PROPIEDADES DE LAS SOLUCIONES MANCILLA, C. G. E.; BLANCO, E. Z.; PÉREZ, S. L. J.; CASTREJÓN, C. R. y ROSAS, T. M Q.F.B.; V Semestre: Universidad del Valle de México, Campus Chapultepec (Av. Constituyentes No. 151 Col. San Miguel Chapultepec. C.P. 11850 México, DF.)
Resumen………………………………………………………………..….1 Introducción……………………………………………………………..…2 I.- Solubilidad y concentración.………………………………….…….……....2 II.- Titulaciones………………………………………………………….…….….4 III. Propiedades coligativas…………………..…………………………………5 IV. Difusión……..……………………………………..……………………….…..6 V. Diálisis…………………………………………………………………………..7 VI. Ósmosis…………………………………………………………………………8 VII. Tonicidad………………………………………………………………………9 Objetivo………………………………………………….……………..…10 Hipótesis……………………………………………………….………….10 Material……………………………………………………….…………...10 Metodología y Resultados ……………………………………….………..10 Discusión de Resultados………………………………….………… …….18 Conclusiones…………………………………………….…………………19 Referencias……………………………………………….……………...…19
RESUMEN: En esta práctica se puede encontrar información tanto teórica como experimental de algunas de las propiedades que presentan las soluciones como lo son las diversas formas en las que se puede expresar la concentración de una misma solución, aunque esta sea preparada a una concentración específica. Así mismo se realizó una titulación; técnica por la cuál se puede determinar la concentración de una solución de la cual se desee saber la concentración que realmente posea o para determinarla si es que no se conoce. Se realizo un experimento para observar una de las propiedades coligativas de las soluciones como lo es la elevación del punto de ebullición, la cual depende de la concentración de la solución. Se realizaron también experimentos para observar las propiedades dinámicas de las soluciones, es decir la difusión, diálisis y ósmosis que presentan utilizando membranas por medio de las cuales se pudieran observar estas propiedades y de esta manera comprobar que dependiendo del tamaño de la molécula que se este utilizando se observaran o no este tipo de propiedades de las soluciones ya que una molécula muy grande no podrá atravesar una membrana de este tipo y que una sustancia ejerce una fuerza o presión osmótica necesaria para impedir el paso del solvente hacia una solución concentrada. Por último realizamos un experimento para observar y estudiar la presión osmótica en base a una membrana fisiológica común en los seres humanos y en algunos animales como lo son las membranas de los eritrocitos, las cuales son comparables a una membrana semipermeable ideal y del cuál es fácil de observar al microscopio por medio de frotis que se realicen al agregar soluciones de concentraciones iguales a las fisiológicas (isotónica), mayor concentrada (hipertónica) o de menor concentración a la fisiológica (hipotónicas), con las cuales se puede observar el comportamiento de una célula en este tipo de soluciones, por ejemplo, en una solución hipotónica los eritrocitos se hinchan hasta reventar debido a que la solución que esta menos concentrada que la del interior de los eritrocitos para estabilizar las concentraciones, pero al hacer esto el eritrocito se llena de agua y se hincha hasta llegar a un punto en el que revienta. Por lo tanto en esta práctica se pueden observar algunas de las diferentes propiedades de las soluciones para su estudio y conocimiento.
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INTRODUCCIÓN MOL: Cantidad de átomos de carbono que hay en 12.0000g de carbono que contiene solo el isótopo 12C que es un estándar para las masas atómicas relativas, por lo que el mol es la cantidad de átomos contenidos en la masa atómica relativa de cualquier elemento cuando esta se mide en gramos. Un mol de partículas equivalen a 6.022 × 10 23 partículas, moléculas o átomos (Número de Avogadro). La masa molecular de un compuesto es la masa de un mol de moléculas. Mezcla: Es la unión de 2 o más sustancias en proporción variable, en la que los componentes conservan sus propiedades físicas o químicas; sus componentes se pueden separar fácilmente por medios físicos; generalmente no hay absorción o desprendimiento de energía. • •
Mezclas homogéneas: sus componentes se encuentran distribuidos uniformemente; no se distinguen sus componentes. Mezclas heterogéneas: Son aquellas cuyos componentes no se distribuyen uniformemente y se distinguen con facilidad. [1]
Suspensiones: Mezclas heterogéneas formadas por un líquido y un sólido cuyas partículas son poco solubles o insolubles en el líquido que se encuentra, lo que les da una apariencia turbia: el tamaño de las partículas es grande, por lo que se perciben a simple vista y no pasan por los filtros comunes; a estas partículas se les llama suspensiones. Las partículas de mayor densidad quedan en el fondo del recipiente y las de menor densidad flotan en la parte superior; Las suspensiones se separan fácilmente por decantación o filtración.
cantidad recibe el nombre de disolvente y la que se encuentra en mayor cantidad se llama soluto. Las disoluciones más comunes son las líquidas, en las que el disolvente es el agua, por eso se llaman disoluciones acuosas. El hecho a que el agua sea un disolvente muy eficaz se debe a que sus moléculas son polares. Hidratación: Atracción que existe entre las moléculas del agua (disolvente) hacia las del soluto. La hidratación crea una capa de moléculas de agua en torno al catión y otro en torno al anión. Las capas de hidratación aíslan a unos y otros entre sí, de manera que se desplazan en forma independiente dentro de la solución. Partes Fundamentales de la disolución: • Soluto: Componente en menor proporción • Solvente: Componente en mayor proporción. Propiedades de concentración.
las
soluciones:
Solubilidad
y
SOLUBILIDAD Y CONCENTRACIÓN Solubilidad: Es la cantidad de sustancia que se puede disolver en una cantidad determinada de solvente a una temperatura específica; Es la propiedad de una sustancia para disolverse en otra; la sustancia que se disuelve recibe el nombre de soluto y la sustancia en que se disuelve recibe el nombre de disolución. Si el soluto se disuelve en grandes cantidades, decimos que es muy soluble; si lo hace en pequeñas cantidades es poco soluble, pero si no se disuelve en ninguna cantidad, lo llamamos insoluble. También puede definirse así: Solubilidad es la cantidad en gramos que se necesitan para saturar 100 gramos de disolvente o solvente determinado a una temperatura dada. Puede expresarse en moles por litro, en gramos por litro, o en porcentaje de soluto / disolvente. La solubilidad en el agua, se expresa como la cantidad en gramos de soluto que se disuelve a una temperatura dada.
Características de las suspensiones: • Poca estabilidad ya que sus componentes se separan en corto tiempo. • Apariencia turbia, por que las partículas se encuentran dispersas. En la solubilidad, el carácter polar o apolar de la • Sedimentación de sus partículas mediante el reposo. sustancia influye mucho, ya que, debido a estos la • Apariencia óptica de las partículas, que por su sustancia será más o menos soluble. Los compuestos tamaño se distinguen a simple vista. [1] con menor solubilidad son los que presentan menor reactividad como son: las parafinas, compuestos Solución: Mezcla de dos o más componentes en los aromáticos y los derivados halogenados. cuales las partículas se entremezclan a un nivel atómico, molecular o iónico. El término solubilidad se utiliza tanto para designar al Una disolución es una mezcla de varias sustancias. Son mezclas tanto homogéneas como heterogéneas de 2 o más sustancias. La sustancia que se encuentra en mayor
fenómeno cualitativo del proceso de disolución como para expresar cuantitativamente la concentración de las soluciones. La solubilidad de una sustancia depende de la naturaleza del disolvente y del soluto, así como de la
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temperatura y la presión del sistema, es decir, de la tendencia del sistema a alcanzar el valor máximo de entropía. Al proceso de interacción entre las moléculas del disolvente y las partículas del soluto para formar agregados se le llama solvatación (fenómeno que ocurre cuando un compuesto iónico se disuelve en un compuesto polar, sin formar una nueva sustancia) y si el solvente es agua, hidratación. [2] Factores que afectan la solubilidad: temperatura y naturaleza del solvente.
