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Una solución (o disolución)
SOLUCIONES QUÍMICAS:
Las soluciones son sistemas homogéneosformados básicamente por dos componentes. Solvente y Soluto. El
segundo se encuentra en menor proporción. La masa total de la solución es la suma de la masa de soluto mas la
masa de solvente.
Las soluciones químicas pueden tener cualquier estado físico. Las más comunes son las líquidas, en donde el
soluto es un sólido agregado al solvente líquido. Generalmente agua en la mayoría de los ejemplos. También
hay soluciones gaseosas, o de gases en líquidos, como el oxígeno en agua. Las aleaciones son un ejemplo de
soluciones de sólidos en sólidos.
La capacidad que tiene un soluto de disolverse en un solvente depende mucho de la temperatura y de las
propiedades químicas de ambos. Por ejemplo, los solventes polares como el agua y el alcohol, están preparados
para disolver a solutos iónicos como la mayoría de los compuestos inorgánicos, sales, óxidos, hidróxidos. Pero
no disolverán a sustancias como el aceite. Pero este si podrá disolverse en otros solventes como solventes
orgánicos no polares.
CONCENTRACION:
La concentración es la relación que existe entre la cantidad de soluto y la cantidad de solución o de solvente.
Esta relación se puede expresar de muchas formas distintas. Una de ellas se refiere a los porcentajes.
Porcentaje masa en masa o peso en peso, (%m/m):Es la cantidad en gramos de soluto por cada 100 gramos
de solución. Ej: Una solución 12% m/m tiene 12 gramos de soluto en 100 gramos de solución.
Como formula, podemos expresar esta relación así:
%m/m = x 100
Porcentaje masa en volumen (%m/v): Es la cantidad en gramos de soluto por cada 100 ml de solución. Aquí
como se observa se combina el volumen y la masa. Ej: Una solución que es 8% m/v tiene 8 gramos de soluto en
100 ml de solución.
Fórmula: % m/v = x 100
Porcentaje volumen en volumen (%v/v): Es la cantidad de mililitros o centímetros cúbicos que hay en 100
mililitros o centímetros cúbicos de solución. Ej: Una solución 16% v/v tiene 16 ml de soluto por 100 ml de
solución.
Fórmula: % v/v = x 100
Otras formas son la Molaridad, la Normalidad y la Molalidad.
Es bueno recordad antes el concepto de mol. El mol de una sustancia es el peso molecular de esa sustancia
expresada en gramos. Estos datos se obtienen de la tabla periódica de los elementos.
Sumando las masas de los elementos se obtiene la masa de la sustancia en cuestión.
Molaridad: Es la cantidad de moles de soluto por cada litro de solución. Como fórmula:
M = n/V
M = M: Molaridad. n: Número de moles de soluto. V: Volumen de solución expresado en litros.
Normalidad: Es la cantidad de equivalentes químicos de soluto por cada litro de solución. Como fórmula:
N = n eq/V
N = Normalidad. n eq. : Número de equivalentes del soluto. V: Volumen de la solución en litros.
Molalidad: Es la cantidad de moles de soluto por cada 1000 gramos de solvente. En fórmula:
m = n/kgs solvente
m = Molalidad. n: Número de moles de soluto por Kg = 1000 gramos de solvente o 1 kg de solvente.
Ejercicios:
A continuación comenzaremos una guía de problemas donde pondremos en práctica a todas estas formulas.
1)
Calcula el % m/m de una solución que tiene 6 gramos de soluto en 80 gramos de solución.
Aplicamos la fórmula:
% m/m = 6 grs x 100 / 80 grs
% m/m = 7.5
2)
Calcula el % m/m de una solución que tiene 10 grs. de soluto y 110 grs. de solvente.
En este caso la masa de la solución es de 120 grs. ya que resulta de sumar los 10 grs. de soluto mas los 110 grs.
de solvente.
% m/m = 10 grs x 100 / 120 grs
% m/m = 8.33.
3)
Calcula la masa de soluto que tendría una solución de 220 grs. que es 4% m/m.
