“Una disolución o solución es un sistema homogéneo formado por dos o más sustancias puras, que no reaccionan entre sí”.
El agua potable, la nafta y el alcohol iodado son soluciones líquidas. La soda, el agua mineral gasificada o las gaseosas, también son soluciones líquidas cuando se encuentran en el recipiente cerrado; al abrirlas, se forman burbujas, el sistema se transforma en uno heterogéneo.
Si se colocan unas cucharaditas de sulfato de cobre en un vaso con agua a temperatura ambiente y se agita, se observa que la solución se torna celeste. El sistema obtenido es homogéneo. El sulfato de cobre se disolvió. Los iones que forman el cristal se distribuyen entre las moléculas de agua y se origina una solución.
Cuando se agrega más soluto, la solución toma un color celeste más intenso y por más que se agite, no se logra la disolución total. En el fondo del vaso quedan depositados los cristalitos de sulfato de cobre, por lo que se obtiene un sistema heterogéneo de dos fases. La fase sólida es el soluto sin disolver y la fase líquida es la solución saturada de sulfato de cobre en agua.
Una disolución está formada por el disolvente y uno o más solutos (sólido, líquido, gas). Generalmente llamamos disolvente a la sustancia que se encuentra en mayor proporción y llamamos solutos a las sustancias restantes.
La solución se presenta en el mismo estado físico que el solvente que puede ser orgánico como inorgánico.
Los tipos más comunes de soluciones son: un líquido disuelto en otro líquido, un gas disuelto en un líquido y un sólido disuelto en un líquido.
Para caracterizar completamente una solución no basta con indicar los componentes que la forman (soluto y solvente) sino que hay que dar las cantidades relativas de los mismos; por ejemplo cantidad de soluto disuelto en una cierta cantidad de solución, esto es la concentración de la solución.
NOTA: La composición de una solución es una propiedad intensiva, ya que no modifica su valor cuando varía el tamaño de la muestra.
A diferencia de las concentraciones expresadas de una manera cualitativa o empírica, las concentraciones expresadas en términos cuantitativos o valorativos toman en cuenta de una manera muy precisa las proporciones entre las cantidades de soluto y disolvente que se están utilizando en una disolución. Este tipo de clasificación de las concentraciones es muy utilizada en la industria, los procedimientos químicos, en la farmacia, la ciencia, etc, ya que en todos ellos es necesario mediciones muy precisas de las concentraciones de los productos.
Hay diferentes maneras de expresar la concentración cuantitativamente. Se basan en la masa (peso), el volumen, o ambos. Dependiendo en lo que están basados no es siempre posible convertir una medida a la otra, a veces es necesario conocer la densidad para ello. Ocasionalmente esta información puede no estar disponible, particularmente si la temperatura varía.
Concentraciones cuantitativas
Porcentaje masa-masa (% m/m) o peso-peso (%p/p)
Se define como la masa de soluto (sustancia que se disuelve) por cada 100 unidades de masa de la disolución: %masa= masa de soluto (g) x 100
masa de disolución (g)
Por ejemplo, si se disuelven 20 g de azúcar en 80 g de agua, el porcentaje en masa será: [20/(80+20)]x 100=20% o, para distinguirlo de otros porcentajes, 20% m/m (en inglés, %w/w).
Porcentaje volumen-volumen (% v/v)
Expresa el volumen de soluto por cada cien unidades de volumen de la disolución. Se suele usar para mezclas líquidas o gaseosas, en las que el volumen es un parámetro importante a tener en cuenta. Es decir, el porcentaje que representa el soluto en el volumen total de la disolución.
%volumen= volumen de soluto (mL) x 100
volumen de disolución (mL)
Por ejemplo, si se tiene una solución del 20% en volumen (20% v/v) de alcohol en agua quiere decir que hay 20 mL de alcohol por cada 100 mL de disolución.
La graduación alcohólica de las bebidas se expresa precisamente así: un vino de 12 grados (12°) tiene un 12% (v/v) de alcohol.
El jugo de naranja comercial suele tener una concentración de 60% V/V, lo que indica que el 60%, (el soluto), es jugo de naranja, y el resto, el 40% (el disolvente), es agua.
