PROBLEMAS PLANTEADOS ALREDEDOR DEL CAPÍTULO DE SOLUCIONES

Josè de J. Mesa Galvis(Aùn en revisión)

La resolución de los problemas que a continuación se plantean sobre el capítulo de soluciones es indispensable para que cualquier estudiante, de cualquier programa, pueda consolidar sus conocimientos en materia de preparación de soluciones y de resolución de problemas en Química General, Inorgánica, Analítica, Bioquímica, Clínica, Biología, Microbiología, Control y Análisis de Medicamentos, Biofarmacia y cualquier otra área profesional en la que estén implicados los conocimientos sobre las soluciones. Por tanto, es responsabilidad suya acudir a la asesoría del docente sólo cuando usted, después de haber agotado esfuerzos suficientes, se vea en la necesidad de aclarar, ampliar o resolver cualquier situación que no haya podido resolver. Cabe anotar, que la Química se aprende haciendo. Le recomiendo indagar inmediatamente por la nomenclatura de las sustancias que aquí se referencien, así como por aspectos tales como empleo o uso, método de obtención y ficha de seguridad de las más empleadas en el laboratorio de Química Básica e Inorgánica.

1. Una solución contiene 5,4g de hidróxido de sodio, 2,5g de carbonato sódico y 120ml de agua. Halle el porcentaje en peso de cada componente en la solución y la fracción molar que representa. ¿Cuál es la molalidad total y de cada componente?. ¿Cómo podría usted saber el porcentaje p/v de la misma y la molaridad de cada componente?.

2. Las densidades, a 20°C, del alcohol absoluto, del agua y de la solución que a continuación se prepara, son respectivamente: 0,790; 0,998 y 0,954. ¿Qué porcentaje p/p, p/v y v/v tendrá una mezcla preparada con 119,8g de alcohol y 279,8g de agua?.

3. El ácido sulfúrico concentrado tiene una densidad de 1,84Kg/L y una pureza de 98%. Qué cantidad de éste debe disolverse para preparar 250ml de solución 0,2N. Exprese la concentración tanto del ácido concentrado como del diluido en molaridad, %p/v, fracción molar y molalidad. Realice los mismos cálculos reemplazando el ácido sulfúrico por ácido fosfórico del 70% y densidad 1,526g/ml.

4. Mezcle 20ml de la solución preparada en el ejercicio anterior con 1,5ml de solución de ácido concentrado. Asuma que los volúmenes son aditivos. ¿Cuántos mg de ácido habrá por ml de mezcla resultante?. ¿Podrá utilizarse esta mezcla para preparar una solución 2M de ácido sulfúrico?. ¿Por qué?. Qué debería hacer para lograrlo?. Plantee criterios y cálculos que soporten su decisión.

5. Una forma antigua, aún utilizada en forma técnica, para expresar la concentración de las soluciones acuosas es el grado Baumé (n), el cual puede relacionarse con la densidad de la solución así:

Líquidos más densos que el agua: n = 145 – 145/d, o, d = 145/145-n Líquidos menos densos que el agua: n = 140/d – 130 Halle los grados Baumé de una solución acuosa de sulfato sódico 1g + 1g agua, Cuya densidad es igual a 1,213.

6. Averigua previamente por el coeficiente de distribución y reparto para que puedas decir qué porcentaje p/v tiene cada una de las capas formadas cuando a 1L de agua a 25°C, conteniendo 0,3g de bromo se le agregan 30ml de sulfuro de carbono. ¿Qué molaridad representa cada una?. Qué utilidad práctica representa el coeficiente de reparto en Química?.

7. Empleando el gráfico anexo (% de solubilidad), realice los cálculos respectivos para determinar cuál es la molalidad y la fracción molar de las soluciones saturadas de nitrato de potasio, nitrato de plomo, cloruro de calcio hexahidratado y clorato de potasio a 20°C.

8. Una disolución de hidróxido de amonio 6M tiene una densidad de 0,90. Calcule su concentración en %p/p y p/v.

9. Explica paso a paso cómo prepararías 500ml de sulfato de potasio 5% en peso y establece la diferencia del procedimiento en el cual, igual volumen y concentración de ácido clorhídrico debes preparar a partir de ácido de 37% en peso y densidad 1,17.

10. Mezclando 20 ml de ácido clorhídrico de la solución anterior con 40 ml de solución de ácido 0,2M y agua en cantidad suficiente para 150ml, ¿Qué concentración molar obtendrías?.

