Captulo 5. SOLUCIONES

Jos Luis Barranzuela

5.1. Introduccin

Reacciones en solucin (sustancias disueltas: Naturaleza e industria:

Bioqumica Rxs cido base Neutralizacin Tratamiento de aguas

Veremos Clasificacin de soluciones Especial atencin: soluciones acuosas

http://tv.upc.edu/contenidos/preparacion-de-disoluciones (preparacin de soluciones)

5.2. Tipos de soluciones

Solucin = mezcla homognea (2 ms sustancias COMPONENTES)

Segn N de componentes: binarias, ternarias, cuaternarias n componentes

En la naturaleza: soluciones complejas (petrleo crudo: n componentes) simplificamos a soluciones binarias: 1 solvente y 1 soluto.

Solvente y soluto

Tradicionalmente: Solvente en > proporcin Soluto en < proporcin

Criterio ms ingenieril (econmico): Solvente - valioso Soluto en + valioso

Ejemplo: soluciones agua-alcohol etlico

Tipos de soluciones: estado de agregacin

Solucin Solvente Soluto Ejemplo

Gaseosa Gas

Gas Aire (79% N2 y 21% O2 v/v). Lquido -.- (si estn presentes gotas es un coloide).

Slido -.- (si estn presentes partculas es un coloide).

Lquida Lquido

Gas Bebidas carbonatadas (CO2 en agua)

Lquido Vinagre (cido actico en agua), bebidas alcohlicas (etanol en agua). Slido Azcar en agua, agua de mar.

Slida Slido

Gas Hidrgeno en paladio (aleacin). Lquido Tolueno en caucho (cemento de caucho).

Slido Aleaciones metlicas: acero, bronce, oro de 18 quilates.

Soluciones binarias acuosas

Solvente: AGUA solvente universal Solutos:

Slidos Lquidos Gases

Electrolitos y extensin de ionizacin

Solutos solubles en agua: Electrolitos Forman soluciones conductoras,

por disociacin o desdoblamiento de iones No electrolitos Forman soluciones no

conductoras Conductividad de soluciones

f(carga, concentracin y movilidad de iones)

5.3. Formacin de soluciones 5.3.1. Solubilidad en agua

NATURALEZA POLAR DEL AGUA

Proceso de solvatacin (hidratacin)

Disolucin de un cristal inico en agua

5.3.2. Tipos de solutos

Electrolticos Forman soluciones conductoras an a

bajas concentraciones

No electrolticos Forman soluciones poco conductoras

5.3.2. Tipos de solutos (2)

Electrolitos fuertes: se disocian totalmente en iones cidos fuertes: HCl H+ + Cl- Bases fuertes: NaOH Na+ + OH- Sales solubles: NaCl Na+ + Cl-

Electrolitos dbiles: se disocian de manera parcial cidos dbiles: CH3COOH H+ + CH3COO- Bases dbiles: NH3 + H2O NH4+ + OH-

Electrolitos fuertes

cido: sustancia que produce H+ (hidrogeniones)

Base: sustancia que produce OH- (hidroxilo u oxhidrilo)

Sal: sustancia inica que contiene catin H+ y anin OH- u xido (O2-).

Se forman por reaccin de cido y base

Disociacin y ionizacin

Disociacin de un compuesto inico

NaCl(s) Na+(aq) + Cl-(aq)

Ionizacin de un compuesto molecular

HCl(g) H+(aq) + Cl-(aq)

H2O

H2O

cido clorhdrico Cloruro de hidrgeno

cidos fuertes comunes

HCl cido clorhdrico HCl H+ + Cl- Cl- = anin cloruro

HBr cido bromhdrico HBr H+ + Br- Br- = anin bromuro

HI cido yodhdrico HI H+ + I- I- = anin yoduro

HNO3 cido ntrico HNO3 H+ + NO3- NO3- = anin nitrato

HClO4 cido perclrico HClO4 H+ + ClO4- ClO4- = anin

perclorato

HClO3 cido clrico HClO3 H+ + ClO3- ClO3- = anin clorato

H2SO4 cido sulfrico H2SO4 H+ + HSO4- HSO4- = anin

bisulfato o hidrogenosulfato

H2SO4 2H+ + SO42- SO42- = anin sulfato

Bases fuertes solubles

Hidrxidos de alcalinos y algunos alcalino-trreos: LiOH, NaOH, KOH, RbOH, CsOH, Ca(OH)2, Sr(OH)2 y Ba(OH)2.

