01 Liquidos Soluciones v2 PDF

QUÍMICA IING. E. RAÚL MORALES MUÑOZ MSc.

TEMAS:

INTRODUCCIÓNESTEQUIOMETRÍAESTADO LÍQUIDOSOLUCIONESÁCIDOS, BASES Y SALESTERMOQUÍMICAELECTROQUÍMICA

4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de Excelencia 1

RESULTADOS DEL CURSOLos estudiantes son competentes para:1. Aplicar las propiedades de líquidos y soluciones, en cálculos y prácticas de laboratorio, para el desarrollo de los procesos tecnológicos.2. Utilizar ácidos, bases y sales, usando técnicas de laboratorio, para poder manejar sus propiedades en procesos tecnológicos.3. Caracterizar las reacciones termoquímicas y las reacciones electroquímicas, determinando las condiciones de reacción, para poder optimizarlas en los procesos tecnológicos.4. Actuar con responsabilidad, cumpliendo todas las tareas programadas, para saber aprender, saber construir y obtener resultados óptimos para la sociedad.

PROCESOS DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE.COMPRENSIÓN, MEMORIZACIÓN, APLICACIÓN, CONCEPTUALIZACIÓN, MODELACIÓN, OPTIMIZACIÓN, SISTEMIZACIÓN.


El Período Académico se divide en 3 Unidades, evaluadas con 20 puntos cada una, acumulados de la siguiente manera:

U UNIDAD ACADÉMICA IE Nota de Investigación-Exposición individual EP Nota de Examen Parcial LAB Nota de Laboratorio EG Nota de Examen General Las participaciones en clases y la asistencia son consideradas al final del período, para apoyo adicional.

3ESPE: Educación Superior Pública de Excelencia4/13/15

PERÍODO ACADÉMICO

UNIDAD 1

U1UNIDAD 2

U2UNIDAD 3

U3Tareas / Ejercicios Investigación / Exposición (4 puntos) IE1 IE2 IE3Lecciones

Pruebas

Laboratorios / Informes (4 puntos) LAB1 LAB2 LAB3Evaluación parcial (4 puntos) EP1 EP2 EP3Evaluación general (8 puntos) EG1 EG2 EG3Defensa del Resultado final del aprendizaje y documento − − −

Total: 20 20 20

ACTIVIDADES DEL ESTUDIANTECada estudiante, según su estilo y ritmo de aprendizaje, realizará en cada Unidad:1) ACTIVIDADES DE INVESTIGACIÓN-EXPOSICIÓN, para lo cual deberá:a. Leer anticipadamente, investigar y ampliar los temas teóricos de estas diapositivas y los temas de las prácticas de laboratorio.b. Presentar por escrito consultas, resúmenes, ejercicios y problemas con su resolución, elaborar y enmarcar preguntas o aplicaciones de los temas, en cuadernos separados para la teoría y para las prácticas de laboratorio.c. Exponer en clases los temas preparados e investigados.d. Resolver los ejercicios propuestos, durante la exposición.e. Realizar en clases varias preguntas sobre los temas expuestos.2) PARTICIPACIONES EN CLASES, que incluyen actividades como:a. Realizar ejercicios en los cuadernos o en la pizarra.b. Presentar los informes con los temas teóricos y prácticos de laboratorio.c. Contestar en forma oral y/o escrita a las preguntas planteadas durante las exposiciones del día o de clases anteriores.


Ss


BIBLIOGRAFÍATITULO AUTOR AÑO/edición IDIOMA EDITORIAL

QUÍMICA I Morales Raúl 2014, v2 Español (Diapositivas)

FUNDAMENTOS DE QUÍMICA GENERAL Escobar Luis 2012, 12ª ed. Español López

QUÍMICA LA CIENCIA CENTRAL

Brown,LeMay,

Bursten, etc.2014, 12ª ed. Español PEARSON

QUÍMICA GENERALPetrucci,Herring,Madura,

Bissonnette2011, 10ª ed. Español PEARSON

QUÍMICA Timberlake Karen 2008, 2ª ed. Español PEARSON

QUÍMICAPhillips,Strozak,Wistrom

2007, 2ª ed. Español McGraw Hill

REFLEXIÓNTres hombres están trabajando en la construcción de un edificio. Alguien, que es un observador externo, se dirige a ellos y les pregunta: “¿Qué están ustedes haciendo?”El primero, casi sin inmutarse, le responde: “Aquí estoy poniendo ladrillos”.El segundo, levantando la cabeza y dejando a un lado por un momento sus actividades, le comenta: “Estamos levantando una pared”.El tercero, orgulloso de su trabajo, afirma: “Disfrutamos construyendo la escuela de mi pueblo”.


INTRODUCCIÓNMAGNITUDES. Son las propiedades de la Materia que pueden ser medidas y expresadas mediante un número y una unidad. Ej.: la masa, el Volumen, la longitud de onda, la frecuencia, etc.VARIABLES. Son las magnitudes que cambian cuando cambian otras magnitudes. Ej.: el peso, la Presión, la frecuencia, etc.Los símbolos de las variables se escriben con letras en cursiva: E, m.Los cambios de una variable, con respecto a otras variables y constantes, podemos expresarlos con funciones matemáticas.CONSTANTES. Son ciertas magnitudes que no cambian cuando cambian otras magnitudes. Ej.: la velocidad de la luz c, la carga elemental e, la masa molar mM de cada sustancia, etc.Los símbolos de las constantes se escriben con letras normales.Ciertas constantes relacionan a ciertas variables: E = mc2.


INTRODUCCIÓNAplicaciones:


Indicar el concepto que corresponde a las siguientes definiciones:1. Número que indica la cantidad de protones en el núcleo de cualquier átomo.2. Número que indica la cantidad de protones y de neutrones en el núcleo de cualquier átomo.3. Átomo que tiene en su núcleo un número definido de protones y un número de neutrones que puede ser diferente de otros.

Indicar si la magnitud dada es una variable o una constante:1. La masa de un cuerpo*.2. El peso de un cuerpo.3. La aceleración de la gravedad.4. El número atómico de los átomos de un elemento cualquiera.5. La masa atómica de los átomos de un elemento cualquiera.6. La masa atómica de un elemento cualquiera.7. El número de masa de cualquier átomo. * gpgpaFaF

m m

INTRODUCCIÓNDIFERENCIAS ENTRE PESO Y MASA.1. El peso de un cuerpo puede cambiar; su masa es constante.2. El peso es una magnitud vectorial; la masa es escalar.3. El peso depende del campo gravitacional, la masa no.4. El peso se mide con dinamómetro, la masa con balanza.5. El peso se mide en unidades derivadas; la masa se mide en

unidades fundamentales del Sistema Internacional SI.DIFERENCIAS ENTRE MATERIA Y MASA.1. La masa es una propiedad de la Materia.2. La masa se simboliza con m; la Materia no tiene símbolo.3. Existen entidades materiales que no tienen masa.4. La Materia forma una unidad dialéctica con la Idea.




Indicar si la magnitud dada es una variable o una constante:1. La masa de la Luna.2. El peso de la Luna.3. La masa de una sustancia.4. El peso de una sustancia.

Indicar el concepto que corresponde a las siguientes definiciones:1. Sustrato que tiene extensión, interacción, inercia y movimiento.2. Material homogéneo, con composición y estructura química definidas.

Indicar si la expresión dada es correcta o incorrecta:1. “Efecto de la radiación sobre la materia.”2. “La materia es todo lo que ocupa espacio, tiene una propiedad llamada masa y posee inercia.”3. “La luz solar no es materia sino una forma de energía.”

INTRODUCCIÓNREPRESENTACIÓN SIMBÓLICA DE LAS PROPIEDADES DE LOS ÁTOMOS: ISÓTOPOS, IONES Y ELEMENTOS.

qr± Carga relativa del ión.

i Subíndice en fórmulas. num numeración en fórmulas.

±NOX Números de oxidación.

E Símbolo del Elemento; Símbolo del átomo (isótopo o ión).Z Número atómico. Número de protones en núcleo atómico.A Número de masa. Suma de los protones y los neutrones. A = Z + N0 N0 Número de neutrones en el núcleo.Nra Número relativo de átomos en una ecuación química.




Escribir las Propiedades de los átomos: A Z N0 qr 12C Isótopo Carbono-12. 12 6 6 0 8O Átomo del Elemento Oxígeno. … 8 … 0S2− Anión del Elemento Azufre. … 16 … 2− Isótopo Oxígeno-17. … 1 … 1+ Catión del Isótopo Tritio

Escribir el Número de Oxidación sobre cada átomo:H2O HCl H2SO4 CH4 C6H6 CO CO2 CaCO3 O2 P4 S8

Magnetita Fe3O4 Eten-1,2-diol C2H4O2 Etan-1,2-diol C2H6O2 H2O2 NaH

Resolver:1. ¿Cuál es el Volumen necesario de Hidrógeno H2 en Condiciones Estándar CE, para producir 1,00 mol de Agua H2O?

INTRODUCCIÓNFUNCIONES. Una variable es función de otras variables si un único valor de la primera depende de los valores de las otras.La relación entre las variables se indica mediante una regla o fórmula y son representadas con los símbolos f, g, h, etc.: V = f(P, T, n) , V es función de P, T y n. *sin espacio: f(

ó V = V(P, T, n) V = nRT/P El Volumen V de un gas ideal es una función de su Presión P, de su Temperatura absoluta T y de su cantidad de sustancia n.El valor de la variable V es dependiente de los valores de las variables independientes P, T y n. Estos valores son llamados argumentos y están relacionados con V por la constante R.V = f(argumento1, argumento2, argumento3)


P

nTV

P

nTV R

INTRODUCCIÓNMAGNITUDES ABSOLUTAS. Son las magnitudes cuyos valores tienen una cantidad y una unidad de medida.

MAGNITUDES RELATIVAS. Son las magnitudes cuyos valores son cantidades sin unidad de medida, porque resultan de la comparación con un valor estándar de la misma magnitud.

MAGNITUDES ADIMENSIONALES. Son las magnitudes cuyos valores se expresan como cantidades sin unidad de medida porque las unidades de sus argumentos se simplifican.


87,7)O2H(

)Fe()Fe( :

cm

g 00,1)O2H( :

3

d

delativadensidad rddensidad

)C20 Fe;( g

87,7)Fe( :Hierro 3cmomite) (se

dddel absolutadensidad

75,0mol 1,0 mol 3,0

mol 3,0 :

xmolarfracción

INTRODUCCIÓNFUNCIONES NUMÉRICAS. Muestran una regla de operación sobre uno o más valores numéricos de entrada y devuelven un único valor numérico de salida. La operación puede ser una de cálculo o una medida: una operación analítica o una empírica.Los argumentos de la función se escriben entre paréntesis.Argumento: x = 5Función numérica: f(x)

y = f(x) = x2 + 1 f(5) = 52 + 1 = 26

Argumento: CMH+ = 1,35 10∙ −5 M ó CMrH+ = 1,35 10∙ −5

Función numérica: potencial Hidrógeno(Concentración Molar relativa H+)

pH(CMrH+)= −log10(1,35 10∙ −5)= 4,87 pH(SoluciónEquilibrio HCl)= 4,87

(Función con argumento de cadena de caracteres)


INTRODUCCIÓNFUNCIONES DE MAGNITUDES. Muestran una operación sobre valores de magnitudes de entrada y devuelven un único valor de una magnitud de salida. La operación es cálculo o medida.Argumento: masa m = 5,0 g Constante: masa molar mM = 2,0 g/mol

Función: cantidad de sustancia n [mol] n = m/mM n = (5,0 g) /(2,0 g/mol) = 2,5 mol

FUNCIÓN DE MAGNITUDES CON ARGUMENTOS DE CADENA DE CARACTERES.

Argumento: masa de H2 m(H2) = 5,0 g

Constante: masa molar de H2 mM(H2) = 2,0 g/mol

Función: cantidad de sustancia de H2 n(H2) [mol]

n(H2) = m(H2)/mM(H2) = (5,0 g) /(2,0 g/mol) = 2,5 mol4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

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INTRODUCCIÓNFUNCIONES DE CADENA DE CARACTERES. Representan una operación sobre un valor de cadena de entrada y devuelven un valor de cadena o un valor numérico de salida:

Argumento: Elemento = 29Cu

Función de cadena: Distribución electrónica(Elemento)De(29Cu) = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 3d10

Argumento: Elemento = 6C

Función de cadena: electronegatividad(Elemento) ócoeficiente de electronegatividad(Elemento)ce(6C) = 2,55

En Química usaremos funciones sin y con argumentos de cadena.4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

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INTRODUCCIÓNArgumento: Elemento = CFunción de cadena: número atómico(Elemento)

Z(C) = 6Función de cadena: Masa atómica relativa(Elemento)

MAr(C) = 12,011 * MAr(12C) = 12

Las expresiones como las siguientes no tienen sentido:C = 12,011 y C = 6María = 18 años y María = 1,70 mLas funciones que pueden ser escritas son:MAr(6C) = 12,011 y Z(C) = 6 * Z(12C) = 6

edad(María) = 18 años y estatura(María) = 1,70 m


INTRODUCCIÓNArgumento: Compuesto = NaOHFunción de cadena: masa(Compuesto)

m(NaOH) = 40,79 gSe entiende que un Compuesto es una sustancia pura:

m(NaOH) = m(NaOH puro) = 40,79 gUn Compuesto puede estar en una mezcla heterogénea:Argumento: mezcla heterogénea = NaOH no puroFunción de cadena: masa(mezcla heterogénea)

m(NaOH no puro) = 100,0 gFunción de cadena: porcentaje de pureza(mezcla heterogénea)

cpp m/m(NaOH no puro) = 40,79%


INTRODUCCIÓNFunción de cadena: composición de pureza(mezcla heterogénea)

cm/m(NaOH no puro) = 0,4079

Un Compuesto puede estar en una mezcla homogénea:Argumento: mezcla homogénea = Solución NaOHFunción de cadena: Concentración m/m(mezcla homogénea)

Cm/m(Solución NaOH) = 0,756Argumento: mezcla homogénea = Solución concentrada NaOHFunción de cadena: masa(mezcla homogénea)

m(Solución concentrada NaOH) = 321,7 kgArgumento: mezcla homogénea = Solución 1N NaOHFunción de cadena: Volumen(mezcla homogénea)

V(Solución 1N NaOH) = 452,1 m3


INTRODUCCIÓN

PROPORCIONES MATEMÁTICAS.Serán usadas en lugar de las reglas de tres:

En las proporciones, a cada variable con valor no conocido se designará con su propio símbolo. Ej.:


Factor unitario de equivalencia

g 0142 kg 1

g 1000kg 2,014

kg 2,014

g 1000 kg 1

aen correspond

a equivale

x

x

2N mol 10,002N g 822N mol 1

2N g 0,082)2(N 2N g 0,082

2N g 82

)2(N2N mol 1

2N g 01422N kg 1

2N g 10002N kg 2,014)2(N

)2(N2N g 1000

2N kg 2,0142N kg 1

nn

mm

INTRODUCCIÓN

Aplicaciones:


Escribir 7 diferentes proporciones:

Indicar el concepto que corresponde a las siguientes definiciones:

Resolver:

CÁLCULOS QUÍMICOSPueden ser realizados manualmente o elaborando variados programas computacionales. En ambos casos son usados los símbolos y valores de las variables medidas. Ej.:

*En lugar del peso utilizaremos la masa.Los cálculos manuales son efectuados usando proporciones o algunas fórmulas matemáticas.Los cálculos con programas computacionales elaborados son realizados únicamente con ayuda de fórmulas matemáticas.


