3 4 2 guía preparación de soluciones

Laboratorio: Preparación de Soluciones.

Sigla Asignatura Nombre del Recurso Didáctico Unidad de Aprendizaje 3

IAQ1001Nombre de la AQP1402 Asignatura 3.4.1 Guía: Preparación de Soluciones

AGENTES QUÍMICOS EN LA PREVENCIÓN

ESTEQUIOMETRIA Y SOLUCIONES QUÍMICAS

 Reconoce unidades de medición de acuerdo estándares internacionales.

Unidades de Competencia

 Determina cuantitativamente productos generados por la reacción de agentes químicos de acuerdo a su reactividad.

 Reconoce tipos de soluciones y unidades de concentración utilizadas en la evaluación de agentes químicos de acuerdo a normativa vigente. ÍNDICE Contenido

Pág.

1.

APRENDIZAJEZ ESPERADOS………………………………………………………………………………………………….

1

2.

OBJETIVO…………………………………………………………………………………….........................................

1

3.

ALCANCE…………………………………………………………………………………………………………………………….

1

4.

MARCO TEÓRICO………………………………………………………………………………………………………………..

1

5.

MATERIALES-EQUIPOS-ELEMENTOS NECESARIOS………………………………………………………………..

5

6.

PRECAUCIONES……………………………………………………………………………........................................

5

7.

DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO…………………………………………………....................................

5

8.

PROCEDIMIENTOS Y/O PROTOCOLOS A REALIZAR……………………………………………………………….

6

9.

DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO FINAL……………………………………………………………………………………

9

10.

PAUTAS DE CHEQUEO………………………………………………………………………………………………………….

10

11.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS………………………………………………………......................................

13

Revisión Número: 4 Fecha de actualización: 01-03-14 Fecha de vigencia: 2014 Preparado por: M. Cristina Plaza Revisado por: M. Cristina Plaza Aprobado por: ESCO

1. APRENDIZAJES ESPERADOS • Identifica los componentes de una solución y los tipos de soluciones según su clasificación.

• Identifica unidades de concentración físicas y químicas.

• Calcula las concentraciones de diferentes mezclas de compuestos de acuerdo al tipo de solución.

2. OBJETIVO. • • • •

Conocer las unidades de concentración y sus respectivas fórmulas.

Realizar los cálculos necesarios para preparar una disolución y una dilución.

Preparar soluciones de diferentes concentraciones, según lo solicitado.

Aplicar las medidas de seguridad recomendadas para el desarrollo de esta actividad

3. ALCANCE: Las unidades de concentración sirven para cuantificar la cantidad en que cierta sustancia se encuentra presente en un medio o solución. El Experto en Prevención de Riesgos frecuentemente se encuentra en ambientes laborales donde existen agentes químicos. En estos casos, la forma de evaluar la existencia de riesgo es mediante la medición de concentraciones ambientales, por lo que el profesional debe conocer el concepto y las variables que lo afectan.

4. MARCO TEÓRICO. Una solución es una dispersión formada por una fase dispersa (soluto) y una fase dispersante (solvente).

Analizaremos a continuación los tipos de soluciones que existen así como también las formas en las que se expresa la concentración de una solución.

3.1 Clasificación de la materia La materia puede clasificarse en dos categorías principales: Sustancias puras, cada una de las cuales tiene una composición fija y un único conjunto de propiedades.

Mezclas, compuestas de dos o más sustancias puras. Las sustancias puras pueden ser elementos o compuestos, mientras que las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas:

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Figura 3.1: Clasificación de la materia

Mezcla homogénea: es aquella donde la sustancia pierde sus propiedades originales, se pueden separar por medios físicos. Su raíz «homo» indica semejante. A simple vista no se pueden ver sus componentes, en comparación de la heterogenea. Se conocen como disoluciones y están constituidas por un soluto y un solvente, siendo el primero el que se encuentra en menor proporción. Por ejemplo, el agua mezclada con sales minerales o con azúcar.

