Soluciones molares: concepto, preparación, ejemplos
Las soluciones molares son todas aquellas cuya concentración del soluto viene expresada en moles por litro de solución. Entiéndase por mol la unidad utilizada para medir la cantidad de una sustancia que contiene tanto partículas (6,022·1023) bajo la forma de átomos, moléculas o iones, como átomos de carbono hay en 0,012 kg de carbono-12.
Una solución, por otro lado, es una mezcla homogénea de dos o más sustancias. La sustancia que se encuentra en menor proporción es conocida como soluto, mientras el solvente es la sustancia que se encuentra en mayor proporción. Ambos componentes pueden encontrarse como sólidos, líquidos o gases.
En las soluciones molares se utiliza la masa molar o el peso molecular para hacer la transformación de la expresión de la concentración de una solución, de gramos/litro, en moles/litro. La expresión moles/l se suele reemplazar por la letra “M” en estas soluciones.
Por lo general, estas soluciones se encuentran dentro de los mismos laboratorios, donde conviene tener la concentración del soluto expresada en términos de su molaridad. Así, por ejemplo, se sabe qué ácidos son más concentrados viendo sus respectivas molaridades: 0.01 M, 12 M, etc.
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¿Cómo se preparan estas soluciones? Se seguirán a continuación una serie de pasos para describir este proceso.
Búsqueda de las características del reactivo, tal como la masa atómica o molar del elemento o compuesto con el cual se va a preparar la solución. También debe conocerse si el reactivo es anhidro (libre de agua) o su grado de hidratación, así como el grado de pureza, etc.
Esta información se encuentra en los libros u otra fuente de información. Además, los envases de los reactivos tienen una etiqueta que contiene toda la información acerca de sus características.
Realizar los cálculos necesarios para preparar la solución molar deseada. Para ello, debe conocerse el volumen del reactivo que se requiere preparar, así como su masa molar o peso molecular.
El tener estos conocimientos permite calcular los gramos del reactivo necesarios para preparar la solución molar. Una forma simple de calcular la molaridad (moles/L) de una solución es mediante la aplicación de la fórmula siguiente:
Molaridad (moles/L) = concentración soluto (g/L) ÷ PM (g/mol)
Siendo PM el peso molecular del soluto.
Por ejemplo, si se desea preparar un 1 litro de una solución de cloruro de sodio 5 M: ¿qué cantidad se necesita utilizar, sabiendo que el peso molecular o masa molar del NaCl es 58,5 g/mol?
Queremos determinar cuántos gramos de NaCl se disolverán en un litro. Despejaremos pues, g/L:
Molaridad (moles/L) = concentración soluto (g/L) ÷ PM (g/mol)
g/L NaCl = peso molecular (g/mol) x molaridad (mol/L)
= (58,5 g/mol) x (5 mol /L)
= 292,5 g de NaCl
Efectuar la pesada del reactivo en una balanza analítica o de precisión, de tal manera que la cantidad de reactivo pesada corresponda exactamente con la que previamente se calculó para preparar la solución molar.
Se coloca la cantidad de reactivo pesada en un vaso de precipitado, seleccionando el volumen de este de acuerdo al volumen del reactivo que se desea preparar. Posteriormente, se añada agua desionizada y se procede a agitar la solución hasta disolver el reactivo en el agua.
Debe ser cuidadoso de no agregar un exceso de agua, haciendo que el volumen de la solución sea mayor al volumen previamente fijado, ya que entonces la concentración de la solución molar será menor a la requerida.
Una vez disuelto el reactivo, se vierte el contenido del vaso de precipitado, preferiblemente en un matraz aforado, y se añade agua hasta alcanzar el aforo.
Por último, se trasvasa la solución a un recipiente adecuado, etiquetado de tal manera que contenga toda la información conveniente de la solución molar. Esto ayudará a identificarlo durante las actividades del laboratorio.
Una solución de cloruro de potasio (KCl) contiene 20 g de la sal en 250 mL de solución. Sabiendo que el peso molecular del KCl es 74, 5 g/mol: ¿cuál es la molaridad de la solución?
Se debe llevar la concentración del KCl a gramos/l:
g/L de KCl = (20 g) x (1.000 mL/250 mL)
= 80 g/L
Luego, se procede al cálculo de la molaridad de la solución en moles/litro:
moles/L = (g/L) ÷ peso molecular (g/mol)
= 80 g/L ÷ 74,5 g/mol
= 1,073
La solución preparada tiene una concentración de 1,073 mol/L, lo cual también puede escribirse como 1,073 M.
Un paciente tiene una concentración plasmática de glucosa (C6H12O6) de 150 mg/100 mL. Sabiendo que la glucosa tiene un peso molecular de 180 g/mol: ¿cuál será la concentración plasmática de glucosa expresada en mmol/L?
Expresar la concentración de glucosa en mg/L. Para ello, se procede utilizando un factor de conversión:
mg/L de glucosa = (150 mg/100 mL) x (1.000 mL / 1 L)
= 1.500
El cálculo de la molaridad de la solución de glucosa tiene la dificultad de que las unidades de la concentración del azúcar (mg/L) y las del peso molecular (g/mol) no pueden eliminarse entre sí. Esta dificultad se resuelve expresando el peso molecular de la glucosa en mg/mmol, el cual numéricamente es lo mismo a g/mol:
mmol/L = mg/L ÷ peso molecular (mg/mmol)
= 1.500 mg/L ÷ 180 mg/mmol
= 8,33
El paciente por lo tanto tiene una concentración de glucosa en plasma (glicemia) de 8,33 mmol/L, lo cual también puede decirse que es 8,33 mM.
¿Qué volumen de una solución de sulfato de sodio (Na2SO4) 2 M se puede preparar con 71 g del reactivo, sabiendo que el peso molecular del sulfato de sodio es de 142 g/mol?
Hallemos primero la concentración del soluto en la solución, expresada en g/L:
g/L = molaridad (moles/L) x peso molecular (g/mol)
= 2 moles/L x 142 g/mol
= 284
Entonces, para preparar un 1 litro de solución de sulfato de sodio 2 M se requieren 284 g del reactivo. Pero en realidad tenemos de 71 g, por lo que el volumen tendría que ser menor a un litro. Para resolver esto, podemos aplicar una simple regla de tres:
284 g ——- 1 litro
71 g ——- x litro
x = (71 g) x (1 L / 284 g)
x = 0,25 L
Con 71 g de sulfato de sodio, se puede preparar 250 mL de una solución 2 M.
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