SOLUCIONES

Cuando adicionamos dos o mas sustancias sin que se produzca reacción entre ellas y cada una conserva sus propiedades individuales, decimos que hemos preparado una mezcla.

Las mezclas homogéneas se llaman soluciones, Por lo tanto, una solución puede definirse como una mezcla de dos o más componentes en una sola fase. Por lo general, el componente que esta en mayor proporción recibe el nombre de solvente (A) y el de menor proporción, es el soluto (B). En el ejemplo inicial, el agua y la sal son el soluto y el solvente respectivamente.

SOLUBILIDAD.

Los gases se mezclas fácilmente entre si y lo hacen en cualquier proporción para formar soluciones en fase gaseosa. Ciertos pares de líquidos, como el metanol y agua también lo hacen en cualquier proporción, sin embargo otras sustancias tienen un intervalo limitado de solubilidad, por lo que generalmente se usa los términos solubles, escasamente solubles e insolubles, para describir la tendencia de solubilidad de un determinado soluto en un solvente, a una temperatura dada.

UNIDADES QUÍMICAS

Molaridad (M)

Se define como la cantidad de moles de soluto B por cada litro de solución, donde el número de moles se calcula dividiendo peso (g) entre el peso formula (PF).

w(g) de B / PM moles de B M = =

V( L )de sol. V(L)

Ejemplo 1;1

¿Cuál es la molaridad (M) de una solución, si en 600 mL de la misma se encuentran disueltos 30 g de NaOH? PM=23+16+1

30 g de NaOH moles de NaOH = = 0,75 moles

40 g/mol

0,75 moles M = = 1,25 mol/L

0,6 LEjemplo 2:

A 100 mL de una solución 0,5 M se le agrega 500 mL de otra cuya concentración es de 1,5 M, ambas de HCℓ. ¿Cuál es la M de la solución resultante?M= N/V(L) MxV=Nmoles de HCℓen 100 mL = 0,10 L x 0,5 mol / L = 5,00 x 10– 2 moles

moles de HCℓ en 500 mL = 0,50 L x 1,5 mol / L = 7,5 x 10–1 moles

moles totales (0,05 + 0,75) moles M = = V total 0,60 L

M = 1, 33 mol /L

moles M = (1) V

Moles= w(g) (2) PM (g/mol)

2

W = MxVxPM

Normalidad (N)

Se define como el número de equivalentes de soluto B presentes en un litro de solución; y el número de equivalentes se calcula dividiendo el peso en gramos entre el peso equivalente; donde el peso equivalente viene a ser el peso formula (PM) entre la valencia ()

La valencia () de un ácido es igual al número de H +, para una base o hidróxido es igual al número de OH–, para una sal la carga total positiva o negativa y para agentes oxidantes y reductores el total de electrones transferidos.

Ejemplo 3:

Sustancia H2SO4 HNO3 H3PO4 NaOH Ca(OH)2 Na2SO4 Fe2 (SO4)3 CaF2

() 2 1 3 1 2 2 6 2

Así, para el H2SO4, es 2 y el PM es 98g/mol, entonces el peso equivalente de este ácido será 49

De tal forma que la normalidad finalmente se expresa como: (1)

Nº eq-gr = w Pequiv = PM Pequiv

W= Nº eq-gr x Pequiv

3

Nº eq-gr de soluto N = Volumen (L)

W= NxV(L)x PM Y W = MxVxPM

NxV(L)x PM = MxV(L)xPM

N= Mx

Ejemplo 4:

¿Cuál es la N de 100mL de solución que contiene 10 g de H2SO4?

10 g Nº de eq-gr 49g/eq-gr N = = = 2,04 eq-gr / L

V (L) 0,100 L

N = 2,04 eq-gr / L

Ejemplo 5:¿Qué volúmenes de soluciones de H2SO4 5 N y 1,5 M se deben mezclar para obtener 1 L de solución 1,8 M del mismo ácido?

