APUNTES Nº 9 SOLUCIONES

DEFINICION DE SOLUCION:

“ MEZCLA HOMOGÉNEA DE DOS O MÁS COMPONENTES “

TIPOS DE SOLUCIONES:

- SOLUCIONES LÍQUIDAS- SOLUCIONES SÓLIDAS ( ALEACIONES) POR EJEMPLO EL BRONCE , FORMADO

POR COBRE Y ZINC ( LAS SOLUCIONES QUE INTERESAN EN ESTE CAPÍTULO SON LAS SOLUCIONES LÍQUIDAS)

TODA SOLUCIÓN ESTA FORMADA POR UN SOLUTO Y UN SOLVENTE O DISOLVENTE

SOLUTO: SUSTANCIA SÓLIDA O LIQUIDA QUE SE DISUELVE EN UN SOLVENTE O DISOLVENTE.

POR EJEMPLO: CUANDO SE DISUELVE SAL COMÚN EN AGUA. LA SAL CORRESPONDE AL SOLUTO Y EL AGUA AL DISOLVENTE O SOLVENTE.

CUANDO SE DISUELVE ALCOHOL EN AGUA , EL SOLUTO ES EL ALCOHOL Y EL AGUA EL SOLVENTE O DISOLVENTE.

SOLVENTE Ó DISOLVENTE : CORRESPONDE AL LÍQUIDO QUE DISUELVE AL SOLUTO

EJEMPLOS DE DISOLVENTES : AGUA , ALCOHOL, Y UNA GRAN MAYORÍA DE COMPUESTOS ORGÁNICOS: CETONAS , ÉTERES, ALCOHOLES ETC.).

(EN ESTE CAPITULO INTERESAN LAS SOLUCIONES EN QUE EL SOLVENTE ES EL AGUA Y SE DENOMINAN SOLUCIONES ACUOSAS.)

UNA SOLUCIÓN GENERALMENTE ES TRANSPARENTE, AUNQUE PUEDE SER COLOREADA Y PASA A TRAVÉS DE LOS FILTROS.

GENERALMENTE SE REQUIEREN MEDIOS FÍSICOS PARA SEPARAR EL SOLUTO DEL SOLVENTE (EJ. EVAPORACIÓN, DESTILACIÓN)

SOLUBILIDAD:

“ CANTIDAD DE SOLUTO NECESARIA PARA FORMAR UN SOLUCIÓN SATURADA EN UNA CANTIDAD DADA DE SOLVENTE A UNA TEMPERATURA DADA.”

“LA SOLUBILIDAD DEL NaCL (SAL COMÚN) EN AGUA A OºC ES DE 35.7 GRAMOS EN 100 Gr DE H2O” .

ES DECIR, QUE SI SE MEZCLAN 35.7 GRAMOS DE NACL EN 100 Gr Ó 100 ML DE AGUA SE OBTIENE UNA SOLUCION SATURADA DE NACL

CUANDO LA CANTIDAD DEL SOLUTO ES INFERIOR SE TIENE UNA SOLUCIÓN NO-

SATURADA. MIENTRAS MENOS SOLUTO, EN ESTE CASO , DE NACL, SE DISUELVAN EN 100 ML DE AGUA, SE OBTIENEN SOLUCIONES CADA VEZ MAS DILUIDAS.

UNA SOLUCIÓN PUEDE SER SOBRE-SATURADA, CUANDO LA CANTIDAD

DE SOLUTO SUPERA SU SOLUBILIDAD EN UN DETERMINADO

SOLVENTE .

EN ESTE CASO LA CANTIDAD DE SOLUTO ES MAYOR, Y QUEDA VISIBLEMENTE SOLUTO SIN DISOLVER.

FACTORES QUE AFECTAN LA SOLUBILIDAD

1. EFECTO DE SOLUTO Y SOLVENTE EN GENERAL CUANDO EL SOLUTO TIENE CARACTERÍSTICAS SIMILARES AL SOLVENTE AUMENTA LA SOLUBILIDAD.

