SOLUCIONESLa dinámica de los sistemas vivientes puede interpretarse, en su mayor parte, en términos de las propiedades fisicoquímicas de las soluciones y sistemas coloidales, uno de cuyos componentes es el agua.

El agua líquida como componente principal de las plantas y debido a su gran capacidad como solvente, nunca es pura, sino que contiene otras sustancias disueltas

Los procesos fisiológicos se desarrollan en soluciones y suspensiones acuosas diluidas, por lo cual las reacciones que tienen lugar están ligadas a las leyes físicas y químicas de las soluciones y suspensiones diluidas.

Sin embargo tambien hay que considerar que el medio ambiente que rodea a los organismos vivos, el agua contiene invariablemente partículas dispersas y sustancias en solución.

Propiedades físicas de las solucionesCuando se añade un soluto a un solvente, se alteran algunas propiedades físicas del solvente. Al aumentar la cantidad del soluto, sube el punto de ebullición y desciende el punto de solidificación. Así, para evitar la congelación del agua utilizada en la refrigeración de los motores de los automóviles, se le añade un anticongelante (soluto). Pero cuando se añade un soluto se rebaja la presión de vapor del solvente.

Otra propiedad destacable de una solución es su capacidad para ejercer una presión osmótica. Si separamos dos soluciones de concentraciones diferentes por una membrana semipermeable (una membrana que permite el paso de las moléculas del solvente, pero impide el paso de las del soluto), las moléculas del solvente pasarán de la solución menos concentrada a la solución de mayor concentración, haciendo a esta última más diluida. Estas son algunas de las características de las soluciones:

- Las partículas de soluto tienen menor tamaño que en las otras clases de mezclas.

- Si se dejan en reposo durante un tiempo, las fases no se separan ni se observa sedimentación, es decir las partículas no se depositan en el fondo del recipiente.

- Son totalmente transparentes, es decir, permiten el paso de la luz.

- Sus componentes o fases no pueden separarse por filtración

NATURALEZA GENERAL DE LAS SOLUCIONESLas soluciones simples contienen por lo menos dos componentes, de los cuales uno (EL SOLUTO), está  disperso en el otro (EL SOLVENTE), en forma de moléculas o iones. Esto último se debe principalmente a que los solutos en la naturaleza pueden ser de tipo orgánico o inorgánico, lo que determina la diferencia

Ejem:

El más común lo tenemos cuando agitamos una cantidad de una sustancia orgánica como la sacarosa (Azúcar) en un vaso de agua. El azúcar desaparece y se obtiene una solución uniforme de sacarosa en agua. Decimos que la sacarosa se ha disuelto en el agua.

El resultado es una mezcla homogenea de moléculas de soluto y de solvente.

1Ingeniero Agrónomo – Magíster Scientiae, Docente Principal TC en las Asignaturas de Fisiología Vegetal, Ecofisiología de la Producción Agrícola, Producción y Manejo de Semilla

Cambiando el ejemplo supongamos que agitamos con agua una pequeña cantidad de una sustancia ionica (Sustancia inorgánica) como el cloruro de sodio (Na Cl). Aunque se forma una disolución, ella tiene lugar de una forma ligeramente distinta.

Sacarosa ---> Sustancia no ionica (Orgánica)

Cloruro de sodio ---> Sustancia ionica (Inorgánica)

En el segundo caso la sustancia sufre un proceso de ionización cuando se dispersa en el agua, es decir, las moléculas del cloruro se separan formando iones Na+ e iones Cl-, los cuales están uniformemente dispersos en el agua.

Por tanto podemos decir que las soluciones es la unión de dos sustancias, en las cuales una el SOLUTO, se encuentra dispersa en la otra el SOLVENTE, en forma de moléculas o iones.

TIPOS DE SOLUCIONESCuando se piensa en una disolución, generalmente se imagina un sólido disuelto en agua y es comprensible porque se conoce al agua como el disolvente universal.

Pero se ha llegado a la conclusión, que cualquiera de los tres estados de la materia puede actuar como un disolvente para cualquier otro sólido, líquido o gas; es decir pueden actuar como SOLUTO Y SOLVENTE.

