Soluciones y concentraciones

Las soluciones son ubicuas en química. Se utilizan para almacenar y manejar pequeñas cantidades de material, llevar a cabo reacciones químicas y desarrollar materiales con propiedades controlables. Una solución es una mezcla homogénea que contiene algunos de los componentes en pequeñas cantidades, llamados solutos y uno de los componentes en una gran cantidad, llamada el solvente. La cantidad de soluto en relación con la cantidad total de una solución se conoce como su "concentración". Dependiendo de si es la masa, volumen o cantidad en moles de los componentes de la solución que están siendo considerados, esta medida puede expresarse en un número de diferentes maneras, según las necesidades del experimento. En este video, primero analizaremos los diferentes tipos de unidades para medir la concentración de la solución. Luego nos dirigiremos a través de un protocolo para hacer una solución de sacarosa. Por último, veremos cómo la medición de la concentración se utiliza en diversas aplicaciones químicas.

La concentración de una solución puede expresarse en un número de unidades diferentes, cada una de ellas puede ser más conveniente para los usos particulares que otros. Una de las unidades más utilizadas es la molaridad, que es la cantidad de soluto por volumen de solución; un molar es equivalente a un mol de soluto por litro de solución. Debido a la simplicidad de los volúmenes de los líquidos que miden, la molaridad es una de las unidades más convenientes para los cálculos estequiométricos de reacciones en solución. Estequiometría se basa en el número de moléculas implicadas en una reacción. Por lo tanto, conociendo la molaridad simplifica el cálculo de los reactivos necesarios.

Cuando la concentración se expresa como la cantidad de soluto por masa de disolvente, la medida se llama molality. El volumen de los materiales cambia con la temperatura, para medir la concentración con el molality es ventajoso al estudiar las propiedades físicas de soluciones, denominadas propiedades coligativas, que las diferencias de temperatura. Fracción molar es otra unidad de concentración común y se da por el número de moles de soluto por número total de moles de los componentes de la solución: solutos y solvente. Fracciones del topo son útiles, por ejemplo, al investigar la "presión de vapor" de soluciones. Esto refleja el grado a que partículas de soluto y solvente "escapar" de una solución líquida en la fase gaseosa, como la fracción molar es igual a la relación de presiones parciales a presión total. Ahora que tienes una idea de cómo se puede medir la concentración de una solución, vamos a ir a través de un protocolo para hacer una solución con una concentración molar específica.

Comenzar por calcular la masa de sacarosa necesaria, primero usando el volumen y concentración de la solución para llegar al número de moles de sacarosa, y luego utilizando la masa molecular para convertir a la masa. En este ejemplo, se realiza 100 mL de una solución de 0.01 M de sacarosa, por lo que será necesario 0,342 g. Para pesar la masa de sacarosa necesaria, el primer lugar un bote limpio, vacío pesa en la balanza. Establecer el "peso de Tara", que significa establecer el peso de la vacía pesa barco como cero. Luego, mediante un scoopula, transferir el polvo de la sacarosa desde el frasco del reactivo sobre el barco pesa hasta obtener la cantidad deseada. Coloque un embudo de polvo en un matraz aforado de la 100 mL limpio y seco. Vierta con cuidado la sacarosa a través del embudo. Usando una botella de lavado con el solvente, en este caso agua destilada, enjuague cualquier residuo sólido el barco pesa en el matraz.

Añadir más agua destilada, pero pare antes de llegar a la marca de calibración. La tapa y agitar suavemente para disolver el sólido. Es importante no llenar el frasco completamente en este punto, ya que puede ser difícil para disolver completamente el sólido.

Una vez que se haya disuelto la sacarosa, cuidadosamente agregue el solvente con una botella de lavado hasta que llega a la parte inferior del menisco la graduación volumétrica. Tapa nuevamente el frasco e invertir varias veces para asegurar la completa disolución y mezcla.