Otros metales forman hidrxidos escasamente solubles hidrxidos insolubles; p. ej.: Cu(OH)2, Zn(OH)2, Fe(OH)2 y Fe(OH)3

cidos dbiles comunes

HF fluorhdrico HF H+ + F- F- = anin fluoruro CH3COOH actico CH3COOH H+ +

CH3COO- CH3COO- = anin acetato

HCN cianhdrico HCN H+ + CN- CN- = anin cianuro HNO2 nitroso HNO2 H+ + NO2- NO2- = anin nitrito

H2CO3 carbnico H2CO3 H+ + HCO3- HCO3- = anin bicarbonato HCO3- H+ + CO32- CO32- = anin carbonato

H3PO4 fosfrico

H3PO4 H+ + H2PO4- H2PO4- = anin dihidrgenofosfato H2PO4- H+ + HPO42- HPO42- = anin bifosfato HPO42- H+ + PO43- PO43- = anin fosfato

(COOH)2 oxlico (COOH)2 H+ + H(COO)2- H(COO)2- = an. hidrogenooxalato H(COO)2- H+ + (COO)22- (COO)22- = anin oxalato

Bases dbiles ms comunes

Son solubles en agua pero se ionizan parcialmente: Ej.: hidrxido de amonio = solucin acuosa de

amoniaco Amoniaco: NH3(g) Es un gas (puro) En solucin: NH3(g) + H2O(l) NH4+(aq) + OH-(aq)

cidos dbiles (1)

Se ionizan ligeramente (< 5%) * Vinagre = solucin al 5% de cido

actico: CH3COOH, ionizado en un 0,5% * La mayora son orgnicos (poseen grupo

carboxilo: -COOH) * Se ionizan por rotura del enlace O-H

H3C C(aq)

O

O - H H3C C(aq)

O

O - + H+

cidos dbiles (2)

Los cidos carbnico (H2CO3) y cianhdrico (HCN) son cidos dbiles comunes que contienen carbono pero son inorgnicos.

A menudo los cidos inorgnicos se llaman cidos minerales

cidos dbiles y reacciones reversibles

Pueden ocurrir en ambos sentidos. Generalmente: ionizacin de electrolitos fuertes no

son reversibles. Pero la de electrolitos dbiles s: H+(aq) + CH3COO-(aq) CH3COOH(aq) Si partiramos de dos soluciones, una conteniendo

iones H+ y otra iones acetato (CH3COO-) y las mezclamos, se puede producir cido actico. Un cido fuerte no se podra formar de este modo.

5.3.3. Reglas de solubilidad para compuestos en disolucin acuosa

Solubilidad = fenmeno complejo Se estudiar con ms detalle luego (QG1). Por lo pronto: algunas reglas tiles: cidos inorgnicos comunes y cidos orgnicos

de bajo peso molecular: solubles todos los compuestos comunes de los iones

metlicos del grupo 1A (metales alcalinos) y el in amonio, NH4+: solubles

nitratos (NO3-), acetatos (CH3COO-), cloratos (ClO3-) y percloratos (ClO4-) comunes: solubles

Reglas de solubilidad (2)

cloruros (Cl-) comunes: solubles; excepto: AgCl, Hg2Cl2 y PbCl2

bromuros (Br-) y yoduros (I-) comunes: idem cloruros pero hay excepciones

sulfatos (SO42-) comunes: solubles, excepto PbSO4, BaSO4 y HgSO4. CaSO4 y Ag2SO4 son moderadamente solubles

hidrxidos (OH-) metlicos comunes: insolubles excepto los del grupo 1A y los ms pesados del grupo 2A (ver apartado anterior)

Reglas de solubilidad (3)

carbonatos (CO32-), fosfatos (PO43-) y arseniatos (AsO43-) comunes: insolubles, excepto los de los metales del grupo 1A y amonio (NH4+). El MgCO3 es moderadamente soluble

sulfuros (S2-) comunes: insolubles, excepto los de los metales del grupo 1A, 2A y amonio (NH4+)

5.4. Reacciones en solucin acuosa

Tipos de reacciones: 1) reacciones de precipitacin 2) reacciones cido base 3) reacciones de desplazamiento y 4) reacciones de xido reduccin (REDOX)

Formas de representarlas: 1) ecuaciones de unidades frmula globales 2) ecuaciones inicas totales 3) ecuaciones inicas netas.

Ejemplo

Qu ocurre cuando aadimos un trozo de cobre metlico a una solucin incolora de nitrato de plata (AgNO3)

El Cu (metal activo) desplaza a los iones plata de la disolucin, que cambia de color por la presencia de nitrato de cobre (II) azul

VIDEO

Ejemplo (2)

Ec. de unidad frmula, global o molecular: 2AgNO3(aq) + Cu(s) 2Ag(s) + Cu(NO3)2(aq)

Ec. inica total: 2[Ag+(aq) + NO3-(aq)] + Cu(s) 2Ag(s) + [Cu2+(aq) + 2NO3-(aq)].

Ec. inica neta: 2Ag+(aq) + Cu(s) 2Ag(s) + Cu2+(aq). Se han eliminado los iones espectadores: no

cambian o no participan en la Rx (como el NO3- en este caso) se denominan.