Presión,
o Efecto de la temperatura en la solubilidad: La
o
o
mayoría de los sólidos se disuelven mejor en un líquido a medida que la temperatura aumenta, es decir, son mas solubles en el punto de ebullición del agua que del punto de congelación, salvo en raras excepciones, en las que la solubilidad de un soluto disminuye con el aumento de temperatura. En general, los gases son mas solubles en agua fría y tienden a abandonar las soluciones en forma de burbujas, cuando se calienta el agua. Si este proceso es rápido, se llama efervescencia. La solubilidad de un gas en un líquido disminuye cuando aumenta la temperatura. Efecto de la presión en la solubilidad: Los cambios de presión tienen poco efecto en la solubilidad de un soluto si este es sólido o líquido, debido a que ambos son difíciles de comprimir; por lo contrario, los gases se comprimen fácilmente y su solubilidad aumenta con la presión, esto es, a mayor presión, mayor solubilidad de los gases. Naturaleza del soluto y del disolvente: El agua es un disolvente excelente para la mayoría de los componentes inorgánicos, pero es un mal disolvente para las grasas y las ceras, para las que el benceno y el éter son buenos disolventes; para las sustancias orgánicas existen buenos disolventes como el bisulfuro de carbono, éter sulfúrico, alcohol etílico, benceno y cloroformo.
Concentración: Se refiere al número de partículas en un volumen determinado; Relación entre el peso del soluto y el peso del disolvente. La concentración del soluto se expresa como la proporción que existe entre el número de gramos del soluto, por cada 100 gramos del disolvente, o bien, la proporción entre el número de gramos de soluto por cada litro de disolución; de acuerdo con esto, la concentración de una solución dependerá de la cantidad de soluto que pueda disolverse en el disolvente, tanto por su peso como por su volumen. Por lo general, la velocidad de la reacción en gases o sustancias disueltas en agua, cambia al variar la concentración de uno o mas reactivos. Cuando la concentración aumenta, la frecuencia de colisiones
aumenta y la reacción se acelera, y al disminuir la concentración, disminuye la velocidad. En las soluciones acuosas la concentración aumenta al disolver más cantidad de especie. Tomando en cuenta la concentración, las disoluciones se dividen en: •
Solución Diluida: Es aquella que contiene una pequeña proporción del soluto disuelto en una gran cantidad de disolvente. • Solución Concentrada: Gran cantidad de soluto disuelta en una pequeña cantidad de disolvente. • Solución Saturada: Es aquella en la que las moléculas del soluto están en equilibrio con las moléculas del disolvente. • Solución Sobresaturada: Es aquella que tiene solución en mayor cantidad de soluto que la saturada en la misma cantidad de disolvente, con las mismas condiciones de temperatura y presión. La concentración es la magnitud física que expresa la cantidad de un elemento o un compuesto por unidad de volumen. En el SI se emplean las unidades mol·m-3. En química, para expresar cuantitativamente la proporción entre un soluto y el disolvente en una disolución se emplean distintas unidades: molaridad, normalidad, molalidad, formalidad, porcentaje en peso, porcentaje en volumen, fracción molar, partes por millón, partes por billón, partes por trillón, etc. También se puede expresar cualitativamente empleando términos como diluido, para bajas concentraciones, o concentrado, para altas. [3] La cantidad de soluto en una solución depende de la cantidad de solución considerada. La mejor forma de describir una solución es establecer la concentración de soluto, ya que la concentración expresa la cantidad de soluto contenida en una cantidad unitaria de solución. La concentración en un volumen grande de solución, es la misma que en un volumen pequeño. Las concentraciones nos proveen una base de comparación. Métodos que describen la concentración en las soluciones: La concentración puede expresarse comúnmente de la siguiente manera:
a) Molaridad (M) es el número de moles de soluto por litro de disolución.
M =
n mol [ =] Vsol. Lt.
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masa PM
n=
Para determinar la molaridad de un soluto se debe conocer la cantidad de soluto disuelto en suficiente solvente como para producir un volumen específico de solución. Para expresar la molaridad, la masa del soluto se convierte a número de moles de soluto, y después los moles se dividen entre el volumen de solución en litros. La molaridad es independiente de la cantidad de solución; únicamente sirve como una expresión conveniente de la cantidad de soluto por unidad de volumen de solución. Al conocer la molaridad, es posible obtener un número específico de moles de sustancia en solución midiendo un volumen determinado. La molaridad de la solución se usa como factor de conversión para hallar moles de soluto a partir del volumen de solución. Soluciones estándar: Son las soluciones de molaridad y se preparan pesando una cantidad específica de soluto y disolviéndolas en suficiente solvente para tener un volumen conocido de solución, utilizando un matraz volumétrico para su preparación.
b) Normalidad (N) es la cantidad de soluto expresada en equivalentes gramos de soluto contenida en ciertos volúmenes de disolución expresada en litros.
N=
No.de.equivalentes.de.soluto eq [ =] 1L.disolución L
masa Peq PM g Peq = [=] ∆Z eq ∆Z = Cantidad de electrones transferidos. eq =
Peso Equivalente (Peq): Masa de sustancia que contiene un equivalente. [2] Equivalentes: • •
•
1 eq ácido: Cantidad de ese ácido que aporta 1 mol de iones H+ 1 eq base: Cantidad de esa base que aporta 1 mol de iones OHEn reacciones Re-dox, 1 eq: Cantidad de sustancia que puede dar o aceptar 1 mol de electrones, o bien, el número de electrones que se gana o pierde en una reacción.
disponibles que el número de iones OH- presentes en 1 eq base:
N ácido × Vácido = N base × Vbase Donde: N = Normalidad y V = Volumen
c) Relación entre el porcentaje en masa y volumen.
%
P Gramos.de.soluto = × 100 V Mililitros.de.disolución
d) Relación entre el porcentaje en masa y volumen. %
m Gramos _ de _ soluto = × 100 V Gramos _ de _ disolución
e) Porcentaje en peso: Se expresa la masa del soluto en gramos por 100 gramos de disolución.
%
P gramos _ de _ soluto = × 100 P gramos _ de _ solvente
Diluciones: Al diluir con agua una solución acuosa de concentración alta, se logra que la solución sea de menor concentración. A veces es necesario preparar una solución de cierta molaridad por dilución de una cantidad específica de solución mas concentrada; por lo que de la definición de molaridad vemos que el número de moles de soluto en una solución está dado por el producto del volumen por la molaridad. Si tenemos una muestra de solución, ésta contendrá un número específico de moles:
Mi =
n ....... y.........n = Vi M i Vi
Donde i se refiere al volumen y molaridad iniciales.