Concentración en masa (% m/v)
Se pueden usar también las mismas unidades que para medir la densidad aunque no conviene combinar ambos conceptos. La densidad de la mezcla es la masa de la disolución dividida por el volumen de ésta, mientras que la concentración en dichas unidades es la masa de soluto dividida por el volumen de la disolución por 100. Se suelen usar gramos por mililitro (g/mL). %m/v= masa de soluto (g) x 100
volumen de disolución (mL)
La tintura de iodo, que en una presentación comercial puede tener una concentración 5%, significa que hay un 5% de iodo, (el soluto), disuelto en un 95% de alcohol, (el disolvente).
Concentración partes por millón (ppm): indica el número de partes de un componente en un millón de partes de la mezcla a la cual pertenece. Es la cantidad de soluto en miligramos por cada kilogramo de solución (mg/Kg)
Ppm= masa de soluto (g) x1 000000
masas de solución (g)
Cálculos con porcentajes masa-masa y volumen-volumen
Debemos manejar dos conceptos:
1. La suma de la masa del soluto más la masa del disolvente es igual a la masa de la disolución: Disolución = soluto + disolvente
2. Se usa la regla de tres para calcular diferentes proporciones.
Disolución = soluto + disolvente
La disolución o solución es la suma del soluto más el disolvente:
Y despejando,
soluto = Disolución - disolvente
disolvente = Disolución - soluto
Esto es válido para cuando trabajamos con masas, o volúmenes en los casos de porcentaje masa-masa y porcentaje volumen-volumen, pero no para cuando trabajamos con porcentajes masa-volumen, puesto que el soluto y el disolvente están representados con unidades diferentes (de masa y volumen respectivamente).
Ejemplo:
soluto | 20 g | 5% |
disolvente | 380 g | 95% |
solución | 400 g | 100% |
En la tabla se representa una disolución de 20 gramos de sal común disuelta en 380 gramos de agua, dando como resultado 400 gramos de agua salada. La concentración de la sal es del 5% de la masa, y el agua representa el 95%, dando un total del 100% para la disolución. En la tabla se representan las masas con un fondo amarillo, y los porcentajes con un fondo verde.
Si tenemos un problema en el que nos den dos de las masas, podemos calcular la tercera. Ver la parte de la tabla con el fondo amarillo.
Disolución = soluto + disolvente. Si la masa de la sal es de 20 g, y la del agua es de 380 g, la disolución tendrá una masa que es la suma de las dos anteriores, es decir: 20 g + 380 g= 400 g
soluto = Disolución - disolvente. Si tenemos la masa de la disolución y la del disolvente, la del soluto será igual a la de la disolución menos la del disolvente: 400 g - 380 g = 20 g
disolvente = Disolución - soluto. Si tenemos la masa de la disolución y la del soluto, la del disolvente es igual a la de la disolución menos la del soluto: 400 g - 20 g = 380 g
Con los porcentajes ocurre algo similar, excepto que es más sencillo porque el porcentaje de la disolución es siempre 100%, basta con tener el porcentaje del soluto o el del disolvente para conocer el otro. Ver la parte del cuadro de arriba con el fondo verde:
Soluto= 100- disolv. Si el disolvente está en un 95%, el porcentaje del soluto será: 100% - 95%= 5%
Disolv. = 100 - soluto. Si el soluto está al 5%, el porcentaje del disolvente será: 100% - 5%= 95%
PREPARACIÓN DE DISOLUCIONES: Manera de operar
Para preparar un determinado volumen de disolución, a una determinada concentración, se
hace el cálculo previo de las cantidades de soluto precisas. Si éste es sólido, se pesará, si es líquido, o bien se pesa o se mide el volumen correspondiente, conocida su densidad. Ha de tenerse en cuenta la pureza de los reactivos.
Calculada la cantidad necesaria, se pesan en un vidrio de reloj o se tomará el volumen
correspondiente por medio de una pipeta .
Soluto Sólido
Previa pesada de la sustancia, en un vidrio de reloj o vaso de precipitados, se adiciona una pequeña cantidad (menor que el volumen del matraz aforado) del disolvente agitando. Se lava repetidas veces el recipiente con el disolvente utilizado, que se vierte también en el matraz aforado. Finalmente, se enrasa. El matraz aforado nunca ha de calentarse.
Al enrasar ha de coincidir la tangente al menisco del líquido con la marca del aforo. El ajuste final se logra con más facilidad y precisión si se emplea la pipeta o un gotero pequeño.
