UNIVERSIDAD TÉCNICA DE MACHALA. “Calidad, Pertinencia y Calidez” UNIDAD ACADEMICA DE CIENCIAS QUÍMICAS Y DE LA SALUD. CARRERA DE BIOQUÍMICA Y FARMACIA. “ GUIA DE UNIDADES DE CONCENTRACION. ” NOMBRE: Oswaldo Luis Silva Oyola. DOCENTE: Dr.- Carlos Alberto García CURSO: 5to Bioquímica y farmacia “B”.
AÑO LECTIVO 2016 - 2017 MACHALA – EL ORO – ECUADOR.
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INDICE. 1. CARATULA…………………………………………………………………….1 pag. 2. INDICE………………………………………………………………….............2 pag. 3. RESUMEN ……………………………………………………………………...3 pag. 4. OBJETIVOS…………………………………………………………………….4 pag. 5. NTRODUCCIÓN………………………………………………………………5-6 pag. 6. MARCO TEORICO……………………………………………………………..7 pag. 7. CONCENTRACION DE DISOLUCION………………………………………7 pag. 8. CARACTERISTICAS DE LAS SOLUCIONES………………………………8 pag. 9. TIPOS DE DISOLUCIONES……………………………………………………8 pag. 10. IMPORTANCIA DE LAS DISOLUCIONES…………………………………9 pag. 11. CLASIFICACION DE LOS 3 ESTADOS FISICOS………………………..10 pag. 12. PROPIEDADES DE LA DISOLUCION…………………………………….11 pag. 13. TABLA DE EJEMPLOS DE DISOLUCIONES……………………………12 pag. 14. MODO DE EXPRESAR LAS CONCENTRACIONES……………………13 pag. 15. UNIDADES FISICAS DE CONCENTRACION……………………………14 pag. 16. UNIDADES QUIMICAS DE CONCNETRACION…………………..…15-16 pag. 17. CALCULOS DE DISOLUCION……………………………………….…17-18 pag. 18. EJERCICIOS COMPLEJOS……………………………………………..19-22 pag. 19. MAS EJERCICIOS………………………………………………………..23-30 pag. 20. RECOMENDACIONES……………………………………………………...31 pag. 21. CONCLUSIONES.…………………………………………………………...31 pag. 22. ANEXOS.………………………………………………………………….32-39 pag BIBLIOGRAFIA.…………………………………………………………………..40 pag.
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RESUMEN. En la vida diaria se encuentran situaciones que necesitan la preparación de sustancias o soluciones, no solo a nivel industrial sino también en nuestros hogares, pero para poder empezar los estudios de soluciones es necesario saber que estas son mezclas homogéneas que se forman de la combinación de dos o más sustancias, que se conocen como soluto y solvente. La concentración de una solución es la proporción o relación que hay entre la cantidad de soluto y la cantidad de disolvente, donde el soluto es la sustancia que se disuelve, el disolvente es la sustancia que disuelve al soluto, y la disolución es el resultado de la mezcla homogénea de las dos anteriores. Normalmente el solvente es el que esta en mayor proporción y generalmente define el estado de la solución (sólida, líquida o gaseosa). El soluto está en menor proporción que el solvente y en una solución puede existir más de un soluto. El propósito principal de este trabajo es dar a conocer cada uno de los pasos a seguir en la realización de soluciones por unidades físicas y químicas y por diluciones. Para prepara una solución hay que disolver una cierta cantidad de soluto en el solvente, pero hay que tener en cuenta la solubilidad que presenta el solvente, porque de acuerdo a esto podemos tener soluciones saturadas, sobresaturadas e insaturadas. Cualitativamente, se puede decir que una solución de agua con sal está formada por dos sustancias, pero para expresar que cantidad de sal y de agua hay en la solución es necesario recurrir a las llamadas unidades de concentración, las cuales expresan de manera cualitativa y cuantitativa la constitución de la solución, de allí el empleo de las unidades físicas y químicas.
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OBJETIVO GENERAL.
Explicar el principio de las unidades de concentracion en quimica y fisica mediante ejercicios.
Describir los diferentes procesos de las soluciones, empleando las unidades de concentraciones físicas y químicas.
OBJETIVOS ESPECIFICOS.
Conocer las unidades de concentraciones de soluciones en sus aspectos físicos y químicos.
Hallar la concentración de una solución, conociendo una determinada cantidad de soluto o de solvente.
Aprender las formulas de las unidades de concentraciones físicas y químicas peso-peso, peso-volumen, volumen-volumen.
