Soluciones Acuosas

SOLUCIONES ACUOSAS

1) INTRODUCCIÓN

Los fenómenos biológicos en general se desarrollan en medios acuosos. Organismos como el humano, el 60 % está constituido por agua. Los diversos mecanismos fisiológicos se desarrollan en este medio: reacciones químicas, mecanismos de transporte, mecanismos de comunicación de información “celular”. Así mismo, la mayoría de los métodos terapéuticos tienen en cuenta esta característica de los medios intracelular y extracelular para ejercer sus defectos.

Asumir la importancia que tiene el tema, ayudará al estudiante a preocuparse y ocuparse de su aprendizaje y “dominio”.

Se realizará una revisión de la concentración de las soluciones y de la propiedad de solubilidad de los solutos en diferentes solventes. Estos conceptos y el manejo fluido del cálculo de concentración de soluciones, es fundamental para la comprensión de los fenómenos osmóticos de gran importancia fisiológica.

Además se señalarán algunas nociones de compartimentos del organismo y la composición de los mismos

2) COMPARTIMIENTO CORPORAL. COMPARTIMIENTO EXTRA E INTRACELULAR

El Compartimiento Corporal, esta formado por el agua corporal total y los solutos totales, separado del medio exterior por los epitelios, se encuentra, a su vez, dividido en dos grandes compartimientos: el Compartimiento lntracelular y el Compartimiento Extracelular.

En un hombre de 70 kg se puede decir que su Compartimiento Corporal está compuesto por 42 litros de agua y 26 kg de solutos. De los cuales, 28 litros estarán dentro de las células, formando el agua intracelular y 14 litros estarán fuera de las células, formando el agua extracelular. Con respecto al peso corporal, se puede decir que el agua extracelular es el 20% del peso corporal y el agua intracelular es el 40% del peso corporal.

A su vez, el agua extracelular está distribuida en dos compartimientos: el Intravascular, formado por el volumen contenido dentro del árbol vascular y el lntersticial, el comprendido entre las membranas celulares, por un lado, y la pared de arterias, venas y capilares, por el otro.

Distribución del agua dentro del compartimiento corporal

COMPARTIMENTO

INTRAVASCULAR

COMPARTIMIENTO

EXTRACELULAR

(20% peso COMPARTIMENTO

corporal) INTERSTICIAL

COMPARTIMIENTO

CORPORAL

(60% peso

corporal) COMPARTIMIENTO

INTRACELULAR

(40% peso

corporal)

En conclusión, como el hombre está compuesto, en un 60-65%, por AGUA y, desde el punto de vista fisicoquímico, puede ser considerado una solución cuyo SOLVENTE es agua y cuyos SOLUTOS son las proteínas, la glucosa, la urea, el sodio, el cloruro, el potasio, etc., disueltos en ella. Es importante manejar bien los siguientes conceptos que se verán a continuación.

3) CONCEPTO DE SOLUCIÓN. COMPONENTES DE UNA SOLUCIÓN.

El concepto más elemental que el estudiante debe tener es que una solución es un sistema material homogéneo, monofásico, formado por dos componentes como mínimo, el que se encuentra en menor cantidad, se llama soluto y el que se encuentra en mayor cantidad, solvente o disolvente. Dijimos antes que los compartimientos corporales son acuosos, ya que el componente mayoritario es el agua, siendo la misma, por lo general, el disolvente de sustancias en menor proporción como iones de K+, Na+ , Cl -, formando soluciones verdaderas. Sin embargo, estrictamente hablando, el agua no es un solvente para los glóbulos rojos, por ejemplo, en la medida en que estos no se disuelven en el agua, sino que se encuentran suspendidos en ella. En fisicoquímica se suele clasificar a las mezclas o dispersiones de sustancias en agua, como:

1) Soluciones verdaderas.

2) Suspensiones coloidales.

3) Suspensiones groseras.

Las cuales se diferencian en el tamaño de las partículas suspendidas en las mismas y la estabilidad que presenten.

Cuadro de clasificación de sustancias presentes en el compartimiento corporal

Ejemplo Diámetro (nm) Estabilidad

Solución Iones <1 Buena, difícil de separar sus componentes

Suspensión coloidal Proteínas 1-100 Regular, pueden precipitar pero no de forma espontanea

Suspensión grosera Glóbulo rojo >100 Escasa, sedimentan y se separan en dos fases plasma y glóbulos rojos

4) SOLUBILIDAD

Se parte del presupuesto que el soluto es soluble en el disolvente.