VIDEO

Rxs en solucin acuosa

1) Precipitacin o formacin de un producto slido insoluble

2) Formacin de molculas prcticamente no ionizadas (electrolitos o no electrolitos)

3) Formacin de un gas que escapa.

5.4.1. Reacciones de precipitacin

Se forma slido insoluble o precipitado, que sedimenta en la solucin por decantacin, a partir de dos soluciones lquidas

2KI(aq) + Pb(NO3)2(aq) PbI2(s) + 2KNO3(aq)

VDEO

VDEO2

Yoduro de sodio + Cloruro de mercurio

Nitrato de plata + Hidrxido de sodio

Rxs de precipitacin (2)

La produccin de cromato de plomo (II) (pigmento amarillo medio, utilizado en la fabricacin de pinturas) obtenido por precipitacin mezclando soluciones de nitrato de plomo (II) y cromato de potasio Veamos las ecuaciones global, inica y inica neta.

Rxs de precipitacin (3)

Pb(NO3)2(aq) + K2CrO4(aq) PbCrO4(s) + 2KNO3(aq) (Ec. UF) Pb2+(aq) + 2NO3-(aq) + 2K+(aq) + CrO42-(aq) PbCrO4(s) + 2K+(aq) + 2NO3-(aq) (Ec. inica) Pb2+(aq) + CrO42-(aq) PbCrO4(s) (Ec. Inica neta)

Ejemplo 5.1.

Se formar un precipitado cuando se mezclen disoluciones de CaCl2 y K3PO4 con concentraciones razonables? Escriba las ecuaciones de reaccin apropiadas para las reacciones que ocurran.

+ Ca

2+

Cl- K+

PO43-

Ca3(PO4)2

SOLUBLE en solucin

Cl- K+

INSOLUBLE PRECIPITA

Ejemplo 5.1. Ecuaciones

3CaCl2(aq) + 2K3PO4(aq) Ca3(PO4)2(s) + 6KCl(aq) (ec. global)

3Ca2+(aq) + 6Cl-(aq) + 6K+(aq) + 2PO43-(aq) Ca3(PO4)2(s) + 6K+(aq) + 6Cl-(aq) (ec. inica)

3Ca2+(aq) + 2PO43-(aq) Ca3(PO4)2(s) (ec. inica neta)

5.4.2. Reacciones cido-base

Son muy importantes cido + base (hidrxido metlico) sal +

agua Otro nombre: Rxs de neutralizacin En casi todas estas Rxs: hidrogeniones

(iones H+) del cido + hidroxilos (OH-) de la base agua

Ec. inica neta: H+(aq) + OH-(aq) H2O(l)

cidos y bases de uso comn

cidos y bases varios

Amonaco (NH3) o amina + cido sal (pero no agua): NH3 + HCl NH4Cl

cidos dbiles + bases fuertes solubles sal + agua, pero hay que considerar que los cidos dbiles estn parcialmente disociados

Ej.: cido actico (CH3COOH, cido dbil) + hidrxido de sodio (NaOH, base fuerte) acetato de sodio (NaAc, sal fuerte) y agua

cidos dbiles + bases fuertes

HAc(aq) + NaOH(aq) NaAc(aq) + H2O(l) HAc(aq) + Na+(aq) + OH-(aq) Na+(aq) + Ac-(aq) +

H2O(l) HAc(aq) + OH-(aq) Ac-(aq) + H2O(l) En general, para un cido monoprtico dbil

(HA) y una base fuerte, la ecuacin inica neta es: HA(aq) + OH-(aq) A-(aq) + H2O(l)

Ejemplo 5.2.

Escriba las ecuaciones ajustadas global, inica y inica neta para una reaccin cido-base que produzca la sal cloruro de bario (BaCl2). Una sal contiene: catin de la base y anin del cido Ba2+ del Ba(OH)2, y Cl- del HCl: 2HCl(aq) + Ba(OH)2(aq) BaCl2(aq) + 2H2O(l) 2H+(aq) + 2Cl-(aq) + Ba2+(aq) + 2OH-(aq) Ba2+(aq) + 2Cl-(aq) + 2H2O(l) 2H+(aq) + 2OH-(aq) 2H2O(l); o bien: H+(aq) + OH-(aq) H2O(l)

Ejemplo 5.3.

Cuando se aade HCl(aq) al CaCO3(s) se desprende un gas (CO2), aunque se produce cido carbnico como producto intermedio, que se descompone en CO2. Escriba las ecs. global, inica y inica neta 2HCl(aq) + CaCO3(s) H2CO3(aq) + CaCl2(aq) 2H+(aq) + 2Cl-(aq) + CaCO3(s) H2CO3(aq) + Ca2+(aq) + 2 Cl-(aq) 2H+(aq) + CaCO3(s) H2CO3(aq) + Ca2+(aq) Rx de descomposicin del cido carbnico: H2CO3(aq) CO2(g) + H2O(l) Efecto neto: especies inicas molculas no ionizadas de gas.