Practicar ejercicios como refuerzo para un aprendizaje eficaz.
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INTRODUCCION. Las disoluciones son mezclas homogéneas de sustancias en iguales o distintos estados de agregación. La concentración de una disolución constituye una de sus principales características. Bastantes propiedades de las disoluciones dependen exclusivamente de la concentración. Su estudio resulta de interés tanto para la física como para la química. El estudio de los diferentes estados de agregación de la materia se suele referir, para simplificar, a una situación de laboratorio, admitiéndose que las sustancias consideradas son puras, es decir, están formadas por un mismo tipo de componentes elementales, ya sean átomos, moléculas, o pares de iones. Los cambios de estado, cuando se producen, sólo afectan a su ordenación o agregación. Sin embargo, en la naturaleza, la materia se presenta, con mayor frecuencia, en forma de mezcla de sustancias puras. Las disoluciones constituyen un tipo particular de mezclas. El aire de la atmósfera o el agua del mar son ejemplos de disoluciones. El hecho de que la mayor parte de los procesos químicos tengan lugar en disolución hace del estudio de las disoluciones un apartado importante de la química-física. (Remington's Chemistry sciences, 1990) La concentración de una disolución constituye una de sus principales características. Bastantes propiedades de las disoluciones dependen exclusivamente de la concentración. Su estudio resulta de interés tanto para la física como para la química. La separación de un sistema material en los componentes que lo forman puede llevarse a cabo por métodos físicos o por métodos químicos. Los primeros incluyen una serie de operaciones tales como filtración, destilación o centrifugación, en las cuales no se produce ninguna alteración en la naturaleza de las sustancias, de modo que un simple reagrupamiento de los componentes obtenidos tras la separación dará lugar, nuevamente, al sistema primitivo. Los segundos, sin embargo, llevan consigo cambios químicos; la materia base sufre transformaciones que afectan a su naturaleza, por lo que una vez que se establece la separación, la simple reunión de los componentes no reproduce la sustancia original.
(Lachman L, Lieberman H, Kaning J, 1986) (Moller N. 1970) (Monkhouse CD, Lanch JL, 1972)
Las nociones científicas de combinación, mezcla y disolución tienen en común el hecho de que, en todos los casos, intervienen dos o más componentes, a pesar de
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lo cual presentan diferencias notables. Una combinación química es una sustancia compuesta formada por dos o más elementos cuyos átomos se unen entre sí mediante fuerzas de enlace. Sus entidades elementales, ya sean moléculas, ya sean pares iónicos, son iguales entre sí, y sólo mediante procedimientos químicos que rompan tales uniones es posible separar los elementos componentes de una combinación. En cierto tipo de mezclas la materia se distribuye uniformemente por todo el volumen constituyendo un sistema homogéneo. Cuando una sustancia sólida se mezcla con un líquido de tal forma que no puede distinguirse de él, se dice que la sustancia ha sido disuelta por el líquido. A la mezcla homogénea así formada se la denomina disolución. En este caso la sustancia sólida recibe el nombre de soluto y el líquido se denomina disolvente. La noción de disolución puede generalizarse e incluir la de gases en gases, gases en líquidos, líquidos en líquidos o sólidos en sólidos. En general, el soluto es la sustancia que se encuentra en menor proporción en la disolución y el disolvente la que se encuentra en mayor proporción. Cuando dos sustancias líquidas pueden dar lugar a mezclas homogéneas o disoluciones, se dice que son miscibles. Una parte homogénea de un sistema se denomina fase. La colonia constituye una disolución en agua y alcohol de ciertas esencias, sin embargo, no es posible determinar dónde está la parte de alcohol, dónde la de agua y dónde la de esencia. Por tal motivo las disoluciones, al igual que las sustancias puras en un estado de agregación determinado, se consideran formadas por una única fase. Las propiedades de una disolución dependen de la naturaleza de sus componentes y también de la proporción en la que éstos participan en la formación de la disolución. La velocidad de una reacción química que tenga lugar entre sustancias en disolución, depende de las cantidades relativas de sus componentes, es decir, de sus concentraciones.
