QUÍMICA Rubén Cueva García 30 DE MARZO Y DISOLUCIONE 1 DE ABRIL 2015 AGENDA SOLUCIONES. CONCEPTO. CLASES CONCENTRACIÓN MOLARIDAD NORMALIDAD DILUCIÓN TITULACIÓN PRESIÓN OSMÓTICA OSMOLARIDAD Disoluciones Disolvente: componente mayoritario de la disolución, que determina si ésta es un sólido, un líquido o un gas. Solutos: los demás componentes de la disolución Ejemplos: Disolución de glucosa(sól) en H2O(líq); glucosa(ac); C6H12O6(ac) Disolución de metanol(líq) en H2O(líq); metanol(ac); CH3OH(ac) Disolución de O2(g) en H2O(líq) [respiración de peces] Disolución acuosa de NaCl, KCl, CaCl2 y C6H12O6 [un suero fisiológico] Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 4 ¿Qué son las disoluciones químicas? Mezcla homogénea, constituida por dos o más componentes Soluciones = disoluciones El elevado momento dipolar del agua y su facilidad para formar puentes de hidrógeno hacen que el agua sea un excelente disolvente. Una molécula o ión es soluble en agua si puede interaccionar con las moléculas de la misma mediante puentes de hidrógeno o interacciones del tipo ión-dipolo. El agua, denominado como el disolvente universal, es la mejor elección como disolvente, desde un punto de vista medioambiental, ya que no es ni inflamable, ni tóxica. Sustancias covalentes apolares NO se disuelven en agua pero sí en solventes apolares (éter, bencina, cloroformo, acetona, …) Ejemplos: Grasas, aceites, gasolina, petróleo, barnices, resinas, … Soluciones Soluciones iónicas POR SOLUTO Clasificación de disoluciones moleculares DISOLUCIONES CLASES ESTADO CONCENTRACION Disoluciones sólidas Disoluciones diluidas (insaturadas) Disoluciones liquidas Disoluciones concentradas (saturadas) Disoluciones gaseosas Disoluciones supersaturadas M, %m; N Osm , % V Clasificación de disoluciones según concentración: Diluidas: Son las que tienen pequeña cantidad de soluto en un determinado volumen de disolución. Concentradas: Son aquellas que tienen gran cantidad de soluto en un determinado volumen de disolución y por lo tanto, están próximas a la saturación. Saturadas: Son las que tienen máximo de soluto a determinada temperatura. Supersaturadas: Son las que contienen más soluto que el presente en las disoluciones saturadas, debido a saturación a elevadas temperaturas y posterior enfriamiento. Son inestables, el exceso precipita fácilmente. La solubilidad de líquidos y sólidos en líquidos por lo general aumenta cuando la temperatura se incrementa. Pero, hay algunas excepciones. En la gráfica podemos observar que la solubilidad del KCl (cloruro de potasio) y del KNO3 (nitrato de potasio) aumenta al incrementarse la temperatura, pero la del NaCl (cloruro de sodio) permanece casi constante y la del CaCrO4 (cromato de calcio) disminuye. CONCENTRACION (NUMÉRICA, EXACTA) La concentración es la relación entre la cantidad de soluto y la cantidad total de solución. Calcular el porcentaje en masa de la solución conteniendo 60 g de glucosa disueltos en 140 g de agua. Masa de solución total: soluto + solvente 60 g + 140 g = 200 g % m = (60 g/ 200 g) x 100 % = 30 % ¿Qué volumen de alcohol etílico contiene una botella de 500 cc de vino borgoña al 10% en volumen? (10%)(500 cc) / 100 % = V alcohol 50 cc = V alcohol Cuando la concentración de soluciones es extremadamente baja (muy diluidas, muy poca cantidad de soluto) suele expresarse en partes por millón. Una concentración de 1ppm significa que hay una parte en un millón de partes, por ejemplo 1g en un millón de gramos de solución, una gota en un millón de gotas, un mililitro en un millón de mililitros, etc. En soluciones acuosas y cuando la densidad de la solución es 1g/mL se puede decir que 1ppm es equivalente a 1mg/L de solución. ppm = masa de soluto x 106 masa total de solución Una muestra de