UNIDADES DE CONCENTRACIÓN

OBJETIVOOBJETIVO: El alumno definirá las unidades de concentración y las utilizará adecuadamente

resolviendo problemas.

INTRODUCCIÓN:INTRODUCCIÓN: Puesto que las partículas se mezclan rápidamente en las disoluciones, se pueden manejar con mayor facilidad, por lo que se han estudiado varios métodos para expresar la concentración de las disoluciones, comúnmente llamados unidades de concentración. Estas unidades de concentración nos muestran en términos cuantitativos el comportamiento de una disolución.

Las unidades de concentración son las siguientes: Molaridad (M) Molalidad (m) % en masa (%m/m) % en masa – volumen (%m/v) % en volumen – volumen (%v/v) Fracción molar (X) Partes por millón (ppm)

Disolución:Una disolución es una mezcla de dos o

más sustancias de composición variable. Está formada de dos elementos, uno llamado soluto y el otro llamado disolvente.

• Soluto: Es la sustancia que se presenta en menor proporción generalmente.

• Disolvente: Es la sustancia que se presenta en mayor proporción

La concentración de una disolución se puede expresar cualitativamente o cuantitativamente. Para expresarla cualitativamente se emplean los términos diluida y concentrada.

• Diluida: Es una concentración con un soluto relativamente bajo.

• Concentrada: Es una concentración con un soluto elevado.

Concentración:Concentración:Es la cantidad física que permite

relacionar al soluto con el disolvente

Molaridad (M)Molaridad (M)Es la cantidad de soluto en moles por cada litro de

disolución.

donde :

w = masa del soluto

Mm = masa molecular del soluto Uso común Simulación Ejercicio resuelto Ejercicios propuestos Regresar a unidades de concentración

L

molVn

M

Mmw

n

Molalidad (m)Molalidad (m)Es la cantidad de soluto en moles

por cada kilogramo de disolvente.

donde :

w = masa del soluto Mm = masa molecular del soluto Uso común Simulación Ejercicio resuelto Ejercicios propuestos Regresar a unidades de concentración

Mmw

n

kgmol

masan

m

Tanto por ciento en masa (%m/m)Tanto por ciento en masa (%m/m)

Es la cantidad de masa de soluto por cantidad total de disolución por 100.

Uso común Simulación Ejercicio resuelto Ejercicios propuestos Regresar a unidades de concentración

100/% Xdisolucióndemasasolutodemasa

mm

Tanto por ciento en masa - volumen Tanto por ciento en masa - volumen (%m/v)(%m/v)

Es la cantidad de masa de soluto por cada mililitro de disolución por 100.

Uso común Simulación Ejercicio resuelto Ejercicios propuestos Regresar a unidades de concentración

mLg

Xvolumen

solutodemasavm 100/%

Fracción molarFracción molarRazón del número de moles de un componente,

respecto al número total de moles.

n = número de moles A,B,C = componentes

Uso común Simulación Ejercicio resuelto Ejercicios propuestos Regresar a unidades de concentración

...

CBA

CC nnn

nX

...

CBA

BB nnn

nX

...

CBA

AA nnn

nX

1... CBA XXXX

Partes por millón (ppm)Partes por millón (ppm)Es la cantidad en volumen de un

componente (cc o ml) en 106, 109 y 1012 partes en volumen (cc o ml).

Uso común Simulación Ejercicio resuelto Ejercicios propuestos Regresar a unidades de concentración

610disolucióndetotalmasa

componentedelmasacomponentedelppm

Uso común de la molaridadUso común de la molaridad

La molaridad puede usarse para determinar la relación que hay entre los iones o moléculas de soluto a moléculas de agua de cualquier disolución dada. No es necesario que el disolvente sea el agua. Si no se indica lo contrario, su estudio se limita a soluciones acuosas.

Uso común de la molalidadUso común de la molalidadSe usa cuando las disoluciones,

particularmente si se hacen en solventes orgánicos, se someten a temperaturas que causan variaciones significativas en el volumen del soluto.

Es menos empleada que la molaridad, aunque puede medirse con mayor precisión y además no importan en este caso los cambios de temperatura.

Uso común del %masa Uso común del %masa Se usa comúnmente en la resolución

de problemas químicos en que se miden volúmenes de disoluciones

Uso común del %masa-volumen Uso común del %masa-volumen

Se usa frecuentemente en el caso de mezclas de gases o de líquidos.