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MARCO TEORICO. CONCENTRACIONES DE DISOLUCIONES. Una solución (o disolución) es una mezcla de dos o más componentes, perfectamente homogénea ya que cada componente se mezcla íntimamente con el otro, de modo tal que pierden sus características individuales. Esto último significa que los constituyentes son indistinguibles y el conjunto se presenta en una sola fase (sólida, líquida o gas) bien definida. Una solución que contiene agua como solvente se llama solución acuosa, las mezclas homogéneas que se presentan en fase sólida, como las aleaciones (acero, bronce, latón) o las que se hallan en fase gaseosa (aire, humo, etc.) no se les conoce como disoluciones. Las mezclas de gases, tales como la atmósfera, a veces también se consideran como soluciones. Las soluciones son distintas de los coloides y de las suspensiones en que las partículas del soluto son de tamaño molecular y están dispersas uniformemente entre las moléculas del solvente. Las sales, los ácidos, y las bases se ionizan cuando se disuelven en el agua SOLUBILIDAD: Es la capacidad que tiene una sustancia para disolverse en otra, la solubilidad de un soluto es la cantidad de este. Algunos líquidos, como el agua y el alcohol, pueden disolverse entre ellos en cualquier proporción. En una solución de azúcar en agua, puede suceder que, si se le sigue añadiendo más azúcar, se llegue a un punto en el que ya no se disolverá más, pues la solución está saturada. La solubilidad en un solvente concreto y a una temperatura y presión se define como la cantidad máxima de ese compuesto que puede ser disuelta en la solución. En la mayoría de las sustancias, la solubilidad aumenta al aumentar la temperatura del solvente. En el caso de sustancias como los gases o sales orgánicas de calcio, la solubilidad en un líquido aumenta a medida que disminuye la temperatura. La mayor solubilidad se da en soluciones que tienen una estructura similar a las del solvente.La solubilidad de las sustancias varia, algunas de ellas son muy poco solubles o insolubles. La sal de cocina, el azúcar y el vinagre son muy solubles en agua, pero el bicarbonato de sodio casi no se disuelve. ESTAS SON ALGUNAS DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LAS SOLUCIONES:
Las partículas de soluto tienen menor tamaño que en las otras clases de mezclas. Presentan una sola fase, es decir, son homogéneas.
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Si se dejan en reposo durante un tiempo, las fases no se separan ni se observa sedimentación, es decir las partículas no se depositan en el fondo del recipiente. Son totalmente transparentes, es decir, permiten el paso de la luz. Sus componentes o fases no pueden separarse por filtración CARACTERÍSTICAS DE LAS SOLUCIONES (O DISOLUCIONES): 1.
Sus componente no pueden separarse por métodos físicos simples como decantación, filtración, centrifugación, etc.
2.
Sus componentes sólo pueden cristalización, cromatografía.
3.
Los componentes de una solución son soluto y solvente.
separase
por
destilación,
SOLUTO: Es aquel componente que se encuentra en menor cantidad y es el que se disuelve. El soluto puede ser sólido, líquido o gas, como ocurre en las bebidas gaseosas, donde el dióxido de carbono se utiliza como gasificante de las bebidas. El azúcar se puede utilizar como un soluto disuelto en líquidos (agua). SOLVENTE: Es aquel componente que se encuentra en mayor cantidad y es el medio que disuelve al soluto. El solvente es aquella fase en que se encuentra la solución. Aunque un solvente puede ser un gas, líquido o sólido, el solvente más común es el agua. En una disolución, tanto el soluto como el solvente interactúan a nivel de sus componentes más pequeños (moléculas, iones). Esto explica el carácter homogéneo de las soluciones y la imposibilidad de separar sus componentes por métodos mecánicos. TIPOS DE DISOLUCIONES. Dependiendo del estado físico (sólido, líquido o gaseoso) del soluto y del disolvente, hay distintos tipos de disoluciones: 1. DISOLUCIONES GASEOSAS: Se obtienen al disolver un gas en otro. Por ejemplo, la atmósfera terrestre, compuesta de 78% de nitrógeno, 21% de oxígeno y otros gases como el argón, el dióxido de carbono, monóxido de carbono, helio, neón, kriptón, xenón, entre otros. 2. DISOLUCIONES LÍQUIDAS: Se obtienen al disolver en un líquido sustancias que se encuentran en cualquier estado de la materia. Por ejemplo, el agua gasificada, constituida por dióxido de carbono y agua. 3. DISOLUCIONES SÓLIDAS: Se forman cuando un sólido está disuelto en otro sólido. Este tipo de disoluciones recibe el nombre de aleaciones. Por ejemplo, el
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cobre, aleación de cobre y estaño y, en algunas ocasiones, de cinc, plomo y otros metales. MAYOR O MENOR CONCENTRACIÓN. Las disoluciones son mezclas de dos o más sustancias, por lo tanto se pueden mezclar agregando distintas cantidades: Para saber exactamente la cantidad de soluto y de solvente de una disolución se utiliza una magnitud denominada concentración. Dependiendo de su concentración, las disoluciones se clasifican en diluidas, concentradas, saturadas, sobresaturadas.