11. Qué volumen de líquido deberás evaporar en 90 ml de solución 9% en peso de cloruro de potasio, para que la solución resultante contenga 60mg/g.

12. Se disuelven los siguientes electrolitos en agua: 2g de cloruro de potasio; 2,5g de cloruro de sodio; 0,2g de cloruro de calcio y 0,3g de sulfato de potasio. Si el volumen total de solución es de 250ml, ¿Qué porcentaje en peso representa cada ión en la mezcla si la densidad de la solución es de 1,11Kg/L?. ¿Cuántos miliequivalentes de cada ión hay por ml se solución?.

13. ¿Qué peso de sulfato cúprico pentahidratado y de agua serán necesarios para preparar 25 L de solución 14,5% p/v y densidad 1,13kg/L.

14. El gramo de hidróxido de sodio tiene un costo de 5 unidades monetarias. ¿Qué solución resultará más costosa: Preparar 20 ml de solución al 3,8% p/v o 35ml de solución 0,2M?. Cuántos equivalentes de diferencian hay entre ellas?. Con los equivalentes de diferencia, disueltos en un volumen de solución de 50ml, cuántos mg/ml habrá?.

15. Si se te ordena que prepares 1L de solución de ácido sulfúrico 2M y la solución valorada resulta ser 1,90M, ¿qué harías para corregir la concentración si sólo dispones de otro ácido sulfúrico de 94% en peso y densidad 1,24?.

16. Consulta los valores normales de ión calcio, en milimoles, eliminados en orina de 24 horas. Basado en este valor señala si la orina de 24 horas correspondiente a un paciente adulto, es o no normal, si elimina 0,00025g/ml. Cuántos miliequivalentes totales eliminó el paciente si el volumen de orina recogido en 24 horas fue de 1765 ml?.

17. La fenilalanina, aminoácido esencial, en condiciones normales no pasa de 120 micromoles/L. Una muestra de plasma reportó una concentración de 0,002%%p/v. ¿Es normal la muestra de suero?.

18. El dioxano, agente cancerígeno, fue encontrado en aguas del Río Bambaná en una concentración de 3ppm. ¿Qué molaridad representa esta concentración?. Si la densidad del río es de 1,0001, ¿cuál será el porcentaje p/v en estas aguas?.

19. Las diluciones son el trabajo diario de los analistas, químicos, bioquímicos y microbiólogos. Existen diversas formas de expresar las diluciones, siendo las más utilizadas, la que expresa una fracción,a/T; como dos cifras separadas por dos puntos, a:b; que representa las partes de muestra (a) a diluir y las

partes de diluyente, (b). En la anterior, a representa la muestra y T el total, es decir, m + b. Otra forma de expresión es el porcentaje, el cual resulta de multiplicar la fracción por 100. Basado en esta información, expresa la dilución a que se somete una muestra de plasma si 2ml del mismo se mezclan con 5ml de agua destilada.

20. Si se necesitan preparar 5ml de colorante fucsina diluidos en agua destilada a una dilución 1/5, ¿Cuántos ml de fucsina y agua se necesirtan?.

21. Cómo prepararía usted una dilución ¼; ¾; ½ a partir de 4 ml de suero?22. Se cuenta con 2ml de suero sanguíneo y se pide que se prepare una dilución ¼,

limitando el volumen a preparar en 5ml. ¿Cuántas partes de muestra y diluyente debemos emplear?. Qué volumen de suero queda disponible y qué volumen de dilución puede prepararse empleando el sobrante?.

23. Salvo si las condiciones así lo explicitan, para realizar una dilución no es necesario emplear todo el volumen de muestra disponible, pues todo depende de la necesidad de muestra diluida que se requiera en el laboratorio. Por eso se limita el volumen de muestra diluida. Si se requieren diluir los 250ml de muestra de agua de la piscina a ¼, ¿qué volumen de diluyente se necesita?. Cuál será la concentración del agua de la piscina diluida, en ppm, si inicialmente tenía 120pg/ml?.

24. Se mezclan 60ml de ácido clorhídrico diluidos a ¼ con 140ml de ácido diluidos a 1/8. Cuál será la dilución resultante?. ¿Cuántas ppm en cloruro e hidrogenión tendrá la solución resultante?. ¿Cuántos meq/L en cada ión habrá en la mezcla realizada?.

25. A partir de una solución de ión ferroso 1/20, prepare 200ml de solución diluida 1/40. ¿Cuántos fg/ml contiene la dilución realizada?.