Así, pues, en teoria existen nueve tipos distintos de soluciones:

Sólidos : en líquidos, sólidos y gases

Líquidos : en líquidos, sólidos y gases

Gases : en líquidos, sólidos y gases

Sin embargo en el metabolismo de la planta las más importantes resultan las soluciones de tipo acuoso, ya que solo de esta forma se podrían llevar a cabo las reacciones bioquímicas e incluso las foto químicas que son necesarias para la vida de las plantas, es decir en donde el solvente es líquido, pero preferentemente agua, veamos cuales son:

1.- SOLUCIONES DE GASES EN LIQUIDOS Los gases comunmente están presentes como solutos en el agua en organismos vivos y su medio ambiente.

Los gases más comunes encontrados en solución son el anhidrido carbónico (CO2), el oxígeno y el nitrógeno, a una Temperatura y presión dada.

A determinada temperatura y presión solo una cierta cantidad de un gas puede disolverse en un volumen dado de agua o en algún otro líquido.

Los gases disueltos en agua potable (oxigeno, cloro y nitrógeno) son las pequeñas burbujas que aparecen cuando él liquido se calienta y aún no llega al punto de ebullición. Cuando el agua hierve queda totalmente desgasificada, por lo cual su sabor es distinto del que posee el agua sin hervir, por ello se recomienda airear esta agua antes de beberla.

La solubilidad de los gases en agua varía ampliamente, de acuerdo a su solubilidad se les puede agrupar en dos:

a) De solubilidad débil Como es el caso del Oxígeno, Hidrógeno, Nitrogeno y CO2, para estos gases la solubilidad aumenta con la presión.

La aplicación práctica de esta clase de soluciones de gases en líquidos la tenemos en la industria de las bebidas gaseosas. La disolución del CO2 en la bebida se consigue a una presión de 5 atm y acto seguido se encapsula la botella; al quitar la chapa la presión desciende

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a 1 atm y el gas escapa en forma de burbujas, si esta continúa destapada, el gás sigue escapando sin ningún control.

b) Muy solubles(de solubilidad fuerte)Como el NH3 (Amoniaco) y el SO2 (Anhidrido sulfuroso).

La razón de su extrema solubilidad está en que el gas y el agua reaccionan para formar algún compuesto.

Ejem:

NH3 + H2O -> NH4OH (Hidróxido de amonio)

SO2 + H2O -> H2SO3 (Acido sulfuroso)

- Efecto de la TemperaturaLa solubilidad de los gases en líquidos decrece al aumentar la Temperatura.

- Efecto de la presiónLa solubilidad de los gases en líquidos aumenta con la presión.

2.- SOLUCIONES DE LIQUIDOS EN LIQUIDOSSon aquellas en que ambas fases son líquidos; sin embargo encontramos que en la naturaleza existen líquidos puros y mezclas de líquidos.

Ejem:

Líquidos puros: como el Agua, alcohol, bencina, acetona, cloroformo, etc.

Mezclas de lìquidos: como la Gasolina, kerosene, eter, etc.

En general las soluciones de este tipo, se agrupan en 2 clases:

a) Miscibles : Aquellos en que los líquidos se unen perfectamente con otros en todas las proporciones

Ejem:

El alcohol con el agua

El agua con la glicerina

En este caso los términos solvente y soluto no quedan definidos con precisión, por lo que el componente que se encuentra en mayor proporción es considerado como solvente.

b) No miscibles : Aquellos en la cual un líquido alcanza un punto definido de saturación con el otro, es decir, que solo son parcialmente solubles uno en otro y cuando el SOLUTO, satura al SOLVENTE es posible distinguir las dos fases.

Ejem:

Gasolina como soluto y agua como solvente

Si se mezcla el agua y gasolina en un recipiente, se agita y luego se le deja reposar, se formaran dos capas bien distintas: la superior formada por gasolina más liviano (de menor densidad), saturado con agua y la inferior por agua saturada con gasolina.