- Ver tabla de mezclas

Uso común del %masa-volumenUso común del %masa-volumen

Ejemplos Nombres

corrientes que reciben

Gas Líquido Nubes, brumas Aerosoles líquidos

Gas Sólido Humos Aerosoles sólidos

Líquido Gas Espuma Espumas

Líquido Líquido Agua-Aceite Emulsiones (Pepto bismoil)

Líquido Sólido Pinturas

Sólido Líquido Jaleas, queso Emulsiones sólidas

Uso común de la fracción molarUso común de la fracción molar

Esta forma de expresión para la concentración se usa en relación con la presión de vapor de las disoluciones diluidas e ideales de sólidos en líquidos y en el estudio del equilibrio líquido-vapor de las disoluciones de líquidos. Su valor no depende de la temperatura.

Uso común de las ppm Uso común de las ppm

Estas unidades se usan para designar los componentes gaseosos o sólidos en muestras de aire o agua. Así si nos dicen que la concentración de ozono O3 en el aire es de 6ppm, quiere decir que hay 6[g] de dicho componente por cada 106 cc de aire.

Ejercicio de molaridadEjercicio de molaridad

Calcule la molaridad de una disolución que contiene 441[g] de HCl disueltos en suficiente agua para formar 1500 [ml] de disolución.

molg

HClgn

]453.351[

441

HCldemoln 09.12

L

moldisolucióndeL

HCldemolM 06.8

5.109.12

Ejercicio de molalidadEjercicio de molalidad

¿Cuántos gramos de NaOH se deben agregar a 5000[g] de agua para preparar una disolución de 0.100(m)?

moles de soluto=(molalidad)(kilogramos de disolvente) = (0.100 [m] ) (5 [kg] ) = 0.5 [mol]

gramos de soluto = (0.5 [mol] de NaOH) (40 [g/mol] )

= 20 [g] de NaOH

Ejercicio de % m/mEjercicio de % m/mSe prepara una disolución disolviendo 13.5 [g] de glucosa

(C6H12O6) en 0.100[kg] de agua. Calcule el porcentaje en masa de soluto en esta disolución.

100][100][5.13

][5.13

gg

g

100cos

disolucióndemasaagludemasa%m/m de glucosa

=

= 11.89%

Ejercicio de % m/vEjercicio de % m/vSe desea preparar 1 litro de disolución de HCl al

5%m/v. Calcule la masa de soluto necesaria para la preparación de dicha disolución.

1001

%5 disolucióndelitrosolutodemasa

LLkg

solutodemasa 105.0

masa de soluto = 0.05 [kg]

= 50 [g]

Ejercicio de fracción molarEjercicio de fracción molarUna disolución dada contiene 100[g] de sal (NaCl) y 900[g]

de agua. ¿Cuál es la fracción molar de los componentes de la disolución?

molg

gnNaCl

45.3599.22

][100NaCldemol][711.1

molg

gn OH

999.15)008.1(2

][9002

OHdemol 2][958.49

0331.0958.49711.1

711.1

NaClX 967.0958.49711.1

958.492

OHX

1967.00331.0 X

Ejercicio de ppmEjercicio de ppmSe determinó que una muestra de 2.5[g] de aguas feáticas

(se encuentran abajo del suelo) contenía 5.4[g] de Zn2+. Calcule la concentración de Zn2+ en partes por millón.

][104.54.5 6 gg

610disolucióndemasasolutodemasa

ppm

66

105.2104.5

gg

ppm2.2

Ejercicios propuestos de molaridadEjercicios propuestos de molaridad1.- ¿Cuántos gramos de NaOH se necesitarán para preparar 5 litros de

disolución 0.100M? 20[g] de NaOH

2.- ¿Qué volumen de disolución 0.75M se puede preparar a partir de 500[g] de Na2SO4 ? 4.7 [L]

3.- A 25°[C] se disolverán 0.200 [g] de CaSO4 en 100 [ml] de disolución . ¿Cuál es la molaridad de la disolución obtenida? 0.0147M

4.- ¿Cuántos gramos de CuSO4•5H2O se necesitan para preparar un litro de disolución 2.0M de CuSO4? 499.4[g]

5.- Si se tiene 1[g] de NaCl y deseamos obvtener un volumen de disolución de 100[ml] ¿Cuál es la molaridad final de dicha disolución ? M=0.17