agua contiene 3.5 mg de iones fluoruro (F-) en 825 mL de solución. Calcule las partes por millón del ion fluoruro en la muestra. Respuesta: Calcular la molaridad de 500 ml de solución básica (alcalina) preparada disolviendo 80 g de NaOH en agua. Masa molar NaOH = 40 g/mol Número de moles soluto: n = masa / masa molar n = 80 g / 40 g/mol n = 2 moles M = 2 moles / 0,5 litros = 4 mol /litro = 4 M Masa P. E. Calcular la normalidad de 5 litros de solución ácida preparada disolviendo 490 g de H2SO4 en agua. Número de equivalentes-gramo = # eq-g = masa / masa equivalente Masa equivalente H2SO4 = 98 / 2 [ factor de reacción Θ = 2 (# H) ] # eq – g = 490 g / 49 g/eq-g = 10 eq – g (soluto) N = 10 eq – g / 5 litros N = 2 eq – g / litro N = 2 N DILUCIÓN Se agregan 80 ml de agua a 120 ml de HCl 5 M ¿Cuál es la molaridad de La solución resultante? M1 V1 = M2 V2 (5 M)(120 ml) = (¿?)(200 ml) 3 M = ¿? DILUCIÓN Se agregan 80 g de HNO3 al 5 % a 120 g de HNO3 al 10 % ¿Cuál es el porcentaje en masa de la solución resultante? (m1)(%1) + (m2)(%2) = (m3)(%3) (80 g)(5%) + (120 g)(10%) = (200 g)(%3) (400 + 1200)/(200) = %3 8 % = % resultante Valoración ácido-base (también llamada volumetría ácido-base, titulación ácido-base o valoración de neutralización) es una técnica o método de análisis cuantitativo muy usada, que permite conocer la concentración desconocida de una disolución de una sustancia que pueda actuar como ácido neutralizada por medio de una base de concentración conocida, o bien sea una concentración de base desconocida neutralizada por una solución de ácido conocido . Es un tipo de valoración basada en una reacción ácido-base o reacción de neutralización Se titulan 20 ml de NaOH 3 N Con 120 ml de HCl ¿Cuál es la Normalidad de la solución ácida? N1 V1 = N2 V2 (3 N)(20 ml) = (¿?)(120 ml) 0,5 N = ¿? Se han pesado 2,25 g de NaCl y se disuelven con agua destilada llegando hasta 250 ml. Determinar el % peso/volumen de la solución y de acuerdo al resultado mencionar si se trata de un suero fisiológico % soluto (p/v)= 2,25 g x 100 = 0,9 % 250 mL Se trata de un suero fisiológico ya que se encuentra a la concentración del 0,9 % Calcule la molaridad de una solución preparada disolviendo 1,50 g de nitrato de sodio (NaNO3) en 125 mL de solución. 1, 5 g n = ————— = 0,0176 moles 85 g/mol 0.0176 moles Molaridad = ——————— = 0,14 M 0,125 L El peso equivalente (P.E.) o peso de combinación o peso de reacción es la cantidad de una sustancia capaz de combinarse o desplazar 1 parte en masa de H2, 8 partes en masa de O2 ó 35,5 partes en masa de Cl2. En la reacción se observa que 23 g de Na es químicamente equivalente a 1 g de H2 (Dato: Peso atómico Na = 23 , H = 1) Peso equivalente de una sal puede definirse en función del empleo de la sal como ácido o base. se calcula dividiendo el peso fórmula entre el numero de cargas † (positivas) o − (negativas) que presente la sal. Calcular el peso equivalente del anfótero p-eq = peso fórmula (g) = 135,5 g 3 3 3 AlCl3 p-eq = 44,5 g 2 2 Calcula las ppm de 120 mg de Na+ contenidos en 1500 g de solución acuosa. Datos: ppm Na+ = ? masa H2O = 1500 g = 1,5 kg masa Na+ = 120 mg Solución: ppm Na+ = mg Na+ = 120 mg = 80 ppm Kg disolución 1,5 kg ¿Cuántos miligramos de ion cloruro (Cl–) hay en 1,25 litros de una muestra de agua que tiene 17 ppm de ion cloruro? Miliequivalentes "mili" significa milésima parte de...., entonces si el n° eq lo quieres expresar en milieq, tienes que multiplicarlo por mil, 1 eq = 1000 milieq Mol (mol) = Peso molecular (o atómico) expresado en gramos Milimol (mmol) = 10–3 mol Equivalente gramo (Eq) = mol/valencia Miliequivalente (mEq) = 10–3 Eq • Un ion monovalente (Na+, Cl–, K+, HCO3–), 1 Eq o 1 mEq es lo mismo que 1 mol o mmol. • Un ion divalente (Ca2+, Mg2+, SO4–2), 1 mol