Soluciones o Disoluciones químicas

O.A.: Aplicar unidades físicas y químicas en ejercicios de resolución de problemas. Habilidades: Analizar, evaluar y aplicar información.

SOLUCIONES

SOLUTO SOLVENTE

SEGÚN EL ESTADO

FÍSICO DEL

SOLVENTE

SÓLIDA LÍQUIDA GASEOSA

mezclas homogéneas de dos

sustancias:

Cuando un sólido se disuelve en un líquido las

partículas que lo forman quedan libres y se

reparten entre las moléculas del líquido que se

sitúan a su alrededor.

Sólido

(NaCl)

Líquido

(H2O) Disolución

Son mezclas homogéneas de dos sustancias: soluto y solvente.

a) Soluto: es la sustancia que se disuelve

b) Solvente: o disolvente , es el medio donde se disuelve el

soluto.

Según el estado físico del disolvente, las soluciones pueden ser

sólidas, líquidas gaseosas.

TIPOS COMUNES DE DISOLUCIONES

Estado de la

disoluciónDisolvente Soluto Ejemplo

Gas

Líquido

Líquido

Líquido

Sólido

Gas

Líquido

Líquido

Líquido

Sólido

Gas

Gas

Líquido

Sólido

Sólido

Aire

Cava

Vinagre

Agua de mar

Latón

¿Cuánto soluto se puede disolver en una cantidad dada de disolvente?

Si vamos añadiendo soluto (sal común) poco a poco, observamos que al principio se disuelve sin dificultad, pero si seguimos

añadiendo llega un momento en que el disolvente no es capaz de disolver más

soluto y éste permanece en estado sólido, “sedimenta” en el fondo del recipiente.

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SOLUBILIDAD

Una disolución se dice que está saturada cuando, a una

determinada temperatura, contiene la máxima cantidad

posible de soluto

A B C

Si añadimos un poco de sal en agua y agitamos, obtenemos una disolución (A)

Las dos sustancias forman una mezcla homogénea(B)

Si añadimos más sal, llega un momento que no se disuelve, y precipita al fondo (C)

Hablar de solución diluida o concentrada, resulta

muy inexacto. Por eso existen formas de

determinar cuantitavimante las concentraciones

de las soluciones. Existen dos tipos de unidades: - Unidades físicas

- Unidades químicas

UNIDADES DE CONCENTRACION

UNIDADES FÍSICAS DE CONCENTRACIÓN

Densidad d = m/v m = d xv v= m/d

Donde:

m : masa medida en [ g ]

v : volumen medido en [ ml ]

d : densidad medida en [ g / mL ]

Ejemplo: Un líquido de densidad 1,2 [ g / mL ] , ocupa un volumen de 60 [ mL ] . Calcula su masa.

m = 1,2 g/mL x 60 mL = 72 [ g ]

Sustancia Densidad en kg/m3 Densidad en g/c.c.

Agua 1000 1

Aceite 920 0,92

Gasolina 680 0,68

Plomo 11300 11,3

Acero 7800 7,8

Mercurio 13600 13,6

Madera 900 0,9

Aire 1,3 0,0013

Butano 2,6 0,026

Dióxido de carbono 1,8 0,018

Densidades de algunas sustancias

PORCENTAJE MASA / MASA ( % m/m)

m solución = m soluto + m solvente

( soluciones binarias )

Donde:

m solución : masa de la solución medida en [ g ]

m soluto : masa del soluto medida en [ g ]

m solvente : masa del solvente medida en [ g ]

m soluto

% ( m/m ) soluto =——————– x 100

m solución

Donde:

( % m / m ) soluto : porcentaje m / m de soluto

m soluto : masa del soluto medida en [ g ]

m solución : masa de la solución medida en [ g ]

PORCENTAJE MASA / VOLUMEN (%m/v)

m soluto

( m / v) soluto = ——————– x 100

V solución

Donde:

( % m / v ) soluto : % masa / volumen de soluto

m soluto : masa del soluto medida en [ g ]

V : volumen de la solución medido en [ ml ]

Ejemplo: Calcula el porcentaje masa / volumen de soluto de una solución formada por 80 [ g ] de soluto disueltos en 500 [ mL ] de solución. Si la densidad de la solución es 1,1 [ g / mL ] , calcula el porcentaje masa / volumen de solución.

80

% ( m / v ) soluto = ————– x 100 = 16 %

500

m solución = 500 × 1,1 = 550 [ g ]

m solvente = 550 – 80 = 470 [ g ]

470

% ( m / v ) solvente = ————— x 100 = 94 %

500

PORCENTAJE VOLUMEN / VOLUMEN (%v/v)

V soluto

( V / V ) soluto = —————— x 100

V solución

Donde:

( % v / v ) soluto : porcentaje volumen / volumen de soluto

v soluto : volumen del soluto medido en [ mL ] o en L

v : volumen de la solución medido en [ mL ] o en L

V solvente

% ( v / v ) solvente = ——————— x 100

v solución

Donde:

( % v / v ) solvente : porcentaje volumen / volumen de solvente

V solvente : volumen del solvente medido en [ mL ] o en L

V solución : volumen de la solución medido en [ mL ] o en L

UNIDADES QUÍMICAS DE CONCENTRACIÓN

Se llaman unidades químicas porque utilizan el mol como unidad a diferencia de las unidades anteriores que utilizan solamente unidades físicas .-Molaridad ( M o C) mol/L-Molalidad m mol/Kg-Fracción molar (adimensional)

MOLARIDAD ( M o C)

• Expresa el número de moles de soluto que hay en 1000 mL de solución o en 1 L de solución.