DILUIDAS: si la cantidad de soluto respecto del solvente es pequeña. Ejemplo: una solución de 1 gramo de sal de mesa en 100 gramos de agua. CONCENTRADAS: Si la proporción de soluto con respecto del solvente es grande. Ejemplo: una disolución de 25 gramos de sal de mesa en 100 gramos de agua. SATURADAS: Se dice que una disolución está saturada a una determinada temperatura cuando no admite más cantidad de soluto disuelto. Ejemplo: 36 gramos de sal de mesa en 100 gramos de agua a 20º C. Si intentamos disolver 38 gramos de sal en 100 gramos de agua, sólo se disolvería 36 gramos y los 2 gramos restantes permanecerán en el fondo del vaso sin disolverse. SOBRESATURADAS: Disolución que contiene mayor cantidad de soluto que la permitida a una temperatura determinada. La sobresaturación se produce por enfriamientos rápidos o por descompresiones bruscas. Ejemplo: al sacar el corcho a una botella de refresco gaseoso.
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IMPORTANCIA DE LAS DISOLUCIONES. Las disoluciones desempeñan un papel fundamental en la vida humana. Todo cuanto rodea al hombre es una disolución: el aire, el agua del mar y de los ríos, el petróleo, etc. En muchos procesos naturales es indispensable que la materia se presente en forma de disoluciones; por ejemplo, las raíces de las plantas toman el alimento de la tierra previamente disuelto en agua. También los alimentos que ingerimos se disuelven durante la digestión para poder pasar a la sangre y dirigirse a los tejidos. La mayoría de las reacciones químicas se dan en forma de disolución, debido a que una reacción química entre sustancias sólidas es muy lenta, ya que la reacción solamente tiene lugar en la superficie de contacto con reactivos. Cuando los sólidos se encuentran disueltos chocan más precipitadamente entre sí y reaccionan con mayor rapidez. CLASIFICACION DE LOS 3 ESTADOS FISICOS. SÓLIDO.
Sólido en sólido: cuando tanto el soluto como el solvente se encuentran en estado sólido. Un ejemplo claro de éste tipo de disoluciones son las aleaciones, como el zincen el estaño. Gas en sólido: un ejemplo es el hidrógeno (gas), que se disuelve bastante bien en metales, especialmente en el paladio (sólido). Esta característica del paladio se estudia como una forma de almacenamiento de hidrógeno. Líquido en sólido: cuando una sustancia líquida se disuelve junto con un sólido. Las amalgamas se hacen con mercurio (líquido) mezclado con plata (sólido).
LÍQUIDO.
Sólido en líquido: este tipo de disoluciones es de las más utilizadas, pues se disuelven por lo general pequeñas cantidades de sustancias sólidas en grandes cantidades líquidas. Un ejemplo claro de este tipo es la mezcla de agua con azúcar. Gas en líquido: por ejemplo, oxígeno en agua.
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Líquido en líquido: esta es otra de las disoluciones más utilizadas. Por ejemplo, diferentes mezclas de alcohol en agua (cambia la densidad final). Un método para volverlas a separar es por destilación.
GAS.
Gas en gas: son las disoluciones gaseosas más comunes. Un ejemplo es el aire (compuesto por oxígeno y otros gases disueltos en nitrógeno). Dado que en estas soluciones casi no se producen interacciones moleculares, las soluciones que los gases forman son bastante triviales. Incluso en parte de la literatura no están clasificadas como soluciones, sino como mezclas.
Sólido en gas: no son comunes, pero como ejemplo se pueden citar el yodo sublimado disuelto en nitrógeno y el polvo atmosférico disuelto en el aire. Líquido en gas: por ejemplo, el aire húmedo.
PROPIEDADES DE LA DISOLUCION. Las propiedades de una disolución dependen de la naturaleza de sus componentes y también de la proporción en la que éstos participan en la formación de la disolución. La curva de calentamiento de una disolución de sal común en agua, cambiará aunque sólo se modifique en el experimento la cantidad de soluto añadido por litro de disolución. La velocidad de una reacción química que tenga lugar entre sustancias en disolución, depende de las cantidades relativas de sus componentes, de sus concentraciones. La concentración de una disolución es la cantidad de soluto disuelta en una cantidad unidad de disolvente o de disolución Existen distintas formas de expresar la concentración de una disolución, pero las más frecuentes son: LAS DISOLUCIONES Y LOS CAMBIOS DE ESTADO.
