02 disoluciones
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Este documento describe diferentes formas de expresar la concentración de soluciones como porcentaje en peso, porcentaje en volumen, gramos por litro, molaridad, normalidad y molalidad. También explica el concepto de pH, la disociación del agua y cómo se mide el pH mediante métodos colorimétricos y potenciométricos usando un pH-metro.
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3.- pH: INTRODUCCIÓN. DISOCIACIÓN DEL AGUA.
El agua es un electrolito débil. Sólo una pequeñísima fracción de moléculas se disocia en los
iones H+ y OH-. La disociación se puede describir en términos de un equilibrio químico.
[ +
] [ ]
[ ]
H O ⇔ H +
+ OH -
K =
H OH
[ ] [ +
] [ - ]
K ⋅ H O = H ⋅
OH
2
⋅
H O
2
-
2
En este equilibrio se cumple:
[H+ ]⋅ [OH− ]= 10-14
este es el denominado “producto iónico del agua”.
En el agua pura, las concentraciones molares de H+ y OH- son lógicamente iguales
[H+ ]= [OH− ]= 10-7
Si en una disolución aparece un exceso de hidrogeniones [H+] o de hidroxiliones [OH-] la
concentración del ión complementario disminuye, de modo que el producto de las
concentraciones mantiene su valor constante de 10-14.
Ejemplo: si a un litro de agua pura se añaden 0.01 moles (10-2) de HCl (electrolito fuerte,
por tanto totalmente disociado), la concentración total de hidrogeniones será:
[H + ] = [10 -7 ] + [10 -2 ] − 10 -2 H O ⇔↑ H + +
OH-
2
en consecuencia, la concentración de hidroxiliones será:
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[ 10 -14 ] = [ 10 -2
] ⋅ [ OH
−
]
OH =
[10 -12
]
Se observa que la presencia de una concentración de tan sólo 0.01 M de HCl ha elevado la
concentración de hidrogeniones [H+] de 10-7 a 10-2.
4.- CONCEPTO DE pH.
El pH se define como el logaritmo de la concentración de hidrogeniones, con el signo
cambiado.
[ ]
pH =
-log OH
[ ] pH
-
+ = −
H 10
Ejemplos:
1. El agua pura tiene una concentración de hidrogeniones [H+] = 10-7:
pH = -log [10-7 ]= 7
Si expresamos la concentración de hidrogeniones como potencia de 10, el pH es
igual al exponente con el signo cambiado.
2. Una disolución 0.1 M de HCl (ácido fuerte, totalmente disociado y por tanto la
concentración de hidrogeniones [H+] coincide con la del ácido), contiene [H+] = 10-1
pH = -log [10-1 ]= 1
3. Una disolución 0.01 M de NaOH (base fuerte, totalmente disociada y cuya
concentración de hidroxiliones [OH-] coincide con la base), contiene:
[OH-] = 10-2 M
[H+] · [10-2] = 10-14
[H+] = 10-12
pH = 12
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- 1. PROCESO DE TEJIDOS Y CITOPREPARACIÓN UNIDAD DIDÁCTICA 2 DISOLUCIONES, CONCENTRACIONES, pH. 1.- INTRODUCCIÓN. 2.- FORMAS DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN. 2.1.- Porcentaje en peso. 2.2.- Porcentaje en volumen: 2.2.1.- Porcentaje peso/volumen. 2.2.2.- Porcentaje volumen/volumen. 2.3.- Gramos/litro. 2.4.- Molaridad. 2.5.- Normalidad. 2.6.- Molalidad. 3.- pH INTRODUCCIÓN. DISOCIACIÓN DEL AGUA. 4.- CONCEPTO DE pH. 5.- MEDIDAS DEL pH. 5.1.- Método colorimétrico. 5.2.- Método potenciométrico. CFGS Anatomía Patológica y Citología 5
- 2. PROCESO DE TEJIDOS Y CITOPREPARACIÓN 1.- INTRODUCCIÓN. Un aspecto fundamental del laboratorio es la preparación de disoluciones y reactivos que luego van a utilizarse en las diferentes técnicas analíticas. Los componentes son dos: DISOLVENTE Y SOLUTO. El DISOLVENTE es el medio continuo (líquido) donde se da la dispersión y el SOLUTO es la sustancia que se ha dispersado y de distribución discontinua. La concentración es la relación entre cantidades de soluto y disolvente o entre soluto y disolución. 2.- FORMAS DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN. 2.1.- Porcentaje en peso. El porcentaje en peso (P/P) indica la cantidad de soluto presente en 100 g de una disolución. Si se disuelven 5 g de KCl en 95 g de agua se obtiene una disolución de KCl del 5% (peso/peso). 