26. Los grados de alcohol nos indican el porcentaje de etanol en volumen/volumen a la temperatura de 20°C. ¿Qué volumen de agua destilada, desionizada y purificada se necesitan añadir a 50ml de alcohol de 95° para convertirlo en alcohol de 70°?. ¿qué volumen de mezcla puede obtenerse, asumiendo volúmenes aditivos?.

27. De nuevo, insistimos que las diluciones tienen elevada importancia en el campo sanitario, inmunología, hematología, microbiología, serología, bioquímica, analítica y en farmacia. El banco de diluciones suele ser una de las actividades que con frecuencia prepare el personal de laboratorio. (Indague en qué circunstancias específicas es necesario preparar diluciones en cada uno de estos campos). Se requiere una batería de tubos de ensayo para preparar las diluciones, en la razón que señale la técnica o guía y en el volumen que limite la misma. Una muestra destinada para el análisis debe diluirse 5 veces en razón geométrica ½. ¿Cómo lo haría?. Qué dilución sufrió la muestra en cada tubo respecto a la muestra original?. Realice los cálculos e ilustre gráficamente el proceso.

28. En espectrofotometría o en genética, en las que el volumen de dilución es necesario limitarlo a un volumen prefijado, por ejemplo, 5ml o 10ml. Realice, los cálculos necesarios para que que a partir de 2L de muestra, prepare un banco de 4 diluciones de razón geométrica 1/3, limitando el volumen de cada tubo a 5ml.

29. Calcule la osmolaridad de una solución de cloruro de potasio preparada disolviendo 2,6g en agua en cantidad suficiente hasta 300ml de solución.

30. En los países en los que el agua potable contiene fluoruro de sodio para prevenir la caries dental, se recomienda que ésta contenga 1,6mg/L. de ión fluoruro.

¿Cuántos g de fluoruro de sodio deben utilizarse para tratar un volumen de agua de de 200kg, a fin de que cumpla con los requerimientos antes descritos?.

31. Consulte cuál es la composición del suero de Ringer y calcule las partes por millón de cada ión, así como el porcentaje que representa en la solución.

32. Qué diferencia hay entre la osmolaridad de solutos electrolitos y la de no electrolitos?. Qué equivalencia hay en cada caso respecto a la molaridad?.

33. Qué es la concentración analítica?¿A qué equivale?. Halle la concentración analítica de una solución 0,7%p/v de ácido sulfúrico.

34. ¿Por qué se debe interpretar que se dice que el aire contiene 6ppm de ozono, es lo mismo que decir 6 microlitros por litro de aire y no 3mg de éste por litro de aire?. Argumente.

35. La concentración de cloruros se reporta como 400mg/dL, ¿cuál es la concentración en meq/L?.

36. ¿Cuántas partes por trillón de ión sodio contiene una solución de sulfato de sodio que contiene 6 micromoles de sulfato de sodio por cada 250ml de solución?. Expresa la misma concentración en ppb.

37. Se requieren 200ml de dicromato de potasio 0,2N, para ser empleado en la determinación de hierro, en medio ácido. Cuántos g de sal pesaría usted para preparar esta solución?. Cuántos g de diferencia habrá entre este peso y el requerido para preparar el mismo volumen y la misma concentración de permanganato de potasio, en las mismas condiciones de uso?. Considere dos opciones: partiendo de una sal totalmente pura y de una sal del 97,5% de pureza. Establezca el peso de impurezas disueltas y el porcentaje p/v de ellas en cada solución.

38. Objete, si lo considera pertinente, la siguiente expresión: “Toda solución saturada es concentrada”.

39. El Pedialyte, suero bebible comercial, contiene disuelto iones y moléculas importantes en caso de deshidratación. Plantee las cantidades de cada componente, requeridos para preparar 20L de solución bebible, partiendo de sales y demás componentes totalmente puros.

40. Elabore una tabla en la que relacione los meq/L y los moles/L de cada ión, contenidos en: suero fisiológico; solución isotónica de bicarbonato de sodio; solución de lactato de sodio; suero de Ringer con lactato.

41. Demuestre matemáticamente cómo se obtienen las siguientes relaciones: N = %p/vx10/Peq ; N = %p/pxdx10/Peq42. Elabore un cuadro en el que relacione la pureza, la densidad, la molaridad, la fracción molar y la concentración en %p/v para el ácido clorhídrico, el sulfúrico, el nítrico, el fosfórico, el hidróxido de amonio, el ácido acético.