3.- SOLUCIONES DE SOLIDOS EN LIQUIDOSEste es el tipo más común de solución, debido principalmente a su uso cotidiano, más no necesariamente profesional. La solubilidad en agua de las sustancias en estado sólido varía grandemente desde las de virtual insolubilidad hasta las de extrema solubilidad.

Este tipo de solución se caracteriza en que el soluto es un sólido y se encuentra en menor cantidad que el solvente; tenemos dos clases:

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a) Soluciones saturadasSon aquellas en que el solvente no solubiliza más por haber llegado al límite de solubilidad y si se agrega más soluto este precipita. En este caso existe un límite para la cantidad de soluto que puede disolverse en un volumen determinado de agua.

b) Soluciones sobresaturadasBajo ciertas condiciones es posible preparar una solución sobresaturada y es aquella en que el soluto se haya presente en mayores concentraciones que en una solución saturada.

Si a una solución saturada se le prepara a una temperatura elevada y agregado más soluto este se disolverá hasta ciertos límites, al dejarse enfriar, el exceso de soluto, en lugar de separarse de la disolución por cristalización, puede mantenerse en ella; la solución contendrá en realidad más soluto del que pueda contener a una temperatura normal. Si se le agita o se agrega más soluto, precipitará.

Por tanto se puede decir que las soluciones sobresaturadas son aquellas en que una solución saturada preparada a una temperatura elevada y agregado más soluto, este se disuelve hasta cierto límite, el exceso de soluto puede mantenerse en ella sin precipitar.

CONCENTRACION DE LAS SOLUCIONESCuando se unen dos sustancias, una el soluto que se dispersa en el solvente, es de vital importancia conocer las cantidades de cada fase, lo que determinará ciertas propiedades de la solución, el desconocimiento puede conllevar a diversos problemas.

Con la concentración se establece que cantidad de soluto se distribuye en el solvente

SOLUCION MOLAREs aquella en que un MOL (Peso Molecular expresado en g) de una sustancia soluble en agua, se disuelve en suficiente agua para formar un litro de solución.

Ejem: Si queremos obtener una solución de sacarosa 1 Molar

SACAROSA PESO MOLECULARC12 H22 O11 C = 12x12 ; H = 1x22 ; O = 16 x 11

144 + 22 + 176 = 342 g = 1 Mol sacarosa

Si se disuelven 342 g. de sacarosa en suficiente agua para preparar un litro de solución, se obtendrá  una disolución de sacarosa 1 Molar.

Este tipo de disolución es fácil de utilizar ya que si queremos obtener una solución 2 M, en vez de 342 g se utilizará  684 g de sacarosa en un 1 litro de solución, y si a la inversa se quiere obtener una solución 0.5 M solo hay que agregar a un cierto volumen de solución 1 M, un volumen igual de agua.

El volumen final de la solución, es decir el soluto más el solvente es un litro

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SOLUCION MOLALEs aquella en que 1 Mol (Peso Molecular expresado en g) de soluto es disuelto en un litro de agua.

El volumen final de la solución supera el litro de agua y a ese aumento de volumen se le llama volumen de solución de soluto.La diferencia más saltante entre los dos tipos de concentración anteriores, radica en el volumen final de la solución, es así que en la solución MOLAR, el soluto más el solvente deben llegar al litro; mientras que en la solución MOLAL, el soluto más el solvente superarán siempre el litro. MOLARIDAD DE LAS SOLUCIONESPara hallar la molaridad de las soluciones se debe aplicar los siguientes pasos, ya que de esta forma se evitan confusiones y/o errores que puedan afectar la concentración buscada:

1ro. Identificar la sustancia, para el ejemplo utilizaremos la sacarosa (C12H22O11)

2do. Identificar los componentes de la sustancia y el peso atómico de cada uno de ellos:

Sacarosa:

C (carbono) = P.M= 12

H (Hidrógeno) = P.M= 1

O (Oxígeno) = P.M= 16

3ro. Obtener el peso molecular de la sustanciaC= 12 x 12 = 144H= 22 x 1 = 22O= 11 x 16 = 176

---------- 342

4to. Obtener el MOL (Peso molecular expresado en gramos)

P.M de la sacarosa = 342

Un MOL de sacarosa= 342 g

5to. Con este dato se puede obtener distintas molaridades, ejemplo:

Para obtener una solución 0.1 Molar, se aplicará una regla de tres simple

Si Un MOL de sacarosa es 342 g; 0.1 MOL de sacarosa cuanto será?

