SOLUCIONES M. en C. Alicia Cea Bonilla Coordinadora de Enseñanza de Bioquímica y Biología Molecular. Fac. de Medicina. UNAM 1
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. 2
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. 3
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 +, NH 4+, NO 3-, ClO 3-, CH 3 COO - ; Cl -, Br -, I (menos con Ag, Pb y Hg) y SO 2-4 (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. 4
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. 6
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 H 2 en Paladio Líquido Líquido Líquido Etanol en agua Líquido Sólido Líquido NaCl en agua Sólido Sólido Sólido Bronce, soldadura 7
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. 8
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. 9
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 10
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 11
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 12
La molalidad es el número de moles de soluto disueltas en un kg de solvente: Molalidad = moles de soluto masa de disolvente (kg) 13
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. 14
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 15
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. 17
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) 18
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( crioscópico) ) y aparición de la presión osmótica. 19
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. 20
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. 22
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. 23
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. 24
La concentración de todas las partículas disueltas en un litro de solución se mide en osmoles/l (osmolaridad( osmolaridad) ) o en osmoles/kg de disolvente (osmolalidad( 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. 25
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. 26
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. 27