SOLUCIONESSOLUCIONES

M. en C. Alicia Cea BonillaM. en C. Alicia Cea BonillaCoordinadora de Enseñanza de Coordinadora de Enseñanza de Bioquímica y Biología Molecular.Bioquímica y Biología Molecular.

Fac. de Medicina. UNAMFac. de Medicina. UNAM

¿Qué es una solución?¿Qué es una solución?

Es una mezcla homogénea de dos o más Es una mezcla homogénea de dos o más sustancias.sustancias.

La sustancia que se encuentra en mayor La sustancia que se encuentra en mayor proporción se llama proporción se llama disolventedisolvente y las otras y las otras se llaman se llaman solutossolutos. .

La formación de soluciones es un proceso que es La formación de soluciones es un proceso que es termodinámicamente posible.termodinámicamente posible.

Este proceso depende de la Este proceso depende de la solubilidadsolubilidad del soluto del soluto en el solvente. en el solvente.

La La solubilidadsolubilidad es la medida de la cantidad de es la medida de la cantidad de soluto que se puede disolver en un solvente soluto que se puede disolver en un solvente dado, a cierta temperatura. Depende de la dado, a cierta temperatura. Depende de la naturaleza del solvente y la del soluto: “lo naturaleza del solvente y la del soluto: “lo semejante disuelve a lo semejante”, es decir, lo semejante disuelve a lo semejante”, es decir, lo polar disuelve a lo polar y lo no polar a lo no polar disuelve a lo polar y lo no polar a lo no polar. polar.

Respecto a los compuestos iónicos (aquellos que Respecto a los compuestos iónicos (aquellos que se pueden ionizar), éstos se disuelven en se pueden ionizar), éstos se disuelven en disolventes polares, según algunas reglas disolventes polares, según algunas reglas generales: Los compuestos con los siguientes generales: Los compuestos con los siguientes iones generalmente son solubles: Liiones generalmente son solubles: Li++, Na, Na++, K, K++, , NHNH44

++, NO, NO33--, ClO, ClO33

--, CH, CH33COOCOO--; Cl; Cl--, Br, Br--, I, I–– (menos con (menos con Ag, Pb y Hg) y SOAg, Pb y Hg) y SO44

2-2- (excepto con Pb, Sr y Ba). (excepto con Pb, Sr y Ba). En disolventes polares, los iones se “solvatan”.En disolventes polares, los iones se “solvatan”. La La solvataciónsolvatación es el proceso por el cual un ión o es el proceso por el cual un ión o

una molécula se “rodea” de moléculas de una molécula se “rodea” de moléculas de disolvente. Cuando el disolvente es agua, se disolvente. Cuando el disolvente es agua, se habla de habla de hidrataciónhidratación..

Electrolitos y no electrolitosElectrolitos y no electrolitos

Las moléculas que se disuelven pueden Las moléculas que se disuelven pueden ser moléculas que se disocian, generando ser moléculas que se disocian, generando iones o iones o electrolitoselectrolitos (conducen la (conducen la electricidad) y sustancias no disociables o electricidad) y sustancias no disociables o no electrolitosno electrolitos..

Los electrolitos se clasifican en fuertes o Los electrolitos se clasifican en fuertes o débiles dependiendo del número de débiles dependiendo del número de partículas iónicas cargadas que generan al partículas iónicas cargadas que generan al disolverse.disolverse.

Tipos de solucionesTipos de soluciones Existen 6 tipos de soluciones, según el estado físico de Existen 6 tipos de soluciones, según el estado físico de

los componentes. Las soluciones más comunes son las los componentes. Las soluciones más comunes son las que tienen como disolvente al agua.que tienen como disolvente al agua.

DisolventeDisolvente SolutoSoluto Estado de la Estado de la solución solución resultanteresultante

EjemplosEjemplos

GasGas GasGas GasGas AireAire

LíquidoLíquido GasGas LíquidoLíquido RefrescosRefrescos

SólidoSólido GasGas SólidoSólido HH22 en Paladio en Paladio

LíquidoLíquido LíquidoLíquido LíquidoLíquido Etanol en aguaEtanol en agua

LíquidoLíquido SólidoSólido LíquidoLíquido NaCl en aguaNaCl en agua

Sólido Sólido SólidoSólido SólidoSólido Bronce, soldaduraBronce, soldadura

Tipos de solucionesTipos de soluciones

Con base en su capacidad de disolver un soluto, Con base en su capacidad de disolver un soluto, las soluciones pueden ser las soluciones pueden ser saturadassaturadas, , nono saturadassaturadas y y sobresaturadassobresaturadas..

