SOLUCIONES ELECTROLÍTICAS

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2. OBJETIVOS El agua es el solvente fundamental y constituye mas del 50% del peso corporal humano. Es el elemento fundamental en el transporte de nutrientes, en la eliminación de sustancias de desecho, en la regulación del volumen celular y en el control de la temperatura corporal. En este capítulo se identifican y estudian los conceptos básicos de las soluciones acuosas. La necesidad de estos conocimientos se fundamentaen el uso habitual de diferentes solucionestanto para el uso en condiciones normales como en la reposición en casos de alteración del balance adecuado de líquidos en el organismo Los electrolitos, que son el tema central de las clases que se presentan, son sustancias que al disolverse en agua se separan en diferentes partes con carga eléctrica: los iones son elementos fundamentales en la actividad enzimática, en la contracción muscular, en la actividad neuronal, en el control tubular renal. Por ello es indispensable entender la diferencia entre MOL y EQUIVALENTE QUIMICO, se debe poder reconocer los contenidos de diferentes soluciones de uso clínico y también saber, en base a conocimientos de tipo cuantitativo, preparar soluciones de acuerdo a necesidades específicas.

3. S O L U C I O N E S CONCENTRACION SOLUCIONES MOLARES SOLUCIONES NORMALES Menú general

4. La forma de preparar una solución es pesar la sustancia y luego disolverla. • Es común utilizar recipientes aforados de volumen conocido para realizar esta operación. • De esta manera se calcula la concentración como cantidad de soluto por litro de solución ( solución Molar) y no por litro de agua ( solución Molal ). • La dificultad se presenta debido a que un litro de solución puede contener diferente volumen de agua. • Si tiene una baja concentración de solutos, como ocurre en gran parte de los líquidos biológicos, no hay una gran diferencia entre ambos tipos de soluciones. • Si tiene una gran cantidad de solutos o es una solución muy concentrada tendrá por litro de solución menor cantidad de agua. La solución molar en este caso.................................. difiere de la solución molal. CONCENTRACION Menú 1 de 3

5. CONCENTRACION La concentración ( c ) de una sustancia sólida, líquida o gaseosa en una solución depende de la masa ( M) añadida y del volumen ( V ) en el cual se ha disuelto. c = M / V La concentración se expresa por kilogramo de agua. Cuando se coloca el peso molecular de la sustancia por kilogramo de agua se tiene una solución Molal. Menú 2 de 3

6. La concentración por litro de solución ( Molar ) se utiliza habitualmente en Fisiología porque en general se trata de soluciones muy diluidas donde el soluto ocupa un espacio mínimo; de esta manera se usará en este programa. Las unidades que mas se usarán en este tema serán: gramos por litro ( g / l ) miligramos por litro ( mg / l ) miligramo por mililitro ( mg / ml ) miligramo por decilitro ( mg / dl, mg% ) Mol por litro o molar ( M ) miliMol por litro o milimolar ( mM ) nanoMol por litro o nanomolar ( nM ). CONCENTRACION Menú 3 de 3

7. SOLUCIONES MOLARES CLORURO DE SODIO AGUA GLUCOSA CLORURO DE CALCIO UNIDADES Menú general

8. Los átomos de los elementos se combinan entre sí de manera variada SOLUCION MOLAR Dan de esta manera origen a diferentes sustancias formando moléculas Menú 1 de 4

9. clic SOLUCION MOLAR Aún en las moléculas constituidas por el mismo tipo y número de átomos, la diferente estructura química o la configuración en el espacio determina que tengan propiedades diferentes. Un ejemplo clásico son los hidratos de carbono o glúcidos, como la glucosa y fructosa, constituidas ambas por 6 átomos de carbono y oxígeno y 12 de hidrógeno, a pesar de lo cual tienen diferentes propiedades. . También pueden cambiar sus propiedades ya sea que estén en estado sólido, gaseoso o disueltas en diferentes solventes. Cuando la solución es gas-líquido, el gas puede pasar a disolución sin cambiar su estructura molecular, como es el caso del O2 y del N2. En el caso del CO2 parte permanece con su estructura molecular y parte se hidrata dando origen a ácido carbónico (H2CO3) y a productos de disociación (HCO3– e H+). Menú 2 de 4

