Laboratorio N° 5 - PREPARACIÓN DE SOLUCIONES OBJETIVO:

• El alumno deberá ser capaz de manejar técnicas como la pesada, medir volúmenes exacto y conocer el material empleado en el trabajo con líquidos.

• El alumno deberá ser capaz de preparar soluciones de concentración conocida

a partir de un sólido y de un líquido; como también obtener otras soluciones diluidas a partir de una más concentrada.

• Realizar cálculos para la determinación de concentraciones exactas.

FUNDAMENTO TEÓRICO: En términos generales, una solución puede definirse como una mezcla homogénea de dos o más sustancias. Las soluciones pueden ser gaseosas, sólidas o líquidas, pero comúnmente cuando se habla de una solución se hace referencia a mezclas homogéneas de sólidos en líquidos y líquidos en líquidos.

Se denomina Solvente a la sustancia que disuelve y soluto a la sustancia disuelta, siendo el caso más frecuente cuando se disuelve el sólido en un líquido; pero en el caso de disoluciones entre líquidos o gases, esta distinción es arbitraria y solamente puede utilizarse para designar solvente al componente que se halla en mayor proporción.

A excepción de las soluciones gaseosas, la solubilidad de las sustancias es limitada. Llega siempre un momento en que el solvente no es capaz de disolver mayores cantidades de soluto. Este punto corresponde al límite de solubilidad de la solución y la solución se denomina saturada. En base a esto, el concepto de disolución puede definirse diciendo que es una mezcla homogénea cuya composición puede ser variada libremente hasta un límite definido: La saturación.

La solubilidad es una característica de cada sustancia y presenta un valor fijo a cada temperatura.

En ciertas condiciones se puede llegar a una concentración superior al límite de saturación y la solución se denomina Sobresaturada. Ordinariamente una solución en estas condiciones es muy inestable y basta una causa física cualquiera, como por ejemplo un simple movimiento del recipiente que contiene la solución, para que se separe el exceso respecto a la solubilidad límite de la sustancia disuelta.

La solubilidad de un líquido en otro puede ser limitada pero también ilimitada. Ejemplo del primero: éter en agua y del segundo, alcohol en agua. A veces la solubilidad es incompleta dentro de ciertos límites de temperatura, la que determina las llamadas lagunas de miscibilidad.

Al disolver un soluto en un solvente se observa un conjunto de propiedades que dependen solamente del número de partículas disueltas por unidad de volumen de solución y no de la naturaleza de las partículas, ellas son las Propiedades Coligativas y estas dan referencia a:

• Descenso de la presión de vapor del solvente en la solución. • Descenso del punto de congelación de la solución con respecto al solvente. • Ascenso del punto de ebullición de la solución con respecto al solvente

Presión Osmótica. Concentración: Se entiende por tal la cantidad de soluto existente por unidad de solución. La concentración puede expresarse en unidades físicas y en unidades químicas.

a) Porcentajes (% p/p y p/v): El primer término, se refiere a la cantidad en gramos de soluto que existen disueltos por cada 100 gramos de solución. El segundo término, el porcentaje peso/ volumen expresa la cantidad de soluto que hay disuelto en 100 ml de solución. Estas dos formas porcentuales de expresar la concentración de las soluciones están relacionadas entre sí, por medio de la densidad de la solución expresada en g/ml de la siguiente forma:

% p/p = g de soluto x 100 %p/v = g de soluto x 100 g de solución ml de solución % p/v = % p/p x d

Donde d = densidad b) Molaridad (M): Esta corresponde a la cantidad de soluto en moles, por cada litro

de solución, y está relacionada con las concentraciones porcentuales por la relación sencilla:

M = % p/p x d x 10 Donde d = densidad de ácido

Msoluto Ejemplo de cálculo de la molaridad: Preparar 250 ml de solución 0.1 M de NaOH (M=40 g/mol) Esto significa:

0.1 mol de NaOH 1.0 lt. de solución

Para preparar los 250 ml de solución de NaOH 0.1M se requiere: 0.1 mol/lt x 0.25 lt = 2.5 x 10-2 mol de NaOH Como sabemos que: m = n x PM m = 2.5 x 10-2 mol x 40 g/mol = 1.0 gr. de NaOH. Esta es la masa que se necesita, que luego se disuelve en agua destilada y se afora a 250 ml. c) Molalidad (m): Indica la cantidad en moles de soluto que existen por cada

kilogramo (1000g) de disolvente. d) Partes por millón (ppm): Esta forma de expresar la concentración de una solución

nos indica la cantidad en miligramos que existen por cada litro de solución. e) Normalidad (N): Esta unidad de concentración nos indica la cantidad de soluto en

equivalente-gramo (eq-g) que existen disueltos por cada litro de solución. El concepto de eq-g se refiere fundamentalmente en esta práctica a ácidos y bases. Se definirán como equivalente gramo de un ácido a la cantidad en gramos de este ácido que es capaz de ceder un mol de protones (H+) y de una base como la masa en gramos de ella que es capaz de ceder un mol de iones hidroxilos (OH-).