Al agregar agua a la muestra esta se diluye, cambiando el volumen y por lo tanto la molaridad. La dilución no altera el número de moles de soluto, sólo causa que la n = Vf M f solución este menos concentrada. Donde f se refiere al volumen y a la molaridad finales después de la dilución. La dilución aumenta el volumen, y por lo tanto, la molaridad (concentración) disminuye. Como el número de moles no cambia con la dilución: n = Vi Mi y n = Vf M f Entonces: Vi M i = V f M f Esta relación se utiliza para hallar el volumen al cual debe diluirse una solución para obtener la molaridad deseada. También se puede emplear para determinar el volumen de una solución más concentrada necesaria para preparar un volumen específico de una solución mas diluida. [3]
• La principal ventaja de usar equivalentes es que 1 eq TITULACIONES ácido contiene el mismo número de iones H+
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La titulación es una de las técnicas más comunes en la química analítica para la determinación de la concentración de sustancias en solución. El conocimiento de esta técnica es esencial en el laboratorio químico. Dada una solución ácida, puede determinarse su concentración conociendo el volumen requerido para neutralizarla con una solución básica de concentración conocida (titulación ácido-base). Para reconocer el punto final de la titulación se puede utilizar un indicador que cambie de color al pasar de una solución básica a una ácida o a la inversa. Un ejemplo es la fenolftaleína, que pasa de color rosa en medio básico a incolora en medio ácido. En el punto de viraje, llamado "punto final", se considera que el número de moles de ácido monoprótico y de base monohidroxílica que han reaccionado es el mismo. Midiendo los volúmenes de ambas y conociendo la concentración de una de ellas, se puede conocer la concentración de la otra.[4] Una reacción de neutralización entre un ácido y un hidróxido metálico produce agua y una sal. HCl (aq) + Na OH (aq) → H2O (l) + Na Cl (aq) Ecuación iónica neta: H+(aq) + OH-(aq) → H2O (l)) Se denomina titulación al procedimiento para determinar la concentración de un ácido o una base en solución, por medio de la adición de una base o un ácido de concentración conocida. Durante la titulación, el punto en que se neutraliza un ácido o una base se denomina punto de equivalencia. Si se va añadiendo poco a poco una base a un ácido, el pH de la solución se incrementa con cada adición de base. El diagrama que representa la variación del pH durante la valoración se denomina curva de titulación.. Si se representa gráficamente el pH en función de la cantidad de base añadida, se observa una subida brusca en el punto de equivalencia. La región de subida brusca se llama punto final y se reconoce cuando el reactivo indicador cambia de color. El pH de la solución antes del punto de equivalencia se determina por la concentración del ácido que aún no ha sido neutralizado por la base. El pH en el punto de equivalencia es el pH de la sal resultante. Debido a que la sal que se produce por la reacción de un ácido fuerte y una base fuerte no se hidroliza, el punto de equivalencia se produce a pH 7,00. El pH de la solución después del punto de equivalencia está determinado por la concentración del exceso de base en la solución.[5]
Para construir la curva de titulación (pH versus volumen de titulante) debemos analizar de que manera varía el pH a manera que se agrega el valorante en las tres zonas de interés. Para esto consideraremos la reacción general Analito + Titulante => Sal (producto) + H2O Zona: antes del punto equivalenteEn este caso tendremos siempre un exceso de ácido o base en contacto con la sal formada. El correspondiente cálculo de pH dependerá de la identidad del analito y del titulante Zona: en el punto equivalenteEn este caso tenemos una solución acuosa de la sal formada. El pH dependerá de los reactivos empleados Zona: después del punto equivalenteTendremos un exceso de titulante en contacto con la sal formada. Nuevamente para el cálculo del pH debemos analizar la identidad de los reactivos [6] PROPIEDADES COLIGATIVAS Las soluciones presentan propiedades particulares llamadas propiedades coligativas (o colectivas) que solo dependen del número de partículas de soluto presente y no de su tamaño o masa molecular. Son cuatro:
1. Descenso de la presión de vapor. La presión de vapor de una sustancia es una medida de la tendencia de las moléculas a abandonar la fase líquida para pasar a la gaseosa. La presión de vapor de una solución ideal diluida es menor comparada con la presión de vapor del disolvente puro. Esto se explica si tomamos en cuenta que en una solución existe un mayor desorden y aleatoriedad de sus moléculas que la que se presentaba en el disolvente puro, o sea, su nivel de entropía es mayor en la disolución que en el disolvente puro. Por lo tanto, la evaporación del disolvente que se encuentra en una solución dará como resultado un aumento menor de entropía, en consecuencia, el disolvente tendrá una tendencia menor a abandonar la solución. 2. Elevación del punto de ebullición. El punto de ebullición es la temperatura a la cual una sustancia tiene una presión de vapor igual a la presión externa (atmosférica) Como consecuencia del aumento de la presión de vapor, el punto de ebullición de una solución, es más elevado que el del disolvente puro. 3. El descenso de la temperatura de congelación. Si se supone que cuando se congela una solución el
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sólido que se separa de ésta solo corresponde al disolvente 4. Presión osmótica. La presión osmótica es la presión que ejerce una solución sobre una Propiedad Coligativa Descenso de la presión de vapor del disolvente Descenso de la temperatura de congelación del disolvente Ascenso de la temperatura de ebullición del disolvente Presión osmótica
membrana semipermeable que la separa de disolvente puro.
Soluto no electrolito Soluto electrolito verdadero o potencial Dp = po- p Dp = po cX Dp = Kv b(X/d)
Dp = i Kv b(X/d)
DTc = Tc(d)-Tc(D) DTc = Kc b(X/d)
DTc = i Kc b(X/d)
DTeb = Teb(d)-Teb(D) DTeb = Keb b(X/d)
DTeb = i Keb b(X/d)
P = K b(X/d) P = RT c(X)
P = i RT c(X)
Las unidades de Kc y Keb son:oC.kg.mol-1 e indican en cuántos grados varían las temperaturas respectivas, por cada mole de cualquier soluto disuelto en un kilogramo de disolvente.
partículas difundidas o soluto y el medio donde se difunden o disolvente.
Para solutos que sean electrolitos verdaderos o potenciales, el coeficiente o factor (i) de van’t Hoof es: i = DTc electrolito = DTc experimental DTc no electrolito DTc calculado Este coeficiente se emplea también para calcular el grado de disociación (a) de electrolitos.
[11]
i = 1 + a ( x + y – 1)
Tipos de difusión
Donde, x + y, es el total de iones por cada molécula o par iónico que se disocie. [7]
Los distintos tipos de difusión pueden ser modelados usando la ecuación de la difusión. La difusión incluye no solamente difusión de partículas, pero todo fenómeno de transporte ocurrido en sistemas termodinámicos bajo la influencia de fluctuaciones térmicas. Algunos tipos de difusión son:
DIFUSIÓN Es el movimiento de los átomos, iones o moléculas, dentro de un material. Estos se mueven de manera predecible, tratando de eliminar diferencias de concentración y producir una composición homogénea y uniforme. La difusión es un proceso físico irreversible, en el que partículas materiales se introducen en un medio que inicialmente estaba ausente de ellas aumentando la entropía del sistema conjunto formado por las
• • • • • • •
Difusión atómica Movimiento browniano Difusión colectiva Efusión de un gas Difusión de electrones, resultando en una corriente eléctrica Transferencia de calor Difusión de Knudsen
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• • • • •
Ósmosis Difusión de fotones Difusión de la luz Difusión reversa Autodifusión[8]
Velocidad de difusión La primera ley de Fick establece que el flujo J (el número de átomos, iones o moléculas que pasan en unidad de tiempo a través de un plano de superficie unitaria) es proporcional al gradiente de concentración ∆C / ∆x (en átomos/cm3cm). Entonces
J = - D ∆C/∆x
Donde el factor de proporcionalidad D, la difusividad o coeficiente de difusión ( en cm2/seg), está relacionado con la temperatura según una ecuación de Arrenihus análoga a la ya descripta ; = Do e -Q /RT Con Q como la energía de activación y D 0 constante para cada sistema de difusión dado (los valores típicos se encuentran tabulados) El gradiente de concentración puede crearse por ejemplo al poner en contacto dos materiales de distinta composición, y muestra la forma en que la composición varía con la distancia a la zona de contacto. En general el flujo inicial es alto en la zona de contacto, y luego se reduce conforme disminuye el gradiente. Si el gradiente de concentración es constante (es decir si las composiciones a cada lado del plano no cambian) el flujo solo dependerá de la temperatura pero a menudo se observa que las concentraciones varían al irse redistribuyendo los átomos por lo que también el flujo cambia. Cuando se incrementa la temperatura de un material, se incremente el coeficiente de difusión D, y el flujo de átomos. Por ésta razón, el tratamiento térmico de metales y el procesamiento de cerámicos se efectúa a altas temperaturas. Así los átomos se mueven rápidamente para completar reacciones o alcanzar las condiciones de equilibrio. Los factores que disminuyan la energía de activación incrementarán la difusión porque se requerirá menos energía térmica para vencer la barrera energética. La difusión intersticial, con una energía de activación baja, ocurre mucho más rápido que la difusión por vacancias.
