Disoluciones quimicas

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Calama
Miss Elsa Díaz
GUÍA TEÓRICA: CONCENTRACIÓN DE LAS DISOLUCIONES
Nombre:___________________________________________________________________Curso: 4° Medio
Mezclas : Las mezclas están formadas por varias sustancias, en que sus componentes conservan sus
propiedades como sustancias separadas; es decir, no se han alterado al entrar a formar parte de una mezcla
Suspensiones: Cuando se pone en agua un material grueso e insoluble tal como la arena, y se deja reposar la
mezcla. La arena se deposita enseguida en el fondo, si el material grueso es menos denso que el agua, tal
como el aserrín de madera, se dirige a la superficie o flota en ella. Pulverizando finamente la arena y
agitándola luego, con agua, tarda en sedimentarse
Estas mezclas pueden separarse físicamente por filtración o centrifugado. Las partículas son visibles a simple
vista o al microscopio, ya que son mezclas heterogéneas
Cuando la materia en suspensión es un líquido como aceite, y sus gotitas son tan pequeñas que pasan por
filtro y no se depositan con facilidad, la mezcla es una emulsión.
Coloides: Los coloides también son considerados sistemas heterogéneos ya que sus partículas son visibles a
través de microscopio más poderosas
Ejemplos: Proteínas en agua y gelatina en agua caliente
Su sedimentación puede ser efectuada con la ayuda da centrífugas, igualmente más poderosas y su
fraccionamiento puede ser hecho con ayuda de filtros especiales.
Los coloides están formados por partículas clasificadas como macromoléculas o macroiones. Estas partículas
se llaman micelas.
Soluciones: Son mezclas homogénea de dos o más sustancias entre sí. Soluto y disolvente
En una solución, la sustancia disuelta se llama soluto. La sustancia en la cual se disuelve el soluto se llama
disolvente. Cuando la cantidad relativa de una sustancia en una solución es mucho más grande que la otra, la
sustancia presente en mayor cantidad se considera generalmente como el disolvente. Cuando las cantidades
relativas son de mismo orden de magnitud es arbitrario especificar cual de las sustancias es el disolvente.
Es imposible su fraccionamiento por medio de centrífugas o filtros. Las partículas, por lo tanto, no sedimentan
y no son visibles ni aún con el auxilio ultramicroscopio.
Tipos de soluciones:
Una solución puede ser sólida, líquida o gaseosa
a) Estado líquido
(solvente)
 gas líquido
CO2 disuelto en agua
 líquido en líquido
alcohol disuelto en agua o éter
sólido en líquido
azúcar disuelto en agua
b) Estado sólido
 gas en sólido
 líquido en sólido
sólido en sólido
(solvente)
hidrógeno disuelto en platino o paladio
mercurio en cobre
oro disuelto en plomo
c) estado gaseoso
 gas en gas
(solvente)
todas las mezclas de gases(aire por ejemplo)
En soluciones de sólidos en líquidos gas en líquido, el solvente es el líquido. En una solución de dos líquidos
(como agua y alcohol) o de dos sólidos (como el bronce) , el solvente es el que existe en mayor proporción.
En el caso de una mezcla de gases, es mejor decir que los gases se disuelven, no haciendo distinción entre
soluto y solvente.
Solubilidad
Se llama coeficiente o grado de solubilidad a la máxima caridad de soluto (en gramos) que se pueden disolver
en una determinada cantidad de solvente (100 gramos, 1000 gramos, 100 ml o 1 litro) en determinadas
condiciones de temperatura y presión.
1.- Solubilidad y polaridad
a) Las sustancias polares se disuelven en otras sustancias polares.
HCL + H2O  H3O + + Cl-
Al reaccionar con agua, el ácido clorhídrico, que es gaseoso, debe inicialmente disolverse; ahora, sabemos
que HCl es polar y el agua también lo es. Se forma un solución acuosa de ácido clorhídrico.
b) Las sustancias apolares se disuelven en otras sustancias apolares.