*

valorunidad

kg/m

cantidad

141593,2

variablelade símbolo

)(O

variablela de Nombre

32/ VwClecularOxígeno moolúmen de ión peso/VConcentrac

CÁLCULOS QUÍMICOSEn los cálculos químicos, los valores de las variables pueden ser expresados de forma redundante, según convenga:V(H2O) = 1,34 L Pvapor(H2O; 20°C) = 17,4 mmHg

V(H2O) = 1,34 L H2O Pvapor(H2O; 100°C) = 760 mmHg

m(H2O) = 1,7 g ∆Hf°(H2O) = −285,84 kJ/mol

m(H2O) = 1,7 g H2O

Función unidad de medidaEs necesario diferenciar la escritura y el uso de la fórmula de una sustancia como argumento de una función, (H2O) entre paréntesis, o como parte de la unidad de medida, g H2O sin paréntesis.4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

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CÁLCULOS QUÍMICOS

Aplicaciones:


Escribir la forma redundante y no redundante de los valores de 5 variables:


Resolver:Calcular la cantidad de sustancia n(H2O) a 4°C, que corresponde a 1,34 L H2O.

O H L1 O Hkg 1 : C4 A 2a ecorrespond

2

CÁLCULOS QUÍMICOSEXACTITUD Y PRECISIÓN DE LAS MEDIDAS.La exactitud indica la proximidad de la medida con respecto al valor verdadero o de referencia. La precisión indica la dispersión de las medidas con respecto al valor más frecuente. A mayor precisión menor dispersión.A menor precisión mayor dispersión.


CÁLCULOS QUÍMICOSDATOS DE ENTRADA. Son las medidas que son usadas para la realización de los cálculos.DATOS DE SALIDA. Son los valores resultantes de los cálculos, o sea del procesamiento de los datos de entrada.EXACTITUD DE LOS DATOS DE ENTRADA. La exactitud de los datos de entrada se refleja en el número de cifras exactas que son obtenidas con el equipo de medida, denominadas cifras significativas.EXACTITUD DE LOS DATOS DE SALIDA. La exactitud de los datos de entrada determina la exactitud de los datos de salida. La exactitud de los datos de salida es la exactitud del dato de entrada menos exacto.4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

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CÁLCULOS QUÍMICOSCIFRAS SIGNIFICATIVAS. Son las cifras que expresan la exactitud de la medida de magnitudes o de unidades.Son contadas de izquierda a derecha desde el primer dígito diferente de cero, sin importar la ubicación de la coma.Unidades:unidad de masa atómica 1 u = 1,66053873 10∙ -27 kg (9 cifras significativas)

1 Dalton = 1 Da = 1 u = 1,6605387 10∙ -27 kg (8 cifras significativas) 1 u = 1,660539 10∙ -27 kg (7 cifras significativas)

Simplificación: (7 c. s.)Magnitudes: variables y constantesmasa del electrón me = 9,10938188 10∙ -31 kg (9 cifras significativas)

me = 9,11 10∙ -31 kg (3 cifras significativas)Es posible realizar aproximaciones sucesivas hasta el redondeo a entero.


CÁLCULOS QUÍMICOSVALORES APROXIMADOS. Son valores expresados con cierto número de cifras significativas. Son inexactos pero útiles.0,0004567890 → 0,000457 0,0004562890 → 0,000456 (3 c.s.)DATOS DE PROCESO. Son los resultados intermedios de los cálculos realizados para obtener los datos de salida.VALORES OPERATIVOS. Son los valores calculados con todas las cifras significativas de los datos de entrada y expresados con todas las cifras del resultado que presente el instrumento de cálculo como la calculadora, pero si hay muchas cifras, con al menos 6 cifras significativas. Son usados para otros cálculos.VALORES SIGNIFICATIVOS. Son los valores de todos los datos de salida expresados con la exactitud correspondiente al dato de entrada menos exacto, que es indicada explícitamente.


CÁLCULOS QUÍMICOSINTERVALO DE MEDIDA. Es el intervalo de una medida en el que su última cifra , por lo general, es inexacta. Ej.: Si se debe medir una masa de 5,47365 g de una sustancia en una balanza, la medida puede estar entre 5,47364 g y 5,47366 g. De la misma manera, para los valores aproximados: masa requerida intervalo de medida exactitud

5,4737 g de 5,4736 g a 5,4738 g(5 c,s.)5,474 g de 5,473 g a 5,475 g (4 c,s.)5,47 g de 5,46 g a 5,48 g (3 c,s.)5,5 g de 5,4 g a 5,6 g (2 c,s.)5 g de 4 g a 6 g (1 c,s.)

Los valores redondeados son valores aproximados a enteros.4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

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CÁLCULOS QUÍMICOSVALORES EXACTOS. Son valores que tienen innumerables cifras significativas. Ciertos valores enteros son exactos.1 → 1,000000… 1000 → 1000,000000…Los valores exactos serán subrayados, o sus muchas cifras serán indicadas con puntos suspensivos, según convenga.

Como es de suponer, los datos de entrada que son exactos no determinan la exactitud de los datos de salida, sino más bien los datos menos exactos.4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 31

atómico. Hidrógenode moles dos contienemolecular Hidrógenode mol Un

H mol 2 Hmol 1

Agua. mol 2 producenmolecular Oxígeno mol 1 conmolecular Hidrógenomol 2

O2HO2H

contiene2

2producen

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CÁLCULOS QUÍMICOS

Aplicaciones:


Indicar los intervalos de medida para medir los siguientes valores:V(solución NaOH) = 3 mL : de 2 mL a 4 mL (1 c.s.)V(solución NaOH) = 3,0 mL : de 2,9 mL a 3,1 mL (2 c.s.)V(solución NaOH) = 3,00 mL : de 2,99 mL a 3,01 mL (3 c.s.)V(solución NaOH) = 3,000 mL :m(H2O) = 1 kg : debe medirse exactamente, sin error.m(H2O) = 1 kg :m(H2O) = 1,0 kg :m(H2O) = 1,00 kg :m(H2O) = 1,000 kg :


CÁLCULOS QUÍMICOSMASA. Es la medida de la inercia de la Materia. No todas las formas de Materia tienen masa. Se distingue la Materia másica de la Materia no másica como la luz visible y otros tipos de campo electromagnético.La masa se mide en kg, pero las masas de átomos, moléculas, etc. son medidas en unidades químicas mucho más pequeñas.MASA ATÓMICA DE UN ELEMENTO. Es el promedio ponderal de las masas atómicas de los distintos isótopos del elemento.MASA MOLECULAR. Es la suma de las masas de los elementos que forman una molécula de un compuesto covalente.MASA FORMULAR. Es la suma de las masas de los elementos que forman una unidad formular de un compuesto iónico.4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 33

CÁLCULOS QUÍMICOS

La masa se designa generalmente con m, excepto la Masa Atómica MA, la Masa Molecular MM y la Masa Formular MF.

UNIDAD DE MASA ATÓMICA o DALTON [u]. Unidad de masa que equivale a la doceava parte de la masa del isótopo 12C.Esta unidad sirve de estándar para la obtención de las masas relativas.MA(H) = 1,008 u MAr(H) = 1,008

VALORES REDONDEADOS. Algunos valores operativos son aproximados hasta el entero más próximo, solo con la finalidad de simplificar los cálculos.MA(H) = 1 u MAr(H) = 1


CÁLCULOS QUÍMICOS

Para cálculos de mayor exactitud es necesario usar datos con más cifras significativas o realizar medidas más exactas.Valores con 6 cifras significativas (6 c.s.) de exactitud:Masa Atómica MA(O)=15,9994 u → 16 u

Masa Atómica relativa MAr (O)=15,9994 → 16

Masa Molecular MM (O2)=31,9988 u → 32 u

Masa Molecular relativa MMr (O2)=31,9988 → 32

En otras magnitudes M significa molar, es decir por cada mol.

Masa Formular relativa MFr (NaCl)=58,4398 23+35,5=58,5

Masa de un mol mm(O)=15,9994 g → 16 g

Masa molar mM(O)=15,9994 g/mol →16 g/mol4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 35

CÁLCULOS QUÍMICOSEXACTITUD CONVENCIONAL. Por convención, algunos valores aproximados o redondeados podemos considerarlos exactos. Es decir, asumimos que ciertos datos de entrada no influyen en la exactitud de los datos de salida. Consideramos exactos:a) Los valores redondeados y aproximados de las masas MAr, MMr, MFr, mm y mM de las sustancias.

b) Las presiones en diferentes sistemas de medida.c) Las temperaturas en diferentes escalas. La exactitud de un mismo dato dado en diferentes sistemas, no puede cambiar.EXPRESIÓN DE RESULTADOS. Todos los datos de salida serán expresados con su valor operativo, y con su valor significativo seguido de la indicación de la exactitud en cifras significativas.


CÁLCULOS QUÍMICOS

ANÁLISIS DE LA EXACTITUD. Es la determinación de la menor exactitud de los datos de entrada, que es la que corresponde a la exactitud de todos los datos de salida o resultados.La menor exactitud de los datos de entrada es la del dato con el menor número de cifras significativas, sin considerar ciertos valores redondeados, las temperaturas y las presiones.Si se necesita un resultado con una exactitud definida, todos los datos de entrada deben tener al menos dicha exactitud, o sea ser medidos con dicha exactitud. Se indica la exactitud de todos los datos de entrada, o se indica solamente una de las menores. Se indica la exactitud de todos los datos de salida en forma general.


CÁLCULOS QUÍMICOSAplicaciones:


Indicar la exactitud de los siguientes valores:Números:π = 3,14159265 (9 cifras significativas)NA = 6,022∙1023 (4 cifras significativas)φ = 1,61801% = 1/100 = 0,010,0003500790000 (10 cifras significativas)0,00035008 Magnitudes adimensionales:Fracción molar: x = 0,075031

Escribir las Masas Atómicas relativas de 9 elementos. (6 c.s.)

Resolver:Calcular el valor redondeado de la MMr(H2SO4)

CÁLCULOS QUÍMICOS

REACCIÓN QUÍMICA. Es un proceso termodinámico en el cual una o más sustancias llamadas reactantes , debido a diversas interacciones electrónicas, cambian su estructura molecular y su composición, dando otras sustancias llamadas productos. Reactantes y productos pueden ser elementos o compuestos.LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA MASA. En las reacciones químicas ordinarias la masa consumida de los reactantes es igual a la masa obtenida de los productos, o sea, la masa del sistema químico permanece constante. (Lomonosov, 1745).En las reacciones químicas nucleares, la masa de los núclidos se transmuta a energía de otras entidades. La equivalencia entre masa y energía está dada por la ecuación E = mc2.4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

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CÁLCULOS QUÍMICOSECUACIÓN QUÍMICA BALANCEADA. Es la representación de una reacción química que cumple la ley de la conservación de la masa. Indica el Número de átomos, moléculas o unidades fórmula de reactantes y productos.Los reactantes son sustancias puras naturales usadas en procesos tecnológicos. Los reactivos son sustancias puras de laboratorio.REACCIÓN REVERSIBLE. Es la reacción química en la cual los productos de la reacción vuelven a combinarse para generar los reactantes o los reactivos, en forma espontánea.REACCIÓN IRREVERSIBLE. Es la reacción química en la cual los productos de la reacción no vuelven a generar los reactantes.ESQUEMA DE REACCIÓN. ESQUEMA DE ÓXIDO-REDUCCIÓN. ESQUEMA DE IONIZACIÓN. ESQUEMA DE COMPOSICIÓN.4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 40

CÁLCULOS QUÍMICOSCANTIDAD DE SUSTANCIA n. Es la expresión del número de átomos, moléculas o de unidades fórmula de una sustancia, en moles.MASA EQUIVALENTE meq. Es la masa de una sustancia que, de diferente manera, directa o indirectamente, remplaza, contiene o se combina con aproximadamente 8,00 g de átomos de Oxígeno o 3,00 g de átomos de Carbono, o 1,008 g de átomos de Hidrógeno.meq(H2O) = 9,00 g → 1,00 eqg H2O = Neqg(H2O) eqg es un equivalente-gramoMASA POR EQUIVALENTE-GRAMO meqg. Es la masa de una sustancia por cada equivalente-gramo.meqg(H2O) = 9,00 g/eqg


CÁLCULOS QUÍMICOS

CANTIDAD DE SUSTANCIA ESTEQUIOMÉTRICA BÁSICA nQb. Es la cantidad de sustancia de cada reactante o de cada producto dada por o basada en la ecuación química balanceada.MASA ESTEQUIOMÉTRICA BÁSICA mQb. Es la masa de cada reactante o de cada producto correspondiente a la cantidad de sustancia estequiométrica básica.CANTIDAD DE SUSTANCIA ESTEQUIOMÉTRICA nQ. Es la cantidad de sustancia de cada reactante y cada producto, proporcional a la cantidad de sustancia estequiométrica básica.MASA ESTEQUIOMÉTRICA mQ. Es la masa de cada reactante y cada producto que es proporcional a la masa estequiométrica básica.


