Unidad 9 Y estudiaremos: Disolución y sus componentes. Concentración de las disoluciones y su expresión. Disoluciones saturadas y sobresaturadas. Diluciones. Densidad: concepto y expresión matemática. En esta unidad aprenderemos a: Definir el concepto de disolución y determinar sus conceptos y tipos. Preparar disoluciones según las formas de concentración. Preparar diferentes tipos de diluciones. Expresar el dato de densidad absoluta matemáticamente y diferenciar entre densidad absoluta y relativa. Determinar la densidad de sólidos y líquidos. Utilizar el densímetro para medir densidades de líquidos.
9 Toma nota En las disoluciones puede haber más de un soluto pero, una vez que la mezcla está homogeneizada, no se distinguen sus componentes. a) Mortero con pistilo. b) Mezcladora. Fig. 9.1. Si los componentes de la disolución son sólidos, la homogeneización se realiza mediante mortero con pistilo (a) o con mezcladora del tamaño adecuado (b). a) Vaso de precipitados con varilla. 1. Disolución y sus componentes Una disolución es la mezcla homogénea de dos o más sustancias. La disolución más sencilla está formada por la mezcla de dos componentes: el componente en mayor proporción se llama disolvente y el componente en menor proporción se llama soluto. Las disoluciones se nombran citando en primer lugar el soluto y en segundo lugar, el disolvente. Ejemplo: sal en agua. Cuando se trata de soluto y disolventes sólidos se suele emplear el término de mezcla homogénea (no se pueden distinguir sus componentes) en lugar del término disolución, que se reserva para mezclas de sólido y líquido o líquido y líquido (las más utilizadas en Farmacia). La homogeneización es el proceso usado para conseguir que no se diferencien los componentes de una disolución. En la práctica farmacéutica este proceso se lleva a cabo según el estado físico de los componentes de la disolución (Figs. 9.1 y 9.2). Soluto Disolvente Sólido Líquido Gas Sólido Polvos pédicos Suero salino Humo Líquido Arcilla Alcohol 70 ºC Nebulización Gas Hidrógeno en paladio Bebidas gaseosas Aire Tabla 9.1. Ejemplos de mezclas de sustancias y aplicaciones. Disolvente Agua purificada Etanol o alcohol etílico Isopropanol Características Este es el disolvente más utilizado en Farmacia. Es insípida, inodora, incolora, no presenta actividad farmacológica y no es irritante. Descrita en RFE. El alcohol de 96 ºC, también llamado alcohol de 95 ºC o alcohol oficinal, es el más usado en la formulación magistral. Es miscible con agua y otros alcoholes y es un excipiente de declaración obligatoria. El alcohol absoluto de 99 % es muy higroscópico y no se utiliza. El de 70 ºC es el de mayor poder antiséptico. Este disolvente es tóxico por vía oral y solo se usa por vía tópica. Glicerina Propilenglicol Polietilenglicoles (PEG) Producto muy viscoso que le da consistencia a las disoluciones y es miscible con agua y etanol. También es un conservante no tóxico por vía oral. Producto que se mezcla con agua, acetona, etanol y glicerina para utilizarse en alimentación y cosméticos. Polímeros de agua y óxido de etileno. Son higroscópicos, solubles en agua, alcohol, glicerina y acetona. b) Agitador magnético. Fig. 9.2. Si hay algún componente líquido, la disolución se realiza bien de forma manual, en vaso de precipitados con varilla (a) o matraz aforado, o bien con agitador magnético (b). Sorbitol Dimetilsulfóxido Tabla 9.2. Disolventes de uso frecuente en Farmacia. Líquido incoloro, de consistencia semejante a la glicerina, que posee sabor dulce y se usa como edulcorante. Es miscible con agua y alcohol. Este disolvente se usa para disolver sustancias insolubles en agua. Solo se emplea para uso externo. 120
9 2. Concentración de las disoluciones y su expresión La concentración expresa, cuantitativamente, la proporción de soluto en la disolución. Este concepto se puede expresar de diferentes maneras. 2.1. Expresión en porcentaje Claves y consejos Los líquidos se pesan en vaso de precipitados o matraz Enlermeyer previamente tarados. Si son muy densos, es preferible hacerlo en vaso de precipitados para facilitar su salida. La disolución expresada en porcentaje parte de que la cantidad total de la disolución son 100 partes y la cantidad de soluto es una porción de ellas (partes de soluto en 100 partes de disolución). Se representa con el símbolo %. La concentración en tanto por ciento se puede expresar, a su vez, de tres maneras: a) Peso/peso (p/p); b) Peso/volumen (p/v); c) Volumen/volumen (v/v). A. Peso/peso El soluto y el disolvente se miden en unidades de masa, aunque ambos componentes pueden ser sólidos o líquidos. Así, si tenemos una disolución de concentración al 3 % significa que, de las 100 partes de disolución total, tres partes son de soluto. Para hacer esta medición se puede emplear cualquier unidad de masa, siempre que sea la misma tanto para el soluto como para el disolvente. Práctica de laboratorio 1 Preparación de una mezcla de soluto y disolventes sólidos con expresión en % p/p: 140 g de paracetamol en lactosa al 5 %. Fundamento: preparación de mezcla homogénea de dos sustancias sólidas (paracetamol y lactosa). Vidrio de reloj y vaso de precipitados. Mortero con pistilo o mezcladora de polvos. Espátulas de metal. Paracetamol. Lactosa. El paracetamol es un polvo blanco de acción analgésica, antipirética y antiinflamatoria. La lactosa es un excipiente de declaración obligatoria, blanco y pulverulento. Toma nota En Farmacia, las unidades de masa más utilizadas son g y mg. Cálculos: Paracetamol: 5/100 = x/140 ; x = 7 g Lactosa: 140 7 = 133 g Técnica: 1. Poner papel de filtro en la mesa y preparar el material que se va a necesitar, así como las dos sustancias. 