Con respecto al trabajo de laboratorio los problemas más comunes que debe enfrentar el alumno son:

A. Preparar una solución de una determinada concentración a partir de solución de mayor concentración. B. Preparar una solución de una determinada concentración a partir de un soluto sólido que debe disolverse en un solvente líquido. C. Diluír una solución. D. Mezclar soluciones similares pero de distintas concentraciones.

PARTE EXPERIMENTAL 1. Preparación de Soluciones: 1.1.Prepare la solución que el profesor le indicará oportunamente. Para ello: a) Calcule la masa de soluto necesaria b) Agregue la masa de soluto una vez pesada y trasládela a un vaso de precipitado,

agite continuamente hasta disolver el compuesto, utilizando pequeña cantidad de solvente.

c) Trasvasije a un matraz de aforo. d) Enrase hasta el aforo correspondiente, agite para homogenizar la solución. e) Cebar la botella donde se guardará la solución preparada, luego trasvasijar la

solución a la botella (puede ayudarse con la varilla de agitación) f) Rotule con nombre de la solución, concentración, fecha de preparación y nombre

de quién la realizó. 2. Disolución A partir de la solución por disolución, prepare la solución que el profesor le indique. Para esto mida con pipeta el volumen de la solución concentrada necesaria, vacíelo en el matraz de aforo que corresponda y añada agua destilada agitando continuamente hasta lograr el volumen requerido. Ejemplo de cálculo para preparar 250 ml de solución de HCI 0.05 (M=36,5 g/ml) a partir de otra solución más concentrada. Para preparar los 250 ml de solución de HCI 0,05M se requiere: a) medir la densidad del ácido concentrado (ácido de laboratorio) mediante un

densímetro: En una probeta que contiene el ácido de laboratorio, se introduce un densímetro patrón para obtener la densidad aproximada. Una vez conocida, se introduce el densímetro adecuado midiendo la densidad relativa de la solución. Se busca en una tabla de densidades el % p/p correspondiente a la densidad determinada experimentalmente, por ejemplo:

d % p/p 1.18 37.23 Con ambos datos se realizan los siguientes cálculos:

Cálculos de la concentración total del ácido de laboratorio: M = % x d x 10 = 37.23 X 1,18 X 10 = 12,04 mol/l Masa Molar 36,5

b) Conocida la concentración molar, se debe calcular el volumen necesario de ácido de laboratorio para preparar 250 ml de solución 0,05M de HCI (disolución). Aplicando la fórmula M1V1 = M2V2 de donde tenemos que: V1 = M2 V2/M1, reemplazando tenemos: V1 = 0.05 mol/l x 250 ml = 1,04 ml 12,04 mo/l a) Con una pipeta parcial se mide 1.04 ml de ácido de laboratorio, pasándolo a un

vaso de precipitados que contiene 40-50 ml de agua destilada. b) Agitar con una varilla y dejar enfriar. Ayudándose con la varilla de agitación

trasvasijar la solución a un matraz de aforo de 250 ml. c) Lavar el vaso de precipitados con 4-5 porciones de agua destilada y trasvasijar

nuevamente el matraz de aforo. d) Aforar la solución, homogenizar la solución y guardarla en una botella previamente

cebada. e) Rotular la botella con el nombre, concentración, fecha y nombre de la persona que

lo preparó. NOTAS: Todo el material a usar debe ser previamente lavado con detergente, luego con agua potable, y por último con agua destilada. 1. Si el factor de disolución es mayor a 10 debe realizarse con dilución intermedia. 2. El NaOH y KOH son sustancias higroscópicas.

CUESTIONARIO

1. ¿Porqué el matraz de aforo, además de la capacidad trae marcado 20°C? 2. ¿Qué ocurrirá si al agregar al solvente, éste sobrepasa la línea de aforo? 3. ¿Porqué es importante, enjuagar varias veces el vaso donde se disolvió el soluto? 4. ¿Cambiará la concentración de la solución si no se homogeniza? 5. Transforme la concentración de las soluciones de NaOH y HCI en g/l; % p/v y N. 6. ¿Qué son las sustancias higroscópicas? 7. Determine la cantidad de NaCI necesaria para preparar 200 ml de solución 2 ppm.