Una solución Una solución saturadasaturada contiene la máxima contiene la máxima cantidad de soluto que se disuelve en un cantidad de soluto que se disuelve en un disolvente a una temperatura específica.disolvente a una temperatura específica.

Una solución Una solución no saturadano saturada tiene menos soluto del tiene menos soluto del que es capaz de disolver un disolvente.que es capaz de disolver un disolvente.

Una solución Una solución sobresaturadasobresaturada contiene más soluto contiene más soluto del que puede haber en una solución saturada. del que puede haber en una solución saturada. Este tipo de solución es muy inestable.Este tipo de solución es muy inestable.

Un soluto puede separarse de la solución Un soluto puede separarse de la solución sobresaturada de dos formas: por sobresaturada de dos formas: por cristalizacióncristalización y por y por precipitaciónprecipitación..

La La cristalizacióncristalización es el proceso de formación es el proceso de formación de cristales, los cuales pueden ser grandes de cristales, los cuales pueden ser grandes y con una estructura definida.y con una estructura definida.

La La precipitaciónprecipitación es el proceso por el que se es el proceso por el que se forman partículas pequeñas y con una forman partículas pequeñas y con una estructura indefinida.estructura indefinida.

ConcentraciónConcentración La concentración de una solución es la cantidad La concentración de una solución es la cantidad

de soluto presente en una determinada cantidad de soluto presente en una determinada cantidad de solución. de solución.

Las formas más comunes en las que se expresa Las formas más comunes en las que se expresa son el son el porcentajeporcentaje, la , la molaridadmolaridad, la , la molalidadmolalidad, la , la normalidadnormalidad y, para soluciones biológicas, la y, para soluciones biológicas, la osmolaridadosmolaridad..

Cuando se disminuye la concentración de una Cuando se disminuye la concentración de una solución, porque aumenta el volumen del solución, porque aumenta el volumen del disolvente se habla de soluciones disolvente se habla de soluciones diluidasdiluidas

El El porcentajeporcentaje se refiere a la cantidad de soluto se refiere a la cantidad de soluto que existe en 100 partes de solución. Se puede que existe en 100 partes de solución. Se puede expresar en relación a la masa y al volumen (p/p, expresar en relación a la masa y al volumen (p/p, p/v, v/v) y se calcula:p/v, v/v) y se calcula:

% de soluto = % de soluto = masa (volumen) soluto masa (volumen) soluto x 100x 100

masa de la soluciónmasa de la solución

Donde Donde masa de la solución = masa de soluto + masa de solventemasa de la solución = masa de soluto + masa de solvente

La La molaridadmolaridad se refiere al número de se refiere al número de moles de soluto disuelto en un litro moles de soluto disuelto en un litro de solución: de solución:

Molaridad = Molaridad = moles de soluto__ moles de soluto__

litros de soluciónlitros de solución

Sus unidades son moles/LSus unidades son moles/L

La La molalidadmolalidad es el número de moles es el número de moles de soluto disueltas en un kg de de soluto disueltas en un kg de solvente:solvente:

Molalidad = Molalidad = moles de solutomoles de soluto

masa de disolvente (kg) masa de disolvente (kg)

La La normalidadnormalidad es el número de equivalentes es el número de equivalentes químicos en un litro de solución:químicos en un litro de solución:

Normalidad = Normalidad = número de equivalentes químicos número de equivalentes químicos

litros de soluciónlitros de solución

Un equivalente químico es la cantidad de sustancia Un equivalente químico es la cantidad de sustancia que se combina o desplaza a un átomo gramo de que se combina o desplaza a un átomo gramo de hidrógeno. Como la valencia del hidrógeno es 1, hidrógeno. Como la valencia del hidrógeno es 1, también hace referencia a la valencia del ión también hace referencia a la valencia del ión implicado.implicado.

