Las soluciones csj

Prof. S. Casas-Cordero E.

LAS SOLUCIONES



Es un sistema material homogéneo formado por dos o mas sustancias.

Una Solución:

La sustancia menos abundante recibe el nombre de SOLUTO y la más abundante el nombre de SOLVENTE.

Solución = Soluto + Solvente


No se produce por una reacción química sino solamente por un proceso físico.

Puede existir en cualquiera de los tres estados de la materia, aunque las más comunes son las líquidas, especialmente en las que el agua es el solvente.

La Solución:


Es descrita muchas veces como el solvente universal, porque disuelve muchas de las sustancias conocidas.

El agua:

Al disolver un soluto en agua las moléculas de agua rodean al soluto tal como muestra la siguiente figura


disolución de sal en agua


Disolución de una sal en Agua


metanol en agua

Sal = compuesto iónico

Metanol = compuesto covalente


Factores que afectan la solubilidad


Solubilidad en agua según Temperatura


Solubilidad de Oxígeno en agua según la Temperatura


Solubilidad y Temperatura


Solubilidad de Gases


Efecto de la Presión sobre la solubilidad de los Gases


Concentración de las soluciones

La concentración de una solución expresa la cantidad de soluto presente en una cantidad dada de solución.

Los términos concentrado y diluido son meramente expresiones relativas, en donde ninguna de las dos nos da una indicación de la cantidad exacta del soluto presente. Por lo tanto se necesitan métodos cuantitativos exactos que expresen la concentración.


Métodos para expresar la concentración

Existen varios métodos para informar o señalar la concentración de las soluciones, algunos de ellos son: Porcentaje; %m/m y %m/v Molaridad (M) Molalidad (m) Fracción molar (xi) Normalidad (N) ppm (partes por millón)


PORCIENTO masa – masa y masa - volumen

Se representa con el símbolo % m/m y % m/v y sus soluciones se conocen como Porcentuales.

%m/v: El número de gramos de soluto contenido en 100 mL de solución

Se definen como:

%m/m: El número de gramos de soluto contenidos en 100 g de solución.


100x%m/m solucióndemasasolutodemasa

100x%m/v solucióndevolumensolutodemasa


Las masas son aditivas (se pueden sumar), pero no los volúmenes.

m solución = (m soluto + m solvente)

V solución ≠ (V soluto + V solvente)

m solución ≠ V solución


La Densidad

No es unidad de concentración. Sólo representa la relación que hay entre la masa de una mezcla y el volumen que ocupa.

solucióndeVolumensolucióndemasaD

Permite relacionar el porcentaje masa – masa con el porcentaje masa - volumen


%m/m x D = %m/v

100xsolucióndemasasolutodemasa 100xsolucióndevolumen

solutodemasasolucióndevolumen

solucióndemasax


Ejercicios

¿Qué %m/m tendrá una mezcla de 20 g azúcar y 230 g de agua?

100xsolucióng230g20

solutog20C

retorno al problema

%m/m8C


continuación

Si a la mezcla anterior se le agrega 25 g de azúcar ¿Cuál será su nuevo %m/m?

100xsolucióng275

solutog45C

Masa soluto total = 20 g + 25 g = 45 g

Masa solución total = 250 g + 25 g = 275 g

Calculando soluto

y solución total

%m/m16,36C


¿Cuántos gramos de agua se deberá agregar a la mezcla inicial para que su concentración disminuya al 2 %m/m?

100xg230Yg20

solutog20%m/m2C

g2502

g2000Y

Sea Y la masa en gramos de solvente adicional;

g250Y

g20002

aguadeg750Y 2

g2000g) 250 (Y


Se mezclan 40 g de solución al 20 %m/m con 150 g de solución al 12 %m/m ¿Cuál será el %m/m de la mezcla resultante?

Calculando la masa de solución total:

g8solucióng100

solutog20xsolucióng401solutom

Masa solución total = 40 g + 150 g = 190 gCalculando masa de soluto aportado por cada solución

g81solucióng100

solutog12xsolucióng0152solutom

%m/m13,68100x

g190

g18g8C


Cantidad de Sustancia (n):

Es el número de partículas que está contenida en una porción de materia. Estas partículas o Entidades Elementales (EE), pueden ser átomos, moléculas, iones, etc.