El yodo se disuelve en tetracloro de carbono
c) Las sustancias iónicas se disuelven en sustancias fuertemente polares
Hidróxidos y sales, cuando se disuelven, lo hacen fácilmente en agua, que es fuertemente polar.
Factores que afectan la solubilidad de gases en líquidos
a) Presión : La solubilidad de una gases en un líquido es directamente proporcional a la presión aplicada por
el gas sobre el líquido. Este enunciado constituye la ley de Henry
La expresión matemática es S = K * P
Sólo afecta a sustancias en estado gaseosos y soluciones de éste en un líquido. Aumentando la presión
sobre el gas, aumentamos su solubilidad, así por ejemplo el gas carbónico se disuelve a presión en las bebidas
gaseosas y al destaparlas, se disminuye la presión y se expele el exceso de gas disuelto en relación a la nueva
presión.
Las bebidas gaseosa, por ejemplo, son embotelladas sobre presión para asegura una elevada concentración de
CO2; una vez abierta la botella, la bebida rápidamente pierde su gasificación, a menos que sea tapada otra
vez.
Imaginemos que un líquido está saturado con un soluto gaseosa y que ésta solución esté en contacto con el
gas a determinada presión. Una vez más tenemos un equilibrio dinámico, en el cual las moléculas de soluto
están dejando la solución y entrando en fase de vapor con la misma velocidad con que las moléculas de gas
están entrado en la solución, como se muestra en la figura (a) Como es de esperar la velocidad con que las
moléculas entran en solución dependen del número de colisiones por segundo que el gas experimenta con la
superficie del líquido.
b) Temperatura: La solubilidad de una gas en un líquido disminuye con una aumento de temperatura. Es
por eso que, si calentamos una bebida gaseosa, el gas será expulsado de la mezcla.
Solubilidad de sólidos en líquidos
En general la solubilidad de un sólido aumenta con la temperatura y sólo algunas sustancias disminuyen su
solubilidad. Hay algunas excepciones como Ce2 (SO4)3 y Na 2SO4
Analicemos esto a través de algunas curvas de solubilidad, relacionando la disolución de varios solutos en 100
g de agua, en función de la temperatura.
La temperatura afecta distinto su la solución es gas – líquido. Aumentando la temperatura el líquido procura
expulsar al gas y consecuentemente, la solubilidad de gas disminuye rápidamente (en aguas calientes los
peces no viven por falta de aire disuelto en agua)
Clasificación de soluciones en cuanto a la saturación
a) Solución saturada: Es toda solución que contiene la máxima cantidad de soluto disuelto en condiciones
dadas de temperatura y presión. Por lo tanto tendremos una solución saturada cuando disolvamos en solución
exactamente la cantidad de soluto definida por el grado de solubilidad.
Ejemplo: A 0°C logramos disolver de manera estable 357 g de sal por litro de agua esta solución está
saturada.
b) Solución sobresaturada: Es cuando una solución inestable que contiene mayor cantidad de soluto
disuelto que una solución saturada, pudiendo precipitar el exceso de soluto en cualquier instante.
Por ejemplos en condiciones especiales se consigue disolver más de 357 g de sal en 1 litro de agua a 0°C. La
solución así obtenida es inestable, bastando una leve agitación para que precipite el exceso de soluto,
quedando en solución sólo la cantidad de 357 gramos.
c)Soluciones insaturada: Es toda solución que contiene soluto en cantidad inferiores a la definida por el
grado de solubilidad
Concentración de una disolución
La concentración de una disolución es la cantidad de soluto presente en una cantidad dada de disolvente o
disolución.
Los términos diluido y concentrado se utilizan a menudo para expresar concentraciones relativas. Una
solución con una concentración de soluto relativamente pequeña, se dice que es diluida; y una con
concentración grande, se dice que es concentrada.