es igual a 2 Eq y 1 mmol es igual a 2 mEq mg —————— x valencia = mEq peso atómico SODIO (Na) Valencia = 1 Peso atómico = 23 Cloruro sódico = 58,45 Bicarbonato sódico = 84,01 Lactato sódico = 112,06 1 g NaCl = 0,4 g Na = 400 mg Na = 17 mEq Na = 17 mEq Cl 1 g HCO3- = 273 mg Na 13 mEq Na = 1,33 g lactato sódico = 13 mEq HCO3– 1 mg Eq Na = 59 mg NaCl = 23mg Na = 84mg HCO3 Na = 112mg lactato Na 1 litro solución salina isotónica (0,85%) = 145 mEq Na 1 litro solución salina hipertónica (2%) = 342 mEq Na 1 litro solución bicarbonato sódico = 166 mEq Na 1 litro solución lactato sódico = 166 mEq Na POTASIO (K) Valencia = 1 Peso atómico = 39 1 g KCl = 13,4 mEq K 1 mEq K = 75 mg KCl = 39 mg K 1 litro solución de Elkiton = 6 g KCl = 3,2 K = 80 mEq La ósmosis es un fenómeno físico relacionado con el movimiento de un solvente a través de una membrana semipermeable. Tal comportamiento supone una difusión simple a través de la membrana, sin gasto de energía. La ósmosis del agua es un fenómeno biológico importante para el metabolismo celular de los seres vivos. Ósmosis: Presión osmótica de una disolución Ejemplo: A 37ºC, ¿cuál es la presión osmótica (en atm) de una disolución resultante de disolver 0,10 mol de glucosa en agua hasta formar 250 ml de disolución? 1) Necesitamos la molaridad de la glucosa: 0,10 mol glucosa 1000 ml 0, 40 M 250 ml disolución 1l 2) Utilizamos la ley de la presión osmótica: M RT 0, 40 mol atm l 0, 08206 (273 37) K 10 atm l K mol ¡Las presiones osmóticas de las células pueden llegar a ser muy grandes! Química (1S, Grado Biología) UAM 2. Disoluciones 48 La osmolaridad del organismo es de 280-300 mOsm/L, ello permite la supervivencia del ser humano Tonicidad Soluciones isotónicas sangre Osmol = M x número de partículas Para la glucosa : 1 Mol = 180 gramos = 1 Osm Para el sodio : 1 Mol = 23 gramos = 1 Osm = 1Eq 1 mMol = 23 mg = 1 mOsm = 1 mEq ¿Cuál es la Osmolaridad del El NaCl NaCl 1M? se disocia en dos partículas. Por lo que : Osmol = M x número de partículas Osmol = M x 2 = 2 Osm ¿A cuántos gramos y miligramos equivalen? Para el NaCl 1 Mol = 58,5 gm = 2 osmol 1 mMol = 58,5 mgm = 2 mOsm A una paciente joven de 19 años se le toma una muestra de sangre, encontrando el siguiente perfil: Sodio 145 mEq/L, potasio 4,5 mEq/L, cloro 105 mEq/L, calcio 9,8 mEq/L. Se desea: (a) Determinar los miliosmoles/L de dichos elementos. (b) Determinar los miliosmoles/L de la glucosa que se encuentra a una concentración de 180 mg% y de la úrea que se encuentra a 90 mg%. (c) De acuerdo a sus resultados anteriores diga si la paciente tiene la miliosmolaridad dentro del rango normal 280-300 mOsm/L. Datos: Sodio 145 mEq/L, potasio 4,5 mEq/L, cloro 105 mEq/L, calcio 9,8 mEq/L. a)Cálculo de las miliosmoles: Para convertir N a molaridad: N = molaridad x valencia Convertimos meq a milimoles: como la valencia del Na es 1 las milimoles serán 145 . Hallamos osmolaridad del Na: mOsM = nº partículas x M = 1 x 145 = 145 miliOsmoles de Na+ Osmolaridad del K: Convertimos meq a milimoles: como la valencia del K es 1 las milimoles serán 4,5 . mOsM = nº partículas x M = 1 x 4,5 = 4,5 miliOsmoles/L de K+ Osmolaridad del ClConvertimos meq a milimoles: como la valencia del Cl- es 1 las milimoles serán 105 . mOsM = nº partículas x M = 1 x 105 = 105 miliOsmoles/L de Cl− En el caso del calcio: calcio 9,8 mEq/L. N = molaridad x valencia N = M (2) 0,0098 Eq /2 = 0,0049 mol valencia 2 que equivale a 4,9 milimoles. Cálculo de las miliosmoles. mOsmoles = 1 x 4,9 = 4,9 miliosmoles/L de Ca++ b) Determinar los miliosmoles/L de la glucosa que se encuentra a una concentración de 180 mg% y de la úrea que se encuentra a 90 mg%: Cálculo de la molaridad: Glucosa n = 0.180 g = 0.001moles 180gr/mol 0.001moles Molaridad = ——————— = 0.1L Cálculo de la