Preparación de soluciones a concentraciones definidas

Comprende cómo se preparan soluciones en laboratorio a concentraciones específicas y conocidas, mediante el uso de instrumental de laboratorio y cálculo de unidades físicas y químicas.

La preparación de soluciones a concentraciones definidas en un laboratorio de química implica el uso de material de vidrio graduado, es decir, instrumentos que permiten tabular cantidades de masa y volúmenes específicos, para poder realizar soluciones con concentraciones solicitadas. Existen muchos instrumentos graduados de laboratorio, pero los más comunes son: balanza (para medir masas), probetas, pipetas, vasos de precipitado (todas ellas para medir volúmenes), matraz de aforo (para mezclar solutos y solventes una vez han sido medidos) y varillas de agitación, que sirven para homogenizar la solución y afianzar la disolución total del soluto en el solvente.

Preparación de soluciones con solutos sólidos.

La preparación de soluciones a partir de un soluto sólido (por ejemplo, sales como el NaOH, KOH, KCl, NaCl) debe considerar en primera instancia el masar estos solutos en una balanza, de modo que se tenga la cantidad exacta de soluto que el protocolo experimental está solicitando. Para ello, los químicos utilizan un instrumento de vidrio llamado «vidrio de reloj», el cual es una placa plana de vidrio sobre el cual se colocan los solutos a masar en la balanza. Se debe masar primero el vidrio de reloj, y luego restar a la medición del soluto sobre el vidrio de reloj este valor, o, usar la función «tarar» de la balanza, una vez que se ha puesto el vidrio de reloj sobre ella, sin el soluto aún (por lo general esta segunda opción es la más usada en laboratorios y actividades prácticas científicas).

Luego de masar el soluto en la balanza, se debe medir el volumen preciso de solvente, generalmente por medio de una pipeta, instrumento de vidrio similar a una bombilla, que cuenta con graduaciones en órdenes de mililitros (mL) y con volúmenes totales variados (las hay de 5, 10, 100 mL, etc). Para saber cuánto soluto y cuánto solvente se debe usar, es necesario calcular previamente, a partir de las fórmulas de molaridad o molalidad (generalmente), conociendo la concentración, las cantidades a usar.

Se debe tener especial consideración con los solutos sólidos en cuanto a su almacenamiento en lugares que no los mantengan a exposición ambiente, ya que ciertos solutos como los sulfatos, corren riesgo de hidratarse al estar en contacto con el ambiente (por ejemplo, dejando abiertos los recipientes que los contienen), lo que provocaría la pérdida del soluto en cuanto a sus capacidades químicas.

Preparación de soluciones con solutos líquidos.

En general, el procedimiento de preparación de soluciones con solutos líquidos desde un punto de vista matemático es el mismo que el descrito más arriba, por medio de las fórmulas de molaridad y molalidad, sin embargo es necesario hacer hincapié en la particularidad de que estas soluciones son preparadas por lo general a partir de soluciones preexistentes, es decir, a partir de una solución que ya posee cierta concentración definida, se debe preparar otra solución con concentración diferente. Esto se hace de la siguiente manera:

• Tomar una alícuota (muestra volumétrica tomada por medio de una pipeta desde una solución preexistente, cuya concentración está estandarizada), y vertirla en un matraz de aforo, instrumento de vidrio graduado.
• El matraz de aforo está parcialmente lleno de agua destilada, la que servirá para diluir la alícuota que se vertirá en ella, de modo que en este procedimiento se irá logrando la concentración deseada en el protocolo experimental. El punto máximo de dilución debe ser calculado antes de introducir al matraz de aforo el agua y la alícuota, de modo que se sabe a ciencia cierta hasta dónde se debe completar con alícuota y agua el matraz. Esto se conoce como enrazar. El enrazamiento está correcto cuando se alcanza el punto indicado como máximo para lograr la dilución exacta y por ende la concentración esperada para la solución, de modo que se genera un menisco (medialuna o cuña) s0bre la línea de medición del matraz. Si esta aun está bajo o justo la línea, la medición no está correcta.
• El cálculo exacto de la alícuota que se debe tomar para lograr la medición correcta se realiza mediante la expresión matemática:

c₁  x  v₁ = c₂  x  v₂

Donde c₁ : concentración de la solución estandarizada, v₁ : volumen de la alícuota (por calcular),  c₂ : concentración de la solución esperada, y  v₂ : volumen de la concentración esperada.

Preparación de soluciones con solutos gaseosos.

Preparar este tipo de soluciones es complejo, ya que los gases son muy volátiles, por ende tiende a existir una pérdida de masa desde la manipulación del soluto en los laboratorios científicos, lo que provoca por un lado, errores de preparación y dificultad en la preparación de la solución, a eventuales riesgos para la salud de quienes están manipulando estos reactivos, ya que muchos de ellos, como el ácido clorhídrico, el cual es gaseoso y se diluye en agua, son corrosivos. Por ende es necesario equipamiento de laboratorio especial, como anteojos de laboratorio y campanas de ventilación que impidan el daño a la salud, y para solventar el error experimental en la preparación de estas soluciones es necesario trabajar, por lo general, a muy bajas temperaturas, o a muy altas presiones, de modo que el soluto gaseoso logre diluirse completamente el el solvente líquido.