1 MOL --------------- 342 G

0.1 MOL ------------- X

342 x 0.1X = ------------ = 34.2 g; lo

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Que equivale si se debe preparar una solución 0.1 M, solo se aplicará 34.2 g.

SOLUCION EN PORCENTAJETrabajando en fisiología a menudo conviene preparar soluciones sobre la base de los porcentajes, el procedimiento más simple es atenerse estrictamente al porcentaje en peso, pero dicho de la manera más simple cuando se prepara una solución de este tipo se considera 1 unidad de soluto, más 99 unidades del solvente

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Por ejemplo si se me pide preparar una solución al 4% de una sustancia, se hará la disolución de 4 litros del soluto, en 96 litros del solvente.

ACIDOS, BASES Y SALESLos ácidos, las bases y las sales son compuestos indispensables en la vida de los vegetales. Durante el proceso metabólico y fisiológico de la célula se producen una gran variedad de sustancias que puedan ser consideradas  ácidas o básicas y es ahi donde radica la importancia de conocer estos aspectos.Las soluciones de  acidos y de bases son sin duda componentes fundamentales de un sistema vivo y en forma particular de las plantas. Pero a su vez si estas reaccionan entre sí dan lugar a las sales, como veremos más adelante.Los  acidos y bases en disolución pueden distinguirse de diversos modos.

Los  ácidos tienen un sabor agrio. El limón es agrio por su alto contenido de  ácido cítrico.Las bases tienen un sabor  áspero y al tacto son jabonosas.

NATURALEZA DE LOS ACIDOS, BASES Y SALES

Vamos a aclarar algunos conceptos que servirán para entender los próximos conceptos a vertirse:

ION .- Son  átomos o grupos de  átomos cargados eléctricamente.

IONIZACION.- Es una reacción entre un soluto y un disolvente, cuyo resultado es la formación de iones.

CLASES DE IONESCationes.- Llevan carga positiva

Ejem: H+, Na+

Aniones.- Llevan carga negativa Ejem:

Cl-, OH-

ACIDOArrhenius propuso a finales del siglo XIX que los ácidos difieren de otras substancias que contienen hidrógeno en que éstos se disocian parcialmente en el agua, dando hidrogeniones libres (H+).

En lo que se refiere a este curso, utilizaremos la definición de Krauskopf (próxima a la de Arrhenius), que dice: ácido es una substancia que contiene hidrógeno y entrega iones de hidrógenos libre (H+) cuando se disuelve en agua.En conclusión, ácido:Es toda sustancia que al disolverse en agua forma iones hidrógeno

Ejem: Sustancia figurada HA H+ + A- En esta ecuación el  ácido (H A) sufre una ionización para formar iones positivos (H+) e iones negativos (A-).

Ejem: Acido clorhídrico HCl H+ + Cl-

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BASEEl término base también ha tenido una historia larga. Por mucho tiempo se utilizó de manera ambigua para describir aquellas substancias que al ser disueltas presentaban: 1) un tacto jabonoso; 2) un sabor amargo; 3) la capacidad de neutralizar un ácido; y 4) la capacidad de revertir los cambios de colores que producían los ácidos en los tintes vegetales. Desde los tiempos de Arrhenius las propiedades de las bases han sido adscritas al ión hidroxilo (OH-), y el término se restringió a compuestos tales como Na(OH) o Ca(OH)2, los que se disocian y dan este ión directamente:En general podemos decir: Es toda sustancia que al disolverse en agua produce radicales hidróxilo (OH-).

Ejem: BOH B+ + OH-

En esta ecuación la base (BOH) sufre una ionización para formar iones positivos (B+) y negativos (OH-)

Ejm.: Hidroxido de sodioNAOH NA+ + OH-

SALLas sales se forman cuando un ácido y una base se disuelven conjuntamente.Es el compuesto resultante de la unión entre uno o más aniones de un  ácido, con uno o más cationes de una base, con formación de agua.