2. Pesar los 133 g de lactosa en vaso de precipitados. 3. Pesar 7 g de paracetamol en un vidrio de reloj. 4. Poner en el mortero el paracetamol primero (por ser la sustancia principal) y después la lactosa. 5. Mezclar con el pistilo ayudándonos con una espátula hasta que estén perfectamente mezclados. Observaciones: los productos elegidos deben ser los adecuados y la mezcla debe realizarse con cuidado para no confundirlos. Caso práctico 1 El jefe del laboratorio farmacéutico donde trabaja Cristina le ha pedido que calcule la cantidad de soluto y disolvente que hay en ¼ kg de una mezcla de almidón de maíz en agua al 8 % p/p. Qué cálculos debe hacer? Solución: a) Cantidad de almidón de maíz: 8 250/100 = 20 g de almidón. b) Cantidad de agua: 250 20 = 230 g de agua. 121
9 Claves y consejos No olvides poner las unidades correspondientes a la hora de hacer los cálculos. Así evitarás errores. Por ejemplo: 2,5 g de sacarosa en 100 ml de disolución. B. Peso/volumen La cantidad de soluto se expresa en masa (g) y la cantidad total de disolución se expresa en volumen (l) (se pueden usar los múltiplos y submúltiplos de g y l). Así, una concentración al 3 % significa que hay 3 partes de soluto expresadas en unidades de masa y hasta 100 partes de disolución expresadas en volumen. La preparación de disoluciones p/v requiere el uso de recipientes que midan volúmenes de forma exacta, por lo que deben utilizarse siempre matraces aforados. Práctica de laboratorio 2 Preparación de 250 ml de disolución al 0,9 % p/v de NaCl. Fundamento: mezcla de producto sólido (NaCl) con agua de tal forma que no se diferencien sus componentes. La sal común o cloruro sódico es un sólido en forma de cristales cúbicos transparentes, sabor salado y muy soluble en agua. Espátula de metal. Vaso de precipitados. Cloruro sódico. Embudo. Vidrio de reloj. Caso práctico 2 A Cristina le han pedido que calcule la concentración en % p/v de la disolución preparada al disolver 3 g de un soluto en agua suficiente para completar 150 ml de solución. Cuál será el resultado? Solución: Cristina tendrá que llevar a cabo la siguiente operación: 3 100/150 = 2. Por lo tanto, el resultado será 2 g % p/v. Pipeta graduada de 5 ml. Matraz aforado de 250 ml. con tapón. Agua purificada. 4. Poner el cloruro sódico en el otro vaso de precipitados y añadir un poco de agua purificada para disolver el NaCl. 5. Pasar esta mezcla al matraz aforado de 250 ml con la ayuda del embudo. 6. Agitar la mezcla suavemente por inversión hasta que se disuelva. 7. Añadir agua hasta el cuello del matraz y agitar. 8. Enrasar con agua hasta el aforo del matraz. Observaciones: el suero salino o fisiológico también se expresa como NaCl al 9º/00 p/v. Claves y consejos Recuerda que la parte curva del menisco del enrase de un líquido en un matraz aforado debe coincidir con la marca del aforo del matraz. Cálculos: Cloruro sódico: 0,9/100 = x/250 ; x = 2,25 g Agua: hasta 250 ml de disolución. Técnica: 1. Pesar 2,25 g de NaCl en el vidrio de reloj con la ayuda de la espátula. 2. Poner agua purificada en el vaso de precipitados. 3. Poner cloruro sódico en el matraz aforado con la ayuda del embudo y un poco de agua purificada. Menisco Fig. 9.3. Enrasado del matraz. Enrase 122
9 C. Volumen/volumen El soluto, el disolvente y la cantidad total de la disolución se miden en volumen, generalmente en ml, y tanto el soluto como el disolvente deben ser líquidos. La diferencia entre la cantidad total de disolución y la de soluto será la cantidad de disolvente que se debe añadir al soluto. Actividades 1. Especifica cuáles son el soluto y el disolvente en las siguientes disoluciones: a) Disolución de cloruro sódico en alcohol. b) Disolución de cloruro potásico. c) Disolución de glicerina. d) Mezcla de paracetamol en talco. 2. En ½ kg de disolución al 12,5 % p/p de glicerina en agua, qué cantidad de glicerina lleva? Y de disolvente? Cuál es el soluto? Caso práctico 3 A Cristina le piden en la farmacia en la que trabaja que prepare 150 ml de glicerina en agua al 2 %. Qué cantidad de glicerina necesita? Y de agua? Solución: Para averiguar la cantidad de glicerina que necesita, tendrá que realizar estos cálculos: 2 150/100 = 3 ml Por lo tanto, la cantidad de agua que necesita es: 150 3 = 147 ml Práctica de laboratorio 3 Preparar 200 ml de una disolución de lejía en agua al 5 % v/v. Fundamento: la lejía diluida se usa para la limpieza de material de vidrio de laboratorio, como los portaobjetos. 