POR EJEMPLO CUANDO TIENE SIMILAR POLARIDAD (UN SOLUTO IÓNICO SE DISOLVERÁ CON MAYOR FACILIDAD EN UN SOLVENTE IÓNICO)

2. EFECTO DE LA TEMPERATURA

EN GENERAL, LA SOLUBILIDAD AUMENTA CON LA TEMPERATURA ( ESTE ES UN PROCESO ENDOTÉRMICO)

CUANDO EL PROCESO ES EXOTÉRMICO SE PUEDE DAR UNA DISMINUCIÓN DE LA SOLUBILIDAD.

EN EL CASO DE LOS GASES LA SOLUBILIDAD DISMINUYE CON EL AUMENTO DE LA TEMPERATURA.

3. EFECTO DE LA PRESION

LA SOLUBILIDAD DE LÍQUIDOS Y SÓLIDOS NO SON AFECTADOS POR LA PRESIÓN. EN CAMBIO LA PRESIÓN AFECTA LA SOLUBILIDAD DE LOS GASESA MAYOR PRESION AUMENTA LA SOLUBILIDAD DE LOS GASES

CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONES:

DEFINICIÓN DE CONCENTRACIÓN:

ES LA RELACIÓN DE CANTIDAD DE SOLUTO PRESENTE EN UNA CANTIDAD ESPECÍFICA DE SOLUCIÓN O SOLVENTE.

SOLUCIONES DILUIDAS:

ES UNA SOLUCIÓN CON UNA CONCENTRACIÓN DE SOLUTO RELATIVAMENTE PEQUEÑA

SOLUCIONES CONCENTRADAS:

ES UNA SOLUCIÓN CON UNA CONCENTRACIÓN DE SOLUTO RELATIVAMENTE ALTA

UNIDADES DE CONCENTRACIÓN

- UNIDADES FÍSICAS- UNIDADES QUÍMICAS

Unidades Físicas:

Se expresan en función del porcentaje: - porcentaje peso en peso ( % p / p)- porcentaje peso volumen ( %p /v )- porcentaje volumen en volumen (% v / v )

Unidades Químicas:

- Molaridad- Normalidad- Molalidad- Fracción Molar

Instrumentos que se utilizan para prepara soluciones:Balanzas analíticas – Vasos de precipitados – Probetas – pipetas – matraces de aforo

UNIDADES FÍSICAS

PORCENTAJE PESO EN PESO (% p/p)

Indica la masa de soluto disueltos en 100 gramos de solución

masa de soluto% p/p = ----------------------------- x 100

masa de la solución

Problema 1.

Se prepara una solución disolviendo 7.0 gr de NaHCO3 (bicarbonato de sodio) en 100 gr de agua. Calcular la concentración en %p/p de la solución.

7.0 gr % p/p = ------------- x 100 = 6.5 % p/p 170 gr

Otra forma de resolver este problema: Existen 7.0 gr del soluto .... en …….170 gr de solución X gr del soluto ...... en .........100 gr de solución

X = 6.5 gr de soluto / 100 gr de solución X = 6.5 % p/p

Problema 2.

¿ Cuántos gramos de NaCl y cuantos ml de agua se requieren para preparar 150 gr de solución al 4.0 % p/p

4.0 gr de NaCl -------------------- 100 gr de solución X gr de NaCl ------------------- 150 gr de solución

X = 6.0 gr de NaCl y 144 ml de agua

Preparación:

1. Se pesan 6.0 gramos de NaCl y se pone dentro de un vaso2. Se miden lo más exactamente posible 144 ml de agua y se añaden al vaso que

contiene la sal3. Se agita para disolver4. Se transfiere a un frasco ó botella y se etiqueta

Problema 3

Preparar 500 gr de solución de H2SO4 al 10 % p/p , a partir de un H2SO4 concentrado de 98 % p/p y densidad 1.8 gr /ml