CÁLCULOS QUÍMICOSNÚMERO DE PARTÍCULAS ESTEQUIOMÉTRICO BÁSICO Nátomos Qb.

NÚMERO DE PARTÍCULAS ESTEQUIOMÉTRICO Nmoléculas Q.

NÚMERO DE AVOGADRO. NA = 6,022 10∙ 23

NÚMERO DE AVOGADRO DE UN MOL. NAm = 6,022 10∙ 23 partículas

NÚMERO DE AVOGADRO MOLAR. NAM= 6,022 10∙ 23 partículas/mol

CONSTANTE UNIVERSAL DE LOS GASES. R = 8,31 J/(mol K)∙

En Condiciones Estándar CE (1 atm, 0°C):VOLUMEN ESTEQUIOMÉTRICO BÁSICO DE GASES VQb CE.

VOLUMEN ESTEQUIOMÉTRICO DE GASES VQ CE.

VOLUMEN DE UN MOL DE CUALQUIER GAS. Vm CE = 22,4136 L

VOLUMEN MOLAR DE CUALQUIER GAS. VM CE = 22,4136 L/mol4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de Excelencia 43

CÁLCULOS QUÍMICOSMASA DE UN MOL DE UN ELEMENTO mm. Es la Masa Atómica relativa de un elemento expresada en gramos:mm(elemento) = MAr(elemento) g ∙

mm(O) = MAr(O) g = 16 g∙

MASA DE UN MOL DE UN COMPUESTO COVALENTE mm. Es la Masa Molecular relativa del compuesto expresada en gramos: mm(H2O) = MMr(H2O) g = 18 g∙

mm(compuesto covalente) = MMr(compuesto covalente) g∙MASA DE UN MOL DE UN COMPUESTO IÓNICO mm. Es la Masa Formular relativa del compuesto expresada en gramos: mm(HCl) = MFr(HCl) g = 36,5 g∙

mm(compuesto iónico) = MFr(compuesto iónico) g∙


CÁLCULOS QUÍMICOSMASA MOLAR DE UN ELEMENTO mM. Es la Masa Atómica relativa de un elemento expresada en gramos/mol:mM(elemento) = MAr(elemento) g/mol ∙

mM(O) = MAr(O) g/mol = 16 g/mol∙

MASA MOLAR DE UN COMPUESTO COVALENTE mM. Es la Masa Molecular relativa del compuesto expresada en gramos/mol:mM(H2O) = MMr(H2O) g/mol = 18 g/mol∙

mM(compuesto covalente) = MMr(compuesto covalente) g/mol∙

MASA MOLAR DE UN COMPUESTO IÓNICO mM. Es la Masa Formular relativa del compuesto expresada en gramos/mol:mM(HCl) = MFr(HCl) g/mol = 36,5 g/mol∙

mM(compuesto iónico) = MFr(compuesto iónico) g/mol∙


CÁLCULOS QUÍMICOSRELACIONES ENTRE n, m, N y V.Con base en las definiciones, se tiene las fórmulas generales:

Los denominadores de las expresiones anteriores son constantes:La masa molar mM es constante para cada sustancia diferente. mM(H2O) = 18 g/molEl Número de Avogadro Molar NAM es constante para cualquier sustancia. NAM = 6,022 10∙ 23 partículas/molEl Volumen Molar en Condiciones Estándar VM CE es constante únicamente para las sustancias gaseosas. VM CE = 22,4 L/mol


CE

CE

M

Vn

Nn

mn

partículas

MM V

N

m A

CÁLCULOS QUÍMICOSAplicaciones:


Indicar el valor operativo y el valor significativo de los resultados:DATOS DE ENTRADA: VCE(O2) = 457,0 L (4 cifras significativas)

VM CE(O2) = 22,4 L/mol (3 cifras significativas)

DATOS DE SALIDA: n(O2) (3 cifras significativas)

RESOLUCIÓN: n = VCE/VM CE

n(O2) = 456,9 L / (22,4 L/mol) = 20,4018 mol (6 cifras significativas) (valor operativo)

n(O2) = 20,4 mol (3 cifras significativas) (valor significativo)


Resolver:

ESTEQUIOMETRÍAEs el cálculo de las proporciones cuantitativas entre las magnitudes de reactantes y productos en el transcurso de una reacción química.

Con base en la ecuación química balanceada podemos determinar la cantidad de sustancia estequiométrica básica de reactantes y productos , y calcular su masa estequiométrica básica, con las siguientes expresiones:


M

QQ

M

QbQb

M

mn

mn

mn

m

m

m

ESTEQUIOMETRÍA

Cualquier masa estequiométrica se calcula con las masas estequiométricas básicas conocidas.De la misma manera se calcula la masa equivalente y la masa por equivalente-gramo de reactantes y productos.En cálculos estequiométricos y, en general, en diferentes ejercicios, ciertos datos de salida pueden pasar a ser los datos de entrada. Las Masas Atómicas, Moleculares, etc., las masas de un mol y las masas molares de las sustancias son datos de entrada, aunque no se den en el enunciado.


)CaCl(m)CaCl()CaCl(

)CaCl(m)CaCl()CaCl(

222

222

M

M

QQ

QbQb

nm

nm

ESTEQUIOMETRÍAEJERCICIO. Calcular la Masa Formular relativa del Cloruro de Calcio CaCl2, del Carbonato de Sodio Na2CO3, del Carbonato de Calcio CaCO3 y del Cloruro de Sodio NaCl.DATOS DE ENTRADA.

MAr(Ca) = 40 MAr(Cl) = 35,5 (valores redondeados) (v.rd.)

MAr(Na) = 23 MAr(C) = 12 MAr(O) = 16

DATOS DE SALIDA. (valores redondeados) (v.rd.)MFr(CaCl2) MFr(Na2CO3)

MFr(CaCO3) MFr(NaCl)RESOLUCIÓN.

MFr(CaCl2) = 40 1 + 35,5 2 = 111∙ ∙ (v.rd.)4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 50

ESTEQUIOMETRÍAMFr(Na2CO3) = 23 2 + 12 1 + 16 3 = 106∙ ∙ ∙

MFr(CaCO3) = 40 1 + 12 1 + 16 3 = 100∙ ∙ ∙

MFr(NaCl) = 23 1 + 35,5 1 = 58,5∙ ∙

EJERCICIO. Calcular la cantidad de sustancia que corresponde a 9,00 g de Agua.DATOS DE ENTRADA

mM(H2O) = 18 g/mol (v.rd.) m(H2O) = 9,00 g (3 c.s.)DATOS DE SALIDA

n(H2O) (3 c.s.)RESOLUCIÓN

n(H2O) = m(H2O)/mM(H2O) = 9,00 g/(18 g/mol) = 0,500 mol4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 51

(3 c.s.)

ESTEQUIOMETRÍAEJERCICIO. Calcular la cantidad de sustancia que corresponde a 8,00 g de átomos de Oxígeno, y a 8,00 g de moléculas de Oxígeno.DATOS DE ENTRADA

mM(O) = 16 g/mol (v.rd.) mM(O2) = 32 g/mol (v.rd.)

m(O) = 8,00 g (3 c.s.) m(O2) = 8,00 g (3 c.s.)

DATOS DE SALIDA (3 c.s.)

n(O) n(O2)RESOLUCIÓN

n(O) = (8,00/16) mol = 0,500 mol (3 c.s.)n(O2) = (8,00/32) mol = 0,250 mol (3 c.s.)4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 52

ESTEQUIOMETRÍAEJERCICIO. Calcular la masa de un mol y la masa molar del Hidrógeno molecular, del Oxígeno molecular, y del Agua.DATOS DE ENTRADA.

MAr(H) = 1 MAr(O) = 8 (valores redondeados)

MMr(H2) = 2 MMr(O2) = 16 MMr(H2O) = 18

DATOS DE SALIDA. (valores redondeados)mm(H2) mm(O2) mm(H2O)

mM(H2) mM(O2) mM(H2O)RESOLUCIÓN. (valores redondeados)mm(H2) = 2 g mm(O2) = 16 g mm(H2O) = 18 g

mM(H2)=2 g/mol mM(O2)=16 g/mol mM(H2O)=18 g/mol4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 53

Aplicaciones:


ESTEQUIOMETRÍAEJERCICIO. Al quemar Hidrógeno gaseoso H2 con el Oxígeno gaseoso O2 del aire, se produce Agua H2O.

Calcular:1. La masa de Oxígeno que se requiere para quemar 2,00 g de Hidrógeno.2. La masa de Hidrógeno que debe quemarse con 8,00 g de Oxígeno.Usar valores redondeados de Masas Atómicas relativas.DATOS DE ENTRADA.

mM(H) = 1 g/mol mM(O) = 8 g/mol (valores redondeados) mM(H2)=2 g/mol mM(O2)=16 g/mol mM(H2O)=18 g/mol


ESTEQUIOMETRÍA1. mQ(H2) = 2,00 g 2. mQ(O2) = 8,00 g (3 c.s.)

DATOS DE SALIDA. (3 cifras significativas) 1. m(O2) 2. m(H2) RESOLUCIÓN TABULADA.

2H2 + O2 → 2H2O nQb : 2 mol 1 mol 2 mol

mQb : 4 g 32 g 36 g 36 36

1. mQ : 2,00 g 16 g 18,0 g 18,0 18,0

2. mQ : 1 g 8,00 g 9,00 g 9,00 9,00

meq : Observar el cumplimiento de la Ley de conservación de la masa.4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 56

Mas

a de

reac

tant

es

Mas

a de

pro

duct

os

ESTEQUIOMETRÍAEn la resolución tabulada son presentados valores operativos.PRESENTACIÓN DE RESULTADOS.

1. mQ(O2) = 16 g (valor operativo) (el obtenido en la calculadora)

mQ(O2) = 16,0 g (3 c.s.) (valor significativo) (análisis de exactitud)

2. mQ(H2) = 1 g (valor operativo) (el obtenido en la calculadora)

mQ(H2) = 1,00 g (3 c.s.) (valor significativo) (análisis de exactitud)

Observar que las masas estequiométricas de O2 y H2 son dadas en dos situaciones diferentes, 1 y 2; y son proporcionales.EJERCICIO. Calcular la masa de Etanol puro C2H5OH que puede combustionarse completamente con 8,00 g de O2 del aire.

EJERCICIO. Determinar la masa de Grafito puro C que se quema completamente con 8,00 g de O2 del aire.4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 57

ESTEQUIOMETRÍAEJERCICIO. Calcular la masa de Cloruro de Calcio CaCl2 necesaria para la reacción completa con 0,6420 g de Carbonato de Sodio Na2CO3.DATOS DE ENTRADA.

mM(CaCl2)=111 g/mol (valor redondeado) (v.rd.)

mM(Na2CO3)=106 g/mol

mM(CaCO3)=100 g/mol

mM(NaCl)=58,5 g/mol (valor aproximado) (v.a.)

mQ(CaCO3)=0,6420 g (4 cifras significativas)

DATOS DE SALIDA. (4 cifras significativas) mQ(CaCl2)4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 58

ESTEQUIOMETRÍARESOLUCIÓN TABULADA.

La reacción se realiza completamente: CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3 + 2NaCl nQb : 1 mol 1 mol 1 mol 2 mol

mQb : 111 g 106 g 100 g 117 g

mQ : 0,672283 g 0,6420 g 0,605660 g 0,708623 g

mQ :

La resolución tabulada permite realizar cálculos sistemáticos.PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS.

mQ(CaCl2) = 0,672283 g (valor operativo)

mQ(CaCl2) = 0,6723 g (4 c.s.) (valor significativo)4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 59

QUÍMICA IFuente: Imágenes Google.

ESTADO LÍQUIDO.En muchos procesos tecnológicos son utilizados algunos líquidos como componentes de fases líquidas.

Una fase es cada una de las partes homogéneas a simple vista, físicamente separables, en un sistema formado por uno o varios componentes.


SISTEMA ABIERTO. Es un conjunto de dos o más componentes interrelacionados, con fronteras definidas, que interactúan con su entorno variando su masa, su Energía o su información. SISTEMA CERRADO. No varían su masa. SISTEMA AISLADO. No varían su masa y su Energía.

ESTADO LÍQUIDOEs el estado físico de la Materia másica que está constituida de un sistema de partículas cuya atracción gravitacional es similar a su repulsión electrónica, y cuya energía cinética hace que sus desplazamientos se equiparen a su tamaño.Generalmente los líquidos están constituidos de moléculas de compuestos covalentes, pero pueden contener iones.Las moléculas y otras partículas de los líquidos, que están en movimiento, chocan permanentemente porque están mucho más cercanas entre sí que las moléculas de los gases.A cierto nivel de energía de las partículas, en estado sólido la atracción gravitacional y de las cargas, es mucho mayor que la repulsión electrónica; mientras que en estado gaseoso la atracción gravitacional de las moléculas es mucho menor que su repulsión.4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 61

ESTADO LÍQUIDO

Usaremos convencionalmente los siguientes parámetros:CONDICIONES ESTÁNDAR: 101,325 kPa (1 atm), 273,15 K ( 0°C)CONDICIONES NORMALES: 101,325 kPa (1 atm), 298,15 K ( 25°C)CONDICIONES DE LABORATORIO: 101,325 kPa (1 atm), 293,15 K ( 20°C)


En condiciones normales, el estado físico natural de algunos materiales es el estado líquido. Cuando se calienta el entorno, por transferencia aumenta la Entalpía del cuerpo o del sistema, porque aumenta su energía térmica, y su estado físico puede cambiar .

Aplicaciones:


ESTADO LÍQUIDOFuente: Imágenes Google

EL AGUA. Es uno de los materiales que, en ciertos procesos, comúnmente lo encontramos en estado líquido.


PROPIEDADES QUÍMICAS DEL AGUA.1. Reacciona con los metales activos y los no metales, especialmente halógenos.2. Reacciona con óxidos básicos dando hidróxidos.3. Reacciona con los óxidos ácidos dando ácidos oxácidos.4. Actúa con las sales formando hidratos.Etc.

CONSULTA. Proceso de potabilización del Agua.