La osmolaridad hace referencia al número La osmolaridad hace referencia al número de partículas disueltas en un litro de de partículas disueltas en un litro de solución. solución.

Cuando una molécula no se disocia, la Cuando una molécula no se disocia, la osmolaridad es igual a la molaridad, osmolaridad es igual a la molaridad, mientras que en moléculas disociables, mientras que en moléculas disociables, corresponde a tantas veces la molaridad corresponde a tantas veces la molaridad como número de partículas genera una como número de partículas genera una molécula al disociarse.molécula al disociarse.

Osmolaridad = Osmolaridad = moles de partículas disueltas moles de partículas disueltas

litros de solución litros de solución

Concentración de electrolitos en Concentración de electrolitos en algunos líquidos corporalesalgunos líquidos corporales

El agua como solventeEl agua como solvente

El agua es el líquido más abundante del mundo; El agua es el líquido más abundante del mundo; es una molécula polar, con una forma angular es una molécula polar, con una forma angular que presenta propiedades diferentes de los que presenta propiedades diferentes de los compuestos con pesos moleculares similares, compuestos con pesos moleculares similares, debido a su capacidad de formar puentes de debido a su capacidad de formar puentes de hidrógeno: hidrógeno:

Es considerado el Es considerado el disolvente universaldisolvente universal porque porque disuelve moléculas iónicas y polares. Tiene una disuelve moléculas iónicas y polares. Tiene una constante dieléctrica constante dieléctrica de 80. de 80.

La La constante dieléctricaconstante dieléctrica hace referencia a la hace referencia a la capacidad que tiene un solvente de separar capacidad que tiene un solvente de separar iones.iones.

Entre sus propiedades se encuentran Entre sus propiedades se encuentran un un elevado punto de fusión y de elevado punto de fusión y de ebulliciónebullición. Presenta una alta densidad . Presenta una alta densidad a 4 ºC y después disminuye.a 4 ºC y después disminuye.

Presenta un Presenta un alto calor de vaporizaciónalto calor de vaporización (539 cal/g), un (539 cal/g), un elevado calor de fusiónelevado calor de fusión (80 cal/g) y un (80 cal/g) y un alto calor específicoalto calor específico (1 (1 cal/g)cal/g)

Propiedades coligativas de las Propiedades coligativas de las solucionessoluciones

En general, la presencia de soluto en una solución En general, la presencia de soluto en una solución modifica las propiedades del disolvente, modifica las propiedades del disolvente, generando nuevas propiedades en las soluciones. generando nuevas propiedades en las soluciones. Estas propiedades se conocen como Estas propiedades se conocen como coligativascoligativas..

Las propiedades Las propiedades coligativascoligativas sólo dependen del sólo dependen del número de partículas de soluto en solución, pero número de partículas de soluto en solución, pero no de la naturaleza de dichas partículas. no de la naturaleza de dichas partículas.

Son 4 las propiedades coligativas descritas: Son 4 las propiedades coligativas descritas: disminución de la presión de vapor, elevación del disminución de la presión de vapor, elevación del punto de ebullición, disminución del punto de punto de ebullición, disminución del punto de congelación (crioscópico) y aparición de la congelación (crioscópico) y aparición de la presión osmóticapresión osmótica..

La La presión de vaporpresión de vapor corresponde a la corresponde a la presión que ejercen las moléculas de un presión que ejercen las moléculas de un líquido para vencer la presión atmosférica líquido para vencer la presión atmosférica y poder escapar en forma de vapor. Esta y poder escapar en forma de vapor. Esta presión depende de las interacciones que presión depende de las interacciones que se dan entre las moléculas del líquido. La se dan entre las moléculas del líquido. La presión de vapor disminuye en razón presión de vapor disminuye en razón directa al número de partículas de soluto directa al número de partículas de soluto disueltas en una solución (fracción molar), disueltas en una solución (fracción molar), según la ley de Raoult.según la ley de Raoult.

Como consecuencia de la propiedad Como consecuencia de la propiedad coligativa anterior, el coligativa anterior, el punto de punto de ebullición aumentaebullición aumenta. Un ejemplo es el . Un ejemplo es el aumento del punto de ebullición del aumento del punto de ebullición del agua, cuando le agregamos café.agua, cuando le agregamos café.

