3.3.6 Soluciones. Concentración en porciento y molar


Las disoluciones están compuestas al menos de dos sustancias el soluto (la sustancia disuelta) y el disolvente (La sustancia que realiza la disolución); cuando una disolución está compuesta  por dos sustancias en el mismo estado la sustancia en mayor cantidad es el disolvente.



Las disoluciones que incluyen el agua como solvente e denominan como acuosas, mientras que las que no contienen líquido se denominan como no acuosas. Algunas sustancias se disuelven más fácilmente que otras, esto es debido a su  solubilidad, que es la propiedad de las sustancias de poder disolverse en otras.


 El grado de solubilidad se mide por la cantidad máxima de soluto que se puede disolver en cierta cantidad de disolvente, esto se llama concentración.
A mayor cantidad de soluto que de disolvente se le llama disolución diluida,  si aumenta la cantidad de soluto tendremos una disolución concentrada y al aumentar el soluto, la disolución se saturara y ya no podrá disolverse a esto se le llama disolución sobresaturada, que no es estable, la concentración expresa la cantidad de soluto contenido en una cantidad unitaria de disolución.




Concentraciones de disoluciones por porcentaje
Para calcular la concentración de una mezcla se debe calcular el porcentaje de sioluto en la disolución,puede haber dos tipos de concentraciones de porcentaje:

Por masa: Dividimos la masa del soluto de la disolución y multiplicamos el resultado por 100 (la   masa de disolución es igual a la masa del disolvente mas la masa del soluto)

                                       masa del soluto        
     Porcentaje en masa:  --------------------------  x100 del soluto
                                    Masa de la disolución


Por volumen: La concentración también puede expresarse en términos de “porcentaje por volumen” del soluto  dentro de una disolución y se define como:

                                         Volumen del soluto            
 Porcentaje en volumen:  ------------------------------------  x100  
                                    ( Vol. soluto) + (Vol Disolvente)



Concentración molar o molaridad


Es el numero de moles (cantidad de sustancia que contiene tantas partículas como atomos de carbono hay en 12g) disueltos en un litro de solución  

                                                n      moles
                                        m:   ---- = --------
                                                 v       litros

 Molaridad es un termino que se emplea para proporcionar las concentraciones de una disolución en función de la cantidad de partículas de soluto presentes en un litro de solución

                                  Moles de soluto(n)
    Molaridad (M)=  ---------------------------- 
                               Litros de disolución (v)




















Partes por millón: Se simboliza como ppm y son los miligramos de soluto por litro de disolución

3.3.7 Electrolitos y no electrolitos




Un electrolito es cualquier sustancia que contiene iones libres que se comporta como  un medio conductor eléctrico. Debido a que constan de iones en solución  son conocidos como soluciones iónicas pero también son posibles electrolitos fundidos y electrolitos sólidos.


Principios:
Los electrolito existen como soluciones de ácidos, sales o bases, pueden resultar de la disolución de algunos polímeros y contener múltiples centros cargados.
Las soluciones de electrolitos se forman cuando una sal se  coloca en un solvente y los componentes individuales se disocian. Debido al interacción entre el solvente y el soluto. Por ejemplo:

NaCl ( S) →Na+ (aq) + Cl- (aq)

El electrolito es un material que se disuelve en agua para producir una solución que conduce una corriente eléctrica. Las sales fundidas pueden ser electrolitos ya  que conducen electricidad.
Si  en un electrolito la mayoría del soluto se disocia formando iones libres, se dice que es fuerte, si no se dice que es débil, sus propiedades se explotan por medio de la hidrólisis.


Medición
Los electrolitos se miden  vía examen de sangre, buscando los niveles de sodio y potasio.

Bebidas deportivas.
Las bebidas con electrolitos contienen sales de sodio y potasio, que restablecen el agua en el cuerpo y los niveles de electrolitos, se recomiendan en condiciones de ejercitación extrema, para evitar la deshidratación, no se recomiendan a menores.


Electroquímica
 Cuando se coloca un electrodo en un electrolito el electrolito conducirá electricidad, ya que una    reacción química ocurre en l cátodo que consume los electrones y en el anódo que produce los electrones, como resultado los iones del electrólito se mueven para neutralizar estas cargas.
 En otros sistemas las reacciones de los electrodos pueden involucrar los metales del electrodo y los iones del electrolito.
 Los conductores electrolíticos pueden ser utilizados en dispositivos electrónicos .

