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En química, una dilución es el proceso de reducir la concentración de un soluto en una solución. Las diluciones se utilizan en química para obtener una determinada cantidad del reactivo deseado.
En primer lugar, repasaremos qué es una dilución.
Después, aprenderemos a utilizar la fórmula de dilución.
Después, leeremos sobre los tipos y métodos de dilución.
Por último, aprenderemos a calcular diluciones en química.
Definición de dilución
Empecemos por la definición de dilución.
Ladilución consiste en añadir disolvente a una solución para disminuir su concentración.
Un soluto es una sustancia que se disuelve en un disolvente.
Un disolvente es una sustancia en la que se disuelve el soluto, dando lugar a una solución.
Normalmente, un soluto es una sustancia sólida y un disolvente es un líquido.
Las soluciones son mezclas homogéneas o de composición uniforme.
Una solución concentrada es aquella que tiene disuelta una cantidad significativa de soluto en comparación con una solución diluida.
Undiluyente es una sustancia que utilizamos para diluir una solución.
Para obtener información más detallada sobre concentraciones y soluciones, consulta nuestro artículo "Concentración".
Concentración y dilución, aunque relacionados, son conceptos diferentes. El término"concentración" se refiere a la cantidad de soluto que está presente en una cantidad determinada de disolvente o solución. La concentración suele expresarse en términos como molaridad (moles de soluto por litro de disolución), molalidad (moles de soluto por kilogramo de disolvente) o porcentaje másico (gramos de soluto por 100 gramos de disolución).
La dilución, por su parte, se refiere al proceso de reducir la concentración de un soluto en una solución, normalmente añadiendo más disolvente.
En la figura anterior, de izquierda a derecha, la solución se diluye más, lo que significa que la cantidad de soluto disuelto en la solución es significativamente menor en comparación con una solución concentrada.
Las diluciones implican la adición de un disolvente, lo que da lugar a una solución menos concentrada. Por el contrario, aumentar la concentración de una solución significa añadir más soluto.
También puedes concentrar una solución eliminando disolvente. Esto suele hacerse hirviendo o evaporando el disolvente. Ten en cuenta que esto sólo funciona si el soluto no se ve afectado por el calor utilizado para hervir/evaporar el disolvente.
Figura 2: Se muestra la formación de una solución.
El soluto suele ser sólido. Mientras que el disolvente es aquello en lo que se disuelve el soluto, y juntos forman una solución.
Cálculo de una dilución: la fórmula de dilución
La fórmula de dilución es
\[M_1V_1 = M_2V_2 \]
Donde
\(M_1\) = concentración en molaridad (mol/L o M) de la solución concentrada de la que partimos.
\(V_1\) = volumen (mL o L) de la solución concentrada de la que partimos.
\(M_2\) = concentración en molaridad (mol/L o M) de la solución diluida con la que terminamos.
\(V_2\) = volumen (mL o L) de la solución diluida con la que terminamos.
Utilizamos la ecuación de dilución para calcular la cantidad de disolvente necesaria para diluir una solución. Normalmente diluimos una solución mezclando más disolvente en la solución.
Por ejemplo, si añadimos agua a una bebida como limonada o zumo de manzana, estamos diluyendo la bebida.
¿Cómo se obtiene la fórmula de dilución?
Para derivar la fórmula de dilución anterior (\(M_1 V_1 = M_2 V_2\)), empezamos con la fórmula de concentración molar, que se utiliza para calcular la concentración de una solución dada.
Figura 3: La fórmula de concentración molar mostrada anteriormente se relaciona con nuestra fórmula de dilución.
Resolviendo el número de moles de soluto para la ecuación anterior obtienes
Fórmula de dilución simple:
\[\text{moles de soluto (n)} = [\text{Concentración molar o Molaridad (M)}] \cdot [\text{Volumen de la solución (V)}]\].
El producto del número de moles de soluto por el volumen no cambia antes y después de un cambio de concentración; por tanto, podemos escribir la ecuación como
\[M_1V_1 = M_2V_2 \]
lo que significa que el producto del número de moles por el volumen, de la solución inicial antes de la dilución, es igual al producto del número de moles por el volumen de la solución final después de la dilución.