ESTADO LÍQUIDOFuente: http://www.javeriana.edu.co/Facultades/Ciencias

“Agua es el nombre tradicional aplicado al estado líquido del compuesto de Hidrógeno y Oxígeno, H2O. En 1781 el químico británico Cavendish sintetizó Agua detonando una mezcla de Hidrógeno y aire. Los resultados de este experimento no fueron interpretados claramente hasta dos años más tarde, cuando el químico francés Lavoisier propuso que el Agua no es un elemento sino un compuesto de Hidrógeno y Oxígeno. En un documento científico presentado en 1804, el químico francés Gay-Lussac y el naturalista alemán Alexander von Humboldt demostraron conjuntamente que el Agua contenía dos volúmenes de Hidrógeno y uno de Oxígeno, tal como se expresa en la fórmula actual H2O.”


ESTADO LÍQUIDOFuente: http://www.javeriana.edu.co/Facultades/Ciencias

“La estructura molecular del Agua es un dipolo: su constante dieléctrica es muy alta, mayor que para cualquier otro líquido, lo que le confiere la propiedad de disolver cualquier sustancia aunque sea en cantidades pequeñísimas, por lo que el Agua no es nunca químicamente pura, llevando siempre diversas sustancias, como gases, sales o grasas, disueltas. El Agua es débilmente ionizable, conteniendo siempre algunos iones hidrógeno, dando un pH próximo a 7. La concentración de iones en el Agua es muy importante para los organismos. El protoplasma, el sistema básico de las células vivas, consiste en una disolución de grasas, carbohidratos, proteínas, sales y otros compuestos químicos similares en Agua.”


ESTADO LÍQUIDOFuente: Fundamentos de Química General. Ing. Luis Escobar.

LÍQUIDOS.Los líquidos presentan las siguientes características:a) Los espacios entre sus moléculas son similares al tamaño de las mismas y de otras partículas constitutivas.b) Las moléculas presentan movimientos de traslación y de vibración, pero más restringidos que en los gases.c) Prácticamente no se comprimen; son incompresibles.d) Poseen volúmenes fijos, consecuencia de lo anterior.e) Adquieren la forma de los recipiente que los contienen.f) Son también fluidos, como los gases.g) Forman una capa de superficie que los separa del entorno. 4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 67

Aplicaciones:



PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS LÍQUIDOS.Los líquidos presentan las siguientes propiedades físicas: 1. Presión de vapor2. Punto de ebullición3. Punto de congelación4. Tensión superficial5. Viscosidad



PRESIÓN DE VAPOR DE LOS LÍQUIDOS.En los líquidos, a medida que se incrementa la temperatura, aumenta el escape de las moléculas, o de otras partículas, de la superficie del líquido, estableciéndose un equilibrio entre el líquido y su vapor, debido a que el Número de moléculas que se escapan es igual al de las moléculas que retornan.

P(vapor del líquido) Pvapor del líquido + Paire


Con aireSin aire

PRESIÓN DE VAPOR DE LOS LÍQUIDOS.Fuente: Imágenes Google.

P(vapor del líquido) .



La presión ejercida por el vapor en equilibrio con el líquido a una determinada temperatura, en un recipiente cerrado, se llama presión de vapor del líquido.La presión de vapor es un valor característico para cada líquido a una temperatura definida.Es una propiedad extensiva independiente de la cantidad del líquido y constituye una medida de la tendencia del líquido a evaporarse. Los líquidos de mayor presión de vapor se evaporan con mayor facilidad. A continuación se muestran presiones de vapor en mmHg, o sus similares en Torr, de varios líquidos a diferentes temperaturas:


ESTADO LÍQUIDO

Como conclusión se puede establecer que:

Presión de Vapor = f(Energía Cinética)

Energía Cinética = f(Temperatura)

Por lo tanto: Presión de Vapor = f(Temperatura)


Pv [Torr]tc [°C] Agua Etanol Éter

020406080

100

4,617,454,9

148,9354,9760,0

12,744,5

133,7350,2812,9

1697,5

184,4432,8921,1

1725,03022,84953,3

ESTADO LÍQUIDOTEMPERATURA O PUNTO DE EBULLICIÓN DE LOS LÍQUIDOS. La temperatura de ebullición de un líquido se relaciona con su presión de vapor y con la presión de su entorno. Cuando la presión de vapor del líquido es igual a la presión de su entorno, el líquido hierve. La temperatura del líquido a la cual su presión del vapor es igual a la presión atmosférica del entorno, se llama punto o temperatura de ebullición.


ESTADO LÍQUIDOEl punto o temperatura de ebullición depende de la presión del entorno. Para el Agua tenemos los siguientes datos:

PUNTO DE EBULLICIÓN NORMAL DE LOS LÍQUIDOS. Es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a 1 atmósfera o 760 Torr o aproximadamente 101325 Pa.


P [Torr]atmosférica

tb [°C]H2O

4,6 0

17,4148,9354,9540760

20608092

100Presión atmosférica [Torr]

Punt

o de

ebu

llici

ón H

2O [

°C]

ESTADO LÍQUIDO

Cada líquido tiene su temperatura de ebullición normal, que es constante para determinado líquido. En la tabla tenemos datos del punto de ebullición normal de algunas sustancias:

P(entorno) = 1 atm


Sustancia tb [°C]

AguaAlcohol Etílico

HierroCobre

AluminioPlomo

Mercurio

10078,42750260024001750357

Aplicaciones:


ESTADO LÍQUIDO

TENSIÓN SUPERFICIAL:Todo líquido opone resistencia a cualquier fuerza que tienda a expandir su superficie. Por esta razón un líquido tiende a adoptar la forma esférica, ya que una superficie esférica tiene en comparación con el volumen que encierra un área menor que cualquier otra forma geométrica.


ESTADO LÍQUIDOLa tensión superficial es la atracción de las moléculas de la superficie de un líquido hacia su interior, lo que disminuye la superficie al mínimo. Este fenómeno es causado porque dentro del líquido cada molécula es atraída por el resto de las moléculas en todas las direcciones, pero en la superficie son atraídas únicamente hacia abajo, o sea hacia el centro de gravedad de la masa líquida, formando éstas una especie de membrana superficial templada.


ESTADO LÍQUIDOCuanto mayor sea la fuerza de atracción entre las moléculas, mayor es la tensión superficial.La Tensión Superficial se define como la fuerza que actúa a lo largo de una distancia de 1 cm en el plano de superficie que se opone a la expansión; se expresa en dinas/cm y se simboliza como .

A continuación son presentados datos de la tensión superficial de algunas sustancias a 20°C:


L

F

A

W

xL

xF

Área

trabajo

expandida

realizado

ESTADO LÍQUIDO


Sustancia [dinas/cm]

Aceite de OlivaAgua

Ácido AcéticoAcetonaBencenoGlicerinaHexano

ÉterMercurio

32,0072,7527,263,70

28,8563,4018,4017,00

465,00

ESTADO LÍQUIDO

En la siguiente tabla se muestran valores de tensión superficial para el Agua a diferentes temperaturas:


tc [°C] [dinas/cm]

01020304050

75,6474,2272,7571,1869,5667,91

Aplicaciones:


ESTADO LÍQUIDO

VISCOSIDAD.Las fuerzas de atracción que mantienen las moléculas de los líquidos a distancias ínfimas, dando a la masa líquida cohesión suficiente, determinan que éstos al fluir sobre una superficie produzcan fricción. La resistencia que el líquido ofrece al flujo se denomina viscosidad.La viscosidad depende de la temperatura y de la Presión. Disminuye con el aumento de la temperatura y aumenta con el aumento de la Presión.


ESTADO LÍQUIDO

En el Sistema Internacional de unidades SI, la unidad de la viscosidad es el Pascal segundo que corresponde a N s/m² o ∙ ∙kg/(m·s). La unidad CGS para la viscosidad es el Poise [P] que es equivalente a g/(cm s).∙

A continuación se muestran algunos datos de viscosidad:


Sustancia viscosidad [kg/m s]∙Agua

GlicerinaBenceno

Aceite

0,001051,3923

0,0006730,391

SOLUCIONESUna SOLUCIÓN es una mezcla homogénea de una sustancia disuelta llamada SOLUTO y de un medio que está en mayor cantidad, y se encuentra por lo general en el mismo estado de la solución resultante, llamado SOLVENTE. En la siguiente tabla se muestran algunos ejemplos de soluciones:


SOLUTO SOLVENTE SOLUCIÓN EJEMPLOGasGas

LíquidoSólido

GasLíquidoSólido

GasLíquidoLíquidoLíquidoSólidoSólidoSólido

GaseosaLíquidaLíquidaLíquidaSólidaSólidaSólida

AireOxígeno en AguaEtanol en Agua

Sacarosa en AguaHidrógeno en Paladio

Mercurio en PlataPlata en Oro

SOLUCIONESUna Solución es una mezcla homogénea a nivel molecular o iónico de dos o más materiales, que no reaccionan entre sí, y se encuentran en una proporción que varía en ciertos límites.Esquemas de formación de una Solución:


O2

NaOH / H O2

Hsolvente NaOH soluto

NaOH Solución O2

Hsolvente NaOH soluto

/

forman

forman

forman

forman

solventesolutosolventesoluto

Soluciónsolventesoluto

SOLUCIONESCon base en un esquema de formación de Solución podemos escribir igualdades de masa y de cantidad de sustancia en la Solución. Los Volúmenes de soluto y solvente no se suman.


Soluciónla ensustancia de Igualdad

Soluciónla en de Igualdad

:

NaOH) (Solución O)2

(H (NaOH)


(H (NaOH)

:esimplement ó NaOH) (Solución O)2

H(solvente NaOH) (soluto


H(solvente NaOH) (soluto

NaOH) (Solución

e cantidad d

masa

CSoluciónión de la Concentrac

nnn

mmm

nnn

mmm

SOLUCIONESPOLARIDAD. Es la propiedad de las moléculas o las estructuras iónicas que presentan separación de cargas eléctricas por una disposición asimétrica de sus electrones. Esta propiedad está íntimamente relacionada con otras propiedades como son la solubilidad, el punto o temperatura de fusión, la temperatura de ebullición, las fuerzas intermoleculares, etc.SOLUBILIDAD. Es la máxima cantidad de soluto que se puede disolver en una cantidad determinada de solvente en ciertas condiciones. La solubilidad del soluto depende de su polaridad y la del solvente, de la temperatura y la presión del sistema, es decir, de la tendencia de la Solución a alcanzar el mayor valor de entropía.


SOLUCIONESLas sustancias polares se disuelven en solventes polares.Las sustancias no polares se disuelven en solventes no polares.Las sustancias polares generalmente son iónicas, inorgánicas.Las sustancias no polares en general son moléculas covalentes, orgánicas.El Agua presenta polaridad en sus moléculas y es el solvente de más uso. Las sustancias con menor solubilidad son las que presentan menor reactividad química. Al proceso de interacción entre las moléculas del solvente y las partículas del soluto para formar agregados se le denomina solvatación y si el solvente es Agua, hidratación. Ej.: CrCl3 6H∙ 2O


Aplicaciones:


SOLUCIONES

CLASIFICACIÓN DE LAS SOLUCIONES.Las soluciones se clasifican considerando algunos aspectos.Según el estado físico: SólidasLíquidasGaseosasSegún el número de componentes: BinariasTernariasCuaternarias, etc.


SOLUCIONES

Según el solvente: Soluciones acuosas. El soluto es el Agua. Soluciones no acuosas.Cuando no se especifica el solvente, se sobrentiende que el solvente es el Agua.Según el soluto: Iónicas. El soluto generalmente es una sustancia inorgánica.Moleculares. El soluto es una sustancia orgánica.Según el tamaño de las partículas (iones, moléculas) disueltas:En las Soluciones verdaderas el tamaño es menor a 0,001 μm.Hay Soluciones con diferente tamaño de partículas.


SOLUCIONES

Según el soluto y solvente:Empíricas: Diluidas, Muy diluidas Concentradas Saturadas SobresaturadasValoradas: Porcentuales Normales Molares Molales4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 94

Llamaremos disolvente a la sustancia, generalmente un líquido, que puede disolver a otra sustancia, en general un sólido poco soluble, pero no necesariamente para formar una Solución.

Esquemas de solución. Ejemplos:soluto + solvente → Solución diluídaNaCl + H2O → Solución NaCl purosolutos + solventes → solutos/solventesI2 + Br2 + CCl4 → I2 ,Br2/CCl4

SOLUCIONESDISOLUCIÓN. Es el proceso del paso de partículas de la fase del soluto a la fase del solvente o de la Solución. Algunos autores llaman disoluciones a las Soluciones, que son materiales o mezclas homogéneas.DILUCIÓN. Es el proceso de disminución de la Concentración de una Solución, generalmente por adición de solvente. Ejemplo:

Solución saturada + solvente → Solución diluida


Aplicaciones:


SOLUCIONES

CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONES. Es la cantidad del soluto contenida en una determinada cantidad de solvente o de Solución.


)(

)()(

)(

)()(

solventecantidad

solutocantidadSolucióniónConcentrac

solventedecantidad

solutodecantidadSolucióndeiónConcentrac

Solucióncantidad

solutocantidadSolucióniónConcentrac

Solucióndecantidad

solutodecantidadSolucióndeiónConcentrac

CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONES

La cantidad de soluto puede expresarse en masa, Volumen, cantidad de sustancia ó Número de equivalentes-gramo; y la cantidad de solvente o Solución en masa o Volumen. soluto + solvente → Solución m(soluto) m(solvente) m(Solución) Son aditivas.

C(Solución) V(soluto) V(Solución)

C(Solución) n(soluto) n(solvente) n(Solución) Son aditivas. x(soluto)Neqg(soluto) C(Solución)


CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONESPara toda Solución se debe tomar en cuenta que:


)(

)()(

SoluciónV

SoluciónmSoluciónd

SolucióndeVolumen

SolucióndemasaSoluciónladedensidad

)()()( solventewsolutowSoluciónw

solventedepesosolutodepesoSolucióndepeso

)()()( solventemsolutomSoluciónm

solventedemasasolutodemasaSolucióndemasa

CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONESCon relación a los Volúmenes se debe tomar en cuenta que, generalmente, los Volúmenes de soluto y solvente sumados no dan el Volumen de la Solución, es decir no son aditivos.