10. SOLUCION MOLAR Cuando se trabaja con las sustancias a fin de producir mezclas, combinaciones, soluciones, la molécula es una unidad sumamente pequeña para los métodos reales de medición disponibles y de uso común. Esta realidad práctica ha llevado a definir distintas unidades, que son útiles de acuerdo a su aplicación o de los resultados que se desean obtener o para definir determinados procesos. Para cubrir las necesidades de este tema se desarrollan los conceptos de MOL EQUIVALENTE QUÍMICO Menú 3 de 4

11. clic SOLUCION MOLAR El Mol, igual al peso molecular en gramos, es una unidad para trabajar con el número de partículas contenida, tanto de gases , como sólidos, moléculas de sustancias que no se disocian en solución. Para relacionar el mol de un gas con el volumen que lo contiene, se establecen condiciones de normalidad de presión y temperatura ( STPD ), pues se sabe que en estas condiciones 1 Mol de gas ideal ocupa 22.4 litros. El Equivalente igual al peso molecular en gramos dividido por la valencia, es una unidad para trabajar con las cargas eléctricas de las moléculas, las soluciones, los iones. . Menú 4 de 4

12. clic EL MOL ES EL PESO MOLECULAR DE UNA SUSTANCIA EXPRESADO EN GRAMOSY POR LO TANTO CORRESPONDE ALA SUMA DE LOS PESOS ATÓMICOS DE LOS ELEMENTOS QUE CONSTITUYEN LA MOLÉCULA. Su relación con el número de moléculas es una constante y se conoce como número de Avogadro: 6.06 * 1023 moléculas están contenidas en un MOL de cualquier sustancia. CLORURO DE SODIO 23 + 35.5 =58.5 g 1 MOL El peso molecular del cloruro de sodio (NaCl) es la suma de un Na + (23 g) Ese peso de 58.5 gramos es un Mol y contiene 6.06 * 1023 moléculas. y un Cl - (35.5 g). Menú 1 de 1

13. A G U A 1*(2) + 16=18 g 1 MOL El peso molecular del agua (H2O) es la suma de dos H + (2 g) Ese peso de 18 gramos es un Mol y contiene 6.06 * 1023 moléculas. y un O-`- (16 g). Menú 1 de 1

14. clic G L U C O S A (6*12) + (6*16) + (12*1) =180 g 1 MOL El peso molecular de la glucosa ( C6O6H12 ) es la suma de 6 C(6*12 g), Ese peso en gramos es un Mol y contiene 6.06 * 1023 moléculas. 6 O- - ( 6 * 16 g) y 12 H+ ( 12 * 1 g ). Es indispensable entender que esta unidad está determinada por la necesidad de conocer una propiedad común : el número de partículas que un MOL contiene en estado ....... sólido o cuando las moléculas conservan su...........estructura al disolverse en un solvente. Menú 1 de 1

15. CLORURO DE CALCIO 40 g + ( 2*35.3 ) = 111 g 1 MOL El peso molecular del cloruro de calcio (CaCl2) es la suma de un Ca++(40 g) Ese peso de 111 gramos es un Mol y contiene 6.06 * 1023 moléculas. y dos Cl - (2*35.5 g). Es indispensable entender que esta unidad está determinada por la necesidad de conocer una propiedad común : el número de partículas que un MOL contiene en estado sólido o cuando las moléculas conservan su estructura al disolverse en un solvente. Menú 1 de 1

16. clic Cantidades diferentes expresadas en gramos de distintas sustancias, tienen en común el número de moléculas que contienen. UNIDADES Si una sustancia cuando se disuelve en un solvente conserva la estructura que tenía en estado sólido, al colocar el peso molecular (1 Mol) y completar con un solvente hasta un litro, se tiene una solución molar. 1 Molar = 1 Mol / litro = 1 M Todas las soluciones preparadas de la manera antes descrita tienen en común el mismo número de moléculas, es decir que su concentración es igual. Los líquidos corporales son soluciones con concentraciones relativamente pequeñas y es habitual usar una unidad mil veces menor, llamada miliMol (mM). 1Mol / 1000 = 1 Mol * 10 -3 = 1 miliMol = 1 mM Menú 1 de 2