La tercera propiedad coligativa es la La tercera propiedad coligativa es la disminución del punto de disminución del punto de congelacióncongelación que depende de la que depende de la cantidad de soluto disuelto. El cantidad de soluto disuelto. El ejemplo clásico es cómo podemos ejemplo clásico es cómo podemos conservar congelado por más tiempo conservar congelado por más tiempo el hielo cuando le agregamos sal.el hielo cuando le agregamos sal.

ÓSMOSIS Y PRESIÓN OSMÓTICA.ÓSMOSIS Y PRESIÓN OSMÓTICA.

La La ósmosisósmosis es el paso selectivo es el paso selectivo de moléculas de disolvente a de moléculas de disolvente a través de una membrana porosa través de una membrana porosa desde una solución diluida a una desde una solución diluida a una más concentrada.más concentrada.

La La presión osmóticapresión osmótica de una de una solución es la presión que se solución es la presión que se ejerce para detener la ósmosis, ejerce para detener la ósmosis, es decir, es la presión que ejercen es decir, es la presión que ejercen las moléculas de solvente para las moléculas de solvente para evitar que más moléculas de evitar que más moléculas de solvente se muevan de una solvente se muevan de una solución diluida a una solución diluida a una concentrada.concentrada.

La concentración de todas las partículas La concentración de todas las partículas disueltas en un litro de solución se mide en disueltas en un litro de solución se mide en osmoles/L (osmolaridad) o en osmoles/kg de osmoles/L (osmolaridad) o en osmoles/kg de disolvente (osmolalidad).disolvente (osmolalidad).

Un osmol es igual a un mol de cualquier Un osmol es igual a un mol de cualquier combinación de partículas disueltas en un combinación de partículas disueltas en un disolvente.disolvente.

La presión osmótica depende del número La presión osmótica depende del número de partículas y no de su naturaleza. Una de partículas y no de su naturaleza. Una molécula de proteína ejerce la misma molécula de proteína ejerce la misma presión osmótica que un ión cloruro, presión osmótica que un ión cloruro, independientemente de su tamaño.independientemente de su tamaño.

Cuando dos soluciones tienen diferente presión Cuando dos soluciones tienen diferente presión osmótica, se dice que la más concentrada es osmótica, se dice que la más concentrada es hipertónicahipertónica respecto a la más diluida y que esta respecto a la más diluida y que esta última es última es hipotónicahipotónica respecto a la más respecto a la más concentrada.concentrada.

La presión osmótica puede explicar los La presión osmótica puede explicar los fenómenos de la hemólisis, el de la conservación fenómenos de la hemólisis, el de la conservación de alimentos y la transpiración en plantas.de alimentos y la transpiración en plantas.

Cuando una solución tiene la misma osmolaridad Cuando una solución tiene la misma osmolaridad que la sangre, se dice que es que la sangre, se dice que es isotónicaisotónica. Si se . Si se ponen eritrocitos en una solución hipertónica, los ponen eritrocitos en una solución hipertónica, los eritrocitos se deshidratan en un fenómeno eritrocitos se deshidratan en un fenómeno llamado llamado crenacióncrenación..

Si se ponen en una solución Si se ponen en una solución hipotónicahipotónica, los eritrocitos , los eritrocitos se llenan de agua y eventualmente se rompen –se se llenan de agua y eventualmente se rompen –se hemolizanhemolizan-.-.

En una solución isotónica, los eritrocitos conservan sus En una solución isotónica, los eritrocitos conservan sus propiedades y su forma.propiedades y su forma.

En algunas enfermedades como la desnutrición o mal En algunas enfermedades como la desnutrición o mal funcionamiento renal, la presión osmótica es menor y funcionamiento renal, la presión osmótica es menor y se produce se produce edemaedema..

En biología tenemos membranas que son En biología tenemos membranas que son semipermeables o selectivamente permeables, es semipermeables o selectivamente permeables, es decir, sólo permiten el paso de algunos solutos o sólo decir, sólo permiten el paso de algunos solutos o sólo del disolvente. del disolvente.

El movimiento de iones o moléculas pequeñas a través El movimiento de iones o moléculas pequeñas a través de membranas selectivamente permeables se llama de membranas selectivamente permeables se llama diálisisdiálisis..