Paso Nº1 10 gr de H2SO4 ...........100 gr de solución X gr de H2SO4 ………… 500 gr de solución

X = 50 gr de H2SO4 (puros)

Paso Nº 2

100 gr de solución ....................... 98 gr puros de H2SO4

X gr de solución ....................... 50 gr puros de H2SO4

X = 51.02 gr de sol. de H2SO4 concentrado

Paso Nº 3

1.8 gr de H2SO4 ............................. 1 ml de la solución conc.51.02 gr de H2SO4 ...........................X ml de la solución conc. X = 28.3 ml de la soluc. conc.de H2SO4

Preparación:

Se miden con un instrumento volumétrico ( pipeta) 28.3 ml de la solución concentrada. de H2SO4La cantidad de agua se calcula de la siguiente manera:

28.3 ml del H2SO4 pesan 51.02 - 500 gr = 448.8 ml ó gr de H2O

PORCENTAJE PESO / VOLUMEN

Def: masa de soluto disuelta en 100 ml de solución

Prob. 1.

Se disuelven 30 gr de NaCl en 500 ml de solución. Calcular el % p/v de la solución

30 gr de NaCl ............................ 500 ml de soluciónX gr de NaCl.............................. 100 ml de solución

X = 6 %p/v

Prob 2

Preparar 1 litro de solución de KNO3 ( nitrato de potasio ) al 15 % p/v

15 gr de KNO3 ........................... 100 ml de soluciónX gr de KNO3 ...........................1000 ml de solución

X 150 gramos

Preparación:

1. Se pesan 150 gr de la sal

2. Se disuelve en suficiente agua hasta completar 1lt de solución

Prob.3

Preparar 500 ml de solución de HNO3 al 10 % p/v , a partir de un HNO3 concentrado de 63 % p/p y densidad 1.3 gr/ml

Paso 1:

100 ml de solución .......... deberán existir .........10 gr de HNO3

500 ml de solución ..............................................X gr de HNO3

X = 50 gr de HNO3 puros

Paso 2

100 gr de solución de HNO3 conc.............63 gr puros de HNO3

X gr de solución de HNO3 conc. .......... 50 gr puros de HNO3

X = 79.36 gr = 79.4 gr de solución de HNO3 conc.

Paso 3

1.3 gr de solución de HNO3 ..................... 1 ml de la solución

79.4 gr de solución de HNO3 .....................x ml de la solución

X = 61.1 ml de la solución conc. de HNO3

PORCENTAJE VOLUMEN – VOLUMEN

Def: Volumen de soluto (ml) disueltos en 100 ml de solución

Ejemplo:

Solución 20 % v/v . Significa qué: En 100 ml de la solución existen disueltos 20 ml del soluto

Nota: Este tipo de expresión de concentración se utiliza preferentemente en soluciones alcohólicas

Por ejemplo : Un Pisco de 35 0, significa que por cada 100 ml de pisco existen disueltos 35 ml de alcohol etílico al 100 %

( Se podría calcular la cantidad de alcohol etílico que se ingiere al beber 1 lt de Pisco de cualquier graduación

UNIDADES QUÍMICAS

1. MOLARIDAD (M) :

Cantidad de moles de soluto disueltos el 1 litro de solución

moles de soluto M = ----------------------- moles/L Litros de solución

Ejemplos:

- Solución de KOH ( hidróxido de potasio) 0.5 M

“ Por cada Litro de solución de KOH, existen disueltos 0.5 moles de KOH “( se podrían calcular los gramos de KOH, ya que se sabe que moles = gr / PM)

Calcular la M de una solución que contiene 4.46 moles de KOH en 3 litros de solución

Moles 4.46M = --------- M = ---------------- = 1.49 Molar ó (M) L 3

- Cuantos moles de HCl existen en 200 ml de una solución 0.50 M de HCl

1000 ml de soluc. de HCl ..........0.5 moles de HCl 200 ml de soluc. de HCL …… X moles de HCL