Mezcla heterogénea: es aquella que posee una composición no uniforme en la cual se pueden distinguir a simple vista sus componentes y está formada por dos o más sustancias, físicamente distintas, distribuidas en forma desigual. Las partes de una mezcla heterogénea pueden separarse mecánicamente. Por ejemplo, las ensaladas, o la sal mezclada con arena.

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3.1 Soluciones químicas Una solución química es una mezcla homogénea formada por un solvente y uno o más solutos.

SOLUCIÓN = SOLVENTE + SOLUTO1 + SOLUTO2+…

Las soluciones en que el solvente es agua son denominadas soluciones acuosas.

Según el estado físico del soluto y solvente las soluciones se pueden clasificar en:

Tabla 3.1: Clasificación de las soluciones TIPO DE SOLUCIÓN Solución Líquida

Solvente líquido

Soluto sólido

Ejemplo Agua de mar

Composición NaCl en H2O

Líquida

liquido

gas

Bebidas gaseosas

CO2 en H2O

Liquida

liquido

liquido

Vinagre

Ácido acético en H2O

Sólida

sólido

líquido

amalgama

Hg en Ag

Sólida

sólido

sólido

bronce

Estaño en Cu

Gaseosa

gas

líquido

niebla

H2O en aire

Gaseosa

gas

gas

aire

Gases en N2

3.2 Concentración de una solución En química, la concentración de una disolución 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 la sustancia que disuelve al soluto, y la disolución es el resultado de la mezcla homogénea de las dos anteriores. A menor proporción de soluto disuelto en el disolvente, menos concentrada está la disolución, y a mayor proporción más concentrada es ésta.

Unidades Físicas de concentración

•

Porcentaje en masa (concentración centesimal)

Esta forma de expresión de la concentración indica la cantidad de gramos de soluto que existe en 100 gramos de solución, y se puede calcular mediante la expresión:

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%masa :

m soluto ·100 m solución

Donde: msoluto : Masa de soluto (gramos, kilogramos, etc) msolución: Masa de solución (gramos, kilogramos, etc)

•

(1)

Porcentaje masa-volumen (%m-v)

Es la masa en gramos de soluto por cada 100 ml de solución.

%m − v =

m soluto ·100 Vsolución (2)

•

Porcentaje volumen-volumen (%v-v)

Es el volumen en mililitros de soluto por cada 100 ml de solución

%v − v =

Vsoluto ·100 Vsolución (3)

Donde: Vsoluto : Volumen de soluto en ml Vsolución : Volumen de solución en ml.

•

Partes por millón (ppm)

Se define como los miligramos de soluto disueltos en 1 litro de solución.

ppm =

miligramos (mg ) de soluto ( 4) 1litro de solución

Unidades químicas de concentración

•

Concentración Molar (Molaridad)

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La molaridad de una solución es una forma de medir la concentración de la misma estableciendo una relación entre el número de moles de soluto que contiene un litro de solución.

M=

n soluto Vsolución (5)

Donde: nsoluto : Moles de soluto (mol) Vsolución : Volumen de solución (L)

Un mol es la unidad básica del Sistema Internacional de unidades, definida como la cantidad de una sustancia que contiene tantas entidades elementales (átomos, moléculas, iones, electrones u otras partículas) como átomos hay en 0,012 Kg. (12 g) de carbono 12. Esa cantidad de partículas es 23 aproximadamente de 6,0221 × 10 , el llamado número de Avogadro. Por tanto, un mol es la cantidad de cualquier sustancia cuya masa expresada en gramos es numéricamente igual a la masa atómica de dicha sustancia.