La cantidad de solvente, soluto o solución puede ser expresada en unidades de masa (gramos, kilogramos), o
en unidades de volumen (litros, mililitros)
En una solución la masa total del sistema corresponde a la siguiente expresión matemática:
Masa de la solución = masa del soluto + masa del solvente
Otro parámetro físico que es importante considerar es la densidad de una solución, la cual se obtiene a partir
de la siguiente expresión:
La unidad de medida g/mL, es una de las más utilizadas, pero se puede expresar en otras unidades de masa y
de volumen.
Conceptos estequiométricos
a) Mol: Cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos
hay en 12 g de carbono 12
b) Número de Avogadro o Constante de Avogadro: es el número de moléculas de cualquier sustancia
1 mol = 6,02*1023 moléculas
1 mol =6,02*1023 átomos
23
1mol = 6,02*10 iones
Uso del número de Avogadro:
Calcula el número de átomos que hay en tres moles de Cu.
1) 1 mol  6,02*1023 átomos de Cu
2) 3 mol  x átomos de Cu
X = 3 * 6,02*1023 átomos de Cu
c) Masa molar: Relación que se establece entre la masa de la entidad y la cantidad de moles
Calcular la masa molar de Cu(OH)2, sabienod que las masa atómicas (M atómica) de cada átomo son
respectivamente: Cu= 64 g/mol;
O = 16 g/ mol ; H = 1 g/ mol
MM Cu(OH)2 = Cu + 2 O + 2H = 98 g /mol
Ejercicios:
1.- ¿Cuántos moles existen en 120 g de NaOH( Masa molar de NAOH = 40 g/mol)?
a) 0,33
b) 0,5
c) 1
d) 2
e) 3
2.- ¿Cuántos moles hay en 245 gramos de ácido sulfúrico? (Masa molar H 2SO4
a) 3
b) 2,5
c) 2
d) 0,8
e) 0,4
=
98 g / mol)
3.- La masa molar del ácido acético es de 60 g/mol. ¿Qué masa del ácido se encuentran contenida en 3 moles
de esta sustancia?
a) 0,15 gramos b) 20 gramos
c) 40 gramos
d) 60 gramos
e) 180 gramos
4.- La masa molar del fosfato de amoniaco ((NH4)3PO4) es:
a) 113 gramos
b) 141 gramos
c)121 gramos
d)149 gramos
e) 303 gramos
5) La mas de un mol de sulfato de aluminio (Al2 (SO4)3) es
a) 123 gramos
b) 150 gramos
c) 219 gramos
d) 342 gramos
e) 603 gramos
6.- La masa molar de 2 moles de N2 es
a) 56 gramos
b) 32 gramos
c) 28 gramos
d) 14 gramos
e) 7 gramos
7.- El helio es un gas valiosa utilizado en las industrias, ¿Cuántos moles de He hay en 6,46 g de He?
8.- ¿Cuántos gramos de Zn hay en 0,356 moles de Zn?
9.- ¿Cuántos átomos hay en 16, 3 g de azufre?
10.- Todos los metales alcalinos reaccionan con el agua para formar hidrogeno gaseoso y el hidróxido de
metal alcalino correspondiente. Una reacción común ocurre entre le litio y el agua.
2 Li + 2H2O  2LiOH + H2
a) ¿Cuántos moles de H2 se formarán al completarse la reacción de 6,23 moles de Li con agua?
b) ¿Cuántos gramos de H2 se formarán al completarse la reacción de 80,57 g de Li con agua?
11.- Considere la combustión del monóxido de carbono (CO) en oxígeno gaseoso.
2CO + O2  2 CO2
Si la reacción se inicia con3,60 moles de CO, calcule el número de moles de CO2 que se producen si hay
suficiente oxígeno para reaccionar con todo el CO.
Unidades de concentración
El estudio cuantitativo de una disolución requiere que se conozca su concentración, es decir, la cantidad de
soluto presente en una determinada cantidad de una disolución. La concentración expresa la proporción
existente entre las cantidades de soluto y solvente.