N = M x donde = 2; entonces 5 N = 2,5 M

Nº de moles = M x V

Moles totales M1 V1 + M2 V2

M mezcla = 1,8 M = = Volumen total (L) V1 + V2

Pero V1 + V2 = 1 L entonces V1 = 1 – V2

Reemplazando en la expresión anterior

4

M1 (1 – V2 ) + M2 V2 2,5 (1 – V2 ) + 1,5 V2 1,8 = = 1 1

de donde: V2 = 0,7 L = 700 mL y V1 = 300 mL

Fracción Molar (X) Es la relación de moles de un componente con respecto al total de moles y se representa como: n i

Xi = n total

Ejemplo 6:

¿Cuál es la fracción molar del metanal (HCHO), en una solución que contiene 60 g de aldehído y 144 g de H2O? (PFHCHO=30 y PFH2O = 18)

n CH3OH = 60 / 30 = 2 moles n H2O = 144/ 18 = 8 moles

n HCHO 2 Xi CH3OH = = = 0,20 n HCHO + n H2O 10

n H2O 8 Xi H20= = = 0,80 n HCHO + n H2O 10

DILUCIONES

Por lo general, en el laboratorio, se guardan las soluciones sobrantes, sobre todo si son las concentraciones altas o relativamente altas, éstas sirven para preparar otras soluciones más diluidas agregando agua; a este proceso se le conoce como dilución, y se usa la siguiente relación:

Ejemplo 75

C 1 x V1 = C2 x V2

¿Cuantos mL de una solución 0,5 M se puede preparar por dilución a partir de 20 mL de solución 2,5 M de NaOH?

M 1 x V1 = M2 x V2 2.5Mx 0.02L = 0.5 M xV2

V2 = 100 mL

TITULACIÓN Y VALORACIÓN

Se puede establecer la concentración de una solución de ácido o base en particular a través de un proceso llamado titulación. Para lo cual, se prepara una solución estándar de concentración exacta, por ejemplo de Na2CO3, la que servirá de patrón, Para determinar la concentración de un ácido, se mide con una pipeta un volumen exacto de solución estándar, se coloca en un matraz y se le agrega unas gotas de indicador (en este caso anaranjado de metilo) ; y en una bureta se coloca el ácido de concentración desconocida , de deja caer lentamente el ácido hasta que una gota en exceso modifica el color del indicador . Este es el punto final de la titulación y debe leerse exactamente el volumen de ácido gastado. Para determinar la concentración de una base se utilizara el ácido como nueva solución estándar

El punto donde han reaccionado cantidades iguales de equivalentes de ácido y base se llama punto de equivalencia y en cada caso se buscara el indicador adecuado. La concentración desconocida se calcula utilizando la siguiente relación:

Ejemplo 8

¿Cuál es la normalidad de una solución de KOH si 60 mL de este hidróxido se neutralizó con 20 mL de un HCℓ que fue estandarizado con 30 mL de una solución estándar 0,10N?

Nº de Eq. de sol. estándar = Nº de eq de HCℓ

6

( VxN)acido = (VxN) base

M 1 x V1 = M2 x V2

Nº de eq-gr = V x N Nº eq-gr de soluto N = Volumen (L)

0,030L x 0,10eq-gr./L = 3,0 x 10–3 eq-gr. de sol. Estándar = Nº eq-gr de HCℓ

Luego: Nº eq-gr KOH = Nº eq-gr de HCℓ

0,060 L x N eq./L = 3,0 x 10–3 eq-gr.

Entonces N KOH = 5,0 x 10–2 eq-gr/L.

Ejemplo 9

Se mezcla 150 mL de NaOH 0,5 N con 300 mL de HCℓ 0,2 N¿Cuál será la normalidad de HCℓ y NaOH en la solución resultante? 1NaOH + 1HCℓ 1 NaCℓ + 1 H2O Donde la reacción se produce de equivalente a equivalente, es decir: 1eq-gr. de NaOH reacciona con 1eq-gr. de HCℓ para producir un 1eq-gr de NaCℓ y 1eq-gr de H2O

# eq-gr de NaOH = NxV = 0.5Nx0.15L= 0,075 y # de eq-gr de HCℓ = 0.2N x 0.3L = 0,060

Entonces 0,06 eq-gr de HCℓ se neutralizan con 0,06 eq-gr. de NaOH quedando un exceso de 0,015 eq-gr. De NaOH en un volumen de 450 mL NNaOH = 0,015 eq./0,45L = 0,033

y NHCℓ = 0.06 eq./ 0,45 L = 0,13eq/L

PROBLEMAS PROPUESTOS

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1.- ¿Cuántos mL de agua de deben agregar a 500mL de una solución 2,5M de HNO3 para obtener una solución 0,5 N del mismo ácido?