2.2.- Porcentaje en volumen: 2.2.1.- Porcentaje peso/volumen. Indica los gramos de soluto presentes en 100 ml de disolución. Para preparar una disolución de KCl del 5 % (P/V), se pesan 5 g de KCl, se transfieren a un matraz aforado de 100 ml y se añade agua hasta el aforo. 2.2.2.- Porcentaje volumen/volumen. Indica los ml de soluto, líquido en este caso, presentes en 100 ml de disolución. Para preparar 500 ml de etanol del 80 % (V/V), se toman 400 ml de alcohol absoluto se ponen en una matraz de 500 ml y se llena con agua destilada hasta el aforo. 2.3.- Gramos litro. Esta unidad expresa el peso de soluto contenido en un volumen de mezcla, siendo la forma más corriente la expresión gramos por litro. Para preparar un litro de una disolución de KCl, cuya concentración sea 6.8 g/l se pesan 6.8 g de KCl, se colocan en un matraz aforado de 1000 ml y se enrasa hasta el aforo. CFGS Anatomía Patológica y Citología 6
- 3. PROCESO DE TEJIDOS Y CITOPREPARACIÓN 2.4.- Molaridad. La molaridad expresa el número de moles de soluto contenidos en 1 litro de disolución. Una disolución molar (M) es aquella que contiene 1 mol de soluto en 1 litro de disolución. Un mol de una sustancia es igual a su peso molecular en gramos. mol = g Pm Por ejemplo, 1M de NaOH es la que contiene 39.9 g de NaOH en 1 litro de disolución. (Pm (NaOH)=39.9). Si desea preparar 100 ml de una solución 0.5 M de NaOH se pesan 1.99 g de NaOH, se colocan en un matraz aforado de 100 ml y se completa hasta el aforo: g (0.5) (0.1) (39.9) 1.99 g NaOH 39.9 0.5 = ⇒ = ⋅ ⋅ = 1000 g 100 Cuando se trata de líquidos hay que tener en cuenta la densidad y riqueza en peso del producto. Así por ejemplo si se quieren preparar 250 ml de HCl 1 M a partir del concentrado comercial r=1.18 g/ml y riqueza en peso del 35%, deberemos calcular: 1º) Molaridad del HCl comercial. Según la densidad 1 litro (1000ml) pesan 1180 g y según la riqueza por cada 100 g de HCl hay 35 g puros. 100 = ⇒ = x 413 g/l 1180 x 35 El peso molecular del HCl es 36.5 g/mol, por lo tanto la molaridad será 11.31M 413 = 36.5 2º) Aplicar la fórmula de las disoluciones V ⋅C = V' ⋅C' , donde: V⋅C= volumen y concentración de la disolución concentrada. V' ⋅C' = volumen y concentración de la disolución diluida. El volumen y la concentración a ambos lados de la ecuación deben expresarse en las mismas unidades. CFGS Anatomía Patológica y Citología 7
- 4. PROCESO DE TEJIDOS Y CITOPREPARACIÓN V⋅ (11.91) = (250)⋅ (1)⇒ V = 44.2ml HCl concentrado Se toman 44.2 ml de HCl comercial concentrado, se llevan a un matraz aforado de 250 ml y se enrasa con agua destilada hasta el aforo. 2.5.- Normalidad. La normalidad expresa el número de equivalentes por gramo do soluto contenidos en 1 litro de disolución. El equivalente por gramo de una sustancia es igual a su peso molecular dividido por su valencia, expresado en gramos. eq - g = g = N eq - g L disolución valencia Pm Cuando la valencia de una sustancia es 1 sus soluciones poseen la misma molaridad y normalidad. La normalidad y la molaridad están relacionadas por la fórmula: N = M⋅ v (v = valencia de la sustancia) Una solución (N) es aquella que contiene un equivalente por gramo de soluto en 1 litro de disolución. Así por ejemplo una solución que contiene 37.04 g/l de Ca(OH)2 de Pm=74.09 g/mol y valencia 2 es 1 N. Si se desean preparar 500 ml de una disolución 0.3 de Ca(OH)2. ( ) ( ) ( ) 2 g 0.3 0.5 37.04 5.55 g Ca(OH) 37.04 0.3 = ⇒ = ⋅ ⋅ = 1000 g 500 Se pesan 5.55 g de Ca(OH)2 se llevan a un matraz aforado de 500 ml y se completa con agua destilada hasta el aforo. Cuando se trata de líquidos como ya so ha indicado en la molaridad hay que tener en cuenta la densidad y riqueza en peso del producto de partida. 2.6.- Molalidad. La molalidad expresa el número de moles de soluto contenidos en 1 kilogramo de disolvente. Una disolución molal (m) es aquella que contiene un mol de soluto por kg de disolvente. CFGS Anatomía Patológica y Citología 8