)( )()(

)( )()(

)( )(

)( )(

producen

producen

contiene

contiene

contiene

contiene

SoluciónVolumensolventeVolumensolutoVolumen

SoluciónVolumensolventeVolumensolutoVolumen

SolucióndeVolumensolventedeVolumensolutodeVolumen

solventeVolumenSoluciónVolumen

solventedeVolumenSolucióndeVolumen

solutoVolumenSoluciónVolumen

solutodeVolumenSolucióndeVolumen

CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONESFORMAS PARA EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN.Las unidades para expresar la Concentración son FÍSICAS y QUÍMICAS.UNIDADES FÍSICAS DE CONCENTRACIÓN DE SOLUCIONES.Las unidades físicas de Concentración no dependen de la naturaleza química de soluto y solvente, pues se relacionan solo con sus masas o sus Volúmenes.Cuando se emplean unidades físicas, las concentraciones de las Soluciones se suelen expresar de la siguientes formas:a) Porcentaje en masa, es decir masa/masa.b) Porcentaje en Volumen, es decir Volumen/Volumen.c) Porcentaje en masa/Volumen.4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 101

CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONESPORCENTAJE EN MASA Cpc m/m.

Expresa la cantidad de masa de soluto en 100 unidades de masa de Solución. Aunque es incorrecto, se sigue nombrando como porcentaje en peso.


)(/ a equivale

)(/

)(

)()(/ 1

100

100100% :que Puesto

:

%100)(

)()(/

expresa se

SoluciónmmCSoluciónmmpcC

Soluciónm

solutomSoluciónmmC

masaeniónConcentrac

Soluciónm

solutomSoluciónmmpcCPESOen%

CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONESEn los lenguajes de programación no son usados símbolos especiales como % en los nombres de variables. Además el símbolo % tiene un valor numérico: 1% = 1/100.Una solución al 15,0% en masa de NaCl, significa que en 100 gramos de Solución hay 15,0 gramos de NaCl, esto es: 15,0 gramos de NaCl y 85,0 gramos de solvente. Se sobrentiende que el solvente es el Agua, pues no se indica otro.Cpc m/m(Solución NaCl) = 15,0% m/m

Cpc m/m(Solución NaCl) = 15,0% Cm/m(Solución NaCl) = 0,150

Cuando no se especifica “porcentaje en masa” o cuando se omite m/m se colige que el porcentaje es en masa. Pero es obligatorio especificar V/V o m/V, y escribir Cpc m/m o Cm/m.

Una solución al 15,0% NaCl significa 15,0% m/m NaCl.4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 103

Aplicaciones:



MASA DEL SOLUTO. Cuando usamos unidades físicas de Concentración de una Solución, para calcular la masa del soluto, solvente o Solución, no son necesarias las fórmulas químicas.


)()()(

ó )()()(

%100)(

)()(

:química naturalezasu importar sin soluto,cualquier Para

/

/

/

SoluciónmSoluciónCsolutom

SoluciónmSoluciónCsolutom

Soluciónm

solutomSoluciónC

mm

mmpc

mmpc

MM

partículas

M

CEV

nN

nm

nV

N

m A


MASA DE LA SOLUCIÓN.


ivo)significat(valor )..c3( kg 00,3750,0

kg 25,2)( :esimplement O

operativo)(valor Solución kg 3soluto kg 25,2

%0,75

soluto kg 25,2)(

)(

)()( ó

)(

)()(

:s tenemo%100)(

)()( que Sabiendo

kg 25,2)( siy 750,0100

10,75%0,75)( Si

Solución kg 100

soluto kg 75,0

//

/

/

s Soluciónm

Soluciónm

SoluciónC

solutomSoluciónm

SoluciónC

solutomSoluciónm

Soluciónm

solutomSoluciónC

solutomSoluciónC

mmmmpc

mmpc

mmpc


Ej.: Qué volumen de Ácido Nítrico diluido, de densidad 1,11 g/cm3 y al 19% en masa, contiene 10,0 g de Ácido Nítrico. DATOS DE ENTRADA

MAr(H)=1 MAr(N)=14 MAr(O)=16 (valores redondeados)

d(Solución diluida HNO3)=1,11 g/cm3 (3 cifras significativas)

Cpc m/m(Solución diluida HNO3)=19% m/m (2 cifras significativas)

m(HNO3 puro) = m(HNO3)= 10,0 g (3 cifras significativas)

DATOS DE SALIDA

V(Solución diluida HNO3) (2 cifras significativas)

RESOLUCIÓN

MMr(HNO3)=1+14+16 3=63 ∙ No se utiliza la composición química.


CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONESEn general, al usar unidades físicas no importa la composición del soluto.


ivo)significat(valor ivas)significat cifras (2 3cm 47)3HNO diluidaSolución (

operativo)(valor 3cm 41,47

3cm

g 1,11

g 63,52)3HNO diluidaSolución (

)3HNO diluidaSolución (

)3HNO diluidaSolución ()3HNO diluidaSolución (

g 63,520,19

g 10,0

100

119

g 10,0

19%

g 0,10)3HNO diluidaSolución (

)diluidaSolución (

soluto g 10,0

Solución g 100

soluto g 19 :También

)(

)()(

)(

)()(

V

V

V

md

m

mSoluciónm/mpcC

solutomSoluciónm

Soluciónm

solutomSoluciónm/mpcC

CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONESPORCENTAJE EN VOLUMEN.Expresa la cantidad de soluto expresada en Volumen, que hay en 100 unidades de Volumen de Solución:

Por ejemplo, una solución al 10% en Volumen de H2SO4, nos indica que en 100 volúmenes de Solución hay 10 volúmenes de H2SO4, o sea 10 volúmenes de H2SO4 y aproximadamente unos 90 volúmenes de solvente. Es obligatorio escribir 10% V/V.4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 109

)( a equivale

)(

)(

)()( 1

100

100100% :que Puesto

:

%100)(

)()(

expresa se

//

/

/

SoluciónCSoluciónC

SoluciónV

solutoVSoluciónC

VolumeneniónConcentrac

SoluciónV

solutoVSoluciónCVOLUMENen%

VVVVpc

VV

VVpc

CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONESPORCENTAJE EN MASA/VOLUMEN.Se refiere a la masa de Soluto disuelta en 100 unidades de Volumen de Solución. En diferentes cálculos, el Volumen de referencia puede ser 1, 100 o 1000 mL.

12% m/V significa que hay 12 g de soluto en 100 mL de Solución.


)( a equivale

)(

)(

)()( 1

100

100100% :que Puesto

:/

%100)(

)()(

expresa se

//

/

/

SoluciónCSoluciónC

SoluciónV

solutomSoluciónC

VolumenmasaeniónConcentrac

SoluciónV

solutomSoluciónC

VOLUMEN

PESOen%

VmVmpc

Vm

Vmpc

Aplicaciones:



Ej.: Calcular cuántos gramos de Cloruro Crómico Hexahidratado CrCl3 6H∙ 2O se necesitan para preparar 1,000 L de Solución que contenga 20,0 mg de Cr3+ por cm3 de Solución. DATOS DE ENTRADA

MAr(Cr) = 52 MAr(Cl) = 35,5 (valores redondeados)

MAr(H) = 1 MAr(O) = 16 (valores redondeados)

Cm/V(Solución Cl3+) = 20,0 mg/cm3 (3 cifras significativas)

V(Solución Cl3+) = 1,000 L = 1000 cm3 (4 cifras significativas)NOTA. Interesa conocer el contenido de Cr3+ en CrCl3 6H∙ 2O.

DATOS DE SALIDA

m(CrCl3 6H∙ 2O) (3 cifras significativas)


CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONESRESOLUCIÓN

MFr(CrCl3 6H∙ 2O) = 52 + 35,5 3 + 6 (1 2 + 16) = 266,5∙ ∙ ∙

m(CrCl3 6H∙ 2O)=102,5 g (valor operativo)

m(CrCl3 6H∙ 2O)=103 g (3 cifras significativas) (valor significativo)


3

3

23

23

3

333

3

3

33

//

Cr g 20

Cr g 52

O)6H(CrCl

O6HCrCl g 5,266

)(Cr(Cr)

operativo)(Valor Cr g 20Cr mg 000.20)(Cr

Solución cm 1000Solución cm 1

Cl mg 20)(Cr

)()()( )(

)()(

m

mm

m

m

SoluciónVSoluciónCsolutomSoluciónV

solutomSoluciónC VmVm


Ej.: Cuántos cm3 de una Solución que contiene 40,0 g de Cloruro de Calcio por litro de Solución son necesarios para la reacción con 0,6420 g de Carbonato de Sodio puro. DATOS DE ENTRADA

MAr(Ca)=40 MAr(Cl)=35,5 (valores redondeados)

MAr(Na)=23 MAr(C)=12 MAr(O)=16 (valores redondeados)

Cm/V (Solución CaCl2)=40,0 g/L (3 cifras significativas)

m(Na2CO3)=0,6420 g (4 cifras significativas)

DATOS DE SALIDA

V(Solución CaCl2) (3 cifras significativas)

RESOLUCIÓN a) Usando proporciones:4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 114

CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONESMFr(CaCl2)=40+35,5 2 = 111 M∙ Fr(Na2CO3)=23 2+12+16 3=106 ∙ ∙MFr(CaCO3)=40+12+16 3=100 M∙ Fr(NaCl)=23+35,5=58,5

CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3 + 2NaCl

nQb : 1 mol 1 mol 1 mol 2 moles

mQb : 111 g 106 g 100 g 2 58,5 g∙

111 g 106 g 100 g 117 g 217 g 217 gmQ : 0,67228 g 0,6420 g

En la Solución:


Ley de conservación de masa Reactantes Productos

ivo)significat(valor ivassignificat cifras (3cm 8,16)2CaCl(Solución

operativo)(valor cm 807,16)2CaCl(Solución

cm 807,162CaCl g 67228,02CaCl g 0,40

2CaClSolución cm 1000)2CaCl(Solución

) 3

3

33

V

V

V


RESOLUCIÓN

b) Podemos indicar explícitamente las proporciones:


ivo)significat(Valor ivas)significat cifras (3 cm 8,16)2CaCl(Solución

operativo)(Valor cm 807,16)2CaCl(Solución

2CaCl g 0,402CaCl g 67228,0

2CaClSolución cm 1000)2CaCl(Solución

2CaCl g 67228,0

2CaCl g 0,40

)2CaCl(Solución 2CaClSolución cm 1000

2CaCl g 67228,03CO2Na g 106

3CO2Na g 0,64202CaCl g 111)2CaCl(

3CO2Na g 0,64203CO2Na g 106

)2CaCl(2CaCl g 111

3

3

3

3

V

V

V

V

m

m

Q

Q


UNIDADES QUÍMICAS DE CONCENTRACIÓN DE SOLUCIONES.La Concentración de las Soluciones se expresa de diferentes maneras, con sus correspondientes unidades:MOLARIDAD ó CONCENTRACIÓN MOLAR, M ó CM.


Diferenciar la Molaridad M de la Solución y las Masas MA, MM, y MF variables en fórmulas.Diferenciar las unidades de la Concentración M de Molar y las Masas MA, etc. como constantes.

molg/mol

g

)(m

)()(

masa Molar

)(

:donde En

Molar ML

mol

L)(

)()()(

Litros

sustancia

soluto

solutomsoluton

o del solut

solutodelmasasoluton

SoluciónV

solutonSoluciónCSoluciónM

SolucióndeenVolumen

solutodedecantidadSoluciónladeMolaridad

M

M


Por ejemplo, una Solución 2,00 M de Ácido Sulfúrico H2SO4, significa que en un litro de Solución hay 2,00 mol de Ácido Sulfúrico. Si un mol de H2SO4 tiene una masa de 98,0 g, en un litro de Solución hay 2,00 mol 98,0 g/mol = 196 g H∙ 2SO4.


Aplicaciones:


CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONESMOLALIDAD ó CONCENTRACIÓN MOLAL, m ó Cm:

Si tenemos una Solución 2,00 m de Cloruro de Potasio KCl, significa que por cada kilogramo de solvente Agua H2O, hay 2,00 mol de Cloruro de Potasio.4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 120

Diferenciar la molalidad m de la Solución y la masa m de soluto y solvente.Diferenciar mM , las unidades de Concentración m de molal y la de distancia m de metro.

molg/mol

g

)(m

)()(

masa Molar

)(

:donde En

molal mkg

mol

kg)(

)()()(

kilogramos

sustancia

soluto

solutomsoluton

o del solut

solutodelmasasoluton

solventem

solutonSoluciónCSolución

solventedeenmasa

solutodedecantidadSoluciónlademolalidad

M

mm

CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONESNORMALIDAD ó CONCENTRACIÓN NORMAL, N ó CN.

Por ejemplo, si tenemos una Solución 2,50 N de Cloruro de Hidrógeno HCl ó Ácido Clorhídrico, hay 2,50 equivalentes-gramo de HCl por cada litro de Solución.4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 121

Diferenciar la Normalidad N de la Solución y el Número N de equivalentes-gramo.Diferenciar las unidades de Concentración N de Normal y la constante N de Avogadro.

eqgg/eqg

g

)(m

)()(

eqgpor masa

)(

:dondeEn

Normal NL

eqg

L)(

)()()(

Litros

eqg

soluto

solutomsolutoeqgN

o del solut

solutodelmasasolutoeqgN

SoluciónV

solutoeqgNSoluciónCSolución

SolucióndeenVolumen

solutodedeNúmeroSoluciónladeNormalidad

eqg

NN

CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONESEQUIVALENTE O MASA EQUIVALENTE DE UN ELEMENTO meq.