Tipos de unidades de concentración físicas
a) Porcentajes en masa - masa (%p/p). Indica los gramos de soluto que están contenidos en 100 gramos de
solución
Masa de soluto
x 100%
Masa de soluto + masa de disolvente
Ejemplo.
a) Una muestra de 0,892 g de cloruro de potasio (KCl) se disuelve en 54,6 g de agua. ¿Cuál es el porcentaje
en masa de KCl en esta disolución?
0,892g
x 100 %
0,892 +54,6
b)Porcentaje masa volumen (% p / v) . Indica los gramos de soluto que están contenidos en 100 mL (o cc )
de solución
% m/v = gramos soluto
x 100
Ml de solución
c)Porcentaje volumen/ volumen. Indica el volumen de soluto que se encuentra disuelto en 100 ml de
solución
% v/ v = ml soluto
x 100
ml de solución
Integrada %m/v = p/p * densidad
Ejercicios
1.- Se desean determinar los gramos de azúcar contenidos en 400 ml de una solución acuosa al 8% p/p de
azúcar, cuya densidad es 1,03 g/ml
2.- Una solución acuosa de vinagre al 0,4% m/v contiene
A) 0,4 gramos de vinagre en 1000 ml de solución B) 0,4 gramos de vinagre en 1000 ml de solvente.
C) 0,4 moles de vinagre en 100 ml de solución.
D) 0,4 moles de vinagre en 100 ml de solvente.
E) 0,4 gramos de vinagre en 100 ml de solución.
3.- Determine los moles de glucosa que se obtiene luego de preparar 6 litros de una solución al 2% m/v,
sabiendo que el peso molecular de la glucosa es 180g/mol.
4.- Calcule % m/v si se dispone de 250 mL de una solución que contiene 15 g de HCN
5.- Calcule el % p/p de una solución si en 500 g de ella hay 15 g de soluto puro
6.- Determine la masa de 200 mL de una solución de densidad 1,2 g/ml
7.- Cuanto soluto puro hay en 350 mL de una solución al 6% p/v
Molaridad
Esta unidad de concentración se basa en el volumen de una solución y por ello es conveniente utilizarla en los
procedimientos del laboratorio en donde la cantidad medida es el volumen de solución. La molaridad se
define como el número de moles de soluto por litro de solución (también como el número de milimoles de
soluto por mililitro de solución):
Esto quiere decir que una disolución 1,0 molar (1,0 M) contiene 1,0 moles de soluto en cada litro de la
disolución
a) ¿Cuál es la molaridad de una disolución de 20 g de NaCl en 180 mL de agua?
Primero debemos saber cuántas moles son 20 g de NaCl:
nNaCl = 20/58,5 = 0,34 moles
Ahora determinamos la concentración de la disolución, suponiendo que el volumen de agua no varía en el
proceso de disolución:
M = (0,34 moles de NaCl)/(0,18 L de disolución) = 1,89M
b) Si una solución acuosa de HNO3 (PM = 63) presenta una concentración 12,6% p/v. ¿Cuál es su
concentración molar?
Fórmula M = 12,6 * 10 = Molaridad 2
63
Ejercicios :
1.- ¿Cuántos gramos de dicromato de potasio (K2Cr2O7) se requieren para preparar 250 mL de una disolución
cuya concentración sea de 2,16 M?
2.- Determine cuántos moles de soluto puro hay en 300 mL de solución 0,2 M
3.- Determine cuántos gramos de soluto hay en 200 mL de solución 2 M de HCl
4.- La densidad de una solución acuosa de H2O2 es 1,11 g/ mL y su concentración es 30% p/p .Determine la
concentración molar
Dilución de soluciones
La disolución consiste en agregar al la disolución más solvente provocando así una disminución en la
disminución de la concentración y aumento de volumen los moles permanecen constantes. Por tanto la
molaridad disminuye.