Entre las propiedades coligativas de las disoluciones se encuentra el aumento del punto de ebullición y la disminución del punto de congelación con respecto a los valores propios del disolvente puro.
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TABLA CON EJEMPLOS DE DISOLUCIONES.
EJEMPLOS DE
SOLUTO
DISOLUCIONES
GAS
LÍQUIDO DISOLVENTE
SÓLIDO
GASEOSO
LÍQUIDO
SÓLIDO
El oxígeno y
El vapor de agua en
La naftalina se sublima lentamente
otros gases en nitrógeno (aire).
el aire.
en el aire, entrando en solución.
El dióxido de carbono en agua,
El etanol (alcohol común)
La sacarosa (azúcar de mesa) en
formando agua carbonatada. Las
en agua;
agua; elcloruro de sodio (sal de
burbujas visibles no son el gas
varios hidrocarburos el
mesa) en agua; oroen mercurio,
disuelto, sino solamente
uno con el otro
formando una amalgama.
unaefervescencia..
(petróleo).
El hidrógeno se disuelve en
El hexano en la cera
El acero, duraluminio, y
los metales; el platino ha sido
deparafina; el mercurio
otras aleacionesmetálicas.
estudiado como medio de
en oro.
almacenamiento.
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Este aumento del rango de temperaturas correspondiente al estado líquido, fue descrito por el físico-químico francés François Marie Raoult (18301901), quien estableció que las variaciones observadas en los puntos de ebullición y de congelación de una disolución eran directamente proporcionales al cociente entre el número de moléculas del soluto y el número de moléculas del disolvente, a la concentración molal.
La interpretación de esta ley en términos moleculares es la siguiente: la presencia de moléculas de soluto no volátiles en el seno del disolvente dificulta el desplazamiento de las moléculas de éste en su intento de alcanzar, primero, la superficie libre y, luego, el medio gaseoso, lo que se traduce en un aumento del punto de ebullición.
Análogamente, las moléculas de soluto, por su diferente tamaño y naturaleza, constituyen un obstáculo para que las fuerzas intermoleculares, a temperaturas suficientemente bajas, den lugar a la ordenación del conjunto en una red cristalina, lo que lleva consigo una disminución del punto de congelación
TIPOS DE DISOLUCIONES
INSATURADA
SATURADA
SOBRESATURADA
contiene menor cantidad de soluto de la que es capaz de disolver
contiene la máxima cantidad de soluto que se disuelve en un disolvente en particular, a una temperatura específica
contiene más soluto que la cantidad soportada en condiciones de equilibrio por el disolvente, a una temperatura dada.
MODO DE EXPRESAR LAS CONCENTRACIONES. La concentración de las soluciones es la cantidad de soluto contenido en una cantidad determinada de solvente o solución. Las unidades de concentración en que se expresa una solución o disolución pueden clasificarse en unidades físicas y en unidades químicas.
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UNIDADES FISICAS DE CONCENTRACION. Las unidades físicas de concentración están expresadas en función del peso y del volumen, en forma porcentual, y son las siguientes: a) Tanto por ciento peso/peso %P/P = (cantidad de gramos de soluto) / (100 gramos de solución) b) Tanto por ciento volumen/volumen %V/V = (cantidad de cc de soluto) / (100 cc de solución) c) Tanto por ciento peso/volumen % P/V =(cantidad de gr de soluto)/ (100 cc de solución) CARACTERISTICAS DE CADA UNIDAD FISICA. a) Porcentaje peso a peso (% P/P): indica el peso de soluto por cada 100 unidades de peso de la solución. Es importante destacar que la masa de disolución tiene incluida la del soluto, por lo que si se desea saber la masa de solvente involucrado, no hace falta nada más que restarle a la masa de disolución, la masa de soluto agregada. Para poder calcular esto se usa la siguiente ecuación:
b) Porcentaje volumen a volumen (% V/V): se refiere al volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de la solución. Es útil cuando se realiza una disolución líquido-líquido (por ejemplo etanol en agua o hexano en benceno).
c) Porcentaje peso a volumen (% P/V): indica el número de gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solución.