17. clic Hay sustancias en el organismo con concentraciones extremadamente pequeñas por lo que es cómodo utilizar una unidad mil millones de veces menor, llamado nanoMol (nM). UNIDADES 1Mol / 1000000000 = 1 Mol * 10 - 9 = 1 nanoMol = 1nM De acuerdo a diferentes necesidades se usan distintas unidades, generalmente para operar con números pequeños y enteros 1Mol / 1000000000000 = 1 Mol * 10 - 12 = 1 picoMol 1Mol / 1000000000000000 = 1 Mol * 10 -15= 1 femtoMol 1Mol / 1000000000000000000 = 1 Mol * 10-18= 1 attoMol Menú 2 de 2

18. SOLUCIONES NORMALES CLORURO DE SODIO CLORURO DE CALCIO FOSFATO DE SODIO SOLUCIONES EQUIVALENTES DE POTASIO ASPECTOS PRACTICOS Menú general

19. Hay una propiedad común ya descrita en cuanto al número de moléculas contenida por un peso igual al peso molecular expresado en gramos. • Se presenta un ejemplo donde las sustancias sólidas que cumplen con las condiciones señaladas son • la glucosa SOLUCION NORMAL GLUCOSA 180 g 1Mol 6.06*1023 moléculas • el cloruro de sodio CLORURO DE SODIO 58,5 g 1Mol 6.06*1023 moléculas Menú 1 de 2

20. SOLUCION NORMAL Hay una característica que diferencia a las sustancias cuando de su estado sólido pasan a estar disueltas en un solvente. Algunas mantienen su estructura molecular Otras se disocian en iones de diferente complejidad Menú 2 de 2

21. NaCl Na + + Cl - + clic Cuando una sustancia que se disuelve en un solvente no conserva la estructura que tenía en estado sólido se disocia o se separa en iones de diversa complejidad. CLORUR O DE SODIO . De acuerdo al principio de electroneutralidad la disociación de una sustancia conduce a la formación de iones de diferente carga de tal manera que la suma algebraica de las cargas es cero. Por esta razón ha sido necesario implementar una unidad ...................... que tenga en cuenta estas características propias de las........................ sustancias que se disocian. Menú 1 de 4

22. CLORUR O DE SODIO Al definir el Equivalente Químico( peso molecular o atómico dividido por su valencia ) se conocen las cantidades exactas necesarias para la combinación química; son comparables entre sí en cuanto a su carga eléctrica. 1 Equivalente de Na+ = 23 g / 1 = 23 g 1 Equivalente de Cl- = 35,5 g / 1 = 35.5 g Menú 2 de 4

23. CLORUR O DE SODIO Para colocar un Equivalente Químico de cada ión en un litro de solución y producir una Solución Normal, es necesario pesar 58.5 g de cloruro de sodio. El Equivalente Químico es el peso molecular o atómico dividido por la valencia. Menú 3 de 4

24. + NaCl Na + + Cl - clic CLORUR O DE SODIO En este dibujo que se presentó antes hay un MOL de cloruro de sodio, que al ser disuelto e ionizarse totalmente, forma un equivalente de sodio y uno de cloruro. Es una solución 1 Normal ( 1N ) y contiene en total 2 equivalentes químicos. Menú 4 de 4

25. CLORUR O DE CALCIO Al definir el Equivalente Químico se conocen las cantidades exactas necesarias para la combinación química, que son comparables entre sí en cuanto a su carga eléctrica. El ión calcio tiene una valencia con dos cargas positivas. 1 Equivalente de Ca ++ = 40 g / 2 = 20 g 1 Equivalente de Cl - = 35,5 g / l = 35.5 g Menú 1 de 4

26. + 2 Ca C l 2 2 ( Ca++/ 2 ) + 2 C l - . CLORUR O DE CALCIO Menú 2 de 4

27. clic CLORUR O DE CALCIO Para producir una Solución Normal ( N o 1N )de cloruro de calcio, son necesarios un equivalente de calcio y un equivalente de cloruro. Para ello se deben pesar 55.5 g de cloruro de calcio, valor al que se llega al dividir su peso molecular por su valencia ( 111g / 2 ). El Equivalente Químico de calcio es solo una unidad, una convención que carece de realidad física. El elemento que tiene existencia física es el ión calcio cuyo peso atómico es de 40 g y está en la naturaleza acompañado de los iones negativos correspondientes a las diferentes combinaciones químicas. El Equivalente Químico de calcio sólo.................... existe como unidad de uso práctico. Menú 3 de 4