osmolaridad: Nota 0.01M Glucosa 0.01 moles = 10 milimoles mOsmoles = 1 x 10milimoles = 10 miliosmoles/L de glucosa c) Cálculo de la molaridad: úrea n = 0.090 g = 0.0015moles 60gr/mol 0.0015moles Molaridad = ——————— 0.1L = 0.015M Cálculo de la osmolaridad: úrea Nota 0.015 moles = 15 milimoles mOsmoles = 1 x 15milimoles = 15miliosmoles/L de úrea Para saber si la osmolaridad se encuentra dentro de los rangos normales , se suman las osmolaridades de cada una de las sustancias: mOsmoles = 145 mOsmoles de Na+ + 4,5 mOsmoles de K+ + 105 mOsmoles de Cl− + 4,9 mOsmoles/L de Ca++ + 10 mOsmoles/L de glucosa + 15 mOsmoles/L de úrea = 284.4 mOsmol/L Osmolaridad (mOsm/L) = 2 Na+ + Glucemia(mg/dL)/18 + BUN(mg/dl)/2,8 Un paciente de 68 kg de masa corporal, ha perdido el 8% desu peso corporal debido a la diarrea que padece. Se realiza un análisis de los electrolitos y se encuentra déficit de 125 mEq/L de sodio , de 125 mEq/L de NaHCO3 y de 110mEq/L de potasio. Se desea: (a) Determinar cuántos mEq/L y mOsm/L de electrolitos ha perdido el paciente. (b) Se desea reponer los electrolitos perdidos, para ello contamos con 1 litro de dextrosa al 5%; ampollas de 10 mL de cloruro de sodio al 20% (Hipersodio); ampolla de 10 mL de bicarbonato de sodio al 8,4%, y ampolla de 10 mL de cloruro de potasio al 14,9 % (Kalium). Determinar los mOsm totales de las soluciones anteriores. (c) Determinar cuántos litros se debe administrar al paciente para compensar las pérdidas de electrolitos Datos: déficit de sodio de 125 mEq/L, de 125 mEq/L de NaHCO3 y de 110 mEq/L de potasio. (a) Determinar cuántos mEq/L y mOsm/L de electrolitos ha perdido el paciente: Total de mOsm /L de electrolitos perdidos: Nota: de acuerdo al problema anterior, cuando la valencia es 1 los mEq y milimoles tienen el mismo valor. Si se produce una sola partícula la osmolaridad tendrá el mismo valor que la molaridad. (caso de sodio y potasio) En el caso de NaHCO3 producirá 2 partículas, por lo que el total de mOsm será = 2 x 125 =250 mOsm Por lo tanto: Total de mOsm /L de electrolitos perdidos: 125 mOsm + 250 mOsm + 110 mOsm = 485 mOsm/L b)Determinar los mOsm totales de las soluciones siguientes:1 litro de dextrosa al 5%; ampollas de 10 mL de cloruro de sodio al 20% (Hipersodio); ampolla de 10 mL de bicarbonato de sodio al 8,4%, y ampolla de 10 mL de cloruro de potasio al 14,9% (Kalium). Cálculo de la molaridad: Dextrosa (Glucosa) n = 50 g = 0.28moles 180gr/mol 0.28moles Molaridad = ——————— 1L Cálculo de la osmolaridad: Dextrosa (Glucosa) OsM = 1 x 0.28 = 0.28 osmoles = 280 mOsm/L = 0.28 M 10 ml bicarbonato de sodio al 8,4% M = (8,4 g)/(84 g/mol)/0,010 L = 0,001 M OsM = 2 x 0,001 = 0,002 Osmol/L = 2 mOsmol/L NaHCO3 Cálculo de la molaridad: ampollas de 10 mL de cloruro de sodio al 20% (Hipersodio) De la expresión: masa(g) soluto 20 g Molaridad = ——————— = ——————— = PM V (L) 58.5 g/mol x 0.010 L 0,0034M Cálculo de la osmolaridad: osm = 2 x 0,0034 = 0,0068 osmol/L = 6,8 mosmol/L , pero la ampolla tiene 10mL, entonces habrá 0.068 mosmol/L Determinar cuántos litros se debe administrar al paciente para compensar las perdidas de electrolitos: En una persona normal, el total de agua corporal corresponde aproximadamente al 60% del peso corporal, para un peso de 70 kg sería de 42 litros. En el paciente del ejemplo que pesa 68 kg. El agua corporal será de 40.8 L y si ha perdido el 8% de su masa corporal, esto significa que ha perdido 5.44 Kg, el líquido a reponer corresponderá al 60% de este valor que es aproximadamente 3.3 litros Calcular la OSMOLARIDAD plasmática del paciente cuyo análisis da 136 meq/L de Na+, 6 meq/L de K+, 90 mg/dL glucosa y úrea 14 mg/dL mosmol = 2 [Na+] + [ K+ ] + B.U.N./2,8 + glicemia /18 mosmol = 2 [136] + [6] + 14/2,8 + 90/18 mosmol = 288 (NORMAL)