Tipos y métodos de dilución
Más arriba hemos introducido la fórmula de la dilución: \(M_1V_1 = M_2V_2\). Utilizamos esta ecuación cuando queremos obtener una cantidad fija de una solución diluida a partir de una solución madre.
En química, una solución madre suele ser un gran volumen de un reactivo cuya concentración se va a diluir para su uso.
Este tipo de dilución suele denominarse dilución simple , como se ha mostrado anteriormente. Otros tipos de dilución son
Diluciónen serie: Una dilución en serie es una serie de diluciones escalonadas en las que el factor de dilución se mantiene constante en cada paso. Se añade una pequeña cantidad de la solución concentrada inicial (solución madre) a un volumen mayor de disolvente, se mezcla y luego se repite este proceso con cada dilución posterior.
Dilucióngravimétrica: En una dilución gravimétrica, se pesa una cantidad precisa de una sustancia y luego se añade a un disolvente para alcanzar una concentración específica. Este método suele utilizarse cuando se necesita una gran precisión.
Diluciónvolumétrica: En una dilución volumétrica, se transfiere un determinado volumen de una solución concentrada (la alícuota) a un nuevo recipiente y se añade más disolvente hasta que el volumen total alcanza un nivel predeterminado. Esto suele hacerse utilizando material de vidrio volumétrico preciso, como pipetas y matraces aforados.
Dilución de soluciones con gases: En el caso de los gases, las diluciones suelen realizarse introduciendo un volumen conocido del gas en un recipiente mayor y dejando que se mezcle con el resto de los gases presentes.
Diluciones en serie
Diluciones seriadas suelen realizarse en el laboratorio. De izquierda a derecha, como se muestra en la siguiente ilustración, estamos diluyendo en una proporción de 1:10 cada vez. Encontramos el factor de dilución añadiendo 1 mL de muestra sobre 9 mL de diluyente más 1 mL de muestra, lo que da una proporción de 1:10.
Podemos ver que cada vez que diluimos en un factor de 1:10 disminuye el número de colonias de bacterias en el laboratorio. Esto es útil para poder estimar la concentración del número de bacterias/colonias de una muestra desconocida.
Las diluciones seriadas se realizan normalmente para evitar tener que pipetear cantidades muy pequeñas de líquido para hacer una dilución específicamente requerida, ya que la medición de volúmenes tan bajos conlleva una elevada tasa de error.
Figura 7: Explicación de las diluciones en serie.
Para realizar una dilución en serie, sólo necesitamos
Toma una muestra y dilúyela en los mismos volúmenes de diluyente, que, en el caso de la microbiología, suele ser agua destilada o solución salina al 0,9%.
Cuanto mayor sea la concentración de bacterias que haya en una muestra, mayor deberá ser tu factor de dilución. Por ejemplo, si una muestra tiene 500 colonias, sería preferible una dilución 1:1000 a una dilución 1:10.
Como se ha indicado anteriormente, las diluciones seriadas pueden calcularse a partir de un tubo o sumando el número total de tubos. Por ejemplo, el primer tubo tiene una dilución 1:10, que obtenemos sumando 1 mL de muestra sobre (9 mL de diluyente + 1 mL de la muestra). En cambio, la dilución del tercer tubo la obtenemos multiplicando por ella las diluciones de los tubos anteriores, es decir, 1:10 × 1:10 × 1:10= 1:1.000.
Factor de dilución
Los factores de dilución se utilizan en las diluciones seriadas. Este tipo de dilución se produce cuando diluimos un caldo repetidamente.
El factor de diluciónes una medida de cuánto se ha diluido una solución. Es la relación entre el volumen final de la solución y el volumen inicial del soluto.
Podemos diluir un caldo sucesivamente y calcular el factor de dilución con la siguiente fórmula:
\(DF = \frac{V_f}{V_i}\)
donde el volumen inicial (solución madre) esVi y el volumen final (solución madre más volumen de diluyente) es Vf.
Dado el factor de dilución, DF, podemos hallar que cada dilución sucesiva vendrá dada por:
\(V_i = \frac{V_f}{DF}\)
Por ejemplo, supongamos que pipeteamos 2 mL de una solución madre en 8 mL de tampón (diluyente). Observa que el volumen final, Vf, sería, 2 mL (solución madre) + 8 mL de tampón (diluyente) = 10 mL. Entonces el factor de dilución, DF, vendrá dado por:
\(DF = \frac{10 mL}{2 mL} = 5\), lo que significa que hemos diluido la solución madre en un factor de 5.