Electrolito seco 
Son esencialmente geles en una estructura molecular cristalina flexible.

No electrolito
 Son líquidos y soluciones  que contienen partículas con movilidad sin carga 

3.3.8 Ácidos, bases y pH

Desde hace siglos, los químicos definieron los ácidos y las bases según las propiedades de sus disoluciones acuosas: así, un ácido es una sustancia cuya disolución acuosa posee un sabor agrio, tiñe de rojo el papel tornasol azul, reacciona con los metales activos, con desprendimiento de hidrógeno y neutraliza las bases.


De manera análoga, se define una base como la sustancia cuya disolución acuosa posee un sabor amargo, tiñe de azul el papel tornasol rojo, tiene aspecto jabonoso y neutraliza los ácidos.

Estas sustancias, al disolverse con agua, forman parte de compuestos clave para los sistemas biológicos.
Un ácido, al reaccionar con una base o viceversa, se neutraliza, y se obtiene como resultado una sal y agua:
Tomando en cuenta el tipo de enlace químico que presentan las sustancias, al estar en disolución acuosa, pueden presentar una disolución o una ionización.
La disociación la presentan sustancias que tienen enlace iónico y se define como la separación de los iones existentes en una sustancia iónica, cuando se encuentran en disolución acuosa o en estado líquido. Ejemplo:
En cambio, la ionización la presentan las sustancias con enlaces covalentes polares y se definen como el proceso mediante el cual una molécula se divide en una parte positiva y otra negativa, por separación asimétrica de los pares de electrones de enlace. Ejemplo:

Teorías ácido-base
Teoría de Arrhenius
En 1884, el químico sueco, Svante Arrhenius, definió un ácido como toda sustancia que al estar en disolución acuosa produce iones hidrógeno (H+), o bien, iones hidronio (H3O+), y a una base como toda sustancia que al estar en disolución acuosa produce iones oxhidrilo (OH-).
Esta teoría esta restringida en el sentido de que el concepto se limita al disolvente agua.

Teoría de Brönsted-Lowry
En 1923, Johannes Nicolaus Brönsted (en Dinamarca) y Thomas Martin Lowry (en Inglaterra) propusieron de manera independiente que los ácidos podrían definirse como donadores de protones y las bases como aceptores de protones.
Las reacciones de neutralización implican una transferencia de protones. Las sales son sólo agregados de iones que se producen en la mayoría de las reacciones de neutralización.
Al perder un protón (ion hidrógeno, H+), un ácido forma una base pues, por la reacción inversa, la sustancia formada puede ganar un protón (ion hidrógeno, H+).
Del mismo modo, una base forma un ácido al ganar un protón. Ejemplos:

El ácido y la base representados en las ecuaciones (1) y (2) son un par conjugado; es decir, un ácido forma su base conjugada al perder un protón y una base forma su ácido conjugado cunado gana un protón. Ejemplos:

En los ejemplos anteriores observamos que el agua actúa como ácido y como base, respectivamente. De acuerdo con este concepto, el agua es anfótera (sustancia que en disolución acuosa puede ceder iones H+ e iones OH-).

Teoría de Lewis
En 1923, el estadounidense Gilbert Newton Lewis propuso un concepto más general, la teoría electrónica:
"Base es una sustancia que contiene un átomo capaz de ceder un par de electrones, y un ácido es una sustancia que contiene un átomo capaz de aceptar un par de electrones"
Cuando un ácido de Lewis reacciona con una base de Lewis, se forma, como consecuencia, un enlace covalente por coordinación.


Clasificación de ácidos y bases
Los ácidos y las bases se clasifican en fuertes y débiles.


Tipos de ácidos y bases en función de la concentración de iones [H3 O+] y [OH-]


Ácido fuerte
Es toda sustancia que al disolverse se ioniza con gran facilidad produciendo un aumento en la concentración de iones hidronio y, por tanto su pH será bajo (0 a 3).

Ácido débil
Si una sustancia al disolverse no se ioniza con gran facilidad, produciendo una baja concentración de iones hidronio (no menos de 10-7 mol/L); su pH será relativamente alto (4 a 6.9), entonces podemos afirmar que se trata de un ácido débil.

Base fuerte
Cuando una sustancia, al disolverse, se ioniza fácilmente aumentando la concentración de iones oxhidrilo (OH-) se le conoce como una base fuerte.