Ejercicios propuestos de molalidadEjercicios propuestos de molalidad1.- ¿Cuál es la molalidad de una disolución en la que 250[g] de CaCl2 se

disolvieron en 1500[g] de agua? 1.5(m)

2.- ¿Cuántos gramos de agua deberán agregarse a 1000[g] de azúcar (C12H22O11) con el fín de preparar una disolución 1(m)? 2924[g]

3.-Calcule la molalidad de una solución que contiene 441[g] de HCl disueltos en 1500[g] de agua 8.07(m)

4.- ¿Cuál es la masa final de cada una de las siguientes disoluciones?H2S al 0.75m

Al2(SO4)3 al 5.6m

H3PO4 al 0.007m

Ejercicios propuestos de %m/m Ejercicios propuestos de %m/m

1.- ¿Cuál es la composición de una disolución de 125 [g] de hidróxido de potasio (KOH) en 2 [kg] de agua en términos de %m/m?

5.88%2.- ¿Cuántos gramos de H3PO4 se necesitan para preparar 1 [g] de

disolución al 10%m/m? 0.1[g]3.- Se prepara una disolución mezclando 0.200 moles de NaOH y

0.500[kg] de agua. ¿Cuál es el % m/m de la disolución? 7.4%4.- Una disolución acuosa de NaCl al 5%, contiene 5[g] de sal ¿Cuál

es la cantidad de disolución obtenida? 100[g]

Ejercicios propuestos de %m/v Ejercicios propuestos de %m/v

1.- 100 [mL] de una disolución acuosa de alcohol etílico (C2H5OH) se encuentra al 10%m/v ¿Cuál es la cantidad de alcohol involucrada en esta disolución?

10[g]

2.- ¿A qué volumen de agua se deberá diluir 1[g] de KMnO4 para obtener una concentración de 75%m/v?

1.33[mL]

Ejercicios propuestos de fracción Ejercicios propuestos de fracción molar molar

1.- Calcúlese la composición en fracción molar de una disolución que contiene 500[g] de C2H5OH y 500[g] de H2O.

XC2H5OH = 0.28

XH2O = 0.72

2.- ¿Qué fracción molar de HCl debe tener una disolución que contiene 1 mol de HCl y 8 moles de agua?

XHCl= 0.111

Ejercicios propuestos de ppm Ejercicios propuestos de ppm

1.-Una disolución tiene una concentración de 1ppm y 1[g] de soluto. ¿Cuál es la masa total de disolución? 1000000[g]

2.-La concentración máxima permisible de arsénico en agua potable en Estados Unidos es de 0.010ppm, si se tiene una muestra de 0.500[kg] de agua potable ¿Cuál es la cantidad de arsénico involucrada en la muestra?

0.00005[g]

Tanto por ciento en volumen - Tanto por ciento en volumen - volumen (%v/v)volumen (%v/v)

Es el volumen de un líquido en 100 [mL] de la disolución por 100.

Uso común Simulación Ejercicio resuelto Ejercicios propuestos Regresar a unidades de concentración

100/% Xdisoluciónladetotalvolumen

líquidodelvolumenvv

Uso común del % v/vUso común del % v/v

Muchas veces, las disoluciones que se preparan con dos líquidos se expresan en porcentaje volumétrico respecto al soluto.

El porcentaje en volumen generalmente es empleada en la industria de las bebidas

Ejercicio de % v/vEjercicio de % v/vLa etiqueta de una botella de alcohol normal

indica “alcohol isopropílico, 70% en volumen”. Si esta disolución fue preparada mezclando 70 [mL] de alcohol con agua, obtenga el volumene total de disolución en [mL].

100][][70

%70 disolucióndemLXalcoholdemL

100

7070

][ XalcoholdemL

disolucióndemLX

= 100 [mL]

1001][ XalcoholdemLdisolucióndemLX

Ejercicios propuestos de %v/v Ejercicios propuestos de %v/v

1.- Se mezclan: 85 [mL] de H2SO4 con 100 [mL] de NaOH . Determine la concentración en %v/v desconocida

2.- ¿A qué volumen de agua se deberán diluir 10 [mL] de ácido acético para obtener una concentración de vinagre al 37 % v/v ?.

3.- Calcular la cantidad de soluto y disolvente que hay en: a) 450 [mL] de disolución al 20 % v/v. b) 980 [mL] de disolución al 25 % v/v. c) 50 [mL] de disolución al 30 % v/v.