La energía de activación Q será, en general, menor para átomos difundiéndose a través de estructuras cristalinas abiertas que compactas. Además, como Q depende de la fuerza del enlace atómico, será mayor para la difusión de átomos en materiales con alto punto de fusión. Materiales con enlaces covalentes, como el carbono y el silicio, tienen Q extraordinariamente altas, acorde a la alta resistencia de sus enlaces atómicos. En los materiales con enlaces iónicos, como los cerámicos, un ión que difunda sólo podrá ocupar un sitio que tenga su misma carga y a fin de llegar a dicho sitio, deberá abrirse paso entre los iones adyacentes, pasar por una región de carga opuesta y moverse una distancia relativamente larga. Por lo tanto, las Q son mayores y las velocidades de difusión son menores para materiales iónicos que para metales. Debido a su menor tamaño, los cationes tienen coeficientes de difusión más altos que los aniones (por ejemplo en el NaCl, la Q para la difusión de los iones Cl - es aproximadamente el doble que la correspondiente a la difusión de los iones Na+). En los polímeros puede existir difusión de átomos ó de pequeñas moléculas por entre las largas cadenas poliméricas (las bolsitas plásticas dejan pasar gases líquidos al estado de vapor, por ejemplo). De hecho, el polímero a emplearse deberá ser seleccionado según su función eligiendo los que permitan ó no la difusión: ésta será más rápida cuanto más pequeño sea el elemento en difusión y cuanto mas huecos haya entre las cadenas del polímero. A través de los polímeros amorfos, de menor densidad, la difusión es mucho más rápida que a través de los polímeros cristalinos, con un orden de largo alcance. [9] DIÁLISIS Técnica bioquímica para separar moléculas de tamaño grande (como las proteínas) en solución de otras más pequeñas (como las sales). La técnica se basa en las propiedades de la estructura de ciertas membranas, que dejan pasar de forma selectiva a las moléculas más pequeñas. Se emplea habitualmente para purificar proteínas.[10]
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medio hipertónico, se producirá salida de disolvente del citoplasma, conocido como plasmólisis[12]
[11] En la diálisis la membrana será atravesada por el propio disolvente y partículas de pequeñas de bajo peso molecular, movimiento que se realizará a favor del gradiente de concentración, es decir de la más concentrada a la menos concentrada. Cuando el riñón es incapaz de llevar a cabo la filtración glomerular se recurre a diálisis (hemodiálisis). [12] ÓSMOSIS Fenómeno que aparece cuando una membrana semipermeable separa dos disoluciones de concentración diferente, esta membrana que por semipermeable solo permitirá el paso de disolvente, desencadena el proceso de ósmosis es decir el paso de disolvente de la disolución mas diluida a la más concentrada con el fin de equiparar el equilibrio entre ambas concentraciones, o lo que el lo mismo de la disolución hipotónica a la hipertónica hasta que ambas disoluciones sean isotónicas. Pero si yo pretendo evitar este flujo necesitare someter a una determinada presión la membrana, a esta presión se le conoce como presión osmótica. Comportamiento similar sigue la membrana citoplasmática existiendo por ello un equilibrio osmótico a ambos lado de la membrana
En la figura superior se puede ver el diferente comportamiento de la membrana citoplasmática en función del medio en el que se encuentre, en el primer caso la concentración intracelular y extracelular son idénticas, hablamos de disoluciones isotónicas y por tanto la célula no se afecta; en el segundo caso, la célula se encuentra en un medio hipotónico con respecto al citoplasma en este caso se produce la entrada de disolvente del medio extracelular al interior de la célula, a este fenómeno se le denomina turgescencia; por último la célula se encuentra en un
Y entendemos por presión osmótica, a aquella que seria necesaria para detener el flujo de agua a través de la membrana semipermeable. Al considerar como semipermeable a la membrana plasmática, las células de los organismos pluricelulares deben permanecer en equilibrio osmótico con los líquidos tisulares que los bañan. Si los líquidos extracelulares aumentan su concentración de solutos, se haría hipertónica respecto a las células, como consecuencia se originan pérdida de agua y deshidratación (plasmólisis) De igual forma, si los líquidos extracelulares se diluyen, se hacen hipotónicos respecto a las células. El agua tiende a pasar al protoplasma y las células se hinchan y se vuelven turgentes, pudiendo estallar (en el caso de células vegetales la pared de celulosa lo impediría), por un proceso de turgescencia.[13] Osmosis es la difusión de agua a través de una membrana con permeabilidad diferencial. El agua cruza una membrana del lado donde hay mayor concentración de agua libre es baja (o bajando por un gradiente de presión, de presión alta a presión baja. Las sustancias disueltas reducen la concentración de moléculas de agua libre en una solución [14] Para evitar que demasiado liquido intravascular sea forzado a pasar a los espacios extravasculares sea forzado a pasar a los espacios extracelulares tisulares, a la presión hidrostática se opone una presión osmótica coloidal intravascular generada por las proteínas plasmáticas. Si la concentración de proteínas plasmáticas disminuye en forma significativa (Por ejemplo, por desnutrición proteinica grave), el liquido no es atraído de regreso al comportamiento intravascular, estado que se conoce como edema. Este
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tiene numerosos orígenes; la deficiencia proteica es uno de ellos. [15] Presión osmótica Es la presión que existe entre dos recipientes separados por una membrana semipermeable, si en uno de ellos existe una disolución y en el otro un disolvente puro. El osmol es la unidad de medida, y equivale a la de un mol disuelto en un litro de agua, a una presión de 22.4 atm y a 0º grados de temperatura. La parte de la física que trata de la medida de la presión osmótica recibe el nombre osmometría, El osmómetro es el aparato utilizado para medir la presión osmótica y, con ello, la masa molecular de una disolución. Por tanto la presión que un gas ejerce a una temperatura dada, si un número determinado de sus moléculas ocupa un volumen definido, es igual a la presión osmótica que produce la mayor parte de las sustancias bajo las mismas condiciones, si están disueltas en un líquido dado.[16] Muchas membranas permiten el paso de unas sustancias y se lo impiden a otras según su tamaño o su carga. Estas membranas se llaman semipermeables. Experimentalmente se ha comprobado que si tenemos un tubo conteniendo una disolución de proteínas, cerrado por uno de sus extremos con una membrana semipermeable, y lo introducimos en un recipiente con agua, se producirá un trasvase de agua a la disolución de proteínas a través de la membrana semipermeable, con el consiguiente aumento de volumen de la disolución del tubo. La entrada de agua se mantiene, hasta que la presión que se genera haga que las velocidades de entrada y salida a través de la membrana sean iguales. El paso a través de una membrana osmótica se puede evitar aplicando una presión determinada a la disolución. Esta presión se llama presión osmótica (p). p= RT Cuando aplicamos una presión superior a la presión osmótica el agua fluirá de la disolución más concentrada a la más diluida. Así se realiza el proceso inverso a la ósmosis, proceso que se emplea en la desalinización del agua de mar. [17] TONICIDAD Las disoluciones ideales de igual concentración son isosmóticas porque tienen la misma presión osmótica.
Esto sólo se muestra completamente cuando la disolución se separa de su disolvente puro por una membrana que sea perfectamente semipermeable. Si la membrana es selectivamente impermeable, permitiendo el libre paso del disolvente y de ciertos solutos mientras restringe el de otros, la disolución puede exhibir solamente la fracción de su presión osmótica debida a los solutos para los que la membrana es impermeable. Esta fracción de la presión osmótica total de la disolución es la que se conoce como tonicidad. Por ello, la tonicidad de una disolución no se puede predecir únicamente por su composición, ya que también intervienen las propiedades de la membrana. Las células vivas, entre ellas los glóbulos rojos están rodeados de una membrana semipermeable. La osmolaridad de las células es 0.3 osmol. Por ejemplo una solución de NaCl 0.89% w/v se refiere normalmente como una solución salina fisiológica, que tiene una osmolaridad de 0.3.Así, cuando una célula se pone en una solución salina fisiológica, la osmolaridad de la solución en los dos lados de la membrana es la misma, y entonces no se genera presión osmótica a través de la membrana. Esa es una solución isotónica. Pero si una célula se pone en agua pura, habrá un flujo de agua hacia dentro de la célula debido a la presión osmótica. Esta es una solución hipotónica. Una célula clocada en un medio hipotónico se hincha y puede reventar. Si eso le pasa a un glóbulo rojo, el proceso se llama hemólisis. En contraste, una solución con mayor osmolaridad que la de la célula es una solución hipertónica. Una célula hipertónica tendrá un flujo de agua de la célula hacia los alrededores. Cuando esto le pasa a un glóbulo rojo, el proceso se llama crenación[18]
Soluciones hipertónicas: son aquellas cuya concentración de sal o soluto es mayor que la concentración que tenga la solución en el medio. Si las concentraciones de solutos disueltos es mayor fuera de la célula, la concentración de agua es correspondientemente menor. Como resultado, el agua dentro de la célula sale para alcanzar el equilibrio, produciendo un encogimiento de la célula. Al perder agua la célula también pierden su habilidad para funcionar o dividirse. Los medios hipertónicos, como la salmuera o jarabes, han sido utilizados desde la antigüedad para preservar la comida, debido a que los microbios que causan la putrefacción, son deshidratados en esos medios hipertónicos y son incapaces de funcionar. Soluciones isotónicas: son aquellas cuya concentración de soluto es igual a ambos lados de la membrana.