(Elemento)

(Elemento)(Elemento)

(Elemento)

(Elemento)(Elemento)

. ó (Elemento)

eqmmm

υυmm

eqm

to un ElemenQuímica deValencialEstructuraValenciaυ

MASA EQUIVALENTE DE UNA SUSTANCIA.MASA POR EQUIVALENTE-GRAMO.


meqg = meq /eqg

][eqg

g

[g][eqg]

)B(m

)B((B)

)A(m

)A((A) (B)(A)

:entonces B, sustancia otracon reaccionaA sustancia una Si

e.equivalent a eequivalent reaccionan sustancias las químico proceso En todo

eqg(Reductor)

(Reductor)m(Reductor)m

(Reductor)

(Reductor)m(Reductor)m

eqg(Oxidante)

(Oxidante)m(Oxidante)m

(Oxidante)

(Oxidante)m(Oxidante)m

eqg(Sal)

(Sal)m(Sal)m

(Sal)

(Sal)m(Sal)m

eqg)(Hidróxido OH

)(Hidróxidom)(Hidróxidom

)(Hidróxido OH

)(Hidróxidom)(Hidróxidom

eqg(Ácido) H

(Ácido)m(Ácido)m

(Ácido) H

(Ácido)m(Ácido)m

eqgeqg

meqgN

meqgNeqgNeqgN

perdidosr eNm

eqgperdidosr eN

meq

ganadosr eNm

eqgganadosr eN

meq

ácidode radicalr qNm

eqgácidode radicalr qN

meq

essustituíblr Nm

eqgessustituíblr N

meq

essustituíblr Nm

eqgessustituíblr N

meq

MASA EQUIVALENTE DE UNA SUSTANCIA.MASA POR EQUIVALENTE GRAMO.

En las Soluciones:


]eqg

g[

[g][eqg]

)B(m

)B((B)

)A(m

)A((A) (B)(A)

[g]

[g]]

g

g[

)B(m

)B((B)

)A(m

)A((A) (B)(A)

gramo-esequivalent de número el es )A(

esequivalent de relativo número el es )A(

]eqg

g[ gramo-eequivalentpor masa la es )A(m [g] eequivalent masa la es )A(m

eqg

meqgN

eqg

meqgNeqgNeqgN

eq

mreqN

eq

mreqNreqNreqN

eqgN

reqN

eqgeq

B

eqgeqg

eqg

eqg

eqg

VNVNVCVC

solutoNsolutoN

deSoluciónV

solutoNdeSoluciónCdeSolución

deSoluciónV

solutoNdeSoluciónCdeSolución

SoluciónV

solutoNSoluciónCSolución

BAABBAA

N

N

N

N

N

N

a ecorrespond

)Base ()Ácido (

L)Base (

)Base ()Base ()Base (

L)Ácido (

)Ácido ()Ácido ()Ácido (

L)(

)()()(

Aplicaciones:



FRACCION MOLAR, x.Es la razón entre la cantidad de sustancia del soluto o del solvente, y la cantidad de sustancia total en moles de la Solución:

La suma de las fracciones molares del soluto y del solvente es siempre igual a 1:


mol

mol

)()(

)()(

mol

mol

)()(

)()(

solventensoluton

solventensolventex

solventensoluton

solutonsolutox

11)()( xsolventexsolutox

DILUCIÓN DE SOLUCIONESEn Química, es práctica muy común preparar Soluciones concentradas y a partir de ellas obtener otras de menor Concentración, ó diluídas, con solo añadir una cantidad determinada de solvente.Al añadir más solvente a una determinada cantidad de una Solución concentrada, el Volumen aumenta como es lógico, disminuye la Concentración de la Solución, pero la cantidad de soluto permanece constante.Condición inicial [1]: Solución concentrada.Condición final [2] : Solución diluida.


DILUCIÓN DE SOLUCIONES

La cantidad de soluto en un Volumen dado de Solución es igual al producto del Volumen y la Concentración:

Por lo tanto, dos Soluciones con Concentraciones diferentes pero que contienen las mismas cantidades de soluto, están relacionadas entre sí de la siguiente manera:


))(( SoluciónladeVolumenSoluciónladeiónConcentracsolutodeCantidad

(Solución)(Solución) :inicial condiciónuna Para 1111 VCVCsolutodeCantidad

(Solución)(Solución) :final condiciónuna Para 2222 VCVCsolutodeCantidad

dil.)(Solución 2dil.)(Solución 2conc.)(Solución 1conc.)(Solución 1

(Solución)2(Solución)2(Solución)1(Solución)1 2211

VCVC

VCVCVCVC

PROPIEDADES DE LAS SOLUCIONES

PROPIEDADES COLIGATIVAS. Son aquellas que dependen únicamente del Número de partículas de soluto disueltas y no de la naturaleza del soluto y del solvente. Son cuatro las propiedades coligativas de las Soluciones: 1. Descenso de la Presión de vapor.2. Descenso en la Temperatura de solidificación, o de fusión.3. Aumento en la Temperatura de Ebullición.4. Desarrollo de Presión Osmótica.Usaremos P°(vapor del solvente) o P(vapor del solvente /solv. puro)

para la Presión de vapor del solvente sobre solvente puro. También usaremos P°vapor del solvente o Pvapor del solvente / solv. puro para la Presión parcial de vapor del solvente sobre solvente puro.


P(vapor de solvente puro)

PROPIEDADES DE LAS SOLUCIONESP(vapor del solvente / solv. puro) = Pvapor del solvente / solv. puro

P(vapor del solvente / solv. puro) Pvapor del solvente / solv. puro + Paire*

solventepuro

4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de Excelencia

130

* No se considera la solubilidad del aire en el solvente puro.

P(vapor de solvente puro)

PROPIEDADES DE LAS SOLUCIONESP(vapor solvente / Solución) = Pvapor solvente / Solución

P(vapor solvente / Solución) Pvapor solvente / Solución + Paire**

Solución

P(vapor solvente / Solución) < P(vapor del solvente / solvente puro)4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 131

** No se considera la solubilidad del aire en la Solución.

Aplicaciones:


PROPIEDADES DE LAS SOLUCIONESDESCENSO EN LA PRESIÓN DE VAPOR, P.P(vapor del solvente / solvente puro) > P(vapor solvente / Solución)Pvapor del solvente / solvente puro > Pvapor solvente / Solución

Cuando se adiciona un soluto no volátil y no electrolito a un solvente puro, disminuye la Presión de vapor del solvente. El vapor puede estar sólo o en mezcla. Para una Solución diluida:

Observación: “En la Solución” ≠ “Sobre la Solución (/ Solución)”


0Δ Descenso Δ Δ) (Δ

/ Δ

)/ () (Δ

)/ () / (Δ

PPsolventedevaporPsolventedevaporP

SoluciónsolventedevaporPsolventedevaporPP

SoluciónsolventedevaporPsolventedevaporPP

SoluciónsolventedevaporPo solv. pursolventedevaporPP


LEY DE RAOULT. Para Soluciones diluidas de un soluto no volátil y no electrolito, a una misma temperatura, la Presión de vapor del solvente sobre la Solución es proporcional a la fracción molar del solvente en la Solución:

A cierta temperatura, la Presión de vapor del solvente sobre la Solución es igual al producto de la Presión de vapor del solvente sobre solvente puro por la fracción molar del solvente en la Solución. Considerando una Solución diluida: P = P°x ó P = xP°

Si x(Solución) = xTot = x(soluto en Solución)+ x(solvente en Solución) = 1


) / () () / ( o solv. pursolventedevaporPSoluciónensolventexSoluciónsolventedevaporP

) ./ (.) (1)/ ( purosolvsolventedevaporPSolucensolutoxSoluciónsolventedevaporP


La disminución de la Presión de vapor del solvente sobre la Solución es proporcional a la fracción molar del soluto en la Solución. De la ecuación anterior podemos calcular la fracción molar del soluto en la Solución:


) ./ (.) (

)/ ()./ (

) ./ (.) ()./ (

)/ (

purosolvsolventedevaporPSolucensolutox

PSoluciónsolventedevaporPpurosolvsolventedevaporP

purosolvsolventedevaporPSolucensolutoxpurosolvsolventedevaporP

SoluciónsolventedevaporP

) / () (

purosolventesolventedevaporP

PSoluciónensolutox

) / () ( purosolventesolventedevaporPSoluciónensolutoxP

PROPIEDADES DE LAS SOLUCIONESCuando en una Solución, el soluto y el solvente se encuentran es estado líquido, y son volátiles, mutuamente disminuyen la Presión de vapor del correspondiente líquido sobre su líq. puro.La Presión Total de los vapores de la Solución, que es mezcla homogénea, se determina mediante la siguiente ecuación:

También, a cierta temperatura, para una mezcla de N líquidos, como las mezclas de hidrocarburos derivados del petróleo, de forma ideal:


BBAA ) / () (

) / () (

líquidos 2 deSolución una de vaporeslos de TotalPresión /

PxPxPurosolvente psolventevaporPSoluciónensolventex

puroliquidosolutoliquidoolutovapor de sPSoluciónenliquidosolutox

P

Tot

SoluciónvaporesTot

NNCCBBAA

) N () N() C () C(

) B () B()A () A (/

PxPxPxPxP

puroliquidovapor dePSoluciónenliquidoxpuroliquidovapor dePSoluciónenliquidox

puroliquidovapor dePSoluciónenliquidoxpuroliquidovapor dePSoluciónenliquidoxP

Tot

SoluciónvaporesTot

Aplicaciones:



DESCENSO EN LA TEMPERATURA DE FUSIÓN, O DESCENSO CRIOSCÓPICO, Tf.

Según la Ley de Raoult, cuando disolvemos un soluto no volátil y no electrolito en un solvente puro , disminuye la Presión de vapor del solvente sobre la Solución que tiene una entropía mayor que la del solvente puro, lo que origina un descenso en la Temperatura de solidificación, o de la Temperatura de fusión de la Solución, en un valor que solo depende de la molalidad de la Solución obtenida.En Soluciones diluidas, el descenso de la Temperatura de fusión Tf es directamente proporcional a la Concentración molal m de la Solución. (Diferenciar m y m, m y m)4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 138


El descenso de Temperatura absoluta de fusión equivale al descenso en escala Celcius: Tf → tc f pues NK = N°C

Tf ∞ m Tf = kf ∙m

En donde: Tf = Tf(solvente puro) – Tf(Solución) , [°C] ó [K]

kf = constante crioscópica, según el solvente, [°C kg/mol] ó ∙[K kg/mol] ó [°C/∙ m] ó [K/m].Cuando el disolvente es Agua el valor de la constante kf es: kf H2O = 1,86 °C kg/mol ∙ = 1,86 °C/m = 1,86 K kg/mol ∙ = 1,86 K/m

El descenso en la Temperatura de fusión, ó de congelación, nos permite determinar la masa Molar del soluto:



Tf = kf ∙ m

Si la molalidad m(Solución) es igual a:


g

g

g/mol

g/kg 1000k

kg

mol

g

g

g/mol

g/kg 1000)(

g/kg 1000

g g/mol

g

kg

mol sustancia

f

m

)(

solventedemasa

solutodemasa

de solutomasa molarT

solventedemasa

solutodemasa

de solutomasa molarSolución

solventedemasa de solutomasa molar

solutodemasa

solventedemasa

solutodedecantidad

f

m

m Solución


En la siguiente tabla se muestra las constantes crioscópicas para algunos solventes:


solvente tc f [°C] kf [°C/m]Agua

BencenoNitrobencenoÁcido Acético

Alcanfor

0,005,425,70

16,58178,40

1,865,128,103,90

37,70

)()( g )(

g )(g/kg 1000kg/mol )(

g

g g/kg 1000kg/mol

f

f

solutoMsolutomsolventem

solutom

Tsolutom

solventedemasa

solutodemasa

T de solutomasa molar

MrMf

M

f


AUMENTO EN LA TEMPERATURA DE EBULLICIÓN, Ó INCREMENTO EBULLOSCOPICO, Tb.

Según la Ley de Raoult, la disminución en la presión de vapor del solvente puro origina una elevación en la temperatura de ebullición de la Solución en una cantidad que depende de la molalidad de la Solución obtenida:Tb ∞ m Tb = kb ∙m

En donde: Tb = Tb(Solución) – Tb(solvente puro) , [°C] ó [K]

kb = constante ebulloscópica, según el solvente, [°C kg/mol] ∙ó [K kg/mol] ó [°C/∙ m] ó [K/m].Si el disolvente es Agua el valor de la constante kb es:



kb H2O = 0,514 °C kg/mol ∙ = 0,514 °C/m = 0,514 K kg/mol ∙ = 0,514 K/m El aumento en la Temperatura de ebullición, nos permite determinar el masa Molar del soluto:Tb = kb ∙ m Si m(Solución) es:


)()( g )(

g )(g/kg 1000kg/mol )(

g

g

g/mol

g/kg 1000k

g

g

g/mol

g/kg 1000)(

b

b

solutoMsolutomsolventem

solutom

Tsolutom

solventedemasa

solutodemasa

de solutomasa molarT

solventedemasa

solutodemasa

de solutomasa molarSolución

MrMb

M

b

m


En la tabla se muestra las constantes ebulloscópicas para algunos solventes :


solvente tc b [°C] kb [°C/m]Agua

BencenoNitrobencenoÁcido Acético

Alcanfor

100,0080,15

210,85118,10208,20

0,5142,6305,2403,0705,950


La constante ebulloscópica kb está relacionada con la temperatura de ebullición y el calor latente de vaporización del solvente, mediante la siguiente ecuación:

Donde: R = constante universal de los gases, R = 1,987 cal/(mol K) ∙

Tb = Temperatura de ebullición del solvente, [K]

Lv = Calor latente de vaporización del solvente, [cal/g]4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 145

gcal

kgg

1000

KKmol

calR

mol

kgKk

1000

Rk

22

b

2

b

v

b

v

b

L

T

L

T

Aplicaciones:



PRESION OSMOTICA, .ÓSMOSIS. Es el fenómeno por el cual entre dos Soluciones de diferente Concentración que se encuentran separadas por una membrana semipermeable, atraviesa el solvente, y no el soluto, desde la Solución más diluida a la Solución más concentrada.Se llama membrana semipermeable a toda membrana de origen animal, vegetal o artificial que deja atravesar selectivamente el solvente y no el soluto de una Solución.PRESIÓN OSMÓTICA. Es la Presión que se debe ejercer sobre la Solución, para impedir la ósmosis.


PROPIEDADES DE LAS SOLUCIONESFuente: Imágenes Google.

PRESION OSMOTICA, .


