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Prof. S. Casas-Cordero E.
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
Prof. S. Casas-Cordero E.
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:
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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
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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.
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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)
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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.
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100x%m/m solucióndemasasolutodemasa
100x%m/v solucióndevolumensolutodemasa
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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
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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
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%m/m x D = %m/v
100xsolucióndemasasolutodemasa 100xsolucióndevolumen
solutodemasasolucióndevolumen
solucióndemasax
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Ejercicios
¿Qué %m/m tendrá una mezcla de 20 g azúcar y 230 g de agua?
100xsolucióng230g20
solutog20C
retorno al problema
%m/m8C
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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
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¿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
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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
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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.
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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
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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):
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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:
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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solucióndeVolumenxsolutoMMsolutodemasaM
solutoMM10x%m/v
solutoMM10xsolucióndensidadx%m/mM
%m/m x D = %m/vrecordar que…
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¿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
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Molalidad (m)
Se define como la cantidad de moles de soluto contenido en un kilogramo de solvente
1000xm (g)solventedemasasolutodemoles
(Kg)solventedemasasolutodemoles
(Kg)solventedemasaxsolutoMMsolutodemasam
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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
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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
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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.
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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
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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
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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
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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.
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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
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¿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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