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Cuando las células están en una solución isotónica, el movimiento de agua hacia afuera está balanceado con el movimiento de agua hacia adentro. Un 0.9% de solución de NaCl (salina) es isotónica para las células animales. Cuando se exponen tejidos animales a soluciones, es común utilizar una solución isotónica como la de Ringer, para prevenir efectos osmóticos y el daño consecuente a las células. Soluciones hipotónicas: son aquellas cuya concentración de soluto o partículas es de menor concentración que el agua o la solución en el medio Si las concentraciones de solutos disueltos son menos fuera de la célula que dentro, la concentración de agua afuera es correspondientemente más grande. Cuando una célula es expuesta a condiciones hipotónicas, hay un movimiento neto de agua hacia dentro de la célula. Las células sin pared celular se inflan y pueden explotar (lisis). Si el exceso de agua no es removido de la célula. Las células con paredes celulares a menudo se benefician de la presión que da rigidez en medios hipotónicos [19] Turgencia: determina el estado de rigidez de una célula, es el fenómeno por el cual las células al absorber agua, se hinchan, ejerciendo presión contra las membranas celulares, las cuales se ponen tensas. De esto depende que una planta este marchite o firme. Este fenómeno esta íntimamente relacionado con la ósmosis. La presión interna suele alcanzar en promedio 6 a 7 atmósferas, y a veces lo sobrepasa en mucho (una locomotora a vapor tiene entre 5 a 8 atmósferas de presión), con tanta presión interna las células se dilatan cuanto lo permite la elasticidad de las membranas, y por ende la resistencia de las células vecinas, es por eso que los órganos, como por ejemplo el pecíolo, el tallo, las hojas y frutos maduros se encuentren en ese estado de firmeza. Plasmólisis: Como fenómeno contrario se puede citar la plasmólisis, las células al perder agua se contraen, separándose el citoplasma de la membrana. Cuando por ejemplo se amputa un órgano de la planta este se marchita en un determinado tiempo. También si la planta se encuentra un tiempo extendido a los rayos solares se produce un exceso de transpiración, provocando de esta manera la eliminación de vapor de agua al medio [20] OBJETIVO A través de diferentes metodologías observar las propiedades de las soluciones como lo son sus propiedades coligativas, de difusión, ósmosis, diálisis y tonicidad.
HIPÓTESIS Si se preparan distintas soluciones a diferentes concentraciones, partir de estas por medio de distintos métodos se podrán observar las diferentes propiedades que estas tienen como sus propiedades físicas y químicas. MATERIAL:
3 Pipetas pasteur 5 matraces aforados de 100ml 1 matraz aforado de 25ml 2 pipetas de 1ml 2 pipetas de 5ml 2 pipetas de 10ml 1 espátula 3 vidrios de reloj 1 matraz erlenmeyer de 250ml 1 Bureta de 50ml 1 Probeta de 100ml 1 Termómetro 1 piseta 5 vasos de precipitados de 100ml 4 tubos de ensaye 1 tapón de hule 1 tubo capilar 1 soporte universal 1 pinzas de 3 dedos 1 jeringa de heparina de10ml 3 portaobjetos 1 regla 1 condón 1 gradilla 1 mechero Papel celofán Hilo Diurex Tijeras Cronómetro
SUSTANCIAS:
Ácido acético 0.5M NaCl 2m NaCl 4m NaOH 0.2N Azul De metileno al 1% Azul de metileno sólido NaCl al 1% Almidón al 1% Yodo-Yoduro de potasio
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Nitrato de plata al 5% Sacarosa 1M Rojo neutro NaCl al 0.9% NaCl al 0.5% NaCl al 1.5% Agua destilada Sangre
EQUIPO Balanza analítica Microscopio PROCEDIMIENTOS Y RESULTADOS: SOLUCIONES En esta práctica se estudiarán las soluciones, las formas de expresar su concentración y sus principales propiedades. Se puedes definir una solución como un sistemas monofásico formado por dos o más sustancias químicas. Un sistema monofásico es aquel que presenta las mismas propiedades físicas y químicas en todas sus partes. Por ejemplo: si se mezclan agua y cloruro de sodio (NaCl), el NaCl se distribuye en el solvente (agua), hasta que la concentración sea la misma en cualquier parte de la solución, es decir hasta que se alcanza la homogeneidad. Generalmente se denomina soluto a la sustancia que se disuelve o se dispersa molecularmente en otra a la cual se le denomina solvente o soluto. Debido a esto se nombra solvente al componente que se encuentra en mayor cantidad. La relación que existe entre las cantidades de soluto y solvente en una solución se llama concentración. Mol: se define como el peso molecular de una sustancia expresado en gramos, es decir, la misma masa de una sustancia que contiene el mismo número de átomos o moléculas que hay en 12 g de 12C.
Experimentalmente dicho número es igual a 6.022x1023 (número de Avogadro). La masa molecular o peso molecular (P.M.) de una sustancia es la suma de los pesos atómicos de los componentes de la sustancia; por ejemplo: P.M. del ácido sulfúrico (H2SO4) 98 gmol-1. Equivalente químico (Eq): se define según el tipo de reacción que se está examinando. Para las reacciones ácido-base, un equivalente de un ácido es la cantidad expresada en gramos que suministra un mol de iones hidrógeno (H+); un equivalente de una base es la cantidad que reacciona con un mol de iones hidrógeno; por ejemplo: el Eq del H2SO4 es 49 g Eq-1. Existen varias formas de expresar la concentración de una solución. Las de uso más frecuente son: Molaridad (M): Número de moles de soluto en un litro de solución. Un mol es el peso molecular expresado en gramos. Molalidad (m): Número de moles de soluto en 1000g de disolvente. Normalidad (N): Número de equivalentes químicos de soluto en un litro de solución. Fracción Molar (Xi): Número de moles de una sustancia en una solución, entre la suma de los moles de todos los componentes de la misma. Porcentual (%): Expresa el porcentaje de soluto en una solución y existen diferentes tipos: • Porciento de peso: Número de gramos de soluto en 100g de solución. • Porciento en volumen (%v/v): Número de mililitros de soluto en 100ml de solución. • Porciento en peso-volumen (%p/v): Número de gramos de soluto en 100ml de solución. • Porciento en moles (%mol): Número de moles de soluto disuelto en 100ml de solución. PROPIEDADES DE LAS SOLUCIONES Las propiedades físicas de las soluciones se pueden dividir en tres categorías: constitutivas, aditivas y coligativas.
Propiedades constitutivas. Son aquellas que dependen exclusivamente de la naturaleza de las moléculas que la forman, es decir, de su constitución química (presencia de grupos funcionales, tipo y disposición de los átomos, etc.). Son propiedades constitutivas: El carácter ácido, básico, oxidante, reductor, radiactivo, dulce, insípido, colorido, etc. Propiedades aditivas. Son aquellas que dependen de la suma de las propiedades correspondientes a los constituyentes de la solución. La única propiedad rigurosamente aditiva es el peso molecular, ya que es igual la suma de los pesos de los átomos que la constituyen. Propiedades coligativas. Son todas aquellas que dependen del número de moléculas por unidad de volumen o sea, de la concentración, del soluto. Estas propiedades, muy importantes para las soluciones biológicas son: descenso de la presión de vapor, descenso del punto de congelación,
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elevación del punto de ebullición, y presión osmótica. PARTE EXPERIEMENTAL
X= 2.871mL de ácido acético
PREPARACIÓN DE DIFERENTES TIPOS DE SOLUCIONES
mL de CH3-COOH= 2.871 mL de ácido acético
EXPERIMENTO 1A
1) Al considerar que la solución es 0.5M calcule lo siguiente:
Preparación de una solución 0.5M de ácido acético (CH3COOH). Prepare 100mL de una solución de ácido acético 0.5M tomando como base para sus cálculos los siguientes datos: El ácido tiene un peso molecular de 60, la pureza del reactivo comercial es de 99.5% y la densidad a 20º C es de 1.05g/mL. Una vez preparada consérvela para utilizarla en el experimento No.2 1) Describa los cálculos que hizo para conocer el volumen de ácido acético concentrado que utilizó para preparar 100mL de dicha solución. •
despejando gramos
•
sustituyendo utilizando densidad
•
despejando mL
% (p/v): 3% Normalidad: 0.5N mmoles /L: 500mmol/L mg/mL: 30mg/mL mEq%: 50%mEq
Preparación de una solución de cloruro de sodio (NaCl) al 5% (p/v) EXPERIMENTO 1B
Utilice la cantidad que se proporciona en el sobre de NaCl con el material, prepare una cantidad determinada de solución de NaCl al 5% considerando que la pureza del reactivo es de 100% = 3g
•
a) b) c) d) e)
1) Al considerar que la solución es al 5%, calcule lo siguiente:
a) b) c) d) e)
Sustituyendo =2.857mL
Molaridad: 0.86 M Normalidad: 0.86 N mEq /mL: 0.086meq/mL mg/mL: 50mg/mL mol%: 0.086%mol
DILUCIÓN SERIADA DE AZUL DE METILENO:
Aplicando regla de tres 2.857 = 99.5% X = 100%
Preparar las soluciones indicadas en la tabla y contestar la columna correspondiente al factor de dilución:
No. T ubo 1
H2O dest . 5
Sol. Azul de mutileno al1% (ml) 0.5
Vol. De transferencia(ml ) -
2
5
-
0.5
3
5
-
0.5
4
5
-
0.5
Factor de dilución
5 .5 = 11 0 .5 5.5 5.5 × = 121 0.5 0.5 5.5 5.5 5.5 × × = 1331 0.5 0.5 0.5 5.5 5.5 5.5 5.5 × × × = 14641 0.5 0.5 0.5 0.5
12
5
5
-
0.5
6
5
-
0.5
5.5 5.5 5.5 5.5 5.5 × × × × = 161051 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 5.5 5.5 5.5 5.5 5.5 5.5 × × × × × = 1771561 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
DETERMINACION DE LA CONCENTRACION DE UNA SOLUCION POR TITULACION EXPERIMENTO 2
Determine el incremento en la temperatura de ebullición para cada solución. Calcule el valor teórico de la temperatura compare sus resultados.
En este experimento se utilizara la solución de ácido acético (solución problema) que se preparo en el experimento 1a
Para calcular el punto teórico de ebullición se usa la formula: Teb= Teb solvente puro + ∆Teb
En un matraz Erlenmeyer de 250ml, se colocan 10ml, de la solución de ácido acético problema, midiéndolos con la máxima exactitud posible. Añada de 3 o 5 gotas de solución de fenolftaleina y titule utilizando solución de hidróxido de sodio (NaOH) 0.2N. Recuerde que el punto de equivalencia se observara cuando persista, por mas de un minuto, un ligero color rosa. 1) ¿Cuántos ml de NaOH 0,2N gasto para neutralizar los 10ml, de la solución de ácido acético? 25.8ml
resultados y considerando que la solución de NaOH es exactamente 0,2N, ¿Cuál es la verdadera normalidad del ácido acético problema? 0,516N C1= (0.2)(25.8)/10= 0,516N
En la cual; ∆Teb= Kab * m * Fd Donde: Kab = constante ebulloscópica = 0.52 ºC mol-1 kg-1, m= molalidad Fd = factor de disociación, que para sustancias de: Dos partículas = 1.73 Tres partículas = 2.35 Cuatro partículas = 3.35 Solución
Teb. Teb. Teórica Experimental H2O destilada 96ºC 90ºC NaCl 2m 97.7992 94ºC NaCl 4m 99.5989 98ºC
2) Según los que obtuvo
3) Escriba el concepto de titilación ácido-base: Las reacciones ácido-base son reacciones de equilibrio homogéneo (neutralización) entre los iones, que se producen al estar en contacto un ácido con una base obteniéndose una sal mas agua. PROPIEDADES SOLUCIONES
COLIGATIVAS
DE
LAS
EXPERIMENTO 3 Elevación del punto de ebullición. Determine la temperatura de ebullición de las siguientes soluciones: NaCl 2m, NaCl 4m, y H2O destilada. Deposite 20ml de las soluciones mencionadas en sendos vasos de precipitados de 100ml. Caliente directamente con la llama del mechero y mida la temperatura a la cual cada solución hierve.
DISFUSIÓN, DIALISIS Y OSMOSIS La difusión, la diálisis y la osmosis constituyen las propiedades dinámicas de las soluciones. Difusión es el proceso físico químico por el cual las moléculas, ya sea en estado de gas o líquido, tienden a distribuirse uniformemente por todo el espacio del que disponen formando un medio homogéneo. En el caso de los gases, la difusión está sujeta a la “Ley de la distribución general de la energía”, la cual establece que la velocidad con que se mueve una partícula es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su masa. En los líquidos la velocidad de difusión es afectada por varios factores. Entre ellos tenemos: a) b) c) d)
Naturaleza de la sustancia que difunde Área de difusión Tamaño y concentración de las partículas Temperatura
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Graham hizo notar estos factores que influyen sobre la difusión y Fick, de acuerdo con los mismos estableció la siguiente reacción: V = ( dm / dt ) * K * Q * ( dc / ds ) V = velocidad de difusión K= constante de difusión dm = cantidad de sustancia que difunde dt = tiempo que tarda en efectuarse la difusión dc = concentración de la sustancia que se difunde ds = espacio que recorre la sustancia al difundir Q = área de difusión Así, la velocidad de difusión es directamente proporcional al gradiente de concentración y al área de sección. A temperatura gradiente de concentración y área constante, cada sustancia tiene una velocidad de difusión característica en relación al peso molecular por lo que se incluye una constante K, llamada constante de difusión. DIFUSIÓN EN LÍQUIDOS EXPERIMENTO 4. Llene casi completamente una probeta con agua de la llave, enseguida espolvoree, con un aplicador de madera, unos granitos de azul de metileno sobre la superficie del agua y observe que ocurre. Anote sus observaciones. A continuación acerque la llama del mechero a la probeta en cualquier punto y nuevamente observe que ocurre al aplicar calor. Anote sus observaciones.
Al espolvorear el azul de metileno al agua las partículas más pesadas descienden a lo largo de la probeta, en la superficie que da casi la mayoría del colorante agregado.
Al agregarle calor las partículas se fueron dispersando, y formando unos remolinos en la mezcla, los cuales ayudaron para que el descenso fuera más uniforme y homogéneo. Una vez homogenizado el colorante, la difusión se ha efectuado
1) ¿Es uniforme el descenso del colorante a través de la columna de agua? No es uniforme, solo las partículas mas pesadas se descienden totalmente en la columna de agua 2) ¿Qué sucede si se calienta un punto de la probeta? El descenso empieza a ser uniforme y así también la “mezcla” se homogeniza. 3) ¿Qué es disolución, convección y difusión? Disolución: Las disoluciones son mezclas homogéneas de dos o más sustancias en iguales o distintos estados de agregación. La concentración de una disolución constituye una de sus principales características. Bastantes propiedades de las disoluciones dependen exclusivamente de la concentración. Las propiedades de una disolución dependen de la naturaleza de sus componentes y también de la proporción en la que éstos participan en la formación de la disolución. Convección: es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza porque ésta se produce a través del desplazamiento de partículas entre regiones con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente en materiales fluidos. Éstos al calentarse disminuyen su densidad y ascienden al ser desplazados por las porciones superiores que se encuentran a menor temperatura. Lo que se llama convección en sí, es al transporte de calor por medio de las parcelas de fluido ascendente y descendente. Difusión: se define como el lento movimiento de moléculas individuales de una región a otra en dirección de la concentración menor. DIFUSIÓN ATRAVÉS DE MEMBRANAS
Al pasar el tiempo las demás partículas empezaron a descender también pero de una forma no homogénea.
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Cuando se interpone una membrana dialítica en el sistema, la sustancia sigue difundiendo dependiendo de los factores ya señalados, pero la naturaleza de la membrana será un factor adicional. En estos casos, K recibe el nombre de constante de permeabilidad. En 1861, Graham colocó una membrana dialítica de pergamino entre una solución y un solvente puro, encontró que las sustancias que difunden lo hacen como si la membrana no existiera y esta difusión es inversamente proporcional a su peso molecular. Las membranas dialíticas son aquellas permeables al agua y a solutos cristaloides (no a coloides) y como ejemplo tenemos al celofán y el colodión.
Del lado izquierdo se observan las soluciones de yodo negativas a la prueba y del lado derecho las soluciones de cloruros como se observa positiva (turbia) y negativa (transparente)
DIÁLISIS EXPERIMENTO 5 Humedezca un tubo de celofán de aproximadamente 12cm de largo por 5cm de diámetro en agua destilada y cierre un extremo atándolo con hilo. Agréguele una mezcla de 1ml de solución de NaCl al 1% y 10ml de solución de almidón al 1%. Ate cuidadosamente el otro extremo del saco y suspéndalo en un vaso de precipitados con agua destilada. Se determinaran almidón por medio de la prueba de yodo y de cloruros con solución de nitrato de plata en el líquido del vaso de precipitados que rodea al saco, a tiempo cero, a la hora y a las 2 horas.
OSMOSIS Y PRESION OSMOTICA Cuando se colocan dos soluciones de diferentes concentraciones, separadas por una membrana semipermeable, se lleva a cabo la difusión del solvente de la solución de menor concentración a la de mayor concentración. De no existir una fuerza que se oponga al paso del solvente, se alcanzara el equilibrio de concentración de la más diluida. El fenómeno, conocido como osmosis, desarrolla una presión que se llama presión osmótica, una de las propiedades coligativas que tiene mayor importancia fisiológica. Podemos definir presión osmótica como la fuerza ejercida por una sustancia disuelta en virtud del movimiento de sus moléculas o bien, de la presión necesaria para impedir el paso del solvente hacia la solución concentrada. Para explicar el paso del solvente de la solución diluida a la concentrada se han emitido varias teorías.
Después de ese tiempo repita las 2 pruebas en el líquido contenido en el saco. a) ¿Ha dializado el almidón a través de la membrana? No b) Dializó el cloruro de sodio? Si c) Explique este fenómeno: En el yodo la prueba dio negativa, esto debido a que el almidón es una molécula muy grande, por lo cuál no puede atravesar la membrana, en cambio el NaCl si la atraviesa y da positiva al nitrato de plata observándose turbiedad ya que las partículas son más pequeñas, por lo tanto si atraviesan la membrana.
Termodinámicamente se considera que la solución diluida tiene una tendencia de escape o presión de vapor muy grande. Esta tendencia de escape o presión de vapor es muy baja cuando la solución esta concentrada. De aquí que este mas favorecido el paso de solvente de la solución mas diluida (que se concentra y disminuye su presión de vapor) hacia la solución mas concentrada, y entre mayor sea la concentración mayor será el descenso. MEDIDA DE LA PRESION OSMOTICA. METODO DIRECTO EXPERIMENTO 6
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La medición directa de la presión osmótica es posible gracias a las membranas semipermeables artificiales hechas por Traube y utilizadas y perfeccionadas por pfeffer. No existe membrana semipermeable perfecta, pero las que mas se acercan a esto son las de ferrocianuro de cobre y las de pergamino. La elaboración de membranas de ferrociano es laboriosa por lo que en este MINUTOS ALTURA experimento se 0 1.4 utilizara una 10 2.0 membrana dialítica 20 2.1 (colodión o celofán) 30 2.2 que nos dará una 40 2.2 medida aproximada 50 2.2 de presión osmótica 60 2.2 usando el dispositivo llamado osmómetro.
P= (densidad volumen) aceleración/área o P= (densidad área altura) aceleración/área y al simplificar nos queda que: P.H.=densidad altura aceleración o P.O.= D*h*g DONDE: r=radio del capilar h=Altura a la que asciende la solución de sacarosa D=Densidad de la solución (1.088gcm-3) g=Aceleración debida a la gravedad (9.81m s-2) m=masa v=volumen
El osmometro consiste en un condón previamente preparado (humedecido y atado de un extremo) lleno con una solución problema de sacarosa 1M teñida con rojo neutro. Este saco se fija a un tapón de hule que tiene un tubo capilar. Una vez hecho esto, se marca el nivel de la sacarosa en el tubo capilar, se sumerge el dispositivo en un vaso de precipitados con agua y se marca cada 10 minutos el nivel ascendido hasta que se detenga el proceso. NOTA: cualquier error en el montaje del osmometro se manifiesta por la salida de la solución coloreada de la bolsa. ¿Cuándo deberá detenerse el proceso osmótico? A medida que el agua va pasando al lado de mayor concentración, éste se va diluyendo, y al mismo tiempo va aumentando la presión dentro de él. Llega un momento que la diferencia de concentraciones no es suficiente para seguir arrastrando más agua y el proceso osmótico se detiene
a) ¿Depende solo de la altura la P.O.? La presión osmótica depende exclusivamente del número de partículas disueltas (moles) por unidad de volumen, con independencia de su carga eléctrica, peso o fórmula química. El número total de partículas disueltas constituye la osmolaridad, si su concentración se expresa por unidad de volumen total de la solución (moles/L de suero), o en términos de osmolalidad, si se expresa por unidad de volumen sólo el disolvente (moles/kg H2O).
CALCULO DE LA PRESION OSMOTICA La columna de sacarosa ejercerá finalmente una presión que se opone al paso del agua (presión hidrostática). Calculando esta presión se puede conocer la presión osmótica, puesto que en este momento ambas presiones son iguales. P.O.= P.H. Sabemos que: P=fuerza/área y como fuerza=masa aceleración entonces P=masa aceleración/área y como densidad (D)=masa/volumen de donde masa= densidad volumen y el volumen de un cilindro= r2h y el área de una circunferencia= r2 al sustituir estos valores en la formula de presión (P) tenemos:
b) ¿Influye el radio del capilar en la P.O.? El agua comienza a pasar a través de la membrana desde la disolución concentrada al recipiente con agua pura. Este proceso permite obtener agua con un elevado grado de pureza, puesto que sólo pueden pasar a través de la membrana moléculas de pequeño tamaño (molécula de agua) y no sales o sustancias orgánicas de mayor tamaño.
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c) Al observar el saco de colodión en el seno del agua, ¿Hay algún indicio de que salga el contenido del saco? No existe ningún indicio de que el agua salga, ya que este experimento lo realizamos con un condón, y el látex de este le proporciona mayor estabilidad d) ¿La sacarosa y el colorante dializan? No, debido a que el tamaño de estos es muy grande por lo cuál no atraviesan la membrana del condón
Con la solución al 0.6% los eritrocitos se hincharon hasta reventarse ya que es una solución hipotónica.
TONICIDAD Es el estudio de la presión osmótica es una característica fácil de determinar en los electrolitos; su membrana es comparable a la membrana semipermeable ideal y el efecto del paso del agua a través de ella es fácilmente observable al microscopio cuando el glóbulo rojo se encuentra en medios hipotónico, o hipertónico.
Con la solución al 1.2% los eritrocitos se hicieron como pasitas ya que esta es una solución hipertónica.
EXPERIMENTO 7 En un tubo de ensaye recoja 1.5 ml de sangre sobre 30 mg de citrato de sodio, diluya con 9.5 ml de solución de NaCl al 0.86% y homogenice. Deposite una gota de la dilución de sangre en un portaobjetos y observa al microscopio el aspecto y tamaño de los eritrocitos. Inmediatamente después aplique con una pipeta pasteur, una o dos gotas de solución al 0.6% y observe. Repita lo anterior agregando a la solución original, solución salina al 1.2%. Anote sus observaciones. Con la solución al 0.86%, es decir, la isotónica no le ocurrió nada a los eritrocitos.
a) ¿cual es la solución hipotónica, la hipertónica y la isotónica?
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Hipotónico viene del griego "hypo," que significa bajo, y "tonos," que significa dilatarse. En una solución hipotónica, el total de la concentración molar de todas las partículas disueltas, es menos que el de otra solución o menos que el de la célula. Si las concentraciones de solutos disueltos son menos fuera de la célula que dentro, la concentración de agua afuera es correspondientemente más grande. Cuando una célula es expuesta a condiciones hipotónicas, hay un movimiento neto de agua hacia dentro de la célula. Las células sin pared celular se inflan y pueden explotar (lisis). Si el exceso de agua no es removido de la célula. Las células con paredes celulares a menudo se benefician de la presión que da rigidez en medios hipotónicos. Hipertónica viene del griego "hyper," que significa sobre y "tonos," que significa expandirse. En una solución hipertónica, la concentración molar total de todas las partículas de soluto disuelto, es más grande que el de la otra solución, o más grande que la concentración el la célula. Si las concentraciones de solutos disueltos es mayor fuera de la célula, la concentración de agua es correspondientemente menor. Como resultado, el agua dentro de la célula sale para alcanzar el equilibrio, produciendo un encogimiento de la célula. Al perder agua la célula también pierden su habilidad para funcionar o dividirse. Los medios hipertónicos, como la salmuera o jarabes, han sido utilizados desde la antigüedad para preservar la comida, debido a que los microbios que causan la putrefacción, son deshidratados en esos medios hipertónicos y son incapaces de funcionar Cuando dos medios son isotónicos, el total de la concentración molar de los solutos disueltos es el mismo en ambos. Cuando las células están en una solución isotónica, el movimiento de agua hacia afuera está balanceado con el movimiento de agua hacia adentro. Un 0.9% de solución de NaCl (salina) es isotónica para las células animales. Cuando se exponen tejidos animales a soluciones, es común utilizar una solución isotónica como la de Ringer, para prevenir efectos osmóticos y el daño consecuente a las células. .[21]
b) ¿Qué cambios morfológicos experimenta el eritrocito en cada una de estas soluciones? En la solución hipotónica el eritrocito se hincha hasta reventar, en la isotónica no le pasa nada y en la hipertónica se encogen.
c) ¿Que es turgencia y que es plasmólisis?
Las células vegetales están rodeadas de paredes celulares rígidas. Cuando las células vegetales se exponen a medios hipotónicos, el agua se precipita dentro de la célula, y la célula se hincha, pero no se rompe por la capa rígida de la pared. La presión de la célula empujando contra la pared es llamada presión de turgencia, y es el estado ideal para la mayor parte de los tejidos vegetales. Por ejemplo, si se coloca un tallo de apio o una hoja de lechuga marchito en un medio hipotónico de agua pura, a menudo reviven por inducción de turgencia en las células vegetales Plasmólisis: Proceso en el cual la protoplasma de una célula vegetal se encoge debido a la pérdida de agua, formando un espacio entre la membrana plasmática y la pared celular. [22] DISCUSIÓN DE RESULTADOS: ℘ En el experimento 1a y 1b se prepararon algunas soluciones para ser utilizadas posteriormente para los experimentos, además de hacer los cálculos para saber cuales serían sus concentraciones en distintas unidades para medir la concentración. ℘ Se realizó una dilución seriada de una solución de una solución de azul de metileno al diluirla y rediluirla para obtener los factores de dilución correspondientes observándose así en la tabla como este iba aumentando exponencialmente y a la vez que aumentaba el factor de dilución el color de la solución iba desapareciendo. ℘ En el experimento 2 se realizó una titulación de una solución de ácido acético con NaOH para determinar su concentración, gastándose así 25.8ml de NaOH, y con este dato se obtuvo la normalidad del ácido acético problema que fue de 0.516N. ℘ En el experimento 3, se observó una de las propiedades coligativas de las soluciones que es la elevación del punto de ebullición, observándose así que al una solución estar cargada con moléculas de un soluto, como consecuencia del aumento de la presión de vapor, el punto de ebullición de una solución, es más elevado que el del disolvente puro, esto tanto teórica como experimentalmente se observó ya que en el DF la temperatura de ebullición del agua es de 96ºC, por la altura, aunque experimentalmente nos dio de 90ºC, y al estar más concentradas las soluciones con NaCl, se realizaron los cálculos para determinar la temperatura teórica de estas soluciones y aumenta conforme más concentrada este la solución, mismo resultado que nos dio experimentalmente .
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℘ En el experimento 4 se observó la difusión o lento movimiento de moléculas individuales del azul de metileno sólido de una región a otra en dirección de la concentración menor para homogenizar el agua y al aplicar calor esto sucedía más rápidamente debido a que la temperatura es un factor que acelera la velocidad de difusión. ℘ En el experimento 5 se observó el fenómeno de la diálisis por medio de una bolsa de celofán, material que es característico para este tipo de procedimientos por ser una membrana dialítica, es decir, permeable a solutos cristaloides (como en este caso lo fue la sal) y al agua, para que estos solutos se puedan dializar. Se realizaron pruebas cada media hora en un periodo de 2 horas para observar si se habían dializado los solutos, es decir, la sal y el almidón. Primero se realizó una prueba para comprobar si estaba bien hecha la bolsa, pero no se observaron pruebas positivas, tampoco a la hora, pero a la hora y media ya se empezaba a observar turbiedad en el agua del vaso fuera de la membrana al agregar nitrato de plata, y a las 2 horas ya se encontraba más turbia esta solución por lo que dio positiva la prueba a cloruros, en el caso del almidón si daba positiva la prueba debía de dar color azul la solución, sin embargo esto no se observó, por lo cuál dio negativa al almidón, esto debido a que las moléculas de almidón son demasiado grandes como para atravesar la membrana dialítica del celofán, por lo cuál esta prueba siempre da negativa. ℘ En el experimento 6 se midió la altura que alcanza en un capilar una solución debido a la presión osmótica que esta alcanza para impedir el paso del solvente hacia la solución concentrada; conforme pasaba el tiempo iba aumentando la altura de la solución en el capilar y a partir de la media hora ya no ascendió. ℘ Por último en el experimento 7 se utilizaron eritrocitos de la sangre para observar su tonicidad a partir de soluciones a diferentes concentraciones en las cuales se observó lo siguiente: Ya que los eritrocitos se encuentran estables a una concentración isotónica, que es la que se encuentra fisiológicamente en el cuerpo, al agregarles la solución al 0.9% no les ocurrió nada ya que esta es una solución isotónica, es decir, tiene una concentración igual a la fisiológica, con la solución al 0.6%, por lo cual el total de la concentración molar de todas las partículas disueltas, es menos que el de la célula por lo que se trata de una solución de tipo hipotónica, por lo que las concentraciones de solutos disueltos son menos
fuera de la célula que dentro, la concentración de agua afuera es correspondientemente más grande y hay un movimiento neto de agua hacia dentro de la célula de los eritrocitos, razón por la cual las células se inflan y revientan (lisis). Y en la solución al 1.5% de NaCl, la concentración molar total de todas las partículas de soluto disuelto, es más grande que el de la otra solución, o más grande que la concentración en la célula, por lo cual el agua dentro de la célula sale para alcanzar el equilibrio, produciendo un encogimiento de la célula de los eritrocitos, por lo cual se hacen como pasitas. CONCLUSIONES: En esta práctica se prepararon distintas soluciones y disoluciones, algunas formas de preparación de las mismas y como se puede expresar la concentración para una solución de distintas maneras ya sea en porcentaje, molaridad, normalidad, etc., además de desarrollar el fundamento para ello con lo cuál se reafirmaron los conocimientos ya adquiridos previamente. A través de distintas metodologías se lograron estudiar e identificar algunas de las propiedades más importantes de las soluciones, como lo son las propiedades coligativas, se estudio tanto su parte teórica como la experimental para comprobar una de ellas en la cuál se observó como una solución eleva su temperatura si contiene un soluto y por lo tanto la temperatura de ebullición es mayor que la del disolvente puro. Al realizar los experimentos de las propiedades dinámicas de las soluciones se logro observar como estas dependen de la naturaleza de la sustancia que las difunde, el tamaño y concentración de las partículas, el área de difusión y la temperatura a la cuál se encuentren ya que por ejemplo, si en una diálisis se coloca dentro de la membrana una molécula muy grande, esta no atravesara la membrana dialítica, por lo cual solo pasaran por ella moléculas pequeñas. En la difusión se observó la homogenización de las partículas en solución y en la ósmosis como se lleva a cabo la difusión del solvente de una solución de la solución más concentrada a la menos concentrada. Por último se observaron algunas características de la presión osmótica en la célula y como dependiendo de si se aplica a estas una solución de igual, mayor o menor concentración a la propia, cambian las características de la célula en estas soluciones, que es la base de muchos procesos fisiológicos ya que si a una célula del organismo se le aplica una solución que no sea la
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fisiológica puede desarrollar plasmólisis, perder sus propiedades o reventarse, por lo cuál es importante tener la base de estos conocimientos para la práctica experimental.
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