2 vasos de precipitados de 250 ml. Matraz aforado de 100 ml. Embudo. Agua purificada. 2 pipetas de 10 ml. Matraz aforado de 50 ml. Varilla de vidrio. Lejía comercial. Cálculos: Lejía: 5 200/100 = 10 ml Agua: 200 10 = 190 ml 3. En 250 g de una disolución al 23 % p/p de sacarosa en almidón, cuál es la cantidad de soluto? Y la cantidad total de disolución preparada? 4. Para preparar ½ litro de almidón al 40 % p/v, qué cantidad de almidón se necesita? Y de agua? 5. Calcula la cantidad de soluto y de agua que se necesita para preparar 150 ml de disolución al 15 % v/v de ácido acético. Técnica: 1. Medir los 10 ml de lejía con una pipeta de 10 ml y poner en un vaso de precipitados de 250 ml. 2. Medir los 190 ml de agua en el segundo vaso de precipitados de la siguiente forma: medir 100 ml de agua con el matraz aforado de 100 ml y echar en el vaso de precipitados. Medir 50 ml de agua con matraz aforado de 50 ml y añadir al vaso. Por último, medir 40 ml de agua con pipeta de 10 ml y añadir al vaso. 3. Añadir el agua al vaso de precipitados que contiene lejía y agitar con varilla de vidrio. 123
9 Práctica de laboratorio 4 Esta práctica consiste en preparar 150 g de almidón de maíz en agua al 3,5 % p/p. Fundamento: se prepara una mezcla de un producto sólido (almidón de maíz) y un disolvente líquido (agua) expresados ambos en peso. Espátula. Varilla de vidrio. Dos vasos de precipitados Almidón de maíz. de 250 ml. Agua. El almidón de maíz es apto para enfermos celíacos y sustituye a la harina de trigo en la elaboración de alimentos. Práctica de laboratorio 5 Preparar 500 ml de sulfato de cobre al 0,1 % p/v. Fundamento: el sulfato de cobre disuelto en agua se usa como antiséptico dérmico. Matraz aforado de 500 ml. Sulfato de cobre. Vaso de precipitados. Embudo. Vaso de precipitados de 100 ml. Agua purificada. Varilla. Cálculos: Cantidad de almidón: 3,5/100 = x/150 = 5,25 g Cantidad de agua: 150 5,25 = 144,75 g Técnica: 1. Pesar 5,25 g de almidón en vaso de precipitados de 250 ml y pesar 144,75 g de agua purificada en el otro vaso de 250 ml. 2. Añadir el agua pesada al almidón y agitar con la varilla hasta su total disolución. Observaciones: el almidón de maíz es soluble en agua fría. Si se utiliza agua caliente, se forma un engrudo insoluble. El agua debe añadirse lentamente mientras se agita, para favorecer la disolución. Cálculos: Sulfato de cobre: 0,1 500/100 = 0,5 g Agua: hasta 500 ml Técnica: 1. Pesar el sulfato de cobre en el vaso de precipitados de 100 ml. 2. Añadir 80 ml de agua, aproximadamente, y disolver agitando con la varilla. 3. Pasar esta mezcla al matraz aforado de 500 ml con un embudo. 4. Añadir 50 ml de agua, aproximadamente, al vaso que contenía el sulftato de cobre. Agitar con la varilla y añadir al matraz de 500 ml. Mezclar y enrasar con agua. Práctica de laboratorio 6 Preparación de 80 ml de disolución al 15 % v/v de glicerina. Fundamento: se prepara una mezcla de glicerina y agua, ambas medidas en unidades de volumen. Dos pipetas de 10 ml. Dos vasos de precipitados de 250 ml. Matraz aforado de 50 ml. Ácido acético comercial. Agua. Cálculos: Cantidad de glicerina: 15/100 = x/80 ; x = 12 ml Cantidad de agua: 80 12 = 68 ml Técnica: 1. Poner en un vaso de precipitados los 12 ml de glicerina con ayuda de una pipeta de 10 ml. 2. Añadir los 68 ml de agua medidos con un matraz aforado de 50 ml y una pipeta de 10 ml. 3. Mezclar con varilla de vidrio. 124
9 2.2. Expresión en moles La molaridad (M) es el número de moles de soluto que hay en 1 litro de disolución. Se expresa de la siguiente forma: M = Soluto (g)/masa molecular Volumen (l) Claves y consejos La masa de un mol de moléculas de cualquier elemento es igual al valor de su masa molecular expresado en gramos. Mol es la masa molecular de una molécula expresado en g. El número de moles que hay en una determinada cantidad de sustancia se calcula dividiendo la masa de la sustancia entre su masa molecular: Elemento Símbolo Peso atómico Elemento Símbolo Peso atómico Hidrógeno H 1,01 Hierro Fe 55,8 Oxígeno O 16 Cobre Cu 63,5 Sodio Na 23 Níquel Ni 58,7 Cloro Cl 35,5 Boro B 10,8 Azufre S 32,1 Yodo I 126,9 Nitrógeno N 14 Cinc Zn 65,4 Fósforo P 30,9 Carbono C 12 Potasio K 39,1 Manganeso Mn 54,9 Magnesio Mg 24,3 Cromo Cr 52 Calcio Ca 40,1 Aluminio Al 27 Tabla 9.3. Pesos atómicos de los elementos químicos de uso frecuente. 2.3. Expresión en normalidad N.º de moles = masa (g)/masa molecular La normalidad (N) es el número de equivalentes gramo de soluto en un litro de disolución y se expresa así: N = masa soluto (g)/(masa molecular/valencia) Volumen disolución (l) El número de gramos de soluto dividido entre su peso molecular es el número de moles; el número de moles dividido entre la valencia es el número de equivalentes químicos. 