X = 0.1 mol de HCl

( Se podrían calcular los gramos , ya que los moles= gr / PM)

- Preparar 500 ml de solución de NaOH 0.3 M

1 L de solución .....................0.3 moles de NaOH 0.5 L de solución ................... X moles de KOH

X = 0.25 moles de KOH ( esta cantidad hay que transformarla a gramos)

gr = moles x PM gr = 0.25 x 56.09 gr = 14.02 gr de KOH

-Preparar 500 ml de solución 0.3 M de H2SO4 , a partir de una solución de H2SO4 concentrada de 98 % p/p y densidad 1.80 gr / ml

Paso 1: 1 L de soluc. ....................... 0.3 moles de H2SO4 0.5 L de soluc ...................... X moles de H2SO4

X = 0.15 moles de H2SO4

X = 14.7 gramos de H2SO4 Paso 2:100 gr de sol. H2SO4 conc………….98 gr puros de H2SO4 X gr de soluc. de H2SO4 conc. .....14.7 gr puros de H2SO4

X = 15 gr de solución de H2SO4 conc.

Paso 3

(POR LA DENSIDAD, SE PUEDE SABER ; QUE)

1 ml de la soluc. conc. ......................... 1.8 gr puros de H2SO4X ml de la soluc. conc. ....................... 15 gr puros de H2SO4

X = 8.3 ml de soluc de H2SO4 conc

3. NORMALIDAD (N)

DEFINICIÓN:

ES EL NÚMERO DE EQUIVALENTES GRAMOS (EQ-GR) DE UN SOLUTO DISUELTOS EN 1 L DE SOLUCIÓN.

gr de soluto eq-gr soluto = ---------------------------------------- Peso de 1 equivalente gramo (Peq-gr)

EL PESO EQUIVALENTE ES UNA FRACCIÓN DEL PESO MOLECULAR:

Acido : PMPeq-gr ácido = ----------------------------- H+ reemplazables

PMHCl Peq-gr = -------- 1 PMH2SO4 Peq-gr = -------- 2 PMH3PO4 Peq-gr = -------- 3

Hidróxido o Bases

PMPeq-gr= ---------- OH- reemplazables

PMPeq-gr NaOH = --------- 1

PMPeq-gr Ca(OH)2 = -------- 2

PMPeq-gr Fe(OH)3 = -------- 3

SALES

PMPeq-gr = ---------- Carga total del catión o anión

PMPeq-gr NaCl = -------- 1

PMPeq-gr CaCl2 = ----------

2

PMPeq-gr Na2SO4 = ---------- 2

PMPeq-gr Al2(SO4)3 = --------- 3

PROBLEMAS TIPOS

1.- Calcular la N de una solución que contiene 0.70 gr de NaOH disueltos en 2 litros de solución

eq-gr del NaOH N = --------------------------- ; L de solución gr eq-gr de NaOH = ---------- Peq-gr

0.70 eq-gr de NaOH = ---------- = 0.0175 eq-gr 40 0.0175 N = ----------- 2 N = 0.0088 N ( eq-gr / L )

2. Preparar 500 ml de solución de H2SO4 0.25 N , a partir de una solución concentrada de H2SO4 de concentración 98% p/p y densidad = 1.8 gr/ ml

Paso 1 : 0.25 eq-gr de H2SO4 ................... 1 L de solución X eq-gr de H2SO4 .................. 0.5 L de solución

X = 0.125 eq-gr de gr = eq-gr x Peq-gr

98 gr = 0.125 x ---------- = 6.13 gr de H2SO4 puros 2

Paso 2 : ( Se utiliza la concentración del ácido del 98 % p/p)

100 gr de solución de H2SO4 ................ 98 gr puros de H2SO4 X gr de solución de H2SO4 ................ 6.13 gr puros de H2SO4

X = 6.2555 gr de solución (aproximando) X = 6.36 gr de solución

Paso 3 ( Se utiliza la densidad d= 1.8 gr/ ml)