5.4.3. Reacciones redox

Muchas Rxs Q.: con transferencia (ganancia o prdida) de electrones Rxs. REDOX o Rxs de OXIDACIN-REDUCCIN. Cmo identificarlas? No es fcil a simple vista Debemos seguir la ruta de los e-s nmeros de oxidacin o ndices de oxidacin.

a) Nmeros de oxidacin: determinacin (Comp. Inicos)

En comp. inico binario simple = # de e-s ganados o perdidos el tomo cuando se forma el compuesto

En in monoatmico = carga del in En un ion poliatmico: la suma de los i.o. de

los tomos debe reproducir la carga del in.

Nmeros de oxidacin: determinacin (Comp. Moleculares)

En comp. moleculares: no tienen el mismo sentido que en los compuestos inicos pero son tiles para balancear ecuaciones y escribir frmulas; veamos algunas reglas: i.o. del oxgeno = -2, excepto en perxidos -1. i.o. del hidrgeno = +1, excepto en hidruros -1. i.o. de elemento en estado libre (sin combinar) cero

(0). Ej: H2, O2, O3, S8, etc. i.o. de in monoatmico = carga del in. Ej: n.o. (Ca2+) =

+2; n.o. (Fe3+) = +3, etc. suma de i.o. de tomos de una molcula neutra es cero

Nmeros de oxidacin y valencia

Conceptos muy ligados. De hecho, el nmero de oxidacin de un

compuesto es la valencia con que dicho tomo acta en un determinado compuesto

Ejemplo 5.4.

Determine el i.o. de c/t. en (a) N2O4; (b) NH3; (c) NO3-; (d) N2. N2O4: (i.o.)O = -2 (no es perxido); y (i.o.) = 0

2*(i.o.)N + 4*(i.o.)O = 0 (i.o.)N = -4*(-2)/2 = +4 NH3: (i.o.)H = +1 (no es hidruro); y (i.o.) = 0

(i.o.)N + 3*(i.o.)H = 0 (i.o.)N = -3*(+1) = -3 NO3-: (i.o.)O = -2 (no es perxido); y (i.o.) = -1

(i.o.)N + 3*(i.o.)O = -1 (i.o.)N = -1 - 3*(-2) = +5 N2: por tratarse de un elemento libre, el (i.o.)N = 0.

b) Introduccin a las reacciones de oxidacin-reduccin

Originalmente: oxidacin = combinacin con O2; y reduccin = separacin del O2.

Cuando el Fe forma herrumbre: 4Fe(s) + 3O2(g) 2Fe2O3(s), decimos que el Fe se oxida. Su i.o. aumenta (0 +3).

Obtencin de metales a partir de xidos: p. ej.: WO3(s) + H2(g) W(s) + H2O, decimos que el metal se reduce; su i.o. disminuye (+6 0).

Actualmente, aplicacin ms general: sustancia que se oxida i.o. (pierde e-s); sustancia que se reduce i.o (gana e-s).

Introduccin a las reacciones de oxidacin-reduccin (2)

Oxidacin y reduccin ocurren simultneamente.

En una reaccin redox: sustancia que se oxida = agente reductor, y la que se reduce = agente oxidante. En el ej. de formacin de herrumbre: oxgeno se

reduce (i.o.: 0 -2) En reduccin de W: hidrgeno se oxida (0 +1).

Oxidacin y reduccin

La oxidacin es el algebraico del i.o. y corresponde a la prdida o aparente prdida de e-s. La reduccin es la algebraica del i.o. y corresponde a la ganancia o aparente ganancia de e-

Reacciones redox: importancia

En procesos bioqumicos y en corrosin, as

como en los fenmenos electroqumicos (pilas y bateras).

Son tiles en el estudio de la biologa, bioqumica, ciencias ambientales y de materiales.

Rxs de combustin redox. Rx. Redox 1

Pilas

e-

Oxidacin:Zn(s) Zn2+(aq) + 2e-

Reduccin:Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)

PuentesalinoRx. Redox 2

Pilas

Los e-s obtenidos en la sRx de ox. del Zn (pueden trabajar encendiendo un foco) se dirigen hacia el otro electrodo (Cu), sobre cuya superficie se reducen los iones Cu2+ Resultado neto: el electrodo de Zn se corroe (se disuelve, se oxida), mientras que el de cobre incrementa su volumen (se deposita, se reduce).