2.4. Expresión en partes por millón Esta expresión se utiliza para medir los elementos en cantidades muy pequeñas presentes en una mezcla. Estos elementos se llaman trazas y se expresan con la abreviatura ppm: 1 ppm = 1 µg/g, 1 mg/kg o 1 mg/l (para agua) También se puede definir como la cantidad de materia contenida en una parte sobrante sobre un total de un millón de partes. Importante El patrón de mol es el número de átomos que están contenidos en 12 gramos de carbono de masa isotópica 12 (C12). El número de partículas de una sustancia contenidas en un mol de dicha sustancia se denomina número de Avogadro, y el valor más exacto que se conoce de él es 6,0221367 10 23. Por ejemplo: un mol de electrones contiene 6,0221367 10 23 electrones y un mol de moléculas de agua contiene 6,0221367 10 23 moléculas de agua. Actividades 6. Calcula la expresión en moles de una disolución de 35 g de NaOH en 250 ml de agua aplicando la fórmula de la molaridad. 7. Calcula la normalidad de una disolución que contiene 15 g de sosa en medio litro de agua. 8. Expresa en ppm la cantidad de soluto de 1 litro de sulfato de cobre 0.25 M. 125
9 Dudas frecuentes Una disolución saturada de NaCl es aquella que contiene 37,5 g disueltos en 100 g de agua a 20 ºC, y se prepara añadiendo sal al agua hasta que ya no admite más soluto. Cuándo pasaría esta disolución a ser sobresaturada? Cuando, al añadir sal al agua, precipita y queda en el fondo. Fig. 9.4. Disoluciones con distintas concentraciones de soluto: la más concentrada aparece a la derecha (con el color más intenso) y las más diluidas, a la izquierda. 3. Disoluciones saturadas y sobresaturadas Una disolución saturada es aquella en la que está disuelta la mayor cantidad posible de soluto a una cierta temperatura. Una disolución sobresaturada es aquella que contiene tal cantidad de soluto que este precipita aunque sea soluble en el disolvente. La solubilidad depende de la temperatura, de forma que, en general, a mayor temperatura, más cantidad de soluto admite la disolución. 4. Diluciones Una dilución es una disolución de menor concentración que aquella de la que partimos. La disolución de partida se llama disolución madre. La fórmula para calcular qué cantidad de solución madre y de agua se necesitan para preparar una dilución determinada es la siguiente: V i C i = V F C F El subíndice i indica disolución inicial, la más concentrada; el subíndice F significa disolución final, la menos concentrada o diluida. Así, tenemos: V i = volumen de la disolución madre necesario. C i = concentración de la disolución madre. V F = volumen que se desea preparar de la disolución final o diluida. C F = concentración de la disolución final o diluida. Otra forma de expresar una dilución de una disolución es mediante una fracción, siendo el denominador B la cantidad total de disolución que vamos a preparar y el numerador A, la cantidad de la disolución madre que hay que coger. Así: Denominador Numerador = cantidad de agua necesaria Actividades 9. Si deseo preparar 50 ml de sulfato de cobre al 0,1 % partiendo de una disolución de sulfato de cobre al 5 %, qué cantidad debo coger de la solución madre? 10. En una dilución a 1/8, el 1 representa el soluto o el disolvente? Y el 8? 11. Completa el siguiente enunciado: Para preparar 50 ml de glicerina diluida al 3 % se necesitan ml de glicerina pura y ml de agua. 12. Observa la figura de la izquierda. Se trata de un disolución de azul de metileno al 5 %. Realiza los cálculos necesarios para preparar 60 ml de solución de azul de metileno al 3 % partiendo de esta disolución. 126
9 Práctica de laboratorio 7 En esta práctica se van a preparar 50 ml de disolución de sacarosa al 3 % p/v partiendo de una disolución de sacarosa a 20 % p/v. Fundamento: la disolución de sacarosa al 20 % se llama disolución madre o inicial porque es la más concentrada. La disolución de sacarosa al 3 % es la diluida o final. Pipetas. Vasos de precipitados. Matraz aforado de 50 ml. Cálculos: Aplicando la fórmula V i C i = V F C F obtenemos lo siguiente: C i es la concentración de la disolución que tenemos, 20 %. V i es el volumen de esa disolución que tenemos que coger (el dato que tenemos que calcular). V F es el volumen que deseamos de la disolución diluida, 50 ml. Por tanto: 20 V i = 50 3 Despejando: V i = 50 3/20 = 7,5 ml de sacarosa al 20 % y añadimos hasta 50 ml de agua. Técnica: coger 7,5 ml de la solución madre con una pipeta y colocar en el matraz aforado de 50 ml. Finalmente, añadir el volumen de agua necesario hasta el enrase. Caso práctico 4 Miguel está trabajando en el laboratorio de farmacia y tiene que despejar la siguiente incógnita: necesita calcular el volumen de solución madre necesario, cuya concentración es 3 %, para preparar 90 ml de solución diluida, cuya concentración deseamos que sea de 2 %. Solución: Para hacer este cálculo hay que aplicar la siguiente fórmula: V i C i = V F C F. Sustituyendo, queda lo siguiente: V i 3 = = 90 2. Despejando ahora el volumen inicial o de la solución madre, queda V i = 180/3 = 60 ml. El resto, hasta los 90 ml que hay que preparar de solución diluida, es agua. Es decir, Miguel tendrá que mezclar 60 ml de solución madre y 30 ml de agua. 127