Una solución sobresaturada es uno en que más soluto se disuelve entonces sería de esperar, dada la temperatura o a otras propiedades físicas del solvente. El grado en que se basa en la tasa de enfriamiento, soluto y solvente. Sobresaturación se consigue disuelve primero el soluto en una condición donde la solubilidad es alta, y entonces rápidamente cambiando la condición de la solución, por ejemplo, disminuyendo su volumen o temperatura, más rápidamente de lo que pueden venir las partículas de soluto de la solución. En este punto, más soluto se mantendría en solución bajo las nuevas condiciones que sería posible disolviendo el soluto directamente bajo esas condiciones. Para crear una solución sobresaturada de sacarosa, primero coloque 100 mL de agua en un vaso de precipitados. Agregar una barra de agitación magnética, luego mezclar en un plato caliente. Añadir 220 g de sacarosa en el agua conmovedora y permite la mezcla de sacarosa a agitar durante 15 minutos. Después de 15 min, observar que no todos los de la sacarosa ha disuelto. En este punto, calienta la mezcla a 50 ° C. Seguir revolviendo la mezcla por un adicional 10 min.

Examinar la solución otra vez. De la sacarosa debe se ha disuelto en el agua de 50 ° C . Ahora, dejar la solución enfriar lentamente a temperatura ambiente y quitar la barra de agitación. Observar que permanece disuelta sacarosa. La solución de la temperatura ahora está sobresaturada. Adición de incluso una pequeña cantidad de polvo de sacarosa adicional en esta solución puede desencadenar la recristalización rápida de todas la sacarosa disuelta.

Ahora que hemos visto como preparar soluciones con concentraciones específicas, vamos a ver algunos ejemplos de cómo el concepto puede ser una consideración importante para diversas aplicaciones.

Concentración de reactivos, componentes de solventes y otros componentes de una reacción química a menudo tienen un impacto significativo en el índice de productos de la reacción. Concentraciones de reactivo más altas aumentan la probabilidad de que las moléculas se encuentran y reaccionan, potencialmente aumentando la velocidad de reacción. Al mismo tiempo, aumento de las concentraciones de iones de sal en solución también puede favorecer la agregación de moléculas hidrofóbicas, o "repelente al agua".

Los investigadores estudiados aquí la uno mismo-montaje de una molécula compleja en largos polímeros en presencia de diferentes concentraciones de sal en el solvente de reacción. Encontraron que, en más altas concentraciones de sal, ensamblaje de las moléculas en polímeros se produce más fácilmente.

Concentración también afecta a la tasa de procesos físicos como la cristalización. Biólogos a menudo cristalizar moléculas como las proteínas, donde que se convierten en perfectamente dispuestos en un enrejado cristalino, por lo que su estructura se puede deducir estudiando cómo rayos se difracta a través de estos cristales. Para cristalizar las proteínas, soluciones de proteínas se mezclan con un "precipitante", generalmente una sal de algún tipo, en diferentes concentraciones y pH. Una gota de esta mezcla se coloca en una cámara cerrada con un depósito de la solución precipitante más concentrada. Como el agua se evapora de la gota de solución de proteína para equilibrar la concentración de precipitante entre la gota y el embalse, la proteína se convierte sobresaturada cada vez más y finalmente se cristaliza de la solución. Para obtener más información, vea nuestro video en el crecimiento de cristales.

Finalmente, una comprensión de la concentración es importante para evaluar los niveles de toxinas en el medio ambiente. En este ejemplo, los científicos desarrollaron un análisis para detectar la cantidad de botulinum de la toxina bacteriana potencialmente fatal en muestras de agua o alimentos, mediante la detección de la medida a que la toxina escinde una proteína particular. Para realizar el ensayo, primero se genera una "curva estándar" midiendo el nivel de actividad de diferentes concentraciones conocidas de la toxina. Toxina aislada de muestras desconocidas puede entonces someterse a la prueba, y la concentración puede ser interpolada comparando su actividad con la curva estándar.

Sólo ha visto introducción de Zeus a hacer soluciones. Ahora debería entender cuándo usar diferentes unidades para expresar la concentración, una manifestación para hacer una solución con una concentración específica y, finalmente, varias aplicaciones que ilustran la importancia del tema.

¡Gracias por ver!