 Dilución de soluciones Para preparar una dilución, es necesario emplear la siguiente formula:

C1 × V1 = C2 × V2

Donde: C1= concentración inicial V1= volumen extraído C2= concentración que se desea obtener V2= volumen de solución final 4. MATERIALES – EQUIPOS – ELEMENTOS NECESARIOS. Materiales

• • • • •

Vaso precipitado 100 ml Embudo de vidrio Matraz de aforo 100 ml Pipetas Varillas de agitación

Revisión Número: 4 Fecha de actualización: 01-03-14 Fecha de vigencia: 2014 Preparado por: M. Cristina Plaza Revisado por: M. Cristina Plaza Aprobado por: ESCO

• • • •

Propipeta Balanza analítica Pizeta Espátulas

Insumos

• • •

Agua destilada Ácido sulfúrico Hidróxido de sodio

5. PRECAUCIONES. • Revisar ficha de seguridad del NaOH y HCl • Uso de guantes de látex • Uso de lentes • Zapatos de seguridad • Delantal 6. DESCRIPCIÓN DEL PROCEDIMIENTO. Se realizaran 2 soluciones, una por disolución de la muestra y otra por dilución de ácido concentrado.

7. PROCEDIMIENTO Y/O PROTOCOLO A REALIZAR.



Antes de comenzar con la experiencia se debe limpiar cuidadosamente el material de vidrio que se va a emplear. Para esto se utilizará una solución de detergente común seguido de un enjuague con agua potable y luego con agua destilada.  Para la preparación de la solución de ácido debe cuidar de curar correctamente la pipeta antes de utilizarla.  Las soluciones preparadas serán utilizadas en el siguiente laboratorio 4.1: Medición de pH y Titulación ácido base, por lo tanto es necesario que guarde y rotule sus soluciones.

PREPARACION DE 100 ml DE UNA SOLUCION 0.1M DE NaOH.  Pesar en un vaso precipitado la cantidad de hidróxido de sodio necesaria según cálculos para la preparación de la solución.  Agregue agua destilada y agite con una varilla hasta disolver.  Vacíe la solución a un matraz de aforo utilizando un embudo de vidrio y complete el contenido del matraz con agua destilada utilizando para esto una pizeta. (El volumen del matraz de aforo debe corresponder al volumen de solución que se desea preparar, por ejemplo, en este caso se está preparando una solución de 100 ml por lo tanto el volumen del matraz deberá ser 100 ml).  Homogenice la solución.  Vierta el contenido del matraz de aforo en el envase definitivo y rotule.

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PREPARACION DE 100 ML DE UNA SOLUCION 0.1M DE HCl  Mida con una pipeta los ml de ácido clorhídrico necesarios. Recuerde que previamente usted debe conocer el volumen de ácido que va a utilizar, para eso consulte con su profesor la concentración del ácido disponible en laboratorio a fin de realizar los cálculos.  Para la medición de ácido debe utilizar la propipeta (pera de aspiración) a fin de  Evitar riesgos producidos por la aspiración de vapores o ingestión de ácido.  Vacíe en un matraz de aforo que contenga un poco de agua destilada (40 ml aproximadamente).

Tenga mucho cuidado de no vaciar el ácido sin que el matraz tenga agua ya que puede provocar un accidente.  Complete el contenido del matraz con agua destilada utilizando para esto una pizeta.  Homogenice la solución.  Vierta el contenido en el envase definitivo y rotule.

Completa la información de las siguientes tablas: SOLUCIÓN 1: NaOH 0.1 M Componente Moles de NaOH calculados Masa de NaOH calculada Volumen de solución preparado SOLUCIÓN 2: HCl 0,1M Componente Moles de HCl calculados Masa de HCl calculada Volumen de HCl calculado

Unidad

Medida

Unidad

Medida

EJEMPLOS DE CÁLCULO PREPARACION DE 100 ml DE UNA SOLUCION SÓLIDO-LIQUIDO 0.2M DE NaOH: Lo que tenemos que saber es la cantidad de gramos que debemos tener por 100 ml de solución, por lo tanto el cálculo será el siguiente.