Molaridad M

M = n/ V donde M : molaridad mol/Ln : moles o nº de moles V : volumen el L

n= m / M.M. Donde: n: Moles o nº de molesm: masa en gramos de soluto

M.M.: masa molar del soluto en g/mol

Ejercicio

• Se tiene una solución de sulfato de aluminio Al2(SO4)3 2 M, con densidad 1.13 g/mL. Exprese estaconcentración en : % m/m y en % m/v

• El significado de 2M es : 2 mol de soluto Al2(SO4)3 ----------1 L de solución.

• 1L =1000 mL ; de la fórmula de la densidad d=m/v despejamos la masa, quedando: m= d x v ,reemplazando en ella: m=1,13 g/mL x 1000 mL= 1130 g de solución.

• Necesitamos la masa en gramos de soluto, de la expresión n=m/M.M. se obtiene que: m =n x M.M.,reemplazando: m= 2 mol x 342,18 g/mol=684,36 g de soluto

• M.M. Al2(SO4)3 = 2 M.A.(Al) + 3M.A.(S)+ 12M.A.(O)=342,18 g/mol

• Datos: % m/m Masa de soluto:684,36 g Masa de solución= 1130 g

• %m/m= masa de soluto/masa de la solución x 100

• %m/m= 684,36/1130x100= 60,56

• Datos %m/v : Masa de soluto=684,36 Volumen de solución=1000 L

• %m/v= masa de soluto/volumen de solución x 100

• %m/v= 684,36/1000 x 100= 68,44

Ejercicio

• La densidad de una solución de cloruro férrico 1.6 M es 1.175 g/mL.¿ cuál es su %m/m y cuál es su molalidad?

• 1,6 M significa 1,6 mol FeCl3 -------1000 mL de solución

• La masa de la solución es: m= d x v m= 1,175 g/mL x 1000 mL=1175 g de solución

• La masa en gramos de soluto es: m(g) FeCl3= 1,6 moles FeCl3 x 162,2 g/mol=

• m(g)FeCl3=259,52 g de FeCl3. Por lo tanto ya podemos determinar el %m/m de soluto en las solución:

• %m/m=masa de soluto/masa de la solución x 100= 259,52/1175 x 100=22,08%m/m

• Molalidad= moles de soluto/Kg de solvente

• Masa de solvente=masa de la solución-masa de soluto=1175g-259,520g=915,48g

• Molalidad=1,6 mol/0,91548Kg=1,75 mol/Kg de solvente.

Ejercicio:

Determine la molaridad de una solución de carbonato de sodio que se ha preparado disolviendo 5.02 g de carbonato

de sodio dihidratado (Na2CO3 x 2 H2O) hasta un volumen de 200mL de solución.

M=n /V(L) y n= masa en gramos/M.M. g/mol se obtiene:

M= masa en gramos/(M.M. g/mol x V(L)) datos que se necesitan:

M.M.g/mol (Na2CO3x2 H2O)= 2 M.A.Na + M.A.C+ 3M.A.O+ 4 M.A.H+ 2 M.A.O=142 g/mol

V(L)=200 mL=0,2 L

Reemplazando: M= masa en gramos/(M.M. g/mol x V(L))

M= 5,02 g/(142 g/mol x 0,2(L))=0,176 mol/L

Ejercicio:

Al terminar de efectuar un análisis de agua de río se encontró que contiene 13 ppm de ión calcio (Ca2+) ¿cuál es la molalidad del CaCl2 en una muestra de 100g de agua de río ? ¿cuál es el % m/m?

• Qué significa ppm: los mg de soluto contenidos en 1Kg de solvente o solución

• Qué significa ppm: los mg de soluto contenidos en 1Kg de solvente o solución• Datos del problema:

• ppm= 13 mg de ion calcio/1Kg de solvente= 13 mg de ion calcio/1000 g de solvente (agua)

• En 100 g de agua existirán cuántos mg de ion calcio?• 13 mg de ion calcio---------1000 g de agua

• x mg de ion calcio-------100 g de agua

• X= 13 mg ion calcio *100 g de agua/1000 g de agua = 1,3 mg de ion calcio

• En gramos: 1,3 mg de ion calcio*(1 g/1000 mg)=0,0013 g de ion calcio.

• Masa de soluto: 0,0013 g de ion calcio en moles=3,24 *10-5 moles de ion calcio.

• el ion calcio Ca2+ proviene de la sal de CaCl2 , la cual se disocia en un 100 % por electrolito fuerte, tenemos entonces: CaCl2→ Ca2+ + 2 Cl-

• la relación estequiométrica es: 1 mol de CaCl2 produce 1 mol de ion calcio y 1 mol de ion cloruro. Por lo que los moles de CaCl2 son iguales a los del ion Ca2+, esto nos señala entonces que los moles de CaCl2 serán 3,24*10-5 ya con estos datos podemos determinar la molalidad de la disolución:

• m=moles de soluto/masa de solvente en Kg

• m= 3,24*10-5 mol/ 0,1 Kg de agua= 3,24 *10-4 mol/Kg

• %m/m= masa de soluto/masa de la solución *100

• Necesitamos la masa de soluto en gramos, la cual lo obtenemos a partir de los moles:

• Masa(g)=M.M.(g/mol) * n(moles) ; M.M.(g/mol)CaCl2= M.A.Ca + 2 M.A.Cl=110,58 g/mol

• Masa(g)= 110,58 g/mol* 3,24*10-5 mol = 3,58 *10-3 g

• Masa de la solución= masa de soluto + masa de solvente= 3,58 *10-3 g + 100 g=100,00358 g

• Aplicamos la fórmula para determinar el % m/m:

• %m/m= masa de soluto/masa de la solución *100

• %m/m= 3,58 *10-3 /100,00358 *100= 3,58*10-3