Ejercicios:
1.- A 20 mL de una solución acuosa de NaClO 4,8 M, se le agregan 80 mL de agua, ¿Cuál será la
concentración molar de la solución resultante?
2.- A 250 ml de una solución 0,4 de HCL se agregan 750 ml de agua. Calcular la concentración molar de a
nueva solución
3.- ¿Qué volumen de agua hay que agregar a 300 ml de solución 0,15 M de NaOH para obtener una solución
0,06 M?
4.- Se prepara una solución agregando 16 ml de una solución de hidróxido de sodio 3M, completando un
volumen de 200 ml con agua. Determine la molaridad de la solución resultante.
5.- ¿A qué volumen se debe diluir 80 ml de una disolución de glucosa 0,27 M para tener una disolución
0,1M?
6.- ¿Cuál es la concentración molar resultante al diluir 23,0 ml de una disolución 1,7 M del aminoácido
serina hasta un volumen de 1 L?
Mezcla de soluciones
Mezcla de 2 o más soluciones que poseen un mismo soluto o diferentes. Si se supone que el solvente siempre
es el mismo y las soluciones son relativamente diluidas, es posible afirmar que el volumen final será iguala la
suma de los volúmenes iniciales de las soluciones que son mezcladas.
Los moles se pueden sumar
Los volúmenes parciales se pueden sumar
Las molaridades no son aditivas. Por lo tanto la molaridad resultante de la mezcla se debe calcular a partir de
n y V.
Ejercicios
1.- Se juntan dos soluciones, la primera tiene un volumen de 500 ml y la concentración de 0,5 M; la segunda
tiene un volumen igual a 200 ml y la concentración 2M. Determina la concentración molar de la solución
resultante.
2.- Se prepara una disolución de sacarosa mezclando 360 ml de disolución 1,8M con 80 ml de disolución 0,2
M y 60 ml de disolución 0,7 M. Calcula la molaridad de la disolución final
3.- Con el objeto de preparar una disolución buffer se mezcló 150 ml de disolución de H 3PO4 0,2 M con 100
ml de disolución de NaH2PO4 0,18 M. Calcule la concentración final de cada sustancia.
4.- Se mezcla 75 ml de solución 0,25 M H2SO4 con 90 ml de otra solución 0,5 M H2SO4, ¿Cuál será la
concentración de la disolución final?
Molalidad:
Es la cantidad de soluto (medida en moles) disuelta en cada Kilogramo de disolvente.
Esta escala se define así:
Esta cantidad no cambia al cambiar la temperatura o la presión.
Ejemplo:
¿Cuál es la molalidad de una disolución de 3,2g de CH3OH en 200g de agua?
Peso Molecular del soluto = 12 + (4 x 1) + 16 = 32
nmoles de soluto = 3,2/32 = 0,1 moles
m (0,1 moles de soluto)/(0,2 Kg de disolvente) = 0,5 m
Fracción molar:
La fracción molar de cualquier componente de una solución se calcula dividiendo el número de moles de uno
de los componentes por el número total de moles de la disolución.
Fracción molar de soluto: n soluto / n soluto + n disolvente
Fracción molar de disolvente : n disolvente / n soluto + n disolvente
Ejemplo
Se disuelven 15 g de NaCl en 250 g de agua. ¿Cuál es la fracción molar del soluto NaCl y del disolvente?
M NaCl = 58,5 g / mol
n (NaCl) = 15 g / 58,5 g mol =
M agua = 18 g/ mol
0,25 mol
n (Agua) = 250 g / 18 g/ mol = 13,88 mol
Xsto = 0,25 / 0,25 + 13,88 = 0,017
Xsvte = 13,88 / 0,25 + 13,88 = 0,982
Ejercicios.
1.- Se disuelven 15 g de NaCl en 250g de agua. ¿Cuál es la fracción molar del soluto y del disolvente
respectivamente? PM NaCl= 58,5
PM agua = 18
2.- En 60 ml de disolución acuosa que contiene 6 g de glucosa, la fracción molar de la glucosa es.