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Soluciones, preparación y valoración


Una solución es una mezcla homogénea de un soluto en un solvente




Clasificación de las soluciones:
Según su estado físico: es posible encontrar soluciones en estado líquido, gaseoso y sólido, esto va a depender del estado del solvente, observemos la siguiente tabla: (ver tabla)


Según su comportamiento frente a la corriente eléctrica:
se clasifican en soluciones electrolíticas que son aquellas que conducen la corriente eléctrica y las soluciones no electrolíticas las que no la conducen. Existen otras clasificaciones que van a depender de la concentración del soluto en el solvente: soluciones saturadas, sobresaturadas, etc. Esto va a depender directamente de la solubilidad del soluto.


La solubilidad:
es la máxima cantidad de un soluto que puede disolverse en una cantidad establecida de solvente a una temperatura determinada. Generalmente la solubilidad de una sustancia se expresa en gramos de soluto por cada 100 gramos de solvente. En el caso de las soluciones de ácidos y las bases se emplean los términos de solución concentrada y solución diluida.


Equilibrio de solubilidad:
existen límites con respecto a la cantidad de soluto que puede ser disuelto en un volumen determinado de solvente, por ejemplo la solubilidad varía con la naturaleza del soluto y del solvente, así la solubilidad de los sólidos en los líquidos varía con la temperatura, aumentando cuando la temperatura aumenta. Debido a esto es necesario indicar la temperatura a la que se mide la solubilidad.

La preparación de soluciones en los laboratorios de química, análisis biomédico, y en la industria, es de gran importancia. La preparación de soluciones permite la creación de nuevas sustancias o de sustancias que permiten realizar diversos ensayos. Las soluciones comerciales suelen ser concentradas lo que permite preparar a partir de éstas, soluciones más diluidas, que son las que suelen usarse en diferentes ensayos de laboratorio.


Cuando se preparan soluciones a partir de ácidos y bases deben tomarse ciertas precauciones, una de las más importantes y que permite evitar accidentes es verter la cantidad de solución concentrada requerida lentamente en el agua, considerado el solvente universal, esto permite que el calor generado por estas reacciones sea absorbido por la mayor cantidad de agua.



Preparación de soluciones:
Soluciones a partir de un soluto sólido:


¿Cómo realizar los cálculos para preparar una solución a partir de un soluto sólido?

1. Conocer el peso molecular del soluto para poder calcular la masa molecular.
2. Establecer la concentración de la solución a preparar y el volumen necesario de la misma.




El cálculo será planteado de la siguiente forma:

¿Cuántos gramos de NaOH se necesitan para preparar 200 ml de solución 0,3 mol/ml?

Paso 1: investigar en la tabla periódica la masa atómica de los componentes del NaOH.
Paso 2: Cálculo de la Masa molecular del NaOH (1x23) + (1 x 16) + (1 x 1) = 40 g
Paso 3: Cálculo de la Masa de NaOH en 1.000 ml (1L) de solución 0,3 mol/L
Planteamiento:
Si 1 mol de NaOH equivale a 40 g de NaOH, 0,3 mol de NaOH a cuanto equivale:
Paso 4: Masa contenida en los 200 ml de NaOH


Una vez obtenido este valor lo que debe hacerse en el laboratorio es pesar 2,4 g de NaOH y disolverlo en aproximadamente 150 ml de agua y luego enrasar el matraz colocando agua hasta que llegue a 200 ml. Y se tendrá una solución de NaOH al 0,3 molar.



Preparación de una solución a partir de líquidos.Por lo general los ácidos deben ser diluidos para utilizarlos (HCl, H2SO4 y HNO3). Estos ácidos se adquieren de manera comercial y traen en la etiqueta del envase la concentración y densidad que permiten calcular su concentración molar para preparar las diluciones.
¿Cómo preparar una solución a partir de un soluto líquido?

1.
Conocer la concentración de la solución madre o solución concentrada a partir de la cual se preparará la solución a la concentración requerida.

2. Establecer la concentración de la solución a preparar y el volumen necesario de la misma.
El cálculo se puede plantear de la siguiente forma:

¿Qué volumen de HCl de 32% en masa y una densidad de 1,18g/ml se necesita para preparar 2 litros de solución a una concentración de 0,5 mol/L (0,5 M)?

Paso 1:Cálculo de la masa del HCl
Esto también puede ser calculado aplicando la siguiente fórmula:
Paso 2: Cálculo de la pureza del ácido
Paso 3: Calculo de la concentración del ácido
Conocida la molaridad del compuesto a partir del cual se va a preparar la solución se aplica la siguiente fórmula V1 x C1 = V2 x C2 que relaciona la concentración de cada solución con su volumen.
V1: Volumen de la solución más concentrada, necesario para preparar la más diluida.
V2: Volumen a preparar de solución diluida; C1: Concentración de la solución más concentrada.
C2: Concentración de la solución a preparar.
Paso 4: Cálculo del volumen a tomar de la solución más concentrada para preparar la solución más diluida de HCl

Para preparar la solución de HCl al 0,5 M, se colocará en un matraz aforado de 2 L la cantidad de 500 ml de agua aproximadamente y se dispensaran lentamente los 96,7 ml de la solución más concentrada, luego se colocará la cantidad de agua necesaria para enrasar hasta el aforo del matraz de 2 L.



Análisis, Valoración volumétrica o titulación:
Con estos nombres se define la operación volumétrica mediante la cual se determina la concentración de una solución a partir de otra solución de concentración conocida y con la cual reacciona químicamente.

Esta operación volumétrica se fundamenta en la neutralización que experimentan las dos soluciones al reaccionar y que se puede evidenciar al conseguir un cambio de coloración mediante el uso de un indicador apropiado.

Existen dos variantes en la valoración volumétrica: acidimetría y alcalimetría.

La acidimetría es la valoración de ácidos mediante álcalis (bases) y la alcalimetría es la valoración de álcalis mediante ácidos.
El indicador utilizado vira de color cuando el pH de la solución cambia e indica que la cantidad estequiométrica para producir un compuesto conocido al poner en contacto el ácido y la base ha sido alcanzada. Esto permite el cálculo de concentraciones o volúmenes de ácidos o bases a partir de los datos de una solución conocida. El momento en que se produce el cambio de coloración se denomina punto final de la titulación. (ver tabla)

Relación molar 1:1
A continuación se muestra un ejemplo de cómo calcular la concentración de una solución ácida cuando la relación molar del ácido y la base es de 1:1.

Para la titulación se utilizaron 42 ml de una solución de NaOH de concentración 0,15 mol/L para neutralizar 50 ml de solución de HCl. ¿Cuál es la concentración molar de la solución ácida?

Despejar la fórmula para calcular la concentración del ácido.


La concentración de la solución ácida es de 0,126 mol/L

Relación molar diferente a 1:1
Cuando la relación molar del ácido y de la base es diferente, la ecuación debe ser balanceada antes de iniciar los cálculos.

¿Cuál es la concentración (mol/L) de una solución de H2SO4, si 50 ml de solución necesitan de 37,52 ml de solución de NaOH cuya concentración es de 0,15 mol/L, para su total neutralización?

Relación molar 1:2
Despejar la fórmula para calcular la concentración del ácido.


La concentración de la solución ácida es de 0,0558 mol/L





REFERENCIAS:
Requeijo, D. y Requeijo A. (2002). Química. Editorial Biosfera.
Irazábal A. y de Irazábal C. (S/A). Química. Ediciones CO-BO.
Mahan. Química. (1977). Fondo Educativo Interamericano.
Soluciones químicas:http://ciberquimia.cjb.net/ Consultada Marzo de 2004


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