Resp. 2 000 mL

2.- Calcular la N y la m de una solución de NH3, con densidad 0,93 g/mL y que contiene 17,19 % en peso de NH3 .

Resp. 9,4 N y 12,2 m

3.- Una solución de Na2CO3 de densidad 1,05 g/mL contiene 10,22 % de Carbonato anhidro. Calcular el volumen de la misma que podría dar lugar por evaporación a 100 g de carbonato hidratado Na2CO3.10 H2O.

Resp. 346 mL

4.- ¿Cuántos mL de H2SO4 de densidad 1,19 g/mL y 93,2 % en peso, se necesita para preparar 500 mL de solución 1,5 M?

Resp. 66,27mL

5.- ¿Cuál es la normalidad de 400mL de una solución que contiene 29,42g de K2Cr2O7 , si dicha solución participa en la reacción

redox: Cr2O72– + S2– Cr2

3+ + S Resp. 1,5

Ejercicios 1

1.- ¿Cuál es la molaridad de 500mL de solución que se preparó a Partir de 20g de NaOH con 10% de humedad?

A) 1,80M B) 0,90M C) 2,25M D) 0,50M

2.- Calcule la normalidad de 2000 mL de solución que contiene 196g de H2SO4

A) 1.0N B) 1,5N C) 2,0N D) 3,5N

3.- Establezca la relación solución – número de equivalentes y Marque la respuesta: N = Mx

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a) 250 mL 0,5 N de HCℓ =0.125 (b) 0,100

b) 500 mL 0,1 M de H2SO4 = 0.1 (a) 0,125c) 300 mL 1,0 N KOH = 0.3 ( d ) 0,030d) 50 mL 0,3 M Na2CO3 = 0.03 ( c ) 0,300

A) badc B) abdc C) cbad D) dbac

4.- ¿Cuál es la normalidad (N) de 500 mL de sol. De H2SO4, si Para neutralizarlo se necesita 25 mL de NaOH 0,5 N?

A) 0,350 B) 0,025 C) 0,125 D) 0,045

5.- ¿Cuál es el porcentaje en peso de CaCO3 de una muestra de 5 g, disuelta en agua si para neutralizar el carbonato se gastó 300 mL de HCℓ 0,2 N?

W = 0.06eq-gr W = 0.06 x 50 = 3gr Pequiv

A) 50 B) 30 C) 80 D) 60

6.- ¿Cuál es la normalidad de la solución que resulta de mezclar600 mL de NaOH 0,5 N y 900 mL de HNO3 0,3 N?

0.6Lx0.5N = 0.3 eq-gr NaOH 0.9L x 0.3N = 0.27 eq-gr HNO3 N = 0.57 eq-gr solución = 0.38eq-gr/L 1.5L

A) 2,0x10 –5 B) 1,5x10–4 C) 3.8x10–2 D) 2,5x10–4

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N x 0.5L = 0.5N x 0.025L

eq-gr CaCO3= 0.2N x 0.3L = 0.06 eq-gr

Ejercicios 2

1.- ¿Cuál de las siguientes muestras de materia es una solución?

A) Br(ℓ) B) vinagre C) ozono D) concreto

2.- ¿Cuál de las siguientes corresponde a la definición de solubilidad?

A) máxima cantidad de solvente en 1 L de soluciónB) gramos de soluto por cada 100 g de solvente en una solución

saturada, a una determinada temperaturaC) cualquier cantidad de soluto en una solución acuosaD) la capacidad que tiene el agua de disolver a cualquier sustancia

3.- ¿Cuales de las siguientes no es una unidad de concentración?

A) Molaridad B) Normalidad C) Viscosidad D) Porcentaje

4.- ¿Cuántos gramos de CaCℓ2 están disueltos en 400g de solución al 10% en peso?

A) 10 B) 20 C) 40 D) 30

5.- En 1,5 L de una solución 2M hay _______ moles de NaOH , lo que equivale a ______ gramos de esta sustancia ( PF NaOH = 40).

A) 1,0 – 40 B) 3,0 – 120 C) 1,5 – 60 D) 3,0 – 40

6.- Cuando tenemos un malestar estomacal y consumimos un Antiácido, es para:

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A) Aumentar la concentración de ácido en el estómagoB) Evitar la segregación de ácido por el estómago C) Impedir que el estómago funcioneD) Neutralizar el exceso de ácido en el estómago

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