El factor de dilución se suele utilizar en el denominador de una proporción. En el ejemplo que acabamos de utilizar, la dilución sería 1:5. Supongamos ahora que queremos crear 100 mL de una dilución 1:50 de la solución madre. Lo calculamos mediante la ecuación
\(V_i = \frac{V_f}{DF} = \frac{100\,mL}{50} = 2 mL\)
Así, pipetearías 2 mL de la solución madre en un matraz aforado de 100 mL y luego diluirías (tampón) hasta la marca del matraz aforado, (es decir, habrás añadido 98 mL de tampón al matraz).
Usos de las diluciones
Las diluciones tienen una amplia gama de usos en diversos campos científicos e industriales. He aquí algunos ejemplos clave:
- En un contexto de investigación, si la concentración de una sustancia en una solución es demasiado alta para medirla con precisión, la solución puede diluirse para llevarla al rango medible de un espectrofotómetro u otros instrumentos analíticos. En biología molecular, las diluciones se utilizan en diversos procedimientos de laboratorio, como la PCR, el ELISA y en la preparación de muestras para la electroforesis en gel.
- Las diluciones se utilizan a menudo en la preparación de medicamentos. Por ejemplo, un fármaco muy concentrado puede diluirse hasta la concentración adecuada antes de administrarlo a un paciente.
- En microbiología, las diluciones se utilizan a menudo para debilitar la concentración de bacterias o virus y facilitar su recuento o análisis.
- En serología, los científicos diluyen los anticuerpos hasta la concentración más baja que siga produciendo una señal.
Ajustando la concentración de una sustancia, los científicos, médicos y fabricantes pueden asegurarse de que trabajan con un nivel adecuado y seguro de esa sustancia.
Ejemplos de dilución en química
Veamos ahora algunos ejemplos de dilución en química.
Estás en clase de ciencias y tienes una disolución madre de 30 mL de NaCl 1 M. El profesor te dice que la diluyas hasta 50 mL añadiendo agua. ¿Cuál es la concentración final tras la dilución?
La respuesta es sencilla, utiliza nuestra fórmula de dilución simple y sigue los pasos que se muestran a continuación:
Figura 5: Fórmula de dilución simple.
Partimos de una solución madre de 30 mL de NaCl 1 M
Entonces \( M_1 = \) 1 M de \(NaCl \) y \( V_1 = 30 mL \) de solución \( NaCl \)
Acabamos con 50 mL de solución, lo que significa que \( V_2= 50 mL \) y estamos intentando hallar \( M_2 \).
Como estamos resolviendo para \(M_2 \) entonces podemos reordenar la ecuación de la fórmula de dilución simple a:
Figura 6: Fórmula de dilución simple con un ejemplo resuelto.
Así, nuestra concentración final es de 0,6 M para nuestra solución.
Otra pregunta interesante podría ser ¿cuál es la cantidad de disolvente que hemos añadido?
En este caso, la respuesta es sencilla: restamos 50 mL a 30 mL y obtenemos 20 mL. Esto significa que hemos añadido 20 mL de disolvente a la solución.
Dilución - Puntos clave
La dilución es el proceso por el que se reduce la concentración de una solución mediante la adición de más soluto.
Una solución concentrada es aquella que tiene disuelta una cantidad importante de soluto en comparación con una solución diluida.
Un diluyente es una sustancia que utilizamos para diluir una solución.
Hay 2 tipos principales de diluciones: simple y en serie.
Referencias
- Manual de Microbiología Práctica Básica. Sociedad de Microbiología General.
- Libretextos. (2022, 12 de junio). 11.4: Diluciones y concentraciones. LibreTextos de Química.
- Sapkota, A., Morg, Nafisa, Daniyal, Ogugbara, I., Manyonge, D., ferahtia_fs, Singh, D., Sawaira, Romano, D. R., Vishwathi, shah, T., Getahun, N., & Nwachukwu. (2022, 2 de mayo). Dilución seriada-definición, fórmula, calculadora, procedimiento, uso. Notas sobre microbios. Recuperado el 22 de junio de 2022
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