Utilizando la ecuación (5) tenemos:

Vsolución = 100[ ml ] = 0.1[ l ]

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M =

n soluto n → 0.2 = soluto Vsolución 0. 1

n soluto = 0.2·0.1 = 0.02[ moles ] Pero como lo que yo necesito son los gramos de soluto:

n= Donde: n m PM

m → m = n·PM PM

: número de moles de sustancia : masa de sustancia : peso molecular de sustancia

 gramos  PM NaOH = PANa + PAo + PAH = 23 + 16 + 1 = 40  mol   gramos  m = 0.02[ mol ]·40  = 0.8[ gramos ]  mol  Así obtenemos la cantidad de soluto en gramos que debemos agregar a 100 ml de solución.

Por lo tanto para la preparación de la solución de NaOH el procedimiento será el siguiente:

•

Primero se pesa en una balanza 0.8 gramos de hidróxido de sodio y se disuelve en agua.

•

Una vez que se disuelve el hidróxido, la solución se vierte en un matraz de aforo de 100 ml y se completa el volumen del matraz con ayuda de una pizeta.

PREPARACION DE 200 ml DE UNA SOLUCION 0.7M de HCl Para este tipo se soluciones lo que debemos conocer es el volumen de ácido concentrado que se utilizará.

Nuevamente utilizando la ecuación (5) tenemos:

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M =

n soluto Vsolución

Con esto podemos conocer los moles de soluto necesario:

Vsolución = 200[ ml ] = 0.2[ l ] n soluto = 0.7·0.2 = 0.14[ moles ] Suponiendo que el ácido clorhídrico del que disponemos está en una concentración 3M, podemos calcular el volumen necesario de ácido que debemos mezclar con agua a fin de obtener la solución deseada.

Por lo tanto utilizando nuevamente la expresión para cálculo de molaridad (ecuación (7)) obtenemos:

M =

n soluto n → Vsolución = soluto Vsolución M

Vsokución =

0.14 = 0.0466[ l ] = 46.6[ ml ] 3

obtener la solución deseada.

, que es lo que tengo que agregar de ácido sulfúrico para

Por lo tanto la preparación de esta solución se realizará de la siguiente forma:

•

Con una pipeta se miden 46.6 ml de ácido clorhídrico y se vierten en un matraz de aforo al que previamente se le ha agregado agua destilada. (El ácido siempre debe ir después que el agua, por eso agregamos antes agua para evitar accidentes producidos por la reacción violenta que tiene lugar si primero se agrega ácido)

•

Luego se completa el contenido del matraz hasta alcanzar los 200 ml.

8. DESCRIPCIÓN DEL PRODUCTO FINAL.

•

El alumno deberá entregar un informe con los cálculos realizados, descripción de la experiencia, resultados observados y conclusiones. Además, el alumno deberá identificar los elementos de riesgo observados en la experiencia. El informe contará de las siguientes partes

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o o o o o

o

o o o o •

Portada Introducción Objetivos Medidas de seguridad Procedimiento - Materiales e insumos - Equipos empleados - Procedimientos de trabajo Resultados - Cálculos - Gráficos - Tablas de resultados Análisis y discusión de resultados Conclusiones y recomendaciones Dificultades en el desarrollo Bibliografía Formato de entrega

El docente facilitara el formato de entrega del informe a los alumnos, mediante envío de mail o mensaje interno en Blackboard.

9. PAUTAS DE CHEQUEO

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Para evaluar el desempeño de los alumnos en forma individual durante el desarrollo del laboratorio se aplicara la siguiente escala de valor: ESCALA DE VALOR: Sigla L (a) PL(b ) NL(c)

Leyenda Logrado (algunas dificultades) Parcialmente Logrado (varias dificultades) No Logrado

Aspectos a Evaluar En el Desarrollo de la Actividad

• Prepara la actividad a desarrollar en forma previa.

1.

Lee la guía antes de ingresar al laboratorio.

2.

Contesta las preguntas que se plantean al ingreso del laboratorio.

3.

Arma el montaje para la experiencia de acuerdo a lo especificado en la guía.