Ejem:1) Cantidades equivalentes

H+ Cl- + Na+ OH- --------------------> Na+ Cl- + H2O Acido Base Hidrolisis Sal Agua Clorhídrico Hidróxido Cloruro de de sodio sodio

2) H+Cl- + K+ OH- K+ Cl- + H2O

ELECTROLITOS, NO ELECTROLITOSAlgunas soluciones acuosas son buenas conductoras de la corriente eléctrica, otras no. Las primeras se llaman electrólitos, las segundas no electrólitos.Las soluciones de todos los  ácidos, bases y sales son electrólitos, mientras que las soluciones de la mayoría de compuestos orgánicos tales como azúcares, alcoholes y cetonas no son electrólitos.ELECTROLITOSUn electrolito o electrólito es cualquier sustancia que contiene iones libres, los que se comportan como un medio conductor eléctrico. Debido a que generalmente consisten de iones en solución, los electrólitos también son conocidos como soluciones iónicas, pero también son posibles electrolitos fundidos y electrolitos sólidos.Son sustancias que en solución acuosa se disgregan (ionizan) en forma de iones o grupos de átomos o radicales con carga eléctrica y que tienen la propiedad de conducir la corriente eléctrica.

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Según la teoria de Arrhenius cuando un electrólito se disuelve en agua, algunas de sus moléculas se disocian en partículas de dos clases, unas cargadas positivamente, pudiendo formarse dos, tres, cuatro o más iones a partir de una sola molécula.Cuando un electrólito se disocia el número de cargas positivas de los cationes es igual al de las cargas negativas de los aniones.

Ejem:Acidos inorgánicos : H2SO4 Acido sulfúrico

H Cl Acido clorhídrico HNO3 Acido nítrico

Bases inorgánicas : KOH Hidróxido de potasio NaOH Hidróxido de Na

Los electrólitos se diferencian mucho por su grado de ionización, aquellos cuya mayor parte de las moléculas se mantienen en estado de disociación se les llama “electrólitos fuertes”; cuando se da el caso contrario se les llama “débiles”.

NO ELECTROLITOSSon sustancias que cuando se disuelven en agua se separan en sus moléculas: las moléculas tienen movilidad por estar en disolución acuosa pero son eléctricamente neutras (no tienen carga). Por ejemplo, la sacarosa se separa en moléculas cuando se disuelve en agua. Estos líquidos y disoluciones tienen partículas con movilidad pero sin carga; por lo tanto, no son conductores de electricidad. Ejm: sustancias orgánicas

pH (Potencial Hidrógeno)La acidez o basicidad de una solución se determina por su concentración en iones hidrógeno, es ahí donde radica la importancia del pHDefinición.- El térrmino pH puede ser definido como el logaritmo negativo de la concentración de los iones hidrógeno.

Ejem:

La concentración de iones H+ del agua pura es de 0.0000001, H+ ó 10-7.

Siendo asipH = - log 10-7

1 = log ----- = 7

10-7 pH = 7 (se considera neutro)

La escala de valores de pH se extiende de 0 a 14. Todos los valores de pH inferiores a 7 corresponden a soluciones  ácidas y todos los superiores a 7 corresponden a soluciones básicas o alcalinas.

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Concentración de iones H+ enTérminos de normalidad

Valor depH

10.10.010.0010.00010.000010.000001

100

10-1

10-2

10-3

10-4

10-5

10-6

0123456

ACIDOS

0.0000001 10-7 7 NEUTRO0.000000010.0000000010.00000000010.000000000010.0000000000010.00000000000010.00000000000001

10-8

10-9

10-10

10-11

10-12

10-13

10-14

891011121314

BASICOS

La relación entre el pH y la concentración de iones Hidrógeno en términos de normalidad, es logarítmica.

Ejem:Un pH 5 representa una concentración de H+ diez veces mayor que una solución con pH 6 y 100 veces mayor que la concentración correspondiente a pH 7.

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