En este caso podemos despejar la masa de soluto de la fórmula. Nos queda.
masa de soluto = % m/m x masa solución / 100
masa de soluto = 4% x 220 grs / 100
Masa de soluto = 8.8 grs.
4)
Cuantos grs. de soluto y solvente tendrán 320 grs. de solución cuya concentración es 5% m/m:
masa de soluto = 5 % x 320 grs / 100
Masa de soluto = 16 grs.
La masa de solvente es fácil obtenerla. Directamente le restamos a la masa de la solución la masa de soluto.
Masa de solvente = 320 grs. – 16 grs.
Masa de solvente = 304 grs.
5)
Cuantos gramos de soluto tendrán 1200 ml de solución cuya concentración es de 6% m/v.
De la fórmula:
% m/v = masa de soluto x 100 / volúmen de sción
despejamos la masa de soluto.
masa de soluto = % m/V x volúmen de sción / 100
masa de soluto = 6 % m/v x 1200 ml / 100
V = 80 grs x 100 / (5 % m/v sción)
Masa de soluto = 72 grs.
6)
Que volumen tendrá una solución al 5% m/v que contiene 80 grs. de soluto.
De la misma fórmula utilizada en el anterior problema despejamos el volumen.
V = ( masa de soluto x 100) / ( % m/v sción)
V = 1600 ml.
7)
Cuál será el % v/v en una solución que se preparo con 9 ml de soluto y 180 ml de solvente.
El volumen de la solución lo obtenemos sumando a ambos volúmenes.
% v/v = ( volúmen de soluto x 100 ) / ( volúmen de sción )
% v/v = (9 ml / 189 ml) x 100
% v/v = 4.76.
8)
Cuáles son los volúmenes del soluto y solvente de una solución de 2000 ml al 16 % v/v.
Volúmen de soluto = ( % v/v sción x Volúmen sción )
Volúmen de soluto = ( % v/v sción x Volúmen sción ) / 100
Volúmen de soluto = (16 % x 2000 ml) / 100
Volumen de soluto = 320 ml.
Volumen de solvente = 2000 ml – 320 ml.
Volumen de solvente = 1680 ml.
Densidad:
Con la densidad podemos transformar o pasar una cantidad de masa a su equivalente en volumen o viceversa.
Densidad = masa / volumen
Aquí les dejo 2 ejemplos.
1)
Cuantos grs. habrán en un volumen de 12 ml de una solución que tiene una densidad de 1.84 gr/ml.
Masa = Densidad x Volumen
Masa = (1.84 gr./ml) x 12 ml.
Masa = 22.08 grs.
2)
Que volumen tendrá una masa de 28 grs. de una solución cuya densidad es 1.76 gr./ml.
De la fórmula anterior despejamos al volumen.
V = masa / densidad
V = 28 / 1,76 /ml
V = 15.91 ml.
Molaridad:
1)
Calcula la M de una solución que tiene 8 grs. de hidróxido de sodio (NaOH) en 680 ml de solución.
Según la fórmula de Molaridad.
M=n/V
Para calcular la Molaridad hay que saber la cantidad de moles y el volumen expresado en litros.
La cantidad de moles se calcula por
n = masa / ( Peso molecular )
n = 8 grs / 40 grs
n = 0.2 moles. Los 680 ml pasados a litros son 0,68 lts.
M = ( 0,2 moles ) / ( 0,68 lts )
Molaridad = 0.294 M (molar).
2) Cuantos moles de ácido clorhídrico (HCl) serán necesarios para hacer una solución 1,4M que tenga un
volumen de 3.6 lts.
M=n/V
Despejamos n de la fórmula quedando:
n=MxV
n = 1,4 M x 3.6 lts.
n = 5.04 moles.
3)
Que volumen tendrá una solución que es 2 M y contiene 18 grs. de hidróxido de potasio. (KOH).
El volumen lo despejamos de la fórmula de molaridad. Y los 18 grs. de soluto lo pasamos a moles.