• Utiliza los elementos de seguridad en las prácticas de laboratorio.

4.

Emplea los EPP (lentes de seguridad, zapatos, mascarilla en caso que sea necesario).

5.

Emplea ropa adecuada para ingresar al laboratorio (Delantal de mangas largas).

6.

Utiliza guantes para desarrollar la actividad, tanto para manipulación de compuestos químicos como para aislamiento térmico.

7.

Emplea mascarillas cuando se trabaja con compuestos volátiles.

• Aplica las medidas de seguridad necesarias durante el desarrollo

de la actividad.

8.

Lee la ficha de seguridad de los reactivos y el rotulado de los envases antes de manipularlos.

9.

Verifica el voltaje de los instrumentos de trabajo, y luego de usarlos los apaga.

10.

Emplea la propipeta para extraer compuestos líquidos.

11.

Trabaja bajo el extractor los reactivos volátiles.

12.

Manipula y desecha el material de vidrio quebrado de acuerdo a las indicaciones del docente.

13.

Adiciona ácido sobre agua, en una reacción.

14.

Manipula frascos y tubos de ensayo sin dirigir la abertura hacia el cuerpo o hacia otra persona.

Revisión Número: 4 Fecha de actualización: 01-03-14 Fecha de vigencia: 2014 Preparado por: M. Cristina Plaza Revisado por: M. Cristina Plaza Aprobado por: ESCO

L (a)

PL ( b)

NL (c)

15.

Desecha los reactivos utilizados de acuerdo a lo indicado por el docente.

16.

Reconoce los lugares donde se ubican los extintores, botiquín, lava ojos, duchas, y vías de evacuación.

• Desarrolla la actividad de acuerdo a los procedimientos establecidos.

17.

Mantiene el orden del lugar de trabajo.

18.

Desarrolla la actividad de acuerdo a los tiempos establecidos.

19.

Trabaja de acuerdo a los protocolos de la guía.

20.

Desarrolla los cálculos establecidos en la guía de laboratorio.

Puntajes y Notas PUNTAJE TOTAL: PUNTAJE DE CORTE:

NOTA 7.0 NOTA 4.0

Para desarrollar el informe de laboratorio de AQP1402 conformar grupos de no más de tres personas, desarrollar el formato entregado por el docente y la evaluación se aplicara de acuerdo a la siguiente escala de valoración: Sigla L (a) PL(b ) NL(c)

Leyenda Logrado (algunas dificultades) Parcialmente Logrado (varias dificultades) No Logrado Aspectos a Evaluar En el Informe de Laboratorio

Revisión Número: 4 Fecha de actualización: 01-03-14 Fecha de vigencia: 2014 Preparado por: M. Cristina Plaza Revisado por: M. Cristina Plaza Aprobado por: ESCO

L

PL

NL

(a)

( b)

(c)

1. Cumple con el plazo de entrega.

2. Redacta un informe sin faltas de ortografía 3. Redacta un informe acorde al lenguaje técnico de la asignatura.

4. Desarrolla el informe de acuerdo al formato establecido, presentando en su contenido: 4.1 Portada 4.2 Introducción 4.3 Objetivos 4.4 Medidas de seguridad 4.5 Procedimientos Materiales e insumos Equipos empleados Procedimientos de trabajo 4.6 Resultados Cálculos Gráfico Tablas de resultados 4.7 Análisis y discusión de resultados 4.8 Conclusiones y recomendaciones 4.9 Dificultades en el desarrollo 4.10 Bibliografía TOTAL Puntajes y Notas PUNTAJE TOTAL: PUNTAJE DE CORTE: 10. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. http://www.juntadeandalucia.es/averroes/~04000134/fisiqui/practicasq/node8.html

Revisión Número: 4 Fecha de actualización: 01-03-14 Fecha de vigencia: 2014 Preparado por: M. Cristina Plaza Revisado por: M. Cristina Plaza Aprobado por: ESCO

NOTA 7.0 NOTA 4.0