Rsx. redox: representacin

(+3)(-1) (0) (+3) (-1) (0)

2FeBr3(aq) + 3Cl2(g) 2Fe Cl3(aq) + 3Br2(l) (i.o.)Br: -1 0 (se oxida agente reductor) (i.o.)Cl: 0 -1 (se reduce agente oxidante) Ecuacin inica: 2Fe3+(aq) + 6Br-(aq) + 3Cl2(g) 2Fe3+(aq) + 6Cl-(aq) + 3Br2(l) Ecuacin inica neta: 6Br-(aq) + 3Cl2(g) 6Cl-(aq) + 3Br2(l), o bien 2Br-(aq) + Cl2(g) 2Cl-(aq) + Br2(l)

Rxs. de dismutacin o desproporcionacin

Aquellas en las cuales una misma especie qumica se oxida y se reduce:

Cl2 + H2O HCl + HClO El cloro se reduce para formar HCl y se oxida para formar HClO

Ejemplo 5.5. (a)

En la Rx: 4KClO3(s) KCl(s) + 3KClO4(s): (a) escriba los i.o. de cada elemento; (b) identifique los agentes oxidante y reductor; (c) escriba las ecuaciones inica y inica neta. (+1) (+5) (-2) (+1) (-1) (+1) (+7) (-2)

4 K Cl O3(s) K Cl(s) + 3 K Cl O4(s) (b) (i.o.)Cl: +5 +7 () agente reductor (i.o.)Cl: +5 -1 () agente oxidante (c) Ecs. Inica e inica neta: No existen (las tres especies

son slidas)

(a)

5.4.4. Rxs. de desplazamiento

Caso particular de Rx redox donde un metal ms activo reemplaza (desplaza) a otro metal menos activo.

Un metal es ms activo cuando ms fcilmente forma cationes.

Actividad de los metales

Los metales activos desplazan a los menos activos o al hidrgeno de sus compuestos en solucin acuosa para producir la forma oxidada del metal ms activo y la forma reducida (metal libre) del otro metal o hidrgeno.

Elemento Forma

reducida comn

Forma oxidada comn

Li

Des

plaz

an h

idr

geno

de

cid

os

no o

xida

ntes

Des

plaz

an h

idr

geno

de

l vap

or d

e ag

ua

Des

plaz

an

hidr

gen

o de

l agu

a fr

a

Li Li+ K K K+

Ca Ca Ca2+ Na Na Na+ Mg Mg Mg2+ Al Al Al3+ Mn Mn Mn2+ Zn Zn Zn2+ Cr Cr Cr3+, Cr6+ Fe Fe Fe2+, Fe3+ Cd Cd Cd2+ Co Co Co2+ Ni Ni Ni2+ Sn Sn Sn2+,Sn4+ Pb Pb Pb2+, Pb4+

H (no metal) H2 H+ Sb (metaloide) Sb Sb3+

Cu Cu Cu+, Cu2+ Hg Hg Hg22+, Hg2+ Ag Ag Ag+ Pt Pt Pt2+, Pt4+

Ej 5.6

O.E.

Casos de desplazamiento

Metal ms activo + sal de metal menos activo metal menos activo + sal de metal ms activo

Metal activo + cido no oxidante hidrgeno + sal del cido

No metal activo + sal de no metal menos activo no metal menos activo + sal de no metal ms activo.

Desplazamiento

Los metales muy activos pueden desplazar al hidrgeno del agua. Las reacciones correspondientes liberan gran cantidad de calor (cuidado!). Se forman hidrxidos.

Cada halgeno desplazar a los halgenos menos activos (ms pesados) de sus sales binarias. El orden de actividad creciente es: I2 < Br2 < Cl2 < F2

Ejemplo 5.6.

Cul(es) de los siguientes metales pueden desplazar al hidrgeno del agua a temperatura ordinaria? Escriba las reacciones apropiadas a las reacciones que podran ocurrir: Sn, Ca, Hg

TABLA

De acuerdo a la tabla IV.1 slo el Ca puede desplazar al hidrgeno del agua:

Ca(s) + 2H2O(l) Ca(OH)2(aq) + H2(g) (ec. global) Ca(s) + 2H2O(l) Ca2+(aq) + 2OH-(aq) + H2(g) (ec. inica) (en este caso coinciden las ecs. inica y inica neta

Otro ejemplo

Qu pasa si introducimos un trozo de cobre en una solucin de nitrato de plata? Metal ms activo: Cu Ag? TABLA Cu, que desplaza a la Ag

VDEO

Cu(s) + 2AgNO3(aq) 2Ag(s) + Cu(NO3)2(aq) Cu(s) + 2Ag+(aq) + 2NO-3(aq) 2Ag(s) + Cu2+(aq) + 2NO-3(aq)

Cu(s) + 2Ag+(aq) 2Ag(s) + Cu2+(aq)

Ec. Global

Ec. inica

Ec. Inica neta

5.5. Cuantificacin de Rxs en solucin

5.5.5. Concentracin de disoluciones

Uso de soluciones: Perfecto mezclado

Generalmente se miden volmenes

Relaciones masa- volumen-densidad VOLUMETRA

Concentracin de soluciones

Estequiometra de Rxs en solucin: Concentracin:

Cantidad de soluto por volumen de solucin Cantidad de soluto por volumen de solvente