Ósmosis →

↓

Ósmosis

Células animales en medio de Soluciones:1) hipotónica2) hipertónica3) isotónica

1 2 3


En Soluciones diluidas se puede establecer que:

Donde:

Por lo tanto:En donde: = Presión Osmótica, [atm]M = Molaridad, [mol/L]R = constante universal de los gases = 0,08205 atm L/(mol K)∙ ∙

T = Temperatura absoluta de la Solución, [K]


TnVP R TnV R TV

n R

M L

mol sustancia MMolaridadSolucióndeVolumen

solutodedecantidad

V

n

TM R


La Presión Osmótica se utiliza para calcular la masa Molar del soluto:


)(M)(m Rm

)(R)()(m

)()(

Rm

R

olar L

mol

m

m MM

solutosolutoTV

m

SoluciónTSoluciónVsoluto

solutomSolución

TV

m

T

V

m

V

m

V

n

MrMM

M

M

M

M

M M


Donde: mM = masa Molar del soluto, [g/mol]

m = masa de soluto, [g]R = constante universal de los gases R = 0,08205 atm L/(mol K)∙ ∙

T = Temperatura absoluta de la Solución, [K]V = Volumen de la Solución, [L] = Presión Osmótica, [atm]


Aplicaciones:


EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 1.Se desea preparar 250 gramos de una Solución de NaOH al 15,00% de Concentración m/m. ¿Qué masa de soluto y de solvente se debe utilizar? ¿Y si se desea 2500 g de Solución?DATOS DE ENTRADA

m(Solución NaOH) = 250 g ó 2500 g (3 ó 4 cifras significativas)

Cpc m/m(Solución NaOH) = 15,00% m/m (4 cifras significativas)

NOTA. Al usar unidades físicas, en general, no interesa cual es el soluto.

DATOS DE SALIDA (3 ó 4 cifras significativas)

m(NaOH) m(H2O) 4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 153

m ó mi es cualquier masa proporcional a la masa porcentual mpc.

EJERCICIOS RESUELTOSRESOLUCIÓN

En toda Solución se establece que: m(soluto) + m(solvente) = m(Solución)a) Usando proporciones: [Cálculos en Excel]El porcentaje en masa establece que de 100 g de Solución, 15,00 g son del soluto NaOH y 85,00 g del solvente H2O:

soluto NaOH + solvente H2O → Solución NaOH Verifica.

mpc: 15,00 g 85 g 100 g 100 g

m: 37,5 g 212,5 g 250 g 250 gm: 375 g 2125 g 2500 g 2500 gb) También podemos usar fórmulas: [Cálculos en MatLab]4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 154

EJERCICIOS RESUELTOS


ivo)significat(Valor ivas)significat cifras (3 NaOHg37,5)NaOH(

operativo)(Valor NaOHg37,5)NaOH(

g37,5g2501500,0)NaOH( :esimplement ó

NaOHg37,5NaOHSolución g250NaOHSolución g100

NaOHg15,00)NaOH(

)NaOHSolución (NaOH)Solución ()NaOH(

)Solución(Solución)()soluto(

/

/

m

m

m

m

mCm

mCm

mm

mm

ivo)significat(Valor ivas)significat cifras (3 g213O)(H

operativo)(Valor g212,5g 37,5g 250O)(H

2

2

m

m

Solución)()Solución(

(soluto) %100

)Solución(

(soluto)Solución)(

// c mmmmpC

m

m

m

mC


Ejercicio 1. Cálculos en Excel

Indicamos explícitamente los resultados:m1(NaOH) = 37,5 g (3 c.s.) m1(H2O) = 213 g (3 c.s.)

m2(NaOH) = 375,0 g (4 c.s.) m2(H2O) = 2135 g (4 c.s.)


EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 1. Cálculos en MatLab



Ejercicio 2.Cuántos gramos de H2O se debería utilizar para disolver 150,0 gramos de NaCl, para producir una Solución al 20,0% en masa.DATOS DE ENTRADA

m(NaCl) = 150,0 g (4 cifras significativas)

Cpc m/m(Solución NaCl) = 20,0% m/m (3 cifras significativas)

DATOS DE SALIDA

m(H2O) (3 cifras significativas)

RESOLUCIÓN

m(soluto) + m(solvente) = m(Solución)4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 158

EJERCICIOS RESUELTOSa) Usando proporciones: soluto NaCl + solvente H2O → Solución NaCl

mpc : 20,0 g 80 g 100 g

m1 : 150,0 g 600 g 750 g

m(H2O) = 600 g (3 cifras significativas)

b) Usando fórmulas:


ivo)significat(valor

operativo)(valor

100

20,0

c.s.) (3 g 600O)(H

g 600g 150,0 g 750O)(H

NaCl)(Solución O)(H(NaCl)

g 750g 0,150

NaCl)Solución (

(NaCl)NaCl)(Solución

NaCl)(Solución

(NaCl)NaCl)Solución (

2

2

2

/

/

m

m

mmm

C

mm

m

mC

mmpc

mmpc


c) Tambien podemos escribir las proporciones:


ivo)significat(valor ivas)significat cifras (3 g 006)OH(

:esimplement ó

ivo)significat(valor ivas)significat cifras (3 g 006)OH solvente(

operativo)(valor g 006)OH solvente(

operativo)(valor OH solvente g 006)OH solvente(

OH solvente g 006NaCl soluto g 0,20

OH solvente g 80NaCl soluto g 0,150)OH solvente(

O)H (solvente

OH solvente g 80

NaCl soluto g 0,150

NaCl soluto g 0,20

2

2

2

22

22

2

2

2

m

m

m

m

m

m

Aplicaciones:


EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 3.Una Solución al 25,00% en masa de ácido clorhídrico HCl, tiene una densidad de 0,9500 g/mL. Determinar la concentración Normal, Molar, molal y la Fracción Molar del soluto y del solvente en la Solución.DATOS DE ENTRADA

Cpc m/m(Solución HCl) = 25,00% (4 cifras significativas)

d(Solución HCl) = 0,9500 g/mLDATOS DE SALIDA (4 cifras significativas)

CN(Solución HCl) CM(Solución HCl) Cm(Solución HCl)

x(HCl) x(H2O)

n0 : cantidad de sustancia original correspondiente a mpc.4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 162

EJERCICIOS RESUELTOSRESOLUCIÓN.

a) Usando proporciones y fórmulas:MFr(HCl) = 1 + 35,5 = 36,5 MMr(H2O) = 1 2 + 16 = 18∙

soluto HCl + solvente H2O → Solución HCl Verificar

mpc : 25,00 g 75 g 100 g 100,0 g

d(Solución HCl) = 0,9500 g/mL V(Solución HCl) = 105,263 mL n0 : 0,684932

mol 4,166667 mol 4,851599 mol ***meqg(HCl) = 36,5 g/eqg

Neqg(HCl) = 0,684932 eqg CN(Solución HCl) = 6,506864 N

CN(Solución HCl) = N(Solución HCl) = 6,507 N (4 c.s.)4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 163

EJERCICIOS RESUELTOS soluto HCl + solvente H2O → Solución HCl

n(HCl) = 0,684932 mol CM(Solución HCl) = 6,506864 M

= 6,507 M (4 c.s.)n(HCl) = 0,684932 mol Cm(Solución HCl) = 9,132427 m

= 9,132 m (4 c.s.)x(HCl) = 0,141177 x(H2O) = 0,858823 x(HCl)+ x(H2O)=1,0000 = 0,1412 (4 c,s.) = 0,8588 (4 c,s.)

b) Usando fórmulas:


g 25 g 1002500,0 g 10025,00%HCl)(

%100HClSolución g 100

HCl)(HCl)Solución (/

pcm

pcmmmpcC



mol 851599,4O)(H(HCl)HCl)(Solución

mol 166667,4g 75

O)(Hm

O)H(O)(H

mol 684932,036,5

g 25

(HCl)m

HCl)((HCl)

181621O)H(M 36,535,51(HCl)M

L 105263,0mL 263,105HCl)(Solución

9500,0

g 100

HCl)(Solución

HCl)(Solución HCl)(Solución

g 75g 25g 100O)H(

2

2

22

2

2

000

0

0

mol

g81

mol

g

mL

g

nnnn

mn

mn

V

d

mV

m

Tot

M

pc

M

pc

MrMr

pc



[molal] m 132427,9kg 075,0

mol 684932,0

O)(H

(HCl) HCl)(Solución

[Molar] M 506864,6 L105263,0

mol 684932,0

HCl)(Solución


[Normal]N 506864,6 L105263,0

eqg 684932,0

HCl)(Solución


eqg 684932,05,36

g 00,25

(HCl)

(HCl)(HCl)

eqg

g5,36

eqg1

g 5,36

eqg(HCl)

(HCl)(HCl)

eqg(Ácido)

(Ácido)(Ácido)

2

H

H

0

0

eqg

g

pcm

M

N

eqg

pceqg

essustituíblr eqg

essustituíblr

m

nC

V

nC

V

NC

m

mN

N

mm

N

mm

eqg

m

m

eqg



ivas)significat cifras (4 8588,0O)(H

ivas)significat cifras (4 1412,0(HCl)

000000,1858823,0141177,0O)(H(HCl)

858823,0mol 851599,4

166667,4

O)(H(HCl)

O)(HO)(H

141177,0mol 851599,4

mol 684932,0

O)(H(HCl)

(HCl)(HCl)

mol 851599,4O)(H(HCl) HCl)(Solución

mol 166667,4O)(H mol 684932,0(HCl)

ivas)significat cifras (4 [molal] m 132,9 HCl)(Solución

ivas)significat cifras (4 [Molar] M 507,6 HCl)(Solución

ivas)significat cifras (4 [Normal]N 507,6 HCl)(Solución

2

2

2

22

2

2

2

00

0

00

0

000

00

x

x

xx

nn

nx

nn

nx

nnnn

nn

C

C

C

Tot

m

M

N

Aplicaciones:



Ejercicio 4.Cuántos mililitros de Solución concentrada de Ácido Sulfúrico H2SO4, de densidad 1,800 g/mL y que contiene el 95,00% en masa de Ácido puro, se necesitan para preparar 2,000 litros de una solución 5 N.



Ejercicio 5.Calcular la normalidad y la molaridad de una Solución al 40,0% de Ácido Fosfórico H3PO4 si la densidad es 1,19 g/mL.



Ejercicio 6.Qué volumen de Solución 10 M de NaOH, se necesita para preparar 150 mL de Solución 2,0 M de NaOH.


EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 7.¿Qué volumen de Solución 4,000 N de NaOH se necesita para neutralizar 25,00 mL de Solución 3 N de HCl?



Ejercicio 8.Calcular la Normalidad de una Solución de HCl, si 72,60 mL de dicha Solución son necesarios para reaccionar con 1,860 gramos de Carbonato de Calcio CaCO3, de modo completo.


Aplicaciones:



Ejercicio 9.Qué Volumen de Hidrógeno H2 se desprende a 740 mmHg y 27C, a partir de 50,00 mL de una Solución 0,2 M de Ácido Clorhídrico HCl, que reacciona con un exceso de Magnesio.



Ejercicio 10.Un mol de azúcar Glucosa C6H12O6 se añade a 29,00 mol de Agua a 25C. Si la presión de vapor del agua pura a 25C es 23,80 mmHg, cuál es la Presión de vapor del agua sobre la Solución.



Ejercicio 11.A 25C la Presión de vapor del Agua es 23,80 mmHg. Disolviendo 10,00 g de un soluto no volátil en 180,0 g de Agua se obtiene una Solución con una Presión de vapor de 23,50 mmHg. Determinar la Masa Molecular relativa del soluto.



Ejercicio 12.Calcular la Temperatura de ebullición y de congelación o de fusión de una Solución que contienen 20,00 g de Glucosa C6H12O6 y 500,0 g de Agua.



Ejercicio 13.



Ejercicio 14.


Aplicaciones:


EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 4.Cuántos mililitros de Solución concentrada de Ácido Sulfúrico H2SO4, de densidad 1,800 g/mL y que contiene el 95,00% en masa de Ácido puro, se necesitan para preparar 2,000 litros de una solución 5 N.DATOS DE ENTRADA

d(Solución conc. H2SO4)=1,800 g/mL (4 cifras significativas)

Cpc m/m(Solución conc. H2SO4)=95,00% m/mV(Solución dil. H2SO4)=2,000 LCN(Solución dil. H2SO4)=5 N MMr(H2SO4)=1 2+32+16 4=98∙ ∙DATOS DE SALIDA

V(Solución conc. H2SO4) [mL] (4 cifras significativas)




4SO2H g 490eqg

g494SO2H eqg 10)4SO2(H

)4SO2(H

)4SO2(H)4SO2(H

eqg

g49

eqg 2

4SO2H g 98

eqg 2

)4SO2(H)4SO2(H

4SO2H eqg 10)4SO2(H

)4SO2H dil.Solución ()4SO2H dil.Solución ()4SO2(H

ó 4SO2H dil.Solución L 2,000

4SO2H dil.Solución L 1

)4SO2(H4SO2H eqg 5

4SO2H dil.Solución L

4SO2H eqg 5 N 5)4SO2H dil.Solución (

m

eqgm

meqgN

mmeqgm

eqgN

VCeqgN

eqgN

C

N

N

EJERCICIOS RESUELTOSEn la Solución concentrada:


c) s (3 mL 5,286)4SO2H conc.(Solución

mL 549,286)4SO2H conc.(Solución

4SO2H conc.Solución mL

g 1,800

4SO2H conc.Solución g 789,515)4SO2H conc.(Solución

4SO2H conc.Solución g 789,515)4SO2H conc.(Solución 4SO2H g 00,95

4SO2H conc.Solución g 1004SO2H g 490)4SO2H conc.(Solución

)4SO2H conc.(Solución

4SO2H conc.Solución g 100

4SO2H g 4904SO2H g 00,95

V

V

V

m

m

m

EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 5.Calcular la Normalidad y la Molaridad de una Solución al 40,0% de Ácido Fosfórico H3PO4 si la densidad es 1,19 g/mL.DATOS DE ENTRADA

MAr(H)=1 MAr(P)=31 MAr(O)=16Cpc m/m(Solución H3PO4)=40,0% (3 cifras significativas)

d(Solución H3PO4)=1,19 g/mLDATOS DE SALIDA (3 cifras significativas)CN(Solución H3PO4)CM(Solución H3PO4)RESOLUCIÓN 1

MMr(H3PO4)=1 3+31+16 4=98 ∙ ∙ meqg(H3PO4)=98 g/(3 eqg)∙4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 185

