Preparación de soluciones: cómo se hace, ejemplos, ejercicios
La preparación de soluciones es una de las actividades más desarrolladas dentro y fuera de la ciencia experimental, especialmente a lo que concierne a química, biología, bioanálisis, medicina y farmacia. En el ámbito comercial, muchos de los productos que compramos, sean alimenticios o destinados para los baños, consisten de soluciones acuosas.
Una solución en términos simples es una mezcla homogénea formada por un solvente, normalmente líquido, y un soluto. Esta tiene asociada una concentración, cuyas unidades varían dependiendo de los propósitos para los que se ha preparado, así como la exactitud con la que viene expresada su concentración.
El principio de todas las preparaciones de soluciones es en esencia el mismo: disolver el soluto en un solvente apropiado, o partiendo de una solución concentrada (madre), se toman alícuotas para preparar otras más diluidas. El objetivo final es que haya una alta homogeneidad y que la solución posea las características deseadas.
En la vida diaria se preparan soluciones siguiendo el criterio del gusto, es decir, qué tan intenso debe ser el sabor de una bebida. Los laboratorios o industrias, sin embargo, requieren de un parámetro menos subjetivo: una concentración predeterminada, la cual se cumple siguiendo una serie de normas y cálculos matemáticos usualmente simples.
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Antes de preparar una solución debe fijarse qué concentración tendrá su soluto, o cada uno de los mismos, y cuál será el solvente que se utilizará. ¿Se quiere que sea 1% m/v? ¿O 30% m/v? ¿Se preparará a una concentración de 0,2 M o 0,006 M? Asimismo, debe saberse con qué fines se usará: analíticos, reactivos, medios, indicadores, etc.
Este último punto determina si será necesario o no el uso de los balones o matraces aforados. En caso de que la respuesta sea negativa, las soluciones podrán prepararse directamente en un vaso de precipitado, y por lo tanto la preparación será más sencilla y menos meticulosa.
Independientemente de la concentración, o si se desea que esta sea lo más exacta posible, el primer paso para preparar una solución es el de pesar el soluto y disolverlo en el apropiado solvente. En ocasiones aun cuando el soluto sea soluble en el solvente escogido, es preciso calentarlo en una plancha o disponer de un agitador magnético.
De hecho, el soluto es el factor que impone una marcada diferencia en el método con que se preparan distintas soluciones. Por otro lado, si el solvente se trata de un líquido volátil, la solución se preparará dentro de una campana extractora de gases.
Todo el proceso de disolución del soluto se realiza en un vaso de precipitado. Una vez disuelto, y con ayuda de un soporte y embudo, se trasvasa su contenido hacia el balón o matraz aforados del volumen deseado.
Si se usó agitador, debe lavarse adecuadamente para asegurar que no quede rastros de soluto adheridos a su superficie; y se debe además ser precavidos al momento del transvase, pues de lo contrario el agitador caerá dentro del balón aforado. Para esto es conveniente y muy útil ayudarse con un imán. Por otro lado, también puede utilizarse una varilla de vidrio en lugar del agitador.
Disolviendo el soluto de esta manera, nos aseguramos de que no haya sólidos suspendidos en el balón aforado, los cuales serán luego difíciles de disolver y afectarán la calidad analítica de la solución final.
Hecho esto, se enrasa o completa el volumen del balón con el solvente, hasta que la superficie del líquido coincida con la marca señalada en el material de vidrio.
Finalmente, el balón o matraz cerrados con sus respectivos tapones se agitan un par de veces, quedando la solución lista.
En un laboratorio es habitual preparar soluciones de ácidos o bases. Estos deben añadirse primero a un volumen considerable de solvente; por ejemplo, agua. Nunca debe realizarse al revés: agregar agua a los ácidos o bases, sino estos a un volumen de agua. La razón se debe a que sus hidrataciones son muy exotérmicas, habiendo incluso el riesgo de que estalle el vaso de precipitado.
Supongamos que se quiere preparar una solución diluida de ácido sulfúrico. Teniendo claro cuál será la alícuota que se tomará de la solución madre o concentrada, esta se transferirá al balón aforado, el cual ya tendrá un volumen de agua.
Aun así, se liberará calor, y debe irse enrasando con agua muy lentamente, aguardando a que el balón se enfríe o no se caliente demasiado.
Por otro lado, una solución de hidróxido de sodio se prepara pesando las grajeas de NaOH en un vaso de precipitado con agua. Ya disuelto el NaOH, con o sin agitador magnético, se transvasa el agua alcalina hacia el respectivo balón aforado y se enrasa con agua o etanol.
Se quiere preparar un litro de una solución al 35% m/v de cloruro de sodio en agua. ¿Cuánta sal debe pesarse y cómo se procede?
La concentración 35% m/v quiere decir que tenemos 35 g de NaCl por cada 100 mL de agua. Como nos piden un litro de solución, diez veces esa cantidad, pesaremos 350 g de sal que intentaremos disolver en un volumen de un litro.
Así, en un vaso de precipitado grande se pesan los 350 g de NaCl. Acto seguido, se añade una cantidad de agua suficiente (menos de un litro) para disolver la sal empleando una varilla de vidrio. Debido a que la sal es muy soluble en agua, no es obligatorio el uso de un agitador magnético.
Disueltos estos 350 g de NaCl, se transfiere el agua salada a un balón aforado de un litro y se enrasa con agua; o simplemente en el mismo vaso de precipitado se completa el litro de agua y se continúa agitando para garantizar la homogeneidad de la sal. Esto último aplica cuando no hace falta que la solución tenga una concentración exacta sino aproximada.
Se quiere preparar 250 mL de vinagre (5% v/v ácido acético) partiendo de una botella de ácido acético glacial (100% pura). ¿Qué volumen de esta botella debe tomarse?
Sin importar cuál volumen se mida del ácido acético glacial, este tendrá una concentración del 100%; una gota, 2 mL, 10 mL, etc. Si dividimos 100/5, tendremos 20, lo cual indica nuestro factor de dilución; es decir, el volumen que midamos de la botella lo vamos a diluir 20 veces. Por lo tanto, 250 mL de vinagre deben corresponder a este volumen 20 veces más grande.
Entonces, 250/20 nos da 12,5, lo que significa que de la botella del ácido acético glacial tomaremos 12,5 mL y lo diluiremos en 237,5 mL de agua (250-12,5).
Para esto se usará una pipeta graduada y esterilizada, o se trasegará un volumen pequeño del ácido acético glacial en un vaso de precipitado limpio del cual se tomarán la alícuota de los 12,5 mL, y se adicionará a un balón aforado de 250 mL con una cantidad previa y suficiente de agua. Así, añadiremos el ácido al agua, y no agua al ácido.
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