soluciones

SOLUCIONES
M. en C. Alicia Cea Bonilla
Coordinadora de Enseñanza de
Bioquímica y Biología Molecular.
Fac. de Medicina. UNAM
Junio de 2007
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¿Qué es una solución?
Es una mezcla homogénea de dos o más
sustancias.
La sustancia que se encuentra en mayor
proporción se llama disolvente y las otras
se llaman solutos.
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La formación de soluciones es un proceso que es
termodinámicamente posible.
Este proceso depende de la solubilidad del soluto
en el solvente.
La solubilidad es la medida de la cantidad de
soluto que se puede disolver en un solvente
dado, a cierta temperatura. Depende de la
naturaleza del solvente y la del soluto: “lo
semejante disuelve a lo semejante”, es decir, lo
polar disuelve a lo polar y lo no polar a lo no
polar.
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Respecto a los compuestos iónicos (aquellos que
se pueden ionizar), éstos se disuelven en
disolventes polares, según algunas reglas
generales: Los compuestos con los siguientes
iones generalmente son solubles: Li+, Na+, K+,
NH4+, NO3-, ClO3-, CH3COO-; Cl-, Br-, I– (menos
con Ag, Pb y Hg) y SO42- (excepto con Pb, Sr y
Ba).
En disolventes polares, los iones se “solvatan”.
La solvatación es el proceso por el cual un ión o
una molécula se “rodea” de moléculas de
disolvente. Cuando el disolvente es agua, se
habla de hidratación.
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Electrolitos y no electrolitos
Las moléculas que se disuelven pueden
ser moléculas que se disocian, generando
iones o electrolitos (conducen la
electricidad) y sustancias no disociables o
no electrolitos.
Los electrolitos se clasifican en fuertes o
débiles dependiendo del número de
partículas iónicas cargadas que generan al
disolverse.
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Tipos de soluciones
Existen 6 tipos de soluciones, según el estado físico de
los componentes. Las soluciones más comunes son las
que tienen como disolvente al agua.
Disolvente
Soluto
Estado de la
solución
resultante
Ejemplos
Gas
Gas
Gas
Aire
Líquido
Gas
Líquido
Refrescos
Sólido
Gas
Sólido
H2 en Paladio
Líquido
Líquido
Líquido
Etanol en agua
Líquido
Sólido
Líquido
NaCl en agua
Sólido
Sólido
Sólido
Bronce, soldadura
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Tipos de soluciones
Con base en su capacidad de disolver un soluto,
las soluciones pueden ser saturadas, no
saturadas y sobresaturadas.
Una solución saturada contiene la máxima
cantidad de soluto que se disuelve en un
disolvente a una temperatura específica.
Una solución no saturada tiene menos soluto del
que es capaz de disolver un disolvente.
Una solución sobresaturada contiene más soluto
del que puede haber en una solución saturada.
Este tipo de solución es muy inestable.
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Un soluto puede separarse de la solución
sobresaturada de dos formas: por
cristalización y por precipitación.
La cristalización es el proceso de formación
de cristales, los cuales pueden ser grandes
y con una estructura definida.
La precipitación es el proceso por el que se
forman partículas pequeñas y con una
estructura indefinida.
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Concentración
La concentración de una solución es la cantidad
de soluto presente en una determinada cantidad
de solución.
Las formas más comunes en las que se expresa
son el porcentaje, la molaridad, la molalidad, la
normalidad y, para soluciones biológicas, la
osmolaridad.
Cuando se disminuye la concentración de una
solución, porque aumenta el volumen del
disolvente se habla de soluciones diluidas
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El porcentaje se refiere a la cantidad de soluto
que existe en 100 partes de solución. Se puede
expresar en relación a la masa y al volumen (p/p,
p/v, v/v) y se calcula:
% de soluto = masa (volumen) soluto x 100
masa de la solución
Donde
masa de la solución = masa de soluto + masa de solvente
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La molaridad se refiere al número de
moles de soluto disuelto en un litro
de solución:
Molaridad = moles de soluto__
litros de solución
Sus unidades son moles/L
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La molalidad es el número de moles
de soluto disueltas en un kg de
solvente:
Molalidad = moles de soluto
masa de disolvente (kg)
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La normalidad es el número de equivalentes
químicos en un litro de solución:
Normalidad = número de equivalentes químicos
litros de solución
Un equivalente químico es la cantidad de sustancia
que se combina o desplaza a un átomo gramo de
hidrógeno. Como la valencia del hidrógeno es 1,
también hace referencia a la valencia del ión
implicado.