Formas de medir la concentracin Porcentaje en masa Molaridad Otras

masa de solucin (g)

a) Porcentaje en masa

% Soluto = masa de soluto (g)

* 100

Ejemplo: Diga cmo preparara 100 mL de una solucin al 10 % de NaCl Solucin:

6. Enrasar fiola a 100 mL

1. Calcular la masa de soluto (sal, NaCl) 2. Pesar la masa de soluto (sal, NaCl) 3. Disolver el soluto en agua (aprox. 50 mL) 4. Trasvasar a fiola de 100 mL 5. Enjuagar el vaso que contena la sal un par de veces y

trasvasar el agua de lavado a la fiola (no pasar de 100 mL)

Ejemplo (continuacin): Clculo de la sal (NaCl) necesaria

1. Mezclar 10 g de sal con 90 g de agua

Hallamos solucin = 1,0707 g/mL

Lo que no debemos hacer:

2. Pesar 10 g de sal y aadirle agua hasta completar 100 mL Por qu? OJO: ES PORCENTAJE EN MASA, no lo

podemos aplicar al volumen Necesitamos la densidad de la solucin MANUAL NaCl

msolucin = soluc * Vsoluc = (1,0707 g/mL) * 100 mL = 107,07 g.

Por tanto: mNaCl = (10/100) * msolucin = (10/100) * 107,07 g = 10,71 g

Ejemplo 5.7.

Calcule la masa de una solucin al 6% de NiSO4 que contiene 40,0 g de NiSO4

= 667 g de solucin

Solucin: Como %NiSO4 = 100 * mNiSO4/msolucin msolucin = mNiSO4/(%NiSO4/100) = 100 * 40,0 g/6 =

1,16 g/mL Vsolucin

Ejemplo 5.8.

Qu volumen de una solucin que es del 15% en nitrato de hierro (III) contiene 30,0 g de Fe(NO3)3? La densidad de la solucin es de 1,16 g/mL a 25 C. En 100 g de solucin 15 g Fe(NO3)3 x g de solucin 30 g Fe(NO3)3

x = 200 g de solucin

y como solucin msolucin

Vsolucin msolucin solucin

= 200 g

= 172 mL =

b) Molaridad

volumen de solucin (L) Molaridad (moles/L) =

moles de soluto

Cmo preparamos 1 L de una solucin 1 M de NaCl?

1. Pesamos 1 mol = 23 + 35,5 g = 58,5 g de NaCl en un vaso de precipitados

2. Aadimos agua en porciones de 100 mL aprox., disolvemos y trasvasamos a la fiola

3. Enrasamos a 1 L

Materiales y equipos: balanza, vaso de precipitados y fiola (matraz aforado)

1058,5 g

1,25 g/mL

Molaridad 2

Si aadimos 1 mol de NaCl a 1 L de agua Qu concentracin porcentual y molar obtenemos? (Suponga que la densidad de la solucin resultante es de 1,25 mL)

%NaCl = mNaCl

mtotal * 100 =

58,5 g

(58,5 + 1000) g * 100 = 5,53%

Molaridad = nNaCl

Vsoluc =

1 mol

msoluc =

soluc

1 mol =

846,8 mL

1 mol

1000 mL/L

= 1,18 M

mL y mmoles

Con frecuencia: Volmenes mL (1 mL = 10-3 L) Cantidad de sustancia mmoles (1 mmol = 10-3

moles) Molaridad: (moles soluto/L de solucin)

(mmoles de soluto/mL de solucin) Soluciones comerciales de cidos

concentradas deben diluirse

Ejemplo 5.9.

Calcule la masa de hidrxido de bario, Ba(OH)2, necesaria para preparar 2,50 L de una solucin 0,0600 molar de Ba(OH)2

Como M = nsoluto

Vsolucin

y como nsoluto = msoluto

(PF)soluto * M =

msoluto

(PF)soluto

Vsolucin

msoluto = M * (PF)soluto * Vsolucin

(PF)Ba(OH)2 = 1 * (137,3) + 2 * [1 * (16) + 1 * (1)] = 171,3 g/mol

msoluto = (0,0600 moles/L)*(171,3 g/mol)*(2,50 L) = 25,7 g Ba(OH)2

1,84 g/mL

(PF)H2SO4

Ejemplo 5.10.

Una muestra de cido sulfrico comercial tiene 96,4% (en peso) de pureza y su densidad relativa es de 1,84. Calcule la molaridad de esta solucin. Base de clculo:

100 g solucin 96,4 g H2SO4

3,6 g H2O

nH2SO4 = mH2SO4

ya que (PF)H2SO4 = 2*(1) + 1*(32) + 4*(16) = 98 g/mol

98 g/mol

96,4 g = = 0,98 moles H2SO4

Vsolucin y como solucin

msolucin Vsolucin

msolucin solucin

= 100 g = = 54,3 mL

y como M = nsoluto Vsolucin

= 0,98 moles 0,0543 L

= 18,0 M

=

5.5.2. Dilucin de soluciones

Dilucin: adicin de solvente (disminucin de la concentracin)

Al diluir, no cambia el n de moles de soluto, pero s la concentracin

Si tenemos un volumen Vc de una solucin concentrada (Mc) y le aadimos solvente (agua) hasta un volumen final Vd (Vd > Vc) la nueva concentracin: Md = Mc*Vc/Vd

Problema de dilucin

Cmo obtenemos esta relacin?