Si bien estos parámetros nos sirven para determinar cuan concentrado se encuentra el soluto en la disolución, son poco utilizados, ya que mayormente se usa la concentración molar.
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Su importancia radica principalmente en que un átomo no tiene masa suficientemente grande para que se le pueda medir, por lo cual era preciso tener una unidad que sirviera para poder diferenciar a las diferentes sutancias respecto a su masa. Esta es la razon por la cual que las masas atómicas y moleculares (denominadas en general como masas molares) de las sustancias se miden en g/mol, es decir, cuantos gramos de sustancias existen en 1 mol de dicha sustancia Un mol corresponde a una unidad que mide cantidad de materia, de similar manera como una docena mide 12 unidades de lo que sea o un trío hace referencia a tres objetos. La cantidad de magteria que mide un mol fue determinada por el químico italiano Amadeo Avogadro. Segun avogadro, un mol correspondía a: 1 mol = 6,022 x 1023 partículas Los términos cuantitativos son cuando la concentración se expresa científicamente de una manera numérica muy exacta y precisa. Algunas de estas formas cuantitativas de medir la concentración son los porcentajes del soluto, la molaridad, la normalidad, y partes por millón, entre otras. Estas formas cuantitativas son las usadas tanto en la industria para la elaboración de productos como también en la investigación científica UNIDADES QUIMICAS DE CONCNETRACION. GRAMOS POR LITRO.Indica la masa en gramos disuelta en cada litro de disolución. Tiene la ventaja de ser una concentración expresada en unidades directamente medibles para el tipo de disoluciones más frecuentes en química (las de sólidos en líquidos).
MOLARIDAD (M). Es la forma más frecuente de expresar la concentración de las disoluciones en química. Indica el número de moles de soluto disueltos por cada litro de disolución; se representa por la letra M. Una disolución 1 M contendrá un mol de soluto por litro, una 0,5 M contendrá medio mol de soluto por litro, etc. El cálculo de la molaridad se efectúa determinando primero el número de moles y dividiendo por el volumen total en litros:
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Por ejemplo, si una disolución de ácido acético es 0,5 M, significa que contiene 0,5 moles de ácido acético en un litro de disolución. m es molaridad; n, el número de moles del soluto y; V, el volumen de la disolución expresado en litros. TANTO POR CIENTO EN PESO. Se expresa la masa en gramos de soluto disuelta por cada cien gramos de disolución. Su cálculo requiere considerar separadamente la masa del soluto y la del disolvente:
Para el estudio de ciertos fenómenos físico-químicos resulta de interés expresar la concentración en términos de proporción de cantidad de soluto a cantidad de disolvente. Se emplea entonces la molalidad: MOLALIDAD (m). Indica el número de moles de soluto disuelto en cada kilogramo de
disolvente:Como en el caso de la molaridad, la concentración molal de una disolución puede expresarse en la forma 2 m (dos molal) o (0,1 molal), por ejm.
ejemplo, una disolución de 0,1 m de sulfuro de sodio en agua contiene 0,1 moles de sulfuro de sodio en 1Kg de agua. m es molaridad; n, el número de moles del soluto y; los kilogramos de disolvente NORMALIDAD (N): Es el número de equivalentes-gramo de soluto disuelto en un litro de disolución. Por ejemplo, una disolución de 1N de ácido nítrico en agua contiene 1 equivalente-gramo de ácido nítrico en un litro de disolución. n es normalidad; , el número de equivalente gramo y; V, el volumen de la disolución en litros.
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CALCULOS DE DISOLUCIONES.
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EJERICICOS COMPLEJOS. 1.- Se disuelven 20 = g de NaOH en 560 g de agua. Calcula a) la concentración de la disolución en % en masa y b) su molalidad. Ar(Na) 23. Ar(O)=16. Ar(H)=1. a) % NaOH
m( g ) NaOH 20 .100; % NaOH .100; % NaOH 3,45. m( g )disolución 580
b) Primeramente calculamos los moles que son los 20 g de soluto:
1 mol NaOH X ; X 0,5 moles. 40 g 20 g m
0,5 moles moles ( soluto ) ; m 0,89 m; m(kg) de disolvente 0,56 kg
2.- ¿Qué cantidad de glucosa, C6H12O6 (Mm = 180 g/mol), se necesita para preparar 100 cm3 de disolución 0,2 molar?
M
moles ( soluto ) ; moles C6 H 12O6 M .V 0,2M .0,1l; V (l ) de disolución
moles C6 H 12O6 0,02.