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La osmolaridad hace referencia al número
de partículas disueltas en un litro de
solución.
Cuando una molécula no se disocia, la
osmolaridad es igual a la molaridad,
mientras que en moléculas disociables,
corresponde a tantas veces la molaridad
como número de partículas genera una
molécula al disociarse.
Osmolaridad = moles de partículas disueltas
litros de solución
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Concentración de electrolitos en
algunos líquidos corporales
El agua como solvente
El agua es el líquido más abundante del mundo;
es una molécula polar, con una forma angular
que presenta propiedades diferentes de los
compuestos con pesos moleculares similares,
debido a su capacidad de formar puentes de
hidrógeno:
Es considerado el disolvente universal porque
disuelve moléculas iónicas y polares. Tiene una
constante dieléctrica de 80.
La constante dieléctrica hace referencia a la
capacidad que tiene un solvente de separar
iones.
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Entre sus propiedades se encuentran
un elevado punto de fusión y de
ebullición. Presenta una alta densidad
a 4 ºC y después disminuye.
Presenta un alto calor de vaporización
(539 cal/g), un elevado calor de
fusión (80 cal/g) y un alto calor
específico (1 cal/g)
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Propiedades coligativas de las
soluciones
En general, la presencia de soluto en una
solución modifica las propiedades del disolvente,
generando nuevas propiedades en las soluciones.
Estas propiedades se conocen como coligativas.
Las propiedades coligativas sólo dependen del
número de partículas de soluto en solución, pero
no de la naturaleza de dichas partículas.
Son 4 las propiedades coligativas descritas:
disminución de la presión de vapor, elevación del
punto de ebullición, disminución del punto de
congelación (crioscópico) y aparición de la
presión osmótica.
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La presión de vapor corresponde a la
presión que ejercen las moléculas de un
líquido para vencer la presión atmosférica
y poder escapar en forma de vapor. Esta
presión depende de las interacciones que
se dan entre las moléculas del líquido. La
presión de vapor disminuye en razón
directa al número de partículas de soluto
disueltas en una solución (fracción molar),
según la ley de Raoult.
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Como consecuencia de la propiedad
coligativa anterior, el punto de
ebullición aumenta. Un ejemplo es el
aumento del punto de ebullición del
agua, cuando le agregamos café.
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La tercera propiedad coligativa es la
disminución del punto de congelación
que depende de la cantidad de soluto
disuelto. El ejemplo clásico es cómo
podemos conservar congelado por
más tiempo el hielo cuando le
agregamos sal.
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ÓSMOSIS Y PRESIÓN OSMÓTICA.
La ósmosis es el paso selectivo
de moléculas de disolvente a
través de una membrana porosa
desde una solución diluida a una
más concentrada.
La presión osmótica de una
solución es la presión que se
ejerce para detener la ósmosis,
es decir, es la presión que
ejercen las moléculas de solvente
para evitar que más moléculas de
solvente se muevan de una
solución diluida a una
concentrada.
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La concentración de todas las partículas
disueltas en un litro de solución se mide en
osmoles/L (osmolaridad) o en osmoles/kg
de disolvente (osmolalidad).
Un osmol es igual a un mol de cualquier
combinación de partículas disueltas en un
disolvente.
La presión osmótica depende del número de
partículas y no de su naturaleza. Una
molécula de proteína ejerce la misma
presión osmótica que un ión cloruro,
independientemente de su tamaño.
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Cuando dos soluciones tienen diferente presión
osmótica, se dice que la más concentrada es
hipertónica respecto a la más diluida y que esta
última es hipotónica respecto a la más
concentrada.
La presión osmótica puede explicar los
fenómenos de la hemólisis, el de la conservación
de alimentos y la transpiración en plantas.
Cuando una solución tiene la misma osmolaridad
que la sangre, se dice que es isotónica. Si se
ponen eritrocitos en una solución hipertónica, los
eritrocitos se deshidratan en un fenómeno
llamado crenación.
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Si se ponen en una solución hipotónica, los eritrocitos
se llenan de agua y eventualmente se rompen –se
hemolizan-.
En una solución isotónica, los eritrocitos conservan sus
propiedades y su forma.
En algunas enfermedades como la desnutrición o mal
funcionamiento renal, la presión osmótica es menor y
se produce edema.
En biología tenemos membranas que son
semipermeables o selectivamente permeables, es
decir, sólo permiten el paso de algunos solutos o sólo
del disolvente.
El movimiento de iones o moléculas pequeñas a través
de membranas selectivamente permeables se llama
diálisis.
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