Vc Md

Mc

Vd

Solvente (agua)

Como: M = n/V n = M*V

En la solucin concentrada: nc = Mc*Vc Y en la solucin diluida: nd = Md*Vd

Pero como en la dilucin el n de moles no cambia nc = nd O bien: nc = Mc*Vc = nd = Md*Vd

Mc* Vc = Md*Vd Md = Mc*Vc/Vd

Dilucin de soluciones concentradas peligrosas

Al diluir cidos y bases fuertes gran liberacin de calor Cuidado!

Aadir lentamente el cido concentrado al agua

Ejemplo 5.11.

(a) Calcule el volumen de cido sulfrico comercial (18,0 M) necesario para preparar 600 mL de una solucin 0,95 M de H2SO4. (b) Indique cmo preparara dicha solucin (a) Mc*Vc = Md*Vd Vc = Md*Vd/Mc = (0,95 M)*(600 mL)/(18 M)

= 31,7 mL H2SO4 concentrado

(b) * En matraz aforado (fiola) colocamos unos 500 mL de agua * Medimos 31,7 mL de H2SO4 concentrado en una probeta o pipeta * Aadimos lentamente el cido sobre el agua * Enrasamos con agua deionizada hasta completar los 600 mL

Ejemplo 5.11. Materiales

MATRAZ AFORADO

PROBETA

PIZETAS

MATRAZ AFORADO

PIPETAS

5.6. Uso de soluciones en Rxs. Q.

El anlisis cuantitativo de soluciones nos permite: Conocer la cantidad de soluto, conocida la

concentracin Encontrar el volumen de solucin necesario para

una Rx. determinada Calcular los volmenes de soluciones implicadas

en una Rx Q.

Encuentre el volumen de solucin de NaOH 0,210 M necesaria para reaccionar con 40,0 mL de solucin de H2SO4 0,505 M segn la reaccin: H2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2H2O

Ejemplo 5.12.

1 mol 2 moles cido base nbase = 2*ncido

Y como: M = n/V n = M*V Mb*Vb = 2*Ma*Va Vb = 2*Ma*Va/Mb = 2*(0,505 M)*(40,0 mL)/(0,210 M) = 192 mL NaOH

Ejemplo 5.13.

Ejemplo 5.13. (a) Tomando como referencia el ejemplo 5.1, calcule la cantidad de fosfato de calcio que precipita cuando se hacen reaccionar 2 L de una solucin 0,1 M de cloruro de calcio con 1 L de solucin 0,25 M de fosfato de potasio. (b) Determine la concentracin de los iones potasio que quedan en solucin.

3CaCl2(aq) + 2K3PO4(aq) Ca3(PO4)2(s) + 6KCl(aq) 3 moles + 2 moles 1 mol + 6 moles

2 L 0,1 M

1 L 0,25 M +

n = M * V

Encontramos el reactivo limitante y luego calculamos

5.7. Valoraciones

Proceso mediante el cual una solucin reactiva de concentracin conocida (valorante), se aade cuidadosamente a otra solucin de otro reactivo de concentracin desconocida. A partir del volumen utilizado de solucin valorante y la estequiometra de la reaccin (cido-base o redox) que tiene lugar, se puede conocer la concentracin desconocida de la solucin.

Soluciones patrn y valoraciones

Solucin patrn: tiene concentracin exactamente conocida

Solucin valorada: aquella que se ha valorado con solucin patrn

Valoracin = titulacin dar valor, dar ttulo a una solucin precisar su concentracin exacta

Neutralizacin: cido y base ( sal + agua) se mezclan y contrarrestan sus efectos negativos

Valoracin: procedimiento

Esta bureta con-tiene el titulanteo valorante

Este erlenmeyer contiene la solucin a valo-rar y el indicador

Indicador y valoracin

Indicador: cido orgnico que tiene diferente coloracin en medios cido y bsico indica (cambiando de color) el punto final de la valoracin

El punto de equivalencia: instante (terico) en el cual las cantidades relativas (estequiomtricas) de cido y base son equivalentes

Puntos final y de equivalencia

PF de valoracin y PE no son lo mismo El PF se reconoce por el cambio de color del

indicador Sin embargo, el indicador vara cuando hay

exceso de cido o base el cambio de color no detecta el PE

Diferencia prctica entre PE y PF: una gota de solucin valorante (o menos)

Valoracin: video

VDEO

Ejemplo 5.14.