9 Importante La densidad se expresa en unidades del Sistema Internacional (SI), en kg/dm 3 y, más frecuentemente, en g/cm 3 o g/ml. Las sustancias con menor densidad flotarán encima de las sustancias con mayor densidad, como es el caso del aceite en el agua. 5. Densidad: concepto y expresión matemática La densidad de un cuerpo (r) es el resultado de la división entre su masa y el volumen que ocupa: r = m/v Podemos conocer la masa o el volumen de una sustancia, si sabemos su densidad (r), mediante las siguientes fórmulas: r = m/v V = m/r m = V r Claves y consejos A 4 ºC y a 1 atmósfera de presión, 1 kg de agua ocupa 1 dm 3, es decir, 1 000 g de agua ocupan 1 000 cm 3, por lo que su densidad absoluta es 1g/cm 3, ya que: r = m/v = 1 000 g/1 000 cm 3 = = 1 g/cm 3 Práctica de laboratorio 8 En esta práctica se estudia la flotabilidad de diferentes sustancias en relación con su densidad. Fundamento: colocar diferentes sustancias en una probeta y observar, tras agitación, la altura que han alcanzado dentro de la misma. A mayor altura, menor densidad y mayor flotabilidad. Probeta de 20 ml. Agua destilada. Champú. Pipetas Pasteur. Aceite de coco. La densidad de una sustancia obtenida al dividir su masa entre el volumen que ocupa se denomina densidad absoluta; si relacionamos la densidad absoluta con la de otra sustancia que tomamos como referencia, entonces recibe el nombre de densidad relativa o peso específico. La sustancia habitual de referencia es el agua, considerada a 4 ºC y 1 atmósfera, y la densidad relativa (r r ) de cualquier sustancia (x) siempre se relacionará con ella: r r (x) = Densidad absoluta (x)/densidad agua (4 ºC y 1 atmósfera) En el valor de la densidad influyen dos factores: la temperatura, puesto que el volumen que ocupa un líquido o un gas varía mucho en función de este parámetro; y la flotabilidad, ya que una sustancia flotará sobre otra si su densidad es menor. Actividades 13. Halla la densidad (r) de un líquido sabiendo que 20 dl del mismo pesan 0,25 kg. 14. Coloca en un tubo de ensayo graduado de 10 ml, 5 ml de agua del grifo con pipeta y 5 ml de aceite de almendras con otra pipeta distinta. Cierra el tubo con parafilm y agita por inversión fuerte durante 30 segundos; colócalo en una gradilla y espera 10 minutos. Extrae tus conclusiones en función de los datos que observes indicando cuál de los dos líquidos es más denso y por qué. Procedimiento: 1. En una probeta graduada de 20 ml se ponen, con diferentes pipetas Pasteur y apoyando siempre la punta de la pipeta en las paredes de la probeta: 5 ml de agua destilada. 5 ml de aceite de coco. 5 ml de champú. 2. Colocar la probeta en un agitador rotativo durante 10 minutos. 3. Dejar reposar la probeta 25 minutos. 4. Observar la colocación de las sustancias dentro de la probeta y extraer conclusiones. 128
9 5.1. Métodos de determinación de la densidad Método de la probeta El peso del sólido se determina con una balanza electrónica y se mide después su volumen a través del líquido desalojado contenido en una probeta graduada. V i i V Ff Fig. 9.5. Probetas graduadas. Determinación de la densidad en sólidos Determinación de la densidad en líquidos Método del principio de Arquímedes Método del picnómetro para sólidos pulverulentos Método de la pesada Método del picnómetro La referencia es el principio de Arquímedes: todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical hacia arriba igual al peso del fluido desalojado. En este caso, empuje es el peso del líquido desalojado por el sólido sumergido. El picnómetro es un recipiente de vidrio provisto de tapón con un tubo capilar marcado y con enrase en la parte superior. La masa del sólido se averigua mediante pesada y el volumen lo averiguamos determinando el peso del volumen del líquido desplazado por el sólido pulverulento, que equivale al volumen del sólido en estudio. La medición de volumen por este método tiene que ser exacta mediante pipetas graduadas o matraces aforados. Cuando utilicemos la pipeta, tenemos que ir vertiendo y pesando con balanza electrónica, sucesivamente, 10 ml de un líquido problema para calcular su densidad, hallando la media aritmética de las densidades calculadas en cada paso. Cuando utilicemos el matraz, tenemos que determinar varias veces el peso de un líquido contenido en un matraz aforado de 100 ml. El fundamento consiste en pesar el picnómetro vacío (a este peso lo llamaremos (P 0 ); después pesaremos el picnómetro de volumen conocido y perfectamente aforado lleno del líquido cuya densidad queremos hallar (a este peso lo llamaremos (P 1 ); y, por último, pesaremos el picnómetro lleno de agua destilada (P 2 ). Para conocer la densidad del líquido aplicaremos la siguiente fórmula: r = (P 1 P 0 ) (P 2 P 0 ) = g/cm3 Fig. 9.6. Método de Arquímedes. Fig. 9.7. Picnómetro para sólidos pulverulentos. Fig. 9.8. Pipeteo con pera de goma. Fig. 9.9. Picnómetro para líquidos: con