1 mol glu cos a 0,02 moles ; X 36 g. 180 g X 3.- Se dispone de un ácido nítrico comercial concentrado al 96,73 % en peso y densidad 1,5 g/ml. ¿Cuántos ml del ácido concentrado serán necesarios para preparar 0,2 l. de disolución 1,5 M de dicho ácido? Mm (HNO 3) = 63g/mol. Primeramente calcularemos los moles de ácido puro que necesitamos:
M
moles ( soluto ) ; moles ( HNO3 ) M .V 1,5M .0,2l 0,3. V (l ) de disolución Ahora calculamos la masa en g correspondiente:
0,3moles x
63g 18,9 g de HNO3 . 1mol
Como el ácido comercial del que disponemos no es puro, sino del 96,73 % necesitaremos pesar:
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100 g del ácido comercial X ; contienen 96,73g ácido puro 18,9 g ácido puro
X 19,54 g ácido comercial .
Como necesitamos averiguar el volumen en ml que hemos de coger, utilizamos la densidad del ácido comercial:
d ( g / ml)
m( g ) 19,54 g ; V (ml) 13ml. V (ml) 1,5 g / ml
4.- Calcula la masa de nitrato de hierro (II), Fe(NO3)2, que hay en 100 ml de disolución acuosa al 6 %. Densidad de la disolución 1,16 g/ml. De la densidad sabemos que los 100 ml de disolución tienen de masa 116 g. Como es al 6 %, la masa de soluto existente será: En 100 g disolución En 116 g disolución ; hay 6 g Fe( NO3 ) 2 X
X 6,96 g Fe( NO3 ) 2 .
5.- Indica de qué modo prepararías ½ l de disolución 0,1 M de HCl si disponemos de un HCl concentrado del 36 % y densidad 1,19 g/ml. Calculamos la masa de HCl que necesitamos. Para ello, utilizando el concepto de molaridad, averiguamos primeramente los moles de HCl que va a tener la disolución que queremos preparar: n( HCl) M .V 0,1M .0,5l 0,05moles.
Como M m ( HCl) 36,5g / mol. Los 0,05 moles serán: 0,05moles.
36,5 g 1,83g HCl. 1mol
Esa masa de HCl la tenemos que coger del HCl concentrado del que se dispone (36 % y densidad 1,19 g/ml.). Al no ser puro, sino del 36 % tendremos que coger más cantidad de gramos: 100 g del HCl concentrad o X ; contienen 36 g HCl puro 1,83g HCl puro
X 5,08 g HCl puro.
Como se trata de un líquido del que conocemos su densidad, determinamos el volumen de esos 5,08 g:
V
20
m
; V
5,08 g 4,27 ml HCl del 36%. 1,19 g / ml
6.- Se disuelven en agua 30,5 g de cloruro amónico (NH4Cl) hasta obtener 0,5 l de disolución. Sabiendo que la densidad de la misma es 1027 kg/m 3, calcula: a) La concentración de la misma en porcentaje en masa. b) La molaridad. c) La molalidad. d) Las fracciones molares del soluto y del disolvente. Mm(NH4Cl)=53,5g/mol. Primeramente 1027kg/m3 = 1,027 g/cm3. Luego la masa de 1 l de disolución será de 1027 g y la de medio litro 513,8 g. De ellos 30,5 g son de soluto (cloruro amónico) y el resto 483,3 g son de agua. a) %masa NH 4 Cl b) M
masa( g ) soluto 30,5 g x100 x100 5,94%. masa( g )disolución 513,8 g
moles soluto 30,5 g / 53,5 g / mol 0,57moles 1,14M . volumen(l )disolución 0,5l 0,5l c) m
moles soluto 0,57moles 1,18m. masa(kg)disolvente 0,483kg
d) Calculamos los moles de agua: n( H 2 O) 483,3g x XS XD
1mol 26,85moles. 18 g
nº moles soluto 0,57 0,02; nº moles totales 0,57 26,85
nº moles disolvente 26,85 0,98. nº moles totales 0,57 26,85
7.- Un ácido sulfúrico concentrado de densidad 1,8 g/ml tiene una pureza del 90,5 %.Calcula; a) Su concentración en g/l. b) Su molaridad.
