un
compuesto conocido al poner en contacto el ácido
y la base ha sido alcanzada. Esto permite el
cálculo de concentraciones o volúmenes de ácidos
o bases a partir de los datos de una solución
conocida. El momento en que se produce el cambio
de coloración se denomina punto final de la
titulación. (ver tabla)
Indicadores
Ácido
Neutro
Básico
Violeta de metilo
Amarillo
Verde
Violeta
Azul de timol
Rojo
Anaranjado
Amarillo
Anaranjado de metilo
Rojo
Anaranjado
Amarillo
Rojo de metilo
Rojo
Anaranjado
Amarillo
Púrpura de bromocresol
Amarillo
Anaranjado
Púrpura
Relación molar 1:1
A continuación se muestra un ejemplo de
cómo calcular la concentración de una solución
ácida cuando la relación molar del ácido y la
base es de 1:1.
Para la titulación se utilizaron 42 ml de una
solución de NaOH de concentración 0,15 mol/L
para neutralizar 50 ml de solución de HCl. ¿Cuál
es la concentración molar de la solución ácida?
Despejar la fórmula para calcular la
concentración del ácido.
La concentración de la solución ácida es de
0,126 mol/L
Relación molar diferente a 1:1
Cuando la relación molar del ácido y de
la base es diferente, la ecuación debe ser
balanceada antes de iniciar los cálculos.
¿Cuál es la concentración (mol/L) de una
solución de H2SO4,
si 50 ml de solución necesitan de 37,52 ml de
solución de NaOH cuya concentración es de 0,15
mol/L, para su total neutralización?
Relación molar 1:2
Despejar la fórmula para calcular la
concentración del ácido.
La concentración de la solución ácida es de
0,0558 mol/L
REFERENCIAS:
Requeijo, D. y Requeijo A. (2002). Química.
Editorial Biosfera.
Irazábal A. y de Irazábal C. (S/A). Química.
Ediciones CO-BO.
Mahan. Química. (1977). Fondo Educativo
Interamericano.