Un mol contiene 6,02x1023 EE (Número de Avogadro)

NA = 6,02x1023 EE/mol

La unidad de medida de la Cantidad de sustancia es el mol.


El Número de Avogadro; NA = 6,02x1023 EE/mol

602.000.000.000.000.000.000.000,0 EE/mol

millón

billón

trillónSeiscientos dos mil trillones


Corresponde a la masa en gramos de un mol de sustancia.

Para los elementos químicos, se han medido en referencia al isótopo más abundante del Carbono; el C-12. Un mol de átomos de C-12, equivale a 12,0000 g.

La masa molar de un mol de átomos de cualquier elemento, se conoce también como Peso atómico, PA.

Masa Molar (MM):


Es el promedio ponderado de las masas atómicas de los isótopos de dicho elemento.

Ejemplo: Cálculo masa atómica del Carbono natural.

isótopo Masa Abundancia

C-12 12,0000 98,89 %

C-13 13,00335 1,11 %

El Peso atómico de un elemento natural:


PA = 12,0000x0,9889 + 13,00335x0,0111

PACarbono = 12,011 g/mol


Masa Molar (MM):

Suma de los pesos atómicos de todos los átomos presentes en la molécula.

Ejemplo: Cálculo del Masa Molar del sulfato férrico, Fe2(SO4)3.

2 x PA (Fe) = 2 x 55,8 = 111,63 x PA (S) = 3 x 32,0 = 96,012 x PA (O) = 12 x 16,0 = 192,0

Masa Molar = 399,6 g/mol


2 x PAH 2 x 1.0 g = 2 g

1 x PAO 1 x 16,0 g = 16 g

MM 18 g/mol

Ejercicios:

¿Cuál es la Masa Molar del agua? H2O


1 Ca 1 x 40 g = 40 g

2 O 2 x 16 g = 32 g

2 H 2 x 1 g = 2 g

Total

1 Mg 1 x 24,3 g = 24,3 g

2 N 2 x 14 g = 28 g

6 O 6 x 16 g = 96 g

Total

Ca(OH)2

Mg(NO3)2

EjerciciosDetermine el Masa Molar de:

74 g/mol

148,3 g/mol


Cálculos de masa, moles y EE:

Para todo los procesos de cálculos, se aplican proporciones.

Ej.: Si la MM del NaOH es 40 g/mol,¿Cuántos moles se tendrá en 85 g del compuesto?

g 40

mol 1 x g 85 x 40 g 1 mol

85 g X

g/mol 40

g 85

MM

m n


Solución:

NaOH de g 40

NaOH de mol 1 x NaOH de g 85

NaOH de moles 2,125 n


Otro Ejercicio:

Si la MM del Ca3(PO4)2 es 310 g/mol, calcular la masa en gramos de 0.720 mol de Ca3(PO4)2

MM

m n

MM x n m


Resolviéndolo como “factor de conversión”:

)(POCa de mol 1

)(POCa de g 310 x )(POCa de mol 0,720

243

243243

243 )(POCa de g 223,2 masa


Desde masa a Número de moléculas:

Si la MM del CO2 es 44 g/mol, calcular el número de moléculas que hay en 24.5 g de CO2

mol 0,5568g 44

mol x1 g 24,5x

44 g 1 mol24,5 g x

1 mol 6,02x1023 moléculas0,5568 mol x

mol 1

moléculas 6,02x10 x mol 0,5568x

23

X = 3,35x1023 moléculas

Primero calculamos el número de moles

Luego calculamos el número de moléculas


Resolviéndolo como dos factores de conversión:

CO de mol 1

CO de móléculas 6,02x10 x

CO de g 44

CO mol 1 x CO de g 24,5

2

223

2

22

CO de moléculas 3,35x10 223


La Molaridad

Se representa con la letra M mayúscula. Sus soluciones se conocen como Molares.