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c) El volumen necesario para preparar ¼ de litro de disolución 0,2 M. Mm(H2SO4)=98g/mol. a) g / l
masa( g )ácido puro volumen(l )disolución
SUPONEMOS que tomamos 1 l de ácido (1000 ml) luego su masa será de 1800 g, de los cuales el 90,5 % son de ácido puro:
1800 g x
90,5 1629 g ácido puro; 100 b) M
g /l
1629 g 1629 g / l. 1l
nº moles soluto ; V (l )disolución
Como conocemos los gramos de ácido puro que hay en 1l de disolución, únicamente tenemos que expresarlos en moles:
1629 g x
1mol 16,62moles; 98 g
M
16,62moles 16,62M . 1l
c) ¼ de litro de disolución 0,2 M. son: 1 nº moles M .V ; nº moles 0,2M . l 0,05 moles; 4 En gramos serán: 0,05moles x
98 g 4,9 g de ácido puro. 1mol
La masa de ácido sulfúrico del 90,5 % será: m 4,9 g x
El volumen que se ha de coger del ácido será: V
m
; V
100 5,4 g. 90,5 5,4 g 3 cm 3 . 3 1,8 g / cm
8.- En 40 g de agua se disuelven 5 g de ácido sulfhídrico, Mm (H2S)=34 g/mol. La densidad de la disolución formada es 1,08 g/cm3. Calcula: a) el porcentaje en masa; b) la molalidad; c) la molaridad y d) la normalidad de la disolución. a) %masa
masa( soluto ) 5 x100; %masa 100 11,11%; masa(disolución ) 5 40
b) m
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nº moles soluto 5 g / 34 g / mol ; m 3,67 m; nº kg disolvente 0,04kg
c) Para calcular la molaridad necesitamos conocer el volumen de la disolución:
M
m m 45 g ; V 41,66 cm 3 ; 3 V 1,8 g / cm
nº moles soluto 5 g / 34 g / mol 3,53 M ; V (l )disolución 0,04136 l
d) Para calcular la normalidad necesitamos conocer el número de equivalentes: Como es un ácido diprótico (lleva dos hidrógenos la molécula) el Eq- gramo es la mitad del mol:
Eq gramo N
mol( g ) 34 g 17 g ; 2 2
nº equivalent es ( soluto ) 5 g / 17 g / Eq ;N 7,11 N ; que es el doble que la V (l )disolución 0,04136 l
molaridad. MAS EJERCICIOS.
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RECOMENDACIONES: Es bueno indicar dos situaciones muy importantes con respecto a la solubilidad: Si dos solutos son solubles en un mismo solvente, dependiendo de las cantidades (pequeñas) pueden disolverse ambos sin ninguna dificultad, pero en general la sustancia de mayor solubilidad desplaza de la solución a la de menor solubilidad, ejemplo: al agregar azúcar o sal a una bebida, inmediatamente se produce el escape del gas disuelto en ella. Si un soluto es soluble en dos solventes inmiscibles (no se mezclan) entre sí, el soluto se disuelve en ambos solventes distribuyéndose proporcionalmente de acuerdo a sus solubilidades en ambos solventes.
CONCLUSIONES: De este informe concluyo que la solubilidad no es solo diluir una sustancia en otra, ya que esto consiste en un proceso quimico-fisico que esta sometido a diferentes factores que predominan, como es el caso de la presión y la temperatura. La concentración de una solución constituye una de sus características. Bastantes propiedades de las soluciones exclusivamente de la concentración.
principales dependen
Además se ha tratado de poner información resumida, útil y concreta, lo cual es en factor muy importante porque si algún lector que no tenga muchos conocimientos del tema no se confunda tanto con definiciones y palabras que le puedan resultar extrañas. Además resulta mucho más cómodo leer un trabajo con información bien resumida y concreta, que cualquier otro trabajo que tenga mucha información que no sea necesaria, esto muchas veces resulta ser incomodo. Algunos ejemplos de soluciones son: agua salada, oxígeno y nitrógeno del aire, el gas carbónico en los refrescos y todas las propiedades: color, sabor, densidad, punto de fusión y ebullición dependen de las cantidades que pongamos de las diferentes sustancias.
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ANEXO 1. FORMULARIO DE UNIDADES DE CONCETRACIONES.
En este artículo se explicará la importancia de interpretar adecuadamente las unidades de concentración, para obtener los factores de conversión que permiten determinar las cantidades de disolución, soluto y disolvente involucrados.
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ANEXO 2. CUADRO DE UNIDADES FICO-QUIMICAS DE CONCENTRACION.
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ANEXO 3. MAPA CONCENPTUAL DE LAS CONCENTRACIONES DE SOLUCIONES.
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ANEXO 4. CONCENTRACION DE LAS SOLUCIONES.
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