EJERCICIOS RESUELTOSmeqg(H3PO4)=98 g/(3 eqg)=32,6667 g/eqg∙

mpc(H3PO4)=40 gNeqg(H3PO4)= 40 g/(32,6667 g/eqg)=1,22449 eqgmpc(Solución H3PO4)=100 gV(Solución H3PO4)=100 g/(1,19 g/mL)=84,0336 mLCN(Solución H3PO4)= 1,22449 eqg/84,0336 mL= = 1,22449 eqg/0,0840336 L=14,5714 eqg/L=14,5714 NCN(Solución H3PO4)=14,6 N (3 cifras significativas)

n0(H3PO4)= 40 g/(98 g/mol)=0,408163 molCM(Solución H3PO4)=0,408163 mol/0,0840336 L=4,85714 MCM(Solución H3PO4)=4,86 M (3 cifras significativas)4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 186

EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 5. RESOLUCIÓN 2


eqg

g 6667,32

eqg3

g 98

eqg3

)PO(H)PO(H

1L) (en mol 85714,4g/mol 98

g 476

)PO(Hm

)PO(H)PO(H

1L) (en PO Hg 000,476PO HSolución mL 0336,84

PO HSolución mL 1000PO Hg 40,0)PO(H

)PO(H

PO Hg 40,0

PO HSolución mL 1000

PO HSolución mL 0336,84

mL 0336,84g/mL 1,19

g 100)PO H(Solución

g 100)PO H(Solución :PO Hde Solución de g 100 base como Tomando

PO HSolución g 100

PO Hg 40,0)PO H(Solución 40,0%)PO H(Solución

4343

43

4343

4343

434343

43

43

43

43

43

4343

43

434343

meqg

m/mpc m/m

mm

mn

m

m

VV

md

m

CC

M

EJERCICIOS RESUELTOSCon la masa y la cantidad de sustancia de H3PO4 en 1 L:

Para cálculos rutinarios, podemos realizar varios pasos con una sola fórmula unificada. Ejemplo. Para calcular:1. La Molaridad y la Normalidad a partir de la Concentración porcentual m/m y la densidad de la Solución en g/mL.4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 188

ivas)significat cifras (3N 6,14)PO H(Solución

N 5714,14L

eqg5714,14

L1

eqg 5714,14

]L)[PO H(Solución

)POH()PO H(Solución

L)1 (en eqg 5714,14g/eqg 32,6667

g 476

)POH(m

)POH()POH(

ivas)significat cifras (3 M 86,4)PO H(Solución)PO H(Solución

M85714,4L

mol 85714,4

L1

mol 85714,4

]L)[PO H(Solución


43

43

4343

43

4343

4343

43

4343

N

eqgN

eqgeqg

M

M

C

V

NC

mN

MC

V

nC

Aplicaciones:


EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 5. RESOLUCIÓN 3. Molaridad:


Fórmula unificada

ivas)significat cifras (3 M 86,4)PO H(Solución)PO H(Solución

Molar M 85714,4L

mol85714,4

L0840336,0g/mol 98

g 0,04

)PO H(Solución

L0840336,0mL 0336,84g/mL 1,19

g 100)PO HSolución(

:Entonces

L)PO H(Solución

)POH(m

)POH(

L)PO H(Solución


L)PO HSolución()PO HSolución(

)PO HSolución(

g 100

)PO HSolución(

)PO HSolución()PO HSolución(

g 100)PO HSolución()OH()POH(

4343

43

43

43

43

43

43

4343

4343

4343

4343

43243

a equivale

a equivale

MC

C

V

V

m

V

nC

VV

dd

mV

d

mV

V

md

mmm

M

M

M

M

pc

pc

pcpcpc

EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 5. RESOLUCIÓN 3. Normalidad:


Fórmula unificada

ivas)significat cifras (3N 6,14)PO H(Solución)PO H(Solución

NormalN 5714,14L

eqg5714,14

L0840336,0

eqg3g 98

g 0,04

)PO H(Solución

L0840336,0mL 0336,84g/mL 1,19

g 100)PO HSolución(

:Entonces

L)PO H(Solución

)POH(m

)POH(

L)PO H(Solución


L)PO HSolución()PO HSolución(

)PO HSolución(

g 100

)PO HSolución(

)PO HSolución()PO HSolución(

4343

43

43

43

43

43

43

4343

4343

4343

4343

a equivale

a equivale

NC

C

V

V

m

V

NC

VV

dd

mV

d

mV

N

N

eqg

pc

eqgN

pc

EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 5. RESOLUCIÓN 4. Molaridad: (Fórmula generalizada)


10)PO H(Solución)POH(m


mL 1000 L1

g 100

)PO H(Solución

)POH(m

)POH(

g 100

)PO H(Solución

)POH(m

)POH(

)PO H(Solución

)PO H(Solución)POH(m

)POH(

L)PO H(Solución


L)PO H(Solución)POH(m

)POH(

L)PO H(Solución


g/mL enexpresa se )PO H(Solución Si

Lg

mL 43

43

4343

43

43

4343

43

43

43

43

43

43

43

4343

43

43

43

43

4343

43

mL 1000

L1

mL 1000

L1

dm

C

dmdm

d

m

m

V

nC

V

m

V

nC

d

M

pcM

M

pc

M

pc

pc

pc

M

pc

M

M

M

EJERCICIOS RESUELTOSCont. Ejercicio 5. RESOLUCIÓN 4. Molaridad:


ivas)significat cifras (3 M 86,4)PO H(Solución

M85714,4L

mol85714,410

mL

g19,1

g/mol 98

g 40)PO H(Solución

:Entonces



43

43

4343

4343

Lg

mL

Lg

mL

M

M

M

pcM

C

C

dm

C

EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 5. RESOLUCIÓN 4. molalidad: (Fórmula generalizada)


)PO H(Soluciónnum3)PO H(Soluciónnum :queobserva Se

ivas)significat cifras (3N 6,14)PO H(Solución

N 5714,14L

eqg5714,1410

mL

g19,1

eqg3g 98g 40

)PO H(Solución

:Entonces

10)PO H(Solución

eqg3)POH(m)POH(

)PO H(Solución



4343

43

43

4343

4343

4343

4343

Lg

mL

Lg

mL

Lg

mL

MN

N

N

m

pcN

eqg

pcN

CC

C

C

dm

C

dm

C

Aplicaciones:


EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 6.¿Qué Volumen de Solución 10 M de NaOH, se necesita para preparar 150 mL de Solución 2,0 M de NaOH?DATOS DE ENTRADA

C1(Solución conc. NaOH)= 10 M (2 cifras significativas)

C2(Solución dil. NaOH)= 2,0 MV2(Solución dil. NaOH)=150 mL DATOS DE SALIDA

V1(Solución conc. NaOH)RESOLUCIÓN

C1 V∙ 1= C2 V∙ 2

C1(Solución conc. NaOH)∙V1(Solución conc. NaOH) = C2(Solución dil. NaOH)∙V2(Solución dil. NaOH)


EJERCICIOS RESUELTOSDe donde:


NaOH mol 30,0 L015,0L

mol 0,2

mL 051 M0,2)NaOH dil. Solución()NaOH dil. Solución(

NaOH mol 30,0 L030,0L

mol 10

mL 30 M10)NaOH conc. Solución()NaOH conc. Solución(

:NESOBSERVACIO

ivo)significat(valor ivas)significat cifras (2 mL 30)NaOH conc. Solución(

operativo)(valor mL 30 M10

M2,0mL 150)NaOH conc. Solución(

)NaOH conc. Solución(

)NaOH dil. Solución()NaOH dil. Solución()NaOH conc. Solución(

22

11

11111111

1

1

1

2

21

VM

VM

VMVMVCVC

V

V

C

CVV

EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 7.¿Qué volumen de Solución 4,000 N de NaOH se necesita para neutralizar 25,00 mL de Solución 3 N de HCl?DATOS DE ENTRADA

NB(Solución NaOH)= 4,000 N (4 cifras significativas)

NA(Solución HCl)= 3 NVA(Solución HCl)= 25,00 mLDATOS DE ENTRADA

VB(Solución NaOH)RESOLUCIÓN

El ácido HCl reacciona con la base NaOH, equivalente-gramo a equivalente-gramo: Neqg(HCl) = Neqg(NaOH) NA V∙ A= NB V∙ B


EJERCICIOS RESUELTOS Neqg(HCl) = NA(Solución HCl) V∙ A(Solución HCl) Neqg(NaOH) = NB(Solución NaOH) V∙ B(Solución NaOH)


NaOH eqg 075,0 L01875,0L

eqg 4,000

L01875,0N 000,4NaOH) (SoluciónNaOH) (Solución)NaOH(

:NESOBSERVACIO

ivas)significat cifras (4 mL 75,18 L01875,0NaOH) (Solución

L01875,0

Leqg

4,000

eqg 075,0NaOH) (Solución

L

eqg 4,000N 000,4NaOH) (Solución

eqg 075,0NaOH) (Solución · NaOH) (Solución

HCleqg 075,0 L25000,0L

eqg 3mL 25,00N 3 HCl)(Solución · HCl)(Solución

BBeqg

eqg

B

B

B

BB

AA

VNN

NVN

V

V

N

VN

VN

EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 7. Observaciones: HCl + NaOH → NaCl + H2ONeqg: 1 eqg 1 eqg 1 eqg 1 eqg 0,075 eqg 0,075 eqg 0,075 eqg 0,075 eqgmeq: 36,5 g 40 g 58,5 g 18 g 76,5 g 76,5 g 2,7375 g 3 g 4,3875 g 1,35 g 5,7375 g

HCl + NaOH → NaCl + H2OnQb: 1 mol 1 mol 1 mol 1 molmQb: 36,5 g 40 g 58,5 g 18 g 76,5 g 76,5 gmQ: 2,7375 g 3 g 4,3875 g 1,35 g 5,7375 g


Ecuación no balanceada

Ecuación balanceada

Aplicaciones:


EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 8.Calcular la Normalidad de una Solución de HCl, si 72,60 mL de dicha Solución son necesarios para reaccionar con 1,860 gramos de Carbonato de Calcio CaCO3, de modo completo.DATOS DE ENTRADA

V(Solución HCl)= 72,60 mL (4 cifras significativas)m(CaCO3)= 1,860 gDATOS DE SALIDA

N(Solución HCl) (4 cifras significativas)RESOLUCIÓN

El ácido HCl reacciona con CaCO3, equivalente-gramo a equivalente-gramo: Neqg(HCl) = Neqg(CaCO3)


EJERCICIOS RESUELTOSNeqg = N V∙ Neqg = m/meqg meqg = mm/(Nrq- eqg∙ )MAr(Ca)=40 MAr(C)=12 MAr(O)=16 MFr(CaCO3)=100mm(CaCO3)=100 g


ivas)significat cifras (4 5124,0) HClSolución(

512397,0L

eqg512397,0

L07260,0

eqg 0372,0) HClSolución(

eqg 0372,0 L07260,0) HClSolución(

eqg 0372,0

eqgg

50

g 860,1)CaCO(

eqg

g50

eqg2

g 100

eqg2

)CaCO(m)CaCO(m

2)CO( )CaCO(m

)CaCO()CaCO(

L) HClSolución() HClSolución()HCl(

N

N

33

3

3-3

33

2

N

N

N

N

Nm

N

VNN

eqgm

eqg

rqeqg

eqg

eqg

EJERCICIOS RESUELTOSUtilizando una fórmula unificada:


Fórmula unificada

ivas)significat cifras (4 5124,0) HClSolución(

512397,0L

eqg512397,0

L07260,0g 100

g 860,1eqg2) HClSolución(

L) HClSolución()CaCO(m

)CaCO(eqg2) HClSolución(

L) HClSolución(

)CaCO(m)CaCO(eqg2

L) HClSolución(eqg2

)CaCO(m)CaCO(

) HClSolución(

eqg2

)CaCO(m)CaCO(m 2)CO(

)CaCO(m

)CaCO()CaCO(

L) HClSolución() HClSolución()HCl(

N

N

3

3

3

33

3

333-

3

33

2

N

N

V

mN

V

m

V

m

N

Nm

N

VNN

m

m

m

meqgrq

eqgeqg

eqg

EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 9.Qué Volumen de Hidrógeno H2 se desprende a 740 mmHg y 27C, a partir de 50,00 mL de una Solución 0,2 M de Ácido Clorhídrico HCl, que reacciona con un exceso de Magnesio.DATOS DE ENTRADA

P(H2) = 740 mmHgtc(H2) = 27CV(Solución HCl) = 50,00 mL (4 cifras significativas)CM(Solución HCl) = 0,2 Mm(Mg) > mQ(Mg)DATOS DE SALIDA(4 cifras significativas)V(H2)4/13/15 ESPE: Educación Superior Pública de

Excelencia 205


HCl + Mg → H2 + MgCl2 (esquema de reacción)La resolución no se basa en una ecuación balanceada.El Ácido HCl reacciona con el Metal Mg, equivalente-gramo a equivalente-gramo: Neqg(HCl) = Neqg(Mg) = Neqg(H2) = Neqg(MgCl2)


)()( 1)( Si

N 0,2L

eqg 0,2 )HClSolución (

eqg 2,0

eqg1g 36,5

g 3,7)HCl(y g 3,7

mol

g36,5mol 2,0)HCl(

:HClSolución de L 1en M, 0,2 HCl)(Solución Si

H ÁcidoCÁcidoCÁcidoN

N

Nm

C

NMessustituiblr

eqg

M

EJERCICIOS RESUELTOSNeqg(HCl) = Neqg(H2)


)HClSolución ()HClSolución ()HCl( )H()HCl( 2 VNNNN eqgeqgeqg

EJERCICIOS RESUELTOSEjercicio 10.Un mol de azúcar Glucosa C6H12O6 se añade a 29,00 mol de Agua a 25C. Si la presión de vapor del agua pura a 25C es 23,80 mmHg, cuál es la Presión de vapor del agua sobre la Solución.DATOS DE ENTRADA

n(C6H12O6) = 1 mol

n(H2O) = 29,00 mol (4 cifras significativas)

tC(H2O) = 25C ; P(vapor H2O pura) = 23,80 mmHgDATOS DE SALIDA

P(vapor H2O/Solución) (4 cifras significativas)RESOLUCIÓN


Aplicaciones:


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