Soluto Líquido
No se pipeteará con la boca. Basta en estos casos con introducir la pipeta hasta la base
del recipiente y esperar a que ascienda el líquido, sin succión o con ayuda de
una propipeta.
Toda disolución así preparada ha de ser posteriormente "valorada", para determinar con
exactitud su concentración. Este tema se estudiará más adelante.
Verifica este ejemplo: Se preparan dos soluciones de la forma que se indica a continuación.
En una balanza se pesan 5g de cloruro de sodio (NaCl), se disuleven en un vaso de precipitados y se transfiere cuantitativamente a un matraz aforado de 50 mL. Se agrega agua hasta el enrase (sol A). Se repite el procedimiento pero se transfiere el NaCl a un matraz de 200 mL (sol B), se agita hasta disolución completa.
La solución A es la más concentrada (10% en volumen), y la solución B es la más diluída (2,5% en volumen). Para transformar la solución 10% en una 2,5% basta con agregar 150 mL de solvente agua. Para transformar los 200 mL de solución B (que contiene 5 g de soluto) en solución A (10%) puede agregarse 15 g de NaCl o bien someter el sistema a evaporación reduciendo el volumen de la solución hasta 50 mL.
PROBLEMAS MODELO
1) Se preparan 500 ml de solución de alcohol yodado disolviendo 75 g de yodo en alcohol ¿cuál es la composición de la solución A expresada en %p/V?
500 mL solc------------------ 75 g Yodo
100 mL solc------------------ X= 100 mL solc . 75 g Yodo / 500 mL Solc= 15 g Yodo
La composición de la solución A obtenida es de 15%p/v
2) Se preparan 2 litros (2000 mL) de solución de alcohol yodado disolviendo 300 g de yodo en alcohol. ¿Qué composición tiene la nueva solución B?
2000 mL solc---------------- 300 g Yodo
100 mL solc----------------- X= 100 mL solc. 300 g yodo / 2000 mL solc= 15 g yodo
La composición de la solución B obtenida es de 15%p/v
La proporción de soluto en A y B es la misma en ambos casos, cada 100 mL de solución hay 15 gramos de yodo.
3) ¿Cuál es la masa de soluto presente en 500 mL de solución B?. ¿Cuál es la composición de 500 mL de la solución B, expresada en p/V?
2000 mL solc------------------- 300 g yodo
500 mL solc--------------------- X= 75 g yodo
500 mL solc--------------------- 75 g yodo
100 mL solc-------------------- X= 15 g yodo
La concentración es de 15% p/v
4) Una solución acuosa de fluoruro de potasio contiene 40 g de sal en 160 g de solvente y densidad 1,18 g/cm3, calcular su concentración expresada en:
- g ST / 100 g SV
- g ST / 1 L SV
- % m/m o en % p/p
- % m/v
a) el enunciado indica que se tiene 40 g ST / 160 g SV, y se lleva a 100 g SV
160 g SV ________ 40 g ST
100 g SV ________ x = 25 g ST / 100 g SV
b) como el solvente es agua y su densidad es 1 g/cm3; tener 160 g SV equivale a 160 cm3 SV y a su vez a 160 ml SV, luego con los datos se tiene 40 g ST / 160 ml SV y se lo lleva a 1 L SV = 1000 ml SV
160 ml SV ________ 40 g ST
1000 ml SV ________ x = 250 g ST / 1000 ml SV = 250 g ST / 1 L SV
c) por los datos iniciales se puede expresar 40 g ST / 160 g SV; recordando que
m Solc = m ST + m SV = 40 g + 160 g = 200 g
queda 40 g ST / 200 g Solc se lo pasa a 100 g Solc ( se pide x% m / m que es x g ST / 100 g Solc )
200 g Solc ________ 40 g ST
100 g Solc ________ x = 20 g ST / 100 g Solc = 20 % m/m
d) se debe calcular % m/v es Xgr ST / 100 cm3 Solc, si se parte de 40 g ST / 200 g Solc , la masa de Solc se debe expresar en cm3, para lo cual se usa la densidad de la solución:
d= m/v -------- v= m/d= 200 g / 1,18 g/cm3 = 169,5 cm3
luego se puede escribir 40 g ST / 169,5 cm3 Solc y se lo lleva a 100 cm3 Solc
169,5 cm3 Solc ________ 40 g ST
100 cm3 SN ________ x = 23,59 g ST / 100 cm3 SV = 23,59 % m/v
5) Se desea preparar 1,50 kg de solución al 25 % m/v y densidad de 1,2 g/cm3, calcular las masas de soluto y solvente necesarias.