termómetro y de Gay-Lussac. Método del densímetro Los densímetros están formados por un tubo hueco que tiene un ensanchamiento en la parte inferior, el cual termina con un depósito con perdigones o mercurio, que sirve de lastre, manteniéndolo vertical al hundirse en los líquidos. En la parte superior presenta un vástago cilíndrico graduado, que nos indica la densidad en el punto del vástago hasta donde se ha hundido en el líquido. Cuanto menor es la densidad de un líquido, más se hunde el densímetro en él. Los densímetros no son muy precisos, pero permiten determinaciones rápidas, por lo que se emplean en técnicas rutinarias que no requieren una gran precisión. El fundamento de las determinaciones con densímetro consiste en realizar correctamente la lectura de la densidad de una solución contenida en una probeta, observando el punto del vástago graduado que toca la superficie del líquido en estudio. a) b) c) Lectura: 1,000 10,074 g/ml 1 1,100 Fig. 9.10. Para determinar la densidad, el densímetro (a) se introduce en la probeta con un leve movimiento giratorio (b). Después, sin tocar el densímetro, se hace la lectura (c). Tabla 9.4. Métodos de determinación de la densidad en sólidos y líquidos. 129
9 Práctica de laboratorio 9 El objetivo de esta práctica es determinar la densidad de un sólido irregular en g/cm 3. Dos probetas de 50 cm 3. Agua destilada. Balanza electrónica. Sólido irregular. Procedimiento: 1. Hallar la masa del sólido irregular perfectamente limpio y seco en una balanza electrónica y anotar su peso, al que llamaremos (m s ). 2. Llenar hasta la mitad una probeta de 50 cm 3 con agua destilada y enrasar con pipeta Pasteur (mirando la base del menisco que forma el líquido con las paredes de la probeta). Práctica de laboratorio 10 Esta práctica busca determinar la densidad de una solución de bicarbonato sódico y de otra de ácido acético glacial. Fundamento: determinar la densidad de dos soluciones problema, bicarbonato sódico (NaHCO 3 ) y ácido acético glacial (CH 3 COOH), preparadas por el profesor empleando el picnómetro para líquidos. Balanza electrónica. Picnómetro. Soluciones problema de bicarbonato y de ácido acético glacial. Agua destilada. Procedimiento: 1. Una vez estabilizada la balanza electrónica, pesar el picnómetro vacío, limpio y seco. Se obtiene el peso P 0. 2. Pesar el picnómetro lleno y perfectamente aforado con la solución problema de NaHCO 3. Se obtiene el peso P 1(NaHCO3) 3. Anotar el volumen que alcanza el líquido, al que llamaremos V i (volumen inicial). 4. Introducir, con mucho cuidado, dentro de la probeta el sólido irregular, que deberá tocar el fondo. Anotar el volumen que alcanza el agua, al que llamaremos V F (volumen final). 5. Hallar el volumen del sólido V s por diferencia entre V F y V i ; así V s = V F V i, ya que el volumen del sólido y el del líquido desalojado son elementalmente iguales. 6. La densidad del sólido se halla aplicando la fórmula: r = m 1 V s = g/cm 3 3. Vaciar el picnómetro, aclarar con agua destilada y enjuagar varias veces con la solución problema de ácido acético glacial. 4. Vaciar de nuevo y, si hiciera falta, secar perfectamente por fuera. 5. Llenar el picnómetro y aforar de nuevo con la solución de ácido acético glacial. 6. Pesar el picnómetro lleno de la solución de ácido acético glacial y obtener el peso P 1(CH3 COOH). 7. Por último, vaciar, aclarar varias veces con agua destilada, secar por fuera (si hiciera falta), llenar con agua destilada, aforar perfectamente y pesar. Se obtendrá P 2 (agua destilada). 8. La densidad de las soluciones problema se hallará dividiendo el peso de cada una de ellas entre el peso del agua destilada (r = 1 g/cm 3 ). 9. Rellenar el cuadro que aparece más abajo y sacar conclusiones. Líquidos Picnómetro vacío Picnómetro lleno Densidad ( g/cm 3 ) Sin líquido P 0 = Sol. NaHCO 3 P 1(NaHCO3) = r = (P 1 P 0 ) (P 2 P 0 ) 1 g/cm3 = Sol. CH 3 COOH glacial P 1(CH3 COOH) = r = (P 1 P 0 ) (P 2 P 0 ) 1 g/cm3 = H 2 O destilada P 2(H2O dest.) = 130
9 Síntesis Disolución y sus componentes Mezcla homogénea de dos o más sustancias formada por soluto y disolventes (sólidos, líquidos o gaseosos). Principales disolventes: agua, alcohol etílico, glicerina, isopropanol, propilenglicol, sorbitol, dimetilsulfóxido y PEG. Concentración Disolución saturada Disolución sobresaturada Diluciones Densidad r Expresa cuantitativamente la proporción del soluto en la disolución. Disolución en la que está disuelta la mayor cantidad posible de soluto a una cierta temperatura. Disolución que contiene tal cantidad de soluto que este precipita aunque sea soluble en el disolvente. Disoluciones preparadas a partir de otra más concentrada y que tienen menor concentración que aquella de la cual proceden. 1. Porcentaje. Indica las partes de soluto que hay en 100 partes de disolución. Se puede expresar como: p/p: g de soluto en 100 g de disolución. p/v: g de soluto en 100 ml de disolución. v/v: ml de soluto en 100 ml de disolución. 