Cul es la molaridad de una solucin de cido clorhdrico si se necesitan 36,7 mL de dicha solucin para reaccionar con 43,2 mL de solucin de hidrxido sdico 0,236 M? La reaccin es: HCl + NaOH NaCl + H2O

1 mol 1 mol

na = nb Ma*Va = Mb*Vb Ma = Mb*Vb/Va = (0,236 M)*(43,2 mL)/(36,7 mL)

= 0,278 M de HCl

Ejemplo 5.15.

Una muestra de 43,2 mL de disolucin de hidrxido sdico 0,236 M reacciona completamente con 36,7 mL de una disolucin de cido sulfrico. Cul es la molaridad de la solucin de cido sulfrico? La reaccin balanceada es: 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O 2 moles 1 mol

nb = 2*na nb = 2*na Mb*Vb = 2*Ma*Va

Ma = Mb*Vb/2*Va = (0,236 M)*(43,2 mL)/[2 *(36,7 mL) = 0,139 mL H2SO4

cido Electrolito fuerte Reduccin cido dbil Herrumbre Sal cido fuerte Indicador Sal soluble cido muritico ndice de oxidacin Solubilidad cidos minerales Iones espectadores Solucin Agente oxidante Metal activo Solucin acuosa Agente reductor Molaridad Solucin binaria Aleacin Molcula polar Solucin

concentrada Base Neutralizacin Solucin diluida Base fuerte No electrolito Solucin patrn Coloide Nmero de oxidacin Solucin valorada Concentracin Oxidacin Soluto Dilucin Pila Solvatacin Ecuacin de unidad frmula

Precipitado Solvente

Ecuacin global Punto de equivalencia Titulacin Ecuacin inica neta Punto final de valoracin Valencia Ecuacin inica total Reaccin cido base Valoracin Ecuacin molecular Reaccin de dismutacin Valorante Electrolito Reaccin de

precipitacin Vinagre

Electrolito dbil Reaccin redox Volumetra

Captulo 5. SOLUCIONES5.1. Introduccin5.2. Tipos de solucionesSolvente y solutoTipos de soluciones: estado de agregacinSoluciones binarias acuosasElectrolitos y extensin de ionizacin5.3. Formacin de soluciones5.3.1. Solubilidad en aguaProceso de solvatacin (hidratacin)5.3.2. Tipos de solutos5.3.2. Tipos de solutos (2)Electrolitos fuertesDisociacin y ionizacincidos fuertes comunesBases fuertes solublescidos dbiles comunesBases dbiles ms comunescidos dbiles (1)cidos dbiles (2)cidos dbiles y reacciones reversibles5.3.3. Reglas de solubilidad para compuestos en disolucin acuosaReglas de solubilidad (2)Reglas de solubilidad (3)5.4.Reacciones en solucin acuosaEjemploEjemplo (2)Rxs en solucin acuosa5.4.1. Reacciones de precipitacinRxs de precipitacin (2)Rxs de precipitacin (3)Ejemplo 5.1. Ejemplo 5.1. Ecuaciones 5.4.2. Reacciones cido-basecidos y bases de uso comncidos y bases varioscidos dbiles + bases fuertesEjemplo 5.2. Ejemplo 5.3. 5.4.3. Reacciones redoxa) Nmeros de oxidacin: determinacin (Comp. Inicos)Nmeros de oxidacin: determinacin (Comp. Moleculares)Nmeros de oxidacin y valenciaEjemplo 5.4. b) Introduccin a las reacciones de oxidacin-reduccinIntroduccin a las reacciones de oxidacin-reduccin (2)Oxidacin y reduccinReacciones redox: importanciaPilasPilasRsx. redox: representacinRxs. de dismutacin o desproporcionacinEjemplo 5.5. (a)5.4.4. Rxs. de desplazamientoActividad de los metalesNmero de diapositiva 55Casos de desplazamientoDesplazamientoEjemplo 5.6.Otro ejemplo5.5. Cuantificacin de Rxs en solucinConcentracin de solucionesa) Porcentaje en masaEjemplo (continuacin): Clculo de la sal (NaCl) necesariaEjemplo 5.7.Ejemplo 5.8.b) MolaridadMolaridad 2mL y mmolesEjemplo 5.9.Ejemplo 5.10.5.5.2. Dilucin de solucionesProblema de dilucinDilucin de soluciones concentradas peligrosasEjemplo 5.11.Ejemplo 5.11. Materiales5.6. Uso de soluciones en Rxs. Q.Ejemplo 5.12.Ejemplo 5.13.5.7. ValoracionesSoluciones patrn y valoracionesValoracin: procedimientoIndicador y valoracinPuntos final y de equivalenciaValoracin: videoEjemplo 5.14.Ejemplo 5.15.Nmero de diapositiva 87