Es conveniente expresar la concentración como % m/m, para ello se usa la densidad de la solución para hallar la masa de la solución.
Como 25 % m/v es 25 g ST en 100 cm3 se calcula la masa como
d= m/v -------- m= v.d= 100 cm3 . 1,2 g/cm3 =120 g
por lo tanto se puede escribir que 25 g ST se encuentran en 120 g de solución.
Ahora se calcula cuanto soluto hay en 1500 g (1,5 kg)
120 g Solc ________ 25 g ST
1500 g Solc ________ x = 312,5 g ST
recordando que mSolc = mST + mSV, se calcula la masa de solvente
mSV = mSolc - mST = 1500 g - 312,5 g = 1187,5 g SV
6) Se disuelven 50 g de sulfato de sodio en medio litro de agua, calcular su concentración expresada en:
- g ST / 1 L SV b. g ST / 100g SV c. % m / m
a) sabiendo 0,5 L = 500 ml, se puede escribir que 50 g ST / 0,5 L SV es equivalente a 50 g ST / 500 ml SV, y se resuelve llevándolo a 1000 ml = 1 L
500 ml SV ________ 50 g ST
1000 ml SV ________ x = 100 g ST / 1000 ml SV = 100 g ST / L SV
b) como 1 ml de agua equivale a 1 g, se tiene 50 g ST / 500 g SV, luego se lo lleva a 100 g de solvente
500 g SV ________ 50 g ST
100 SV ________ x = 10 g ST / 100 g SV
c) como % m / m es g ST / 100 g Solc, se debe calcular primero la masa de solución usando
mSolc = mST + mSV mSolc = 50 g + 500 g = 550 g
quedando 50 g ST / 550 g SN y llevando a 100 g de solución
550 g Solc ________ 50 g ST
100 g Solc ________ x = 9,09 g ST / 100 g Solc = 9,09 % m / m
7) ¿Qué volumen de una solución de nitrato de potasio al 18 % m m contiene 50 g de soluto siendo la densidad de la solución 1,17 g/cm3 a 20 ºC ?
si la concentración es del 18 % m / m se tiene 18 g ST en 100 g Solc, luego
18 g ST ________ 100 g Solc
50 g ST ________ x = 277,77 g Solc
a la masa de solución hallada se la expresa como volumen usando la densidad
d= m/v -------- v= m/d = 237,41 cm3
o sea, 237,41 cm3 de solución contienen 50 g de soluto.
8) Si al preparar agua salada se disolvieron 5 g de sal en 145 g de agua. ¿Cuál es el %m/m del soluto?
Soluto: sal Solvente: agua
m st + m sv = m sc 5 g + 145 g= 150 g solución
Por lo tanto: 150 g sc --------------- 5 g soluto
100 g sc --------------- X= 3,3 g soluto
La solución contiene 3,3 % en masa de soluto.
9) Si un vino contine 12% en volumen de alcohol (etanol), ¿cuántos ml de alcohol están presentes en una copa que contiene 110 mL de vino?
100 mL de vino ----------------- 12 mL alcohol
110 mL de vino ----------------- X= 13,2 mL alcohol
10) La etiqueta de un antiséptico bucal informa que cada 100 mL contiene: 0,042 g de mentol; 0,092 g de eucaliptol; 0,084 g de timol; 0,060 g de salicilato de metilo, además de otras sustancias que se emplean para mejorar su sabor. ¿Cuántos gramos de mentol están contenidos en 250 mL del líquido antiséptico?. Expresar en ppm.
100 mL antisep. ---------------- 0,042 g mentol
250 mL antisep ---------------- X= 0,105 g mentol
250 mL de solución contienen 0,105 g mentol
250 mL antisep. ---------------- 0,105 g mentol
1000 mL antisep ---------------- X= 0,42 g mentol
0,42 g corresponden 420 mg de mentol
Rta: 0,42 g / Litro ó 420 mg/ Litro ó 420 ppm de mentol