2. Molaridad. Número de moles de soluto que hay en 1 l de disolución. 3. Normalidad. Número de equivalentes químicos presentes en 1 l de disolución. 4. PPM. Partes de soluto que hay en un millón de partes de la disolución. Expresión matemática r = m/v Símbolo Unidades: kg/l, g/cm 3 y g/ml Densidad absoluta: masa de una sustancia dividida por el volumen que ocupa. Densidad relativa: densidad absoluta de una sustancia con respecto a la densidad de otra sustancia de referencia. Método de la probeta El volumen se mide a través del líquido desalojado. Métodos de determinación de la densidad en sólidos Método del principio de Arquímedes Método con picnómetro El empuje es el peso del líquido desalojado. La masa del sólido se averigua mediante pesada y el volumen, determinando el peso del volumen del líquido desplazado por el sólido pulverulento. Método de pesada Medición exacta de volumen mediante pipeta o matraz. Métodos de determinación de la densidad en líquidos Método con picnómetro r = (P 1 P 0 ) (P 2 P 0 ) = g/cm3 Método con densímetro Poco preciso, pero permite determinaciones rápidas. 131
9 Test de repaso Nota: Todas las actividades de esta página deben hacerse en un cuaderno aparte. 1. La molaridad es: a) Una forma de expresar el peso de una sustancia. b) Una forma de medir el volumen de una disolución. c) Una forma de medir concentraciones. d) Ninguna es correcta. 7. La concentración de una solución no se expresa en: a) mg % b) g/l c) % d) microgramos 2. Una dilución a 1/10 de una disolución indica: a) 1 parte de soluto y 10 de disolvente. b) 1 parte de soluto y 9 de disolución. c) 1 parte de soluto y 11 de disolución. d) Ninguna es correcta. 3. En 50 ml de una disolución de lactosa al 20 % p/v hay: a) 20 g de lactosa. b) 10 g de lactosa. c) 10 g de agua. d) 25 g de lactosa. 4. Las trazas están relacionadas con: a) Concentración expresada en molaridad. b) Concentración expresada en %. c) Concentración expresada en ppm. d) a y b son correctas. 5. El suero salino es: a) NaCl al 9 % p/v. b) NaCl al 20 % p/p. c) NaCl al 0,9 % p/v. d) a y c son correctas. 6. Cuántos mg de glucosa por ml de solución contiene una solución al 33 %? a) 0,33 mg. b) 3,3 mg. c) 33 mg. d) 330 mg. 8. Las siglas ppm significan: a) Partes por mil. b) Partes por billón. c) Partes para mover. d) Partes por millón. 9. La densidad se expresa en: a) g/ml b) g/cm 3 c) kg/l d) Todas son correctas. 10. En cuál de estas soluciones de NaHCO 3 de distinta concentración se hundirá más un densímetro? a) En la de 0,35 g/l b) En la de 350 mg/l c) En la de 35 cg/l d) En la de 35 mg/l 11. En el principio de Arquímedes se llama empuje (E) a: a) El peso del líquido que desaloja el sólido sumergido. b) El volumen del líquido que es desalojado por el sólido sumergido. c) La masa del sólido sumergido que desaloja un volumen. d) Todas son correctas. 12. De la densidad se dice que: a) Su valor varía con la temperatura. b) Relaciona masa y volumen de un cuerpo. c) Se puede conocer tanto en líquidos como en sólidos. d) Todas las respuestas son correctas. Solución: 1. c; 2. d; 3. b; 4. c; 5. c; 6. d; 7. d; 8. d; 9. d; 10. d; 11. a; 12. d 132
9 Comprueba tu aprendizaje Definir el concepto de disolución y determinar sus componentes y tipos. 1. Qué concentración tiene una solución que contiene 20 g de sosa en 1 l de agua? 2. Calcula la concentración de una disolución de glucosa que contiene 100 mg de glucosa en medio litro de agua. 3. Calcula la cantidad de soluto y disolvente de 1 l de almidón al 5 % p/v. 4. Qué cantidad de soluto hay en una mezcla de sacarosa en almidón al 35 % p/p? 5. Cita tres ejemplos de mezclas homogéneas en el ámbito doméstico: sólido-sólido, sólido-líquido y líquidolíquido. 6. Busca en el laboratorio tres productos químicos en estado sólido y tres en estado líquido. Describe en tu cuaderno el aspecto, color y olor de cada uno de ellos. 7. Busca en Internet información sobre los productos anteriores: usos más comunes y aplicaciones en el laboratorio. 8. Busca en Internet la fórmula química del etanol, del isopropanol y de la glicerina. Qué tienen en común estas sustancias? A qué grupo químico de compuestos pertenecen? 9. Busca en el almacén del laboratorio algún producto que pertenezca al mismo grupo químico que las sustancias anteriores y comenta sus aplicaciones en el laboratorio farmacéutico. Preparar disoluciones según las formas de concentración. 10. Prepara las siguientes disoluciones: a) 125 g de eritrosina en almidón al 1 % p/p. b) 250 ml de suero salino. c) 250 ml de NaOH 0,5 M. d) 100 ml de NaOH 0,2 N. 11. Prepara 100 ml de solución saturada de cloruro sódico, pésala y calcula la cantidad de soluto que contiene la disolución saturada. 12. Prepara 50 ml de azul de metileno al 0,2 % p/v partiendo de azul de metileno en polvo. 13. Calcula la normalidad de medio litro de disolución que contiene 5,6 g de HCl sabiendo que su riqueza es del 38 % y su densidad es de 1,25 g/ml. 14. Calcula la molaridad de 200 ml de una disolución que contiene 3 g de sosa. 15. Prepara 250 ml de disolución de yodo al 2 % p/v. Nota: Todas las actividades de esta página deben hacerse en un cuaderno aparte. Preparar diferentes tipos de diluciones. 