28. + 2 clic CaC l 2 2 (Ca++/ 2) + 2 C l - . CLORUR O DE CALCIO En este dibujo que se presentó antes hay un MOL de cloruro de calcio, que al ser disuelto e ionizarse totalmente, forma dos equivalentes de calcio y dos de cloruro. Es una solución 2 Normal ( 2N ) y contiene.......... en total 4 equivalentes químicos. Menú 4 de 4

29. clic FOSFATO DE SODIO Hay moléculas de mayor complejidad en su estructura como son, por ejemplo los fosfatos ( PO43- ) compuestos por un ión de tres valencias 1 Equivalente Químico de PO4 3 -= 95 g / 3 = 31.66 g Puede unirse a tres iones de sodio ( Na +) 1 Equivalente Químico de Na + = 23 g / 1 = 23 g Menú 1 de 5

30. clic Na3 PO4 3 Na+ + 3 ( PO4 3 - / 3 ) + FOSFATO DE SODIO Una Solución Molar se prepara con el peso molecular ( PM= 95 + 23 * 3 = 164 g ) en gramos y como es una sustancia que se disocia tiene tres equivalentes de cada ión. Menú 2 de 5

31. FOSFATO DE SODIO Para producir una Solución Normal( 1N ) de fosfato de sodio, es necesario un equivalente de sodio y un equivalente de fosfato. Es por ello que se deben pesar 54.66 g de fosfato de sodio que es su peso molecular dividido por la valencia ( 164 / 3 = 54.66 ) Menú 3 de 5

32. clic Na3 PO4 3 Na+ + 3 ( PO4 3 - / 3 ) + FOSFATO DE SODIO En este dibujo que se presentó antes hay un MOL de fosfato de sodio, que al ser disuelto e ionizarse totalmente, forma tres equivalentes de sodio y tres equivalentes de fosfato. Es una solución 3 Normal ( 3N ) y contiene en total 6 equivalentes químicos. Menú 4 de 5

33. clic clic clic Los fosfatos tienen estructuras moleculares complejas, ya que pueden unirse a un hidrogenión y dos iones sodio. Na2HPO4 FOSFATO DE SODIO También pueden unirse a dos hidrogeniones y a un solo sodio. En orina es una forma de asegurar la excreción de ácido sin mayores variaciones en el pH, condición que podría afectar a los túbulos renales. NaH2PO4 Cuando el ión fosfato se une al ión calcio Ca3(PO4)2 Menú 5 de 5

34. SOLUCION de POTASIO Si se desea preparar una solución con una cantidad prefijada de iones potasio ( K+ ) por ejemplo, a fin de hacer una reposición oral, debe recordarse que el peso atómico del potasio es de 39.1 g. El ión K+ puede estar acompañado por Cloruro KCl P.M 74.8 g 1000 mEq/l de K+ 1000 mEq/l de cloruro Menú 1 de 4

35. SOLUCION de POTASIO Si se desea preparar una solución con una cantidad prefijada de iones potasio por ejemplo, a fin de hacer una reposición oral, debe recordarse que el peso atómico del potasio es de 39.1 g. El ión K+ puede estar acompañado por Acetato KCH3COO P.M 98 g 1000 mEq/l de K+ 1000 mEq/l de acetato Menú 2 de 4

36. SOLUCION de POTASIO Si se desea preparar una solución con una cantidad prefijada de iones potasio por ejemplo, a fin de hacer una reposición oral, debe recordarse que el peso atómico del potasio es de 39.1 g. El ión K+ puede estar acompañado por Gluconato KC5H11O5-COO P.M 123 g 1000 mEq/l de K+ 1000 mEq/l de gluconato Menú 3 de 4