M = n/V
v = n/M
n = masa/PM
n = = 0.321 moles.
V = ( 0,321 moles ) / 2 M
V = 0.16 lts.
4) Como prepararía 2 lts. de una solución 0,5 M de hidróxido de sodio (NaOH) a partir de otra también de
hidróxido de sodio cuya concentración es 1.8 M.
Cuando se prepara una solución a partir de otra de mayor concentración lo que se hace es tomar una cantidad de
la de mayor concentración y luego se la diluye con agua hasta llegar al volumen requerido de la de menor
concentración. Para saber cuánto debemos tomar de la más concentrada usamos una fórmula.
M1 x V1 = M2 x V2
Los subíndices numéricos se usan para diferenciar a las dos soluciones de distinta concentración. Llamamos 1 a
la más concentrada y 2 a la más diluida.
1.8 M x V1 = 0.5 M x 2 lts.
V1 = ( 0,5 M x 2 lts ) / ( 1,8 M )
V1 = 0.555 lts.
Se toman 0.555 lts de la solución más concentrada o 555 ml y se disuelven hasta 2 litros.
5)
Calcula la M de una solución de ácido sulfúrico (H2SO4) de densidad 1.82 gr/ml y de 94% de pureza.
Sabemos que para calcular la molaridad tenemos que tener los datos de la cantidad de moles y el volumen
expresado en litros.
A partir de la densidad deducimos que en un ml de solución hay 1.82 grs. de masa de solución. Por lo tanto en 1
litro habrá 1820 gramos de solución. Ahora bien, de esos 1820 gramos solo el 94% es puro en el soluto que
tenemos. Con un simple cálculo de porcentaje obtendremos la cantidad que realmente hay de soluto en esos
1820 gramos.
1820 grs. x 0.94 = 1710.80 grs.
A partir de esta masa sacamos la cantidad de moles.
n = ( 1710,80 grs ) / ( 98 grs/mol )
n = 17.457 moles.
Estos cálculos se basaron al principio cuando usamos la densidad en un volumen de 1 litro. Por lo tanto si
dividimos esta cantidad de moles por un litro obtenemos directamente la molaridad.
Molaridad = 17.457 M (molar).
6) Se dispone de un ácido nítrico comercial del 96,73% en peso y 1,5 gr/ml densidad ¿Cuántos ml de ácido
concentrado serán necesarios para preparar 0,2 litros de disolución 1,5 molar de dicho ácido?
Directamente lo podemos hacer cambiando las unidades con los factores de conversión hasta llegar a molaridad.
Se van cancelando las unidades viejas y quedan solo las nuevas, es decir mol/litro que es M (molaridad):
Primero usaremos el porcentaje de pureza, luego la densidad, los mililitros a litros y por último pasaremos la
masa a moles.
(96,73 grs soluto / 100 grs solución) x (1,5 grs soluc / 1 ml soluc) x (1000 ml soluc / 1 litro) x (1 mol acido
nítrico / 63 grs soluto) = 23 M
Ahora con la fórmula M1 x V1 = M2 x V2 calculamos el volumen del ácido concentrado que necesitarás. Podes
llamar con el 1 a la solución concentrada y con el 2 a la nueva solución.
V1 = M2 x V2 / M1 = 1.5 M x 0,2 lit / 23 M = 0.013 lit = 13 ml
Entonces tomas 13 ml de la solución concentrada y le agregas agua hasta que llegues a los 200 ml o 0,2 litros
que nos piden.
7) Cuál será la Normalidad de una solución de ácido clorhídrico que tiene 6 grs. de este en 1200 ml de
volumen.
A partir de la fórmula:
N = N° de equivalentes de soluto / V (scion en lts)
Tenemos que calcular el número de equivalentes de soluto y pasar a litros el volumen que ya tenemos de
solución.
En el caso de los ácidos el número de equivalentes se calcula dividiendo la masa de este por el peso del
equivalente químico de este. El equivalente químico en el caso de los ácidos se calcula dividiendo el peso
molecular por la cantidad de hidrógenos que tiene la molécula. