Introducción a las Soluciones

Este material forma parte del Teórico-Práctico N°3 sobre Soluciones para la asignatura de Química Biológica I de la Facultad de Ciencias Veterinarias de la Universidad Nacional de Rosario. Estos conceptos te servirán de base para entender fenómenos biológicos y realizar prácticas de laboratorio.

💡 Una buena comprensión de las soluciones es fundamental para cualquier carrera relacionada con las ciencias biológicas.

¿Qué es una Solución?

Una solución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias donde los componentes pierden sus características individuales y forman una sola fase bien definida. A diferencia de otras mezclas, las soluciones no pueden separarse por métodos físicos simples como filtración o centrifugación.

En nuestros estudios, principalmente nos interesan las soluciones de sólidos en líquidos (como la sal en agua) o de líquidos en otros líquidos (como alcohol en agua). Esta propiedad de formar una fase única es lo que hace a las soluciones tan importantes en los sistemas biológicos.

¡No confundas una solución con una suspensión! En las soluciones, los constituyentes están completamente disueltos.

Componentes de una Solución

Toda solución tiene dos componentes principales:

• Soluto: Es el componente que se encuentra en menor cantidad y es el que se disuelve. Puede ser un sólido (como sal), un líquido (como alcohol) o un gas (como el oxígeno en agua).

• Solvente: Es el componente mayoritario que disuelve al soluto. Determina la fase en que se encuentra la solución. El agua es el solvente más común en biología y se conoce como el "solvente universal".

La relación entre soluto y solvente puede expresarse de manera cualitativa (mediante la solubilidad) o cuantitativa (mediante la concentración), conceptos que serán fundamentales para tus prácticas de laboratorio.

Solubilidad

La solubilidad es la máxima cantidad de soluto que puede disolverse en una cantidad determinada de solvente a una temperatura específica. Cuando una solución contiene esta cantidad máxima de soluto, decimos que está saturada.

Por ejemplo, si intentas disolver más azúcar en un vaso de agua y ves que el azúcar se queda en el fondo sin disolverse, has alcanzado el límite de solubilidad. Este concepto es crucial en farmacología veterinaria donde necesitarás conocer cuánto medicamento puede disolverse para crear una dosis efectiva.

🔬 La temperatura generalmente afecta la solubilidad: para sólidos en líquidos, la solubilidad suele aumentar con la temperatura.

Tipos de Soluciones

Según la proporción entre soluto y solvente, las soluciones se clasifican en:

• Diluidas: Contienen una pequeña cantidad de soluto en relación al solvente (como un poquito de sal en mucha agua).

• Concentradas: Contienen una gran cantidad de soluto en relación al solvente (como un café muy cargado).

• Saturadas: Han alcanzado el límite máximo de soluto que puede disolverse a una temperatura determinada. Cualquier soluto adicional quedará sin disolver.

• Sobresaturadas: Contienen más soluto del que normalmente permitiría la solubilidad. Se producen por enfriamiento rápido o descompresiones bruscas y son inestables: el exceso de soluto puede precipitar repentinamente.

Esta clasificación te ayudará a entender por qué algunos medicamentos o reactivos deben prepararse de cierta manera.

Ejemplo de Solubilidad

Veamos un ejemplo práctico: la solubilidad de la sal de mesa (NaCl) es de 36 gramos en 100 ml de agua a temperatura ambiente.

Esto significa que:

• Si agregas 36 g de sal a 100 ml de agua, obtienes una solución saturada.
• Si agregas menos de 36 g, la solución estará insaturada (diluida o concentrada).
• Si logras disolver más de 36 g (difícil en condiciones normales), tendrías una solución sobresaturada.

Este concepto es fundamental para entender la preparación de sueros fisiológicos en medicina veterinaria, donde se usa una concentración específica de NaCl.

Ejemplo Cotidiano de Solubilidad

Imaginemos que la solubilidad del azúcar en el café es de 20 gramos (2 sobres) en 50 ml (un pocillo). Si tenemos 4 cafés iguales (cada uno con 50 ml) y agregamos diferente cantidad de azúcar a cada uno:

• Café 1 $5g - medio sobre$: Solución diluida, pues contiene mucho menos que el máximo.
• Café 2 $10g - un sobre$: Solución aún diluida.
• Café 3 $20g - dos sobres$: Solución saturada, todo el azúcar se disuelve pero está al límite.
• Café 4 $30g - tres sobres$: Parte del azúcar quedará sin disolver en el fondo, pues excede la solubilidad.

Entender esto te ayudará a comprender por qué algunos medicamentos tienen límites en su concentración para administración.

Concentración de Soluciones

La concentración es la forma cuantitativa de expresar la cantidad de soluto en relación al solvente o a la solución total. Las principales formas de expresar la concentración son:

• Molaridad (M): Moles de soluto por litro de solución
• % peso/volumen $$: Gramos de soluto por 100 ml de solución
• % peso/peso $$: Gramos de soluto por 100 g de solución
• % volumen/volumen $$: ml de soluto por 100 ml de solución
• partes por millón (ppm): mg de soluto por kg de solución
• gramos por litro $g/l$: g de soluto por litro de solución

Estas formas de expresar concentraciones son herramientas fundamentales que usarás constantemente en el laboratorio y en cálculos médicos.

💊 La mayoría de los medicamentos veterinarios indican su concentración en % P/V o en g/l.

Molaridad y % P/V

Durante el cursado de la materia, trabajaremos principalmente con dos formas de expresar concentración:

Molaridad (M): Indica los moles de soluto disueltos en 1 litro (1000 ml) de solución. Por ejemplo, una solución 1M de NaCl contiene 1 mol de NaCl por litro de solución.

% Peso/Volumen $$: Indica los gramos de soluto disueltos en 100 ml de solución. Por ejemplo, una solución de glucosa al 5% P/V contiene 5 gramos de glucosa por cada 100 ml de solución.

Estas unidades son las más utilizadas en ciencias veterinarias y te permitirán realizar cálculos precisos para la dosificación de medicamentos y la preparación de soluciones en el laboratorio.

Ejercicios de Soluciones

Para dominar el tema de soluciones, es importante practicar con problemas como:

1. Calcular cuántos gramos de hidróxido de sodio (NaOH) necesitamos para preparar 50 cm³ de solución al 2% P/V.

2. Determinar el volumen necesario de una solución concentrada de sulfato de cobre (CuSO₄) al 30% P/V para preparar:

   • 50 cm³ de solución al 1% P/V
   • 50 cm³ de solución 0,04 M

Estos ejercicios representan situaciones reales que encontrarás en el laboratorio cuando necesites preparar soluciones para análisis o tratamientos veterinarios.