Las soluciones son una mezcla homogénea de un soluto (sólido, líquido o gas) y un solvente (líquido) en el que las partículas del soluto están disueltas en las partículas del solvente. Las soluciones son uno de los conceptos más importantes en química y se utilizan en muchos ámbitos, desde la medicina hasta la fabricación de productos químicos.
Las soluciones pueden ser diluidas, concentradas, saturadas o sobresaturadas, dependiendo de la cantidad de soluto disuelto en el solvente. Para medir la concentración de una solución, se utilizan dos unidades de medida: molaridad y normalidad. En este artículo, explicaremos en qué consisten las soluciones normales y molares.
¿Qué es una solución molar?
La molaridad (M) de una solución se define como el número de moles de soluto por litro de solución. Es decir, la molaridad indica cuántos moles hay de soluto disueltos en un litro de solución. Un mol es una unidad de medida de cantidad de sustancia, equivalente al peso molecular de la sustancia en gramos. Por lo tanto, una solución molar tiene en un litro de agua el peso molecular de la sustancia en gramos.
La molaridad se expresa en mol/L y se utiliza para calcular la cantidad de soluto necesaria para preparar una solución de una concentración determinada. Por ejemplo, si se desea preparar una solución de ácido sulfúrico (H2SO4) de 2 M, se necesitan 2 moles de H2SO4 por litro de solución.
Preparación de una solución molar
Para preparar una solución molar, es necesario conocer la molaridad deseada, la masa molar del soluto y la cantidad de solvente (generalmente agua) necesaria para preparar la solución. El proceso es el siguiente:
- Pesar la cantidad necesaria de soluto en gramos utilizando la fórmula de peso equivalente.
- Disolver el soluto en una pequeña cantidad de solvente caliente para asegurar que se disuelva completamente.
- Trasvasar la solución disuelta en un matraz volumétrico y agregar el resto del solvente hasta completar el volumen deseado del matraz.
Es importante agitar la solución durante todo el proceso de preparación. Una vez que se prepara la solución, se debe etiquetar adecuadamente con la concentración, el nombre del soluto y la fecha de preparación.
¿Qué es una solución normal?
La normalidad (N) de una solución se define como la cantidad de equivalente químico del soluto presente en un litro de solución. Un equivalente químico es una medida de la cantidad de carga positiva o negativa (iones) proporcionada o recibida por una sustancia. La normalidad, por lo tanto, se refiere al número de equivalentes de un soluto que posee por litro de solución, pero para hallar este número es necesario conocer su peso equivalente.
La normalidad se utiliza para soluciones en las que la concentración del soluto está expresada en equivalentes o equivalentes-gramos por litro de solución. Las soluciones normales se reconocen por la letra ‘N’ de normalidad en sus rótulos.
Diferencia entre soluciones normales y molares
La principal diferencia entre las soluciones normales y molares es cómo se expresa la concentración. Las soluciones molares tienen una mol de soluto por litro de solución, mientras que las soluciones normales tienen un equivalente de soluto disuelto por litro de solución.
En las soluciones molares no se considera la estequiometría de los solutos, mientras que en las soluciones normales sí se considera. Por lo general, se prefieren las soluciones molares a las soluciones normales. Esto se debe a que son más fáciles de preparar, relacionar y calcular.
Preparación de una solución normal
Las soluciones normales son más complicadas de preparar debido a sus cálculos teóricos. Los pasos para preparar soluciones normales incluyen:
- Buscar las características químicas del reactivo.
- Realizar cálculos necesarios para determinar el peso molecular y el peso equivalente del soluto.
- Pesar los gramos del reactivo en función del peso equivalente.
- Disolver el reactivo en una pequeña cantidad de solvente caliente para asegurar que se disuelva completamente.
- Trasvasar el volumen del reactivo a un envase adecuado y agregar más solvente hasta completar el volumen deseado.
Una vez preparada la solución, se debe etiquetar adecuadamente con la concentración, el nombre del soluto y la fecha de preparación. Las soluciones normales se utilizan frecuentemente en reacciones redox y suelen ser soluciones de sales.