- 5. PROCESO DE TEJIDOS Y CITOPREPARACIÓN 3.- pH: INTRODUCCIÓN. DISOCIACIÓN DEL AGUA. El agua es un electrolito débil. Sólo una pequeñísima fracción de moléculas se disocia en los iones H+ y OH-. La disociación se puede describir en términos de un equilibrio químico. [ + ] [ ] [ ] H O ⇔ H + + OH - K = H OH [ ] [ + ] [ - ] K ⋅ H O = H ⋅ OH 2 ⋅ H O 2 - 2 En este equilibrio se cumple: [H+ ]⋅ [OH− ]= 10-14 este es el denominado “producto iónico del agua”. En el agua pura, las concentraciones molares de H+ y OH- son lógicamente iguales [H+ ]= [OH− ]= 10-7 Si en una disolución aparece un exceso de hidrogeniones [H+] o de hidroxiliones [OH-] la concentración del ión complementario disminuye, de modo que el producto de las concentraciones mantiene su valor constante de 10-14. Ejemplo: si a un litro de agua pura se añaden 0.01 moles (10-2) de HCl (electrolito fuerte, por tanto totalmente disociado), la concentración total de hidrogeniones será: [H + ] = [10 -7 ] + [10 -2 ] − 10 -2 H O ⇔↑ H + + OH- 2 en consecuencia, la concentración de hidroxiliones será: CFGS Anatomía Patológica y Citología 9
- 6. PROCESO DE TEJIDOS Y CITOPREPARACIÓN [ 10 -14 ] = [ 10 -2 ] ⋅ [ OH − ] OH = [10 -12 ] Se observa que la presencia de una concentración de tan sólo 0.01 M de HCl ha elevado la concentración de hidrogeniones [H+] de 10-7 a 10-2. 4.- CONCEPTO DE pH. El pH se define como el logaritmo de la concentración de hidrogeniones, con el signo cambiado. [ ] pH = -log OH [ ] pH - + = − H 10 Ejemplos: 1. El agua pura tiene una concentración de hidrogeniones [H+] = 10-7: pH = -log [10-7 ]= 7 Si expresamos la concentración de hidrogeniones como potencia de 10, el pH es igual al exponente con el signo cambiado. 2. Una disolución 0.1 M de HCl (ácido fuerte, totalmente disociado y por tanto la concentración de hidrogeniones [H+] coincide con la del ácido), contiene [H+] = 10-1 pH = -log [10-1 ]= 1 3. Una disolución 0.01 M de NaOH (base fuerte, totalmente disociada y cuya concentración de hidroxiliones [OH-] coincide con la base), contiene: [OH-] = 10-2 M [H+] · [10-2] = 10-14 [H+] = 10-12 pH = 12 CFGS Anatomía Patológica y Citología 10
- 7. PROCESO DE TEJIDOS Y CITOPREPARACIÓN Las disoluciones ácidas tienen un pH inferior a 7 y las alcalinas, superior a 7. Es decir, cuando mayor es la H menor es el pH. Cuando los ácidos y las bases están sólo parcialmente disociados se les llama ácidos o bases débiles y por lo tanto el pH de sus disoluciones depende del grado de disociación. 5.- MEDIDAS DEL pH. El pH se suele medir por dos métodos: 5.1.- Método colorimétrico. Este método nos da una medida aproximada del pH por medio de un papel indicador. Es un papel absorbente impregnado con una sustancia o mezcla de sustancia cuya coloración varía con el pH. A estas sustancias se las llama indicadores y suelen ser ácidos o bases débiles cuyas formas disociada y sin disociar tienen coloraciones distintas. Al cambio gradual de color se le llama viraje y el color resultante se compara con una escala patrón que acompaña al papel indicador. 5.2.- Método potenciométrico. Por este método se efectúan medidas más precisas del pH. Se realiza mediante unos potenciómetros llamados “peachímetros”. El pH-metro mide una diferencia potencial entre el llamado “electrodo de referencia” y un “electrodo de vidrio”. Diferencia que depende de la concentración de hidrogeniones de la disolución que se analiza. El pH se lee directamente en la escala o registro del aparato. Para que el pH-metro de resultados fiables se tiene que calibrar periódicamente con disoluciones patrón de pH conocido. CFGS Anatomía Patológica y Citología 11