37. clic SOLUCION de POTASIO Cloruro KCl P.M 74.8 g Acetato KCH3COO P.M 98 g Gluconato KC5H11O5-COO P.M 123 g 1000 mEq/l de K+ 1000 mEq/l de K+ 1000 mEq/l de K+ 1000 mEq/l de cloruro 1000 mEq/l de acetato 1000 mEq/l de gluconato No es difícil concluir que se pueden preparar soluciones con 1000 mEq / l del ión K+ o 1 mEq / ml de K+ colocando los diferentes pesos moleculares expresados en gramos en un volumen de 1 litro de solución. Se preparan tres soluciones con tres cantidades diferentes en gramos, pero todas son soluciones 1 NORMAL (1N) y contienen 1000 mEq / l de K+ Menú 4 de 4

38. clic SOLUCION NORMAL El camino inverso debería ser tan fácil como el recorrido hasta aquí, ya que si se conoce los miliequivalentes que contiene la solución que se quiere preparar, se tiene que llegar a la cantidad en gramos que se deberá pesar. Una solución semejante al plasma, llamada "solución fisiológica" y de uso muy común,es una solución 0.150 N que contiene 150 mEq/l de cloruro de sodio y se prepara realizando cálculos similares a los realizados anteriormente. Es una forma de cálculo que se puede utilizar con fines prácticos. NaCl........................ PM = 58.5 g 1 Equivalente = PM / 1 = 58.5 / 1 1000 mEq/l ....... 58.5 g/l NaCl. 150 mEq/l........ 8.78 g/l NaCl 150 mEq/l * PM g / val /1000 = 9 g / l de NaCl Contendrá 150 mEq/l de sodio y 150 mEq/l........................ de cloruro. El número de miliequivalentes.. .......................será 300 Menú 1 de 3

39. clic SOLUCION NORMAL Conviene insistir en que se puede preparar una solución fisiológica o 0.150 N de cloruro de sodio utilizando la siguiente fórmula. 150 mEq/l * PM g / val /1000 = 9 g / l de NaCl Tiene 150 mEq/l de sodio y 150 mEq/l de cloruro. El número de totyal de miliequivalentes es de 300 por litro de solución De la misma forma se calculan cantidades de sólidos o líquidos a poner en soluciones que se desean preparar de una manera especial De esta manera se pueden administrar en forma oral o endovenosa cantidades especiales en función de una patología. Su uso es indispensable para calcular las pérdidas.................... iónicas de un paciente y establecer la reposición............................ de manera adecuada. Menú 2 de 3

40. 150 mEq/l * 58.5 g / 1 /1000 = 9 g / l de NaCl SOLUCION NORMAL Al colocar 9 g / l ( 0.9 g %) de cloruro de sodio se tendrán aproximadamente 150 mEq/l de ión sodio 150 mEq/l de ión cloruro Esto es así pues la valencia de estos iones es uno y cada molécula de cloruro de sodio al dividirse genera dos iones, esto solo si se cumple que la disociación es total. La imprecisión de la frase del texto anterior se debe a que se ha hablado de concentración de sustancias y se ha supuesto que la disociación de las moléculas es total. La realidad es que hay interacción de los iones entre sí y también interacción con el agua, por lo que la disociación puede ser incompleta. Menú RESUMEN FINAL 3 de 3

41. CONCLUSIONES clic Desde un punto de vista fisicoquímico se analizaron aspectos cuantitativos de la disociación de sustancias. Se mide habitualmente sodio, potasio, calcio en plasma y en orina. Pero la concentración de una sustancia como el calcio en un líquido corporal, no se corresponde necesariamente a los iones libres existentes. Este ión se une con fosfatos y proteínas por lo que se ha hecho necesario diseñar electrodos para medir los iones existentes que presentan carga cuando están libres. Algo similar ocurre con el potasio intracelular, cuya concentración se puede conocer pero no la cantidad exacta de partículas libres o iones con carga. . Se han analizado en esta clase los aspectos conceptuales y de uso práctico de las unidades mMol y mEq, pero es muy común usarlas de manera no diferenciada en fisiología y en clínica . Los iones hidrogeno y bicarbonato se expresan a veces como nanomoles, cuando debería hablarse de nanoequivalentes. Aunque es incorrecto hacerlo así, como en general las soluciones en el organismo contienen iones monovalentes, las cantidades expresadas en Mol o Equivalente tienen el mismo valor. Pero es necesario saberlo y mas aún tenerlo muy claro desde el punto de vista conceptual para evitar confusiones que suelen ser frecuentes. FIN