Disoluciones
Una solución o disolución es una mezcla homogénea en la que se ve involucrado tanto un soluto, como un solvente. El soluto corresponde a la especie química que estén en menor proporción (sin importar si es sólido, líquido o gaseoso), mientras que el solvente, el cual también puede estar presente en los tres estados materiales, es la sustancia mayoritaria de la mezcla. La mayor parte de la Química ocurre en disoluciones, por ejemplo, el aire que respiramos es una disolución gaseosa, el agua potable es una disolución líquida y las aleaciones metálicas (como los objetos de bronce) son disoluciones sólidas.
Gran parte de esta página web se enfocará en disoluciones y nomenclatura química principalmente. Entre las disoluciones que se verán (las cuales usarán principalmente agua como solvente, por lo que se denominan acuosas) podemos destacar las ácido-base y las de óxido-reducción (REDOX). Las primeras son muy importantes ya que muchas reacciones bioquímicas (reacciones químicas que ocurren al interior de los seres vivos) ocurren entre ciertos valores de acidez, por lo cual es de vital importancia poder comprender como funciona una disolución.
Como se dijo anteriormente, el soluto es la sustancia minoritaria y el solvente, la mayoritaria; pero ¿en qué proporción? ¿Cómo podemos determinar diferencias entre una solución y otra? Para contestar estas preguntas veremos principalmente 5 formas de calcular la concentración de soluto en disolución.
- Porcentaje masa/masa o peso/peso (% m/m o %p/p): Esta medición se enfoca en cuánta masa de soluto se disolvió en 100 gramos de disolución. Es importante destacar que la masa de disolución tiene incluida la del soluto, por lo que si se desea saber la masa de solvente involucrado, no hace falta nada más que restarle a la masa de disolución, la masa de soluto agregada. Para poder calcular esto se usa la siguiente ecuación:
% m/m = 100 x (grs. de soluto/ grs. de dislución)
- Porcentaje masa/volumen o peso/volumen (% m/v o % p/v): Esta forma de medir concentración es similar a la anterior, solo que aquí se usa el volumen de la disolución, lo que facilita el cálculo en disoluciones líquidas. Como en el punto precedente, el volumen de disolución tiene incluido tanto el volumen del solvente como el volumen del soluto. Pero, si necesitamos tanto la masa del soluto como su volumen, ¿cómo podemos relacionar esos valores? ¡Exacto! usamos la densidad del soluto, de esa manera podemos obtener ambos valores. La ecuación que se utiliza para poder calcular este parámetro (% m/v) es similar a la anterior:
% m/v = 100 x (grs. de soluto/ mL de disolución)
- Porcentaje volumen/volumen (% v/v): Siguiendo la lógica anterior, corresponde a la cantidad de mL (mililitros) de soluto en 100 mL de disolución. Es útil cuando se realiza una disolución líquido-líquido (por ejemplo etanol en agua o hexano en benceno). Como en las veces anteriores, la ecuación necesaria para realizar los cálculos sigue la misma tendencia:
% v/v = 100 x (mL de soluto/ mL de disolución)
Si bien estos parámetros nos sirven para determinar cuan concentrado se encuentra el soluto en la disolución, son poco utilizados, ya que mayormente se usa la concentración molar (ver punto siguiente). Nótese que, a excepción del % m/v, las mediciones anteriores no poseen unidades (% m/v se mide en g/mL, similar a la densidad). Ahora veremos las últimas dos maneras de medir la concentración: la molaridad y la molalidad. Pero antes de eso, tenemos que tener claro un concepto fundamental en química, el mol.
Un mol corresponde a una unidad que mide cantidad de materia, de similar manera como una docena mide 12 unidades de lo que sea o un trío hace referencia a tres objetos. La cantidad de magteria que mide un mol fue determinada por el químico italiano Amadeo Avogadro. Segun avogadro, un mol correspondía a:
1 mol = 6,022 x 1023 partículas
Pero, ¿por qué es tán importante esta unidad? Su importancia radica principalmente en que un átomo no tiene masa suficientemente grande para que se le pueda medir, por lo cual era preciso tener una unidad que sirviera para poder diferenciar a las diferentes sutancias respecto a su masa. Esta es la razon por la cual que las masas atómicas y moleculares (denominadas en general como masas molares) de las sustancias se miden en g/mol, es decir, cuantos gramos de sustancias existen en 1 mol de dicha sustancia (ejemplo: un mol de átomos de oxígeno pesa 15,99 grs., por lo cual su masa atómica es de 15,99 g/mol). Ahora cuando se hable de que existe, por ejemplo, 5 moles de una cierta sustancia ya sabrán que esto quiere decir que existen más de 3 cuatrillones de partículas de dicha sustancia!
Teniendo todo esto en mente, es factible ahora empezar a ver los dos tipos de concentraciones que involucran cantidad de materia:
- Molaridad o Concentración Molar (M): La molaridad se define como la cantidad de materia contenida en 1 Litro de disolución. Al igual que en los parámetros anteriores en donde se veía involucrado el volumen, en el volumen de disolución va incluído el volumen del soluto sumado con el del solvente (solo para disoluciones acuosas). En ejercicios, cuando aparezca algo similar a esto: [X], querrá decir concentración molar de X. Para calcular la molaridad se usa la siguiente ecuación:
M = nro. de moles de soluto/ Lts de disolcuión
Otra manera de poder calcular la concentración molar es a partir de los gramos del soluto involucrado, debido a que:
Nro. de moles de soluto = grs. de soluto/ masa molar de soluto
Lo que implica que:
M = grs. de soluto/ (masa molar de soluto x Lts de disolución)
- Molalidad o Concentración molal (m): La molalidad tiende a causar confusión pro el nombre tan similar con ma molaridad y porque ambas involucran cantidad de materia, pero lo que miden es completamente distinto. La molalidad mide la cantidad de soluto contenido en 1 Kg de solvente. Para calcularse puede usarse cualquiera de las siguientes dos ecuaciones, tododependera de los datos que se tengan al momento de hacer los cálculos:
m = nro. de moles de soluto/ Kg de solvente
m = grs. de soluto/ (masa molar de soluto x Kg de solvente)
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