Valoración de soluciones
Cuando se trabaja con soluciones, a menudo es necesario medir la concentración exacta con la que se está trabajando. Un método común para hacer esto es la titulación, que es el proceso por el cual se determina la concentración de una solución estándar mediante la titulación con una solución de un estándar primario. El proceso de titulación implica la mezcla de dos soluciones de concentración conocida hasta que el punto final de la reacción se alcance.
Una solución estándar es un reactivo de concentración conocida utilizado en una titulación. Para que una sustancia sirva como estándar primario, debe cumplir con varios requisitos. En primer lugar, debe tener alta pureza, lo que significa que no debe contener impurezas en cantidades significativas. Además, debe ser estable y no tener hidratos de agua. También debe estar disponible a un costo razonable y tener un peso equivalente alto.
Pocas sustancias cumplen con todos estos requisitos, lo que limita la cantidad de sustancias disponibles como estándar primario. Sin embargo, cuando se utiliza un estándar primario, la concentración de la solución se puede determinar con precisión mediante una simple titulación.
Ejemplos de cálculo de soluciones
A continuación, se presentan dos ejemplos que muestran cómo calcular la cantidad de soluto necesario para preparar una solución de una concentración determinada:
Ejemplo 1
Calcule la cantidad de gramos de Na2CO3 necesarios para preparar una solución 2 N.
Paso 1: Determinar el peso molecular de Na2CO3
El peso molecular de Na2CO3 es 106 g/mol.
Paso 2: Calcular el peso equivalente de Na2CO3
El peso equivalente se calcula dividiendo el peso molecular por el número de equivalentes por molécula. En este caso, Na2CO3 tiene dos equivalentes por molécula (porque hay dos átomos de sodio), por lo que el peso equivalente es:
Peso equivalente = peso molecular/2 = 106/2 = 53 g/eq
Paso 3: Calcular la cantidad de soluto requerido
La normalidad se define como el número de equivalentes de soluto por litro de solución. Para preparar una solución de 2 N, se necesitan 2 equivalentes de soluto por litro de solución. Por lo tanto, la cantidad de soluto requerido es:
53 x 2 = 106 g de Na2CO3 por litro de solución.
Ejemplo 2
Calcule los gramos de NaOH necesarios para preparar una solución 2 N y el volumen de HCl 1 N necesario para neutralizarlo completamente.
Paso 1: Calcular la cantidad de gramos de NaOH requeridos
La normalidad se define como el número de equivalentes de soluto por litro de solución. El peso equivalente de NaOH es 40 g/eq. Para preparar una solución 2 N, se necesitan 2 equivalentes de soluto por litro de solución. Por lo tanto, la cantidad de NaOH requerida es:
40 x 2 = 80 g de NaOH por litro de solución.
Paso 2: Calcular el volumen de HCl 1 N necesario para neutralizar completamente el NaOH.
La neutralización de NaOH con HCl da lugar a la formación de cloruro de sodio (NaCl) y agua (H2O). La ecuación química es:
NaOH + HCl → NaCl + H2O
La normalidad de la solución de HCl es 1 N, por lo que contiene 1 equivalente de HCl por litro de solución. Como se necesitan 2 equivalentes de NaOH para neutralizar completamente 1 litro de solución, se necesitan 2 equivalentes de HCl por litro de solución.
Por lo tanto, el volumen de HCl 1 N requerido para neutralizar completamente 1 litro de solución de NaOH 2 N es:
Volumen de HCl 1 N = (2 equivalentes/litro) x (1 litro/1 equivalente) = 2 litros
Conclusión
En resumen, las soluciones normales y molares son importantes medidas de la concentración de las soluciones en química. La molaridad indica cuántos moles de soluto hay en un litro de solución, mientras que la normalidad indica cuántos equivalentes de soluto hay en un litro de solución. Ambas medidas son importantes para la preparación y valoración de soluciones y tienen diferentes aplicaciones en la química.