Se define como el número de moles de soluto en un litro de solución.

solucióndeVolumensolutodemolesM


Ejercicio: ¿Cuál es la concentración molar de una solución que se prepara disolviendo 20 g de Sulfato de sodio, Na2SO4 en agua hasta obtener 250 mL de solución?

Primero: Mediante la masa molar del soluto, calculamos el número de moles.

mol 0,14 g 142

mol 1 x g 20 n MMNa2SO4 = 142 g/mol

Segundo: Transformamos los 250 mL a Litros

L 0,25 mL 1000

L 1 x mL 250 V

Lmol 0,56 M 0,56

L 0,25

mol 0,14 C


solucióndeVolumenxsolutoMMsolutodemasaM

solutoMM10x%m/v

solutoMM10xsolucióndensidadx%m/mM

%m/m x D = %m/vrecordar que…


¿Cuál será la Molaridad de una solución de ácido Nítrico, HNO3, concentrado al 57,87 %m/m si su densidad es 1,355 g/mL?

MM

10 x D x %m/m M

MMHNO3 = 63 g/mol

Lmol 12,45

63

10 x 1,355 x 57,87 M


Molalidad (m)

Se define como la cantidad de moles de soluto contenido en un kilogramo de solvente

1000xm (g)solventedemasasolutodemoles

(Kg)solventedemasasolutodemoles

(Kg)solventedemasaxsolutoMMsolutodemasam


Ejercicio: Se prepara una mezcla con 30 g de Etanol y 400 g de agua ¿Cuál es su molalidad?

Kg0,4g 1000

1Kg x g 400masasolvente

m1,631,63Kg 0,4x 46

g 30C Kg

mol

molg

FM: C2H6O MM: 46 g/molEtanol: CH3-CH2-OH

Convertimos los 400 g a kilogramo:

(Kg)solventedemasaxsolutoMMsolutodemasam


Algunos prefijos del sistema Internacional

nombre símbolo Orden

Giga G 109

Mega M 106

Kilo K 103

deci d 10-1

centi c 10-2

mili m 10-3

micro μ 10-6


Preparación de diluciones

Consiste en añadir mayor cantidad de solvente a una porción de una solución concentrada de modo que su concentración final sea menor.

Se debe conocer previamente la cantidad de soluto requerida y el volumen de la solución concentrada que contendrá esta cantidad.


Relación de dilución:

Si el volumen y la concentración se encuentran expresados en la misma unidad de medida, puede utilizarse:

C1 x V1 = C2 x V2


Ejercicio: Si diluyó 5 mL de solución 4 M hasta un volumen final de 250 mL ¿Cuál es la molaridad de dilución resultante?

Consideremos la solución concentrada como los datos 1 y la solución diluida como los datos 2:

V1 = 5 mLC1 = 4 M

V2 = 250 mLC2 = x

C1 x V1 = C2 x V2

M 0,08mL 250

mL 5 x M 4

V

V x CC

2

112


Procedimiento:

Paso 1: tomar una porción del volumen de solución concentrada requerido

Paso 2: trasvasijar esta porción a un matraz de aforo.

Paso 3: aforar con solvente hasta el volumen final necesario


Preparación de diluciones


Lectura de menisco

El menisco corresponde a la curvatura que forma la superficie de los líquidos. Esto se observa mejor cuando están contenidos en recipientes pequeños tales como probetas, pipetas, vasos, matraces de aforos, etc.

En líquidos incoloros la parte inferior de la curvatura debe ser tangente a la línea de graduación (línea de aforo) del instrumento.


Posición del observador:

Para evitar cometer errores en la medición del volumen de una solución líquida, el observador debe situarse en línea paralela a la graduación donde se encuentre el menisco


¿Qué volumen en mL de solución de HCl al 37 %m/m y d = 1,18 g/mL se requiere para preparar 500 mL de una dilución 0,5 M?

Primero: transformamos los datos de HCl concentrado a molaridad.

M11,96L

mol11,96

36,510x1,18x37

C

Segundo: aplicamos relación de dilución

1

2212211 C

VxCVVxCVxC

mL20,9M11,96

mL500xM0,5V1

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