El mecanismo molecular de la disolución puede deberse : 1. A la solvatación del soluto de naturaleza iónica o covalente polar por adsorción de las moléculas del solvente. 2. A la dispersión molecular del soluto en el solvente, sin cambios químicos en ninguna de las dos especies. 3. A la reacción química del soluto con el solvente, dando origen a otra sustancia disuelta en el mismo disolvente. En todos los casos, resulta un sistema homogéneo tal como se ha definido inicialmente a las soluciones.

4.1) Naturaleza polar del agua y su propiedad como solvente.

Se detallará aquí, que en los casos de solventes polares ( ej. agua ) que solvatan a moléculas del soluto polares y iónicas. Por ejemplo, para que un cristal, como el del NaCl, al entrar en SOLUCION, se separe en Na+ y Cl- , tiene que haber actuado una fuerza que venza las uniones electroestáticas que los mantenían unidos y que, una vez separados, impida que se vuelvan a unir. Esta función la puede cumplir el agua porque su molécula se comporta como un dipolo, con un extremo positivo, que se unirá al Cl- y un extremo negativo que se unirá al Na+ . El esquema siguiente aclara este concepto:

Anión Cloruro hidratado Catión Sodio hidratado

La capacidad dieléctrica del agua, esto es, su propiedad de mantener separadas cargas opuestas, es muy alta, sobre todo si se la compara con la capacidad dieléctrica de otros solventes, como el etanol o la acetona . Es, entonces, por la naturaleza polar del agua y su alta capacidad dieléctrica, que las sales en solución acuosa se disocian en iones y los iones formados permanecen como tal, sin recombinarse.

Cuando el disolvente es agua, a la solvatación se le denomina hidratación,

siendo la forma más habitual de solvatación en la naturaleza.

Se puede concluir que: una sustancia polar es un buen solvente para moléculas polares(alcoholes, cetonas, hidratos de carbono) y para iónicas, pero es un solvente débil para moléculas no polares. Inversamente, un líquido no polar es un buen solvente para moléculas no polares, simétricas eléctricamente ( diferencia de electronegatividad entre sus átomos casi nula) , pero es un solvente débil para moléculas polares o iónicas.

4.2) Tipos de soluciones según su solubilidad

Es importante aclarar que la solubilidad tiene un límite. Esto es, un soluto puede ser absolutamente soluble en un solvente, pero no infinitamente soluble. O sea, que el agregado de un soluto a un solvente puede ser continua e incrementar la concentración hasta un valor tal que se hace constante y cualquier agregado subsiguiente, produce la precipitación o separación del exceso de soluto como otra fase. La solución obtenida de este modo está saturada.

La cantidad de soluto necesaria exactamente para saturar un disolvente, determina la solubilidad del soluto en ese solvente a una temperatura determinada.

La solubilidad se expresa en cualquiera de las unidades de concentración y se aclara la temperatura ambiente a la cual se verifica.

La solubilidad puede alterarse por cambios de temperatura. En general, los solutos aumentan su solubilidad con el aumento de la temperatura. Así mismo, hay casos contrarios, o sea, que un aumento de la temperatura disminuye la solubilidad del soluto en el disolvente. También aquí se postulan razones termodinámicas: un soluto aumenta su solubilidad en un solvente por aumento de la temperatura, cuando el proceso de disolución se acompaña con absorción de calor, entonces un aumento de la temperatura adicional al sistema, favorece la disolución.

No así en los casos en que el proceso de disolución es exotérmico, es decir, con liberación de calor; un incremento de temperatura, lejos de aumentar la solubilidad en el solvente, disminuye la solubilidad.

Si la cantidad de soluto disuelta en una determinada cantidad de solvente, a una temperatura dada, es menor que máximo admitido por ella para saturarla, se consideran soluciones no saturadas. Si esa cantidad de soluto es un valor cercano a ese limite máximo, obtendremos soluciones no saturadas concentradas. Y si esa cantidad de soluto es mucho menor se denomina soluciones no saturadas diluidas

Otro aspecto con respecto a la solubilidad, es la existencia de ciertos estados metaestables que se logran mediante variaciones de temperatura. Un aumento de temperatura en el proceso de disolución tal que lo intensifique, permite lograr la solubilización de mayor cantidad de soluto que la necesaria para la saturación, por lo cual puede obtenerse una solución sobresaturada.

Estas soluciones representan equilibrios metaestables, puesto que una leve perturbación como puede ser el agregado de una mínima cantidad de soluto,

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