Base débil
Si una sustancia, al disolverse, se ioniza con gran facilidad, produciendo una baja concentración de iones oxhidrilo, su pH será relativamente alto (7.1 a 11)

Para medir el pH de las soluciones utilizamos tiras de papel universal, cuya coloración especifica el valor que le corresponde. Sin embargo, en la actualidad se cuenta con instrumentos más precisos llamados potenciómetros, de tipo digital, que expresan exactamente el valor del pH.
 

3.3.9 Neutralización y fromación de sales
Indicadores
En la determinación aproximada del pH de una disolución pueden utilizarse ciertas sustancias generalmente orgánicas,que responden a los medios ácidos o básicos con cambios de color. Estas sustancias son ácidos o bases débiles en los que la forma molecular tiene un color diferente al de la forma iónica, estas sustancias son conocidas como indicadores.
Para determinar el pH específico, se debe seleccionar un indicador adecuado, puesto que éste tiene un vire de coloración únicamente en cierto rango de pH. Aquí presentamos una lista del indicador, intervalo y coloración:




Neutralización e hidrólisis

Neutralización
Al ponerse en contacto los ácidos y las bases en una disolución acuosa, los iones hidronio del ácido y los ionesoxhidrilo de la base, se combinan para formar agua:
ésta es la reacción fundamental que tiene lugar, al neutralizarse mutuamente los ácidos y las bases en disoluciones acuosas.
Las propiedades características de los ácidos y de las bases desaparecen, al reaccionar los iones responsables de estas propiedades para dar agua. Por tanto, podemos concluir que una reacción de neutralización, según Arrhenius, es la que se efectúa entre un ácido y una base para formar sal y agua.
La reacción se denomina de neutralización. Para identificar si una sustancia tiene carácter ácido, básico, o neutro, se utilizan compuestos que presentan colores distintos en disoluciones ácidas o básicas, llamados indicadores; se pueden conseguir naturales o elaborados en el laboratorio. La reacción inversa se llama hidrólisis:

Para que una sal pueda hidrolizarse, es necesario que provenga de la reacción entre un ácido fuerte y una base débil o vicerversa. La hidrólisis de una sal originada por la reacción de un ácido débil y una base fuerte dará una disolución básica.
La hidrólisis de las sales que proviene de la reacción de un ácido fuerte y una base débil, darán una disolución ácida.


Titulación o valoración
Es el proceso por el cual se determina la cantidad de disolución de concentración conocida que se necesita para reaccionar completamente con cierta cantidad de muestra que será analizada. A este respecto, existen 2 tipos de disoluciones: disolución patrón  estándar y disolución problema. La primera es la disolución de concentración conocida; la segunda es la disolución a la que se le desconoce su concentración.
En el análisis de disoluciones ácidas o básicas, la titulación se realiza mediante la medición de los volúmenes de un ácido y una base que se neutraliza exactamente.

La concentración se calcula utilizando la relación general que establece que el producto del volumen por la normalidad es igual para todas las disoluciones que reaccionan completamente:

3.4 ¿De quién es el agua?

Una reflexión seria y un análisis de la disponibilidad del total de agua dulce existente en nuestro planeta nos indica, que es un recurso vital del que no se dispone en grandes cantidades. Deben establecerse estrategias globales y regionales para hacer del agua un recurso sustentable, y que el ciclo hidrológico natural lo permite.
Estas estrategias deben estar fundamentadas en:
1) La preservación ecológica de los sistemas de suministro del agua.
2) Un gasto limitado y equitativo para evitar su agotamiento.
3) El costo de hacer llegar el agua desde las fuentes naturales hasta las grandes urbes y el campo.

En el siguiente enlace se pueden encontrar diferentes enlaces hacia programas relacionados con la sustentabilidad del medio ambiente en la página oficial de la UNESCO: [CLIC]

3.4.1. Uso responsable del agua
Es fundamental el uso adecuado del agua, ya que, como se mencionó en párrafos anteriores, hay sectores que la requieren en mayor proporción. En la actualidad se han establecido tarifas, en las que se especifica que el que usa más agua, debe pagar más. El tiempo pasa y el vital líquido se agota; debemos tener cuidado en su consumo y en su reciclado para reutilizarla en muchas actividades de la vida cotidiana. Es decir, no debemos contaminarla con basura o desechos que se arrojan al drenaje, los ríos, lagos o mares. 



¿Qué podemos hacer para cuidar el agua? Aquí una lista de algunas acciones para mejorar el ambiente:
[Clic para ver la imagen en tamaño completo]


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