16. Prepara las siguientes diluciones: a) 80 ml de una dilución a 1/20 de la disolución anterior. b) 300 ml de disolución de yodo al 1,2 % p/v partiendo de la disolución de yodo al 2 % p/v. c) 50 ml de azul de metileno diluido a 1/4 a partir de la disolución madre de la actividad 12. Expresar el dato de densidad absoluta matemáticamente y diferenciar entre densidad absoluta y relativa. 17. Determina la r de un cuerpo que presenta los siguientes valores de masa y volumen: a) masa = 345 dg; volumen = 35,6 cm 3 18. Si te dicen que una sustancia C tiene una r = 0,986 a 25 ºC, a qué tipo de densidad se refiere? Determinar la densidad de sólidos y líquidos. 19. Llena una probeta de 50 ml con etanol anhidro y enrásala bien a 25 ml con pipeta Pasteur. Pesa 3 g de NaCl en balanza electrónica y añade con cuidado la sal. Rellena el siguiente cuadro: Volúmenes V (inicial) V (final) V f V i Etanol r (NaCl) = 25 ml 20. El profesor te entrega una disolución de sulfato de Zn 7H 2 O que ha preparado, junto con un pequeño frasco de vidrio con tapón esmerilado de 100 ml, y te dice que halles la r de la solución problema siguiendo el cuadro adjunto: P 0 (frasco vacío) = P 1 P 0 = P 1 (frasco lleno H2O dest.) = P 2 P 0 = P 2 (frasco lleno sol. ZnSO4) = r H2O (T C) = 21. Halla la r de la solución de ZnSO 4 7H 2 O aplicando la fórmula correspondiente y explicando paso a paso la técnica a emplear. Utilizar el densímetro para medir densidades en líquidos. 22. Determina la r de dos soluciones de NaCl con concentraciones de 2 g/l y 12 g/l, respectivamente. Después de hallar la r de cada una con densímetro, relaciona el valor de r obtenido con la cantidad de soluto que tiene cada una y con el nivel de flotabilidad del densímetro. 133
9 Prácticas propuestas Práctica propuesta 1 Preparar 1 litro de disolución de sulfato de cinc al 1 % y, a partir de ella, preparar 100 ml de solución de sulfato de cinc diluido a 1/10. El sulfato de cinc se utiliza como antiséptico dérmico para el tratamiento coadyuvante del herpes. Fundamento: se prepara una solución madre y, a partir de ella, preparamos las diluciones que necesitemos. Matraz aforado de 1000 ml. Matraz aforado de 100 ml. Pipeta graduada de 10 ml. 2 vasos de Varillas agitadoras. precipitados. Embudos. Pipetas Pasteur. Parte 1. Preparación de la disolución madre: sulfato de cinc al 1 %. Cálculo: se necesita 1000 1/100 = 10 g de sulfato de cinc. Práctica propuesta 2 Determinar la densidad de una solución de cristal violeta. Balanza electrónica. Matraz aforado de 100 ml con tapón. Embudo. Pipeta Pasteur. Solución problema de cristal violeta preparada por el profesor. Procedimiento: 1. Colocar un matraz aforado con tapón, limpio y seco, en una balanza electrónica. Anotar el peso del matraz vacío como m 01. 2. Utilizando un embudo, llenar el matraz con el líquido problema hasta 2 cm por debajo de la línea de aforo. 3. Con la línea de aforo del matraz a la altura de los ojos, utilizar una pipeta Pasteur para enrasar correctamente; es decir, con la punta de la pipeta Pasteur apoyada en las paredes del matraz, dejar caer el líquido hasta que la base del menisco que forma el líquido con las paredes del cuello del matraz, toque tangencialmente a la línea de aforo. Después, cerrar con tapón. Procedimiento: 1. Se pesan los 10 g de sulfato de cinc en un vaso de precipitados de 250 ml y se añaden, aproximadamente, 100 ml de agua. Se agita y se traslada con el embudo al matraz aforado de 1 l. 2. Se añaden otros 100 ml aproximadamente de agua al vaso, se agita y se vuelve a echar al matraz aforado. Se agita y se enrasa con agua hasta el aforo de 1000 ml. 3. Etiquetar el matraz. Parte 2. Preparar 100 ml de disolución a 1/10 a partir de la anterior. Cálculos: la cantidad de solución madre que se necesita es: 100 1/10 = 10 ml Procedimiento: 1. Se miden 10 ml con la pipeta adecuada y se ponen en un matraz aforado de 100 ml. 2. Se añade agua hasta el enrase. 3. Etiquetar el matraz. 4. Colocar el matraz en la balanza electrónica, esperar a que se estabilicen los dígitos y anotar el peso como m 11. 5. Repetir el mismo proceso dos veces más. 6. A continuación, rellenar la siguiente tabla: Volúmenes Peso matraz Peso matraz Peso del Densidad vacío con lleno cerrado líquido (g) g/ml tapón (g) con tapón (g) 100 ml m 01 = m 11 = (m 11 m 01 ) = r 1 = 100 ml m 02 = m 12 = (m 12 m 02 ) = r 2 = 100 ml m 03 = m 13 = (m 13 m 03 ) = r 3 = 7. Por diferencia, hallar, cada vez, el peso del líquido contenido en el matraz aforado. 8. Calcular, cada vez, la densidad, aplicando la fórmula r = m/v. Se obtendrán tres valores de densidad (r 1, r 2, r 3 ). 9. Además, para hallar la densidad de la solución cristal violeta, calcular la media aritmética de los tres valores de densidad hallados: r (solución) = r 1 + r 2 + r 3 3 = g/ml 134
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