1 ml de solución de H2SO4 ............... 1.8 gr de H2SO4 X ml de solución de H2SO4 ...............6.36 gr puros de H2SO4

X = 3.5 ml de solución del ácido concentrado

MOLALIDAD (m)

Moles de soluto Molalidad = ------------------------ Kgr de solvente

Calcular la molalidad de una solución formada por 0.55 gr de NaOH disueltos en 0.8 Kgr de agua ( 8 L de agua)

moles de NaOH m = ------------------------- Kg del solvente

gr de NaOH Moles de NaOH = -------------------------- PM

0.55 moles = ------------ = 0.01375 moles 40

0.01375 m = ----------- = 0.017 molal 0.8

FRACCIÓN MOLAR (X)

DEFINICIÓN: NÚMERO DE MOLES DEL SOLUTO DIVIDIDO ENTRE EL NÚMERO TOTAL DE MOLES

DE LOS COMPONENTES DE LA SOLUCIÓN

( MOLES DE SOLUTO + NÚMERO DE MOLES DEL SOLVENTE)

LA SUMA DE LAS FRACCIONES MOLARES DE TODOS

LOS COMPONENTES EN LA SOLUCIÓN DEBE SER

IGUAL A LA UNIDAD (1)

moles de solutoX (soluto) = -------------------------------------------------- moles de soluto + moles de solvente

moles del solventeX (sovente) = ------------------------------------------ moles de soluto + moles de solvente

Ejemplo:

Calcular la fracción molar de los componentes de una solución que contiene 36 gr de H2O y 46 gr de glicerina (C3H5 (OH)3

36.0moles de H2O = -------------- = 2 moles 18.0 46.0moles de glicerina = -------------- = 0.50 moles 92.0

2.0XH2O = --------------------- = 0.80

2.0 + 0.50

0.50Xglicerina = --------------- = 0.20

2.0 + 0.50

(Verificación ) : 0.80 + 0.20 = 1.0

PROCESO DE DILUCIÓN

ES MUY FRECUENTE QUE SOLUCIONES O REACTIVOS MUY CONCENTRADOS DEBEN DILUIDOS CON UN SOLVENTE APROPIADO Y DE ESA MANERA OBTENER SOLUCIONES MENOS CONCENTRADAS.

SE PODRÍA DECIR QUE EL PROCESO DE DILUCIÓN SE REALIZA CUANDO A UNA SOLUCIÓN ACUOSA ( SOLVENTE ES EL AGUA ) SE AÑADE MÁS CANTIDAD DE AGUA Y OBTENER UNA SOLUCIÓN DILUIDA O DE MENOR CONCENTRACIÓN.

Problema Tipo:

Se tienen 20 ml de una solución de HCl de concentración 0.020 M , se adiciona agua hasta completar 100 ml de solución

Calcular su nueva concentración: 0.2 M

PARA EFECTOS DE CÁLCULOS HAY QUE TENER PRESENTE QUÉ:

“ CUANDO SE PROCEDE A DILUIR UNA SOLUCIÓN CUYA CONCENTRACIÓN ESTÁ EXPRESADA EN MOLAR, EL NÚMERO DE MOLES DE LA SOLUCIÓN CONCENTRADA ES EL MISMO NÚMERO DE MOLES DE LA SOLUCIÓN DILUIDA”

V1 x M1 = V2 x M2

de donde:

V1 : volumen de la solución concentradaM1 : molaridad de la solución concentrada

V2 : volumen de la solución diluidaM2: molaridad de la solución diluida

Ejemplos:

Qué molaridad tendrá una solución resultante cuando 750 ml de NaOH 5.0 M es diluida a un volumen de 1800 ml Resp: 2.08 M

Qué volumen de agua en ml se requiere para diluir 11 ml de solución de HNO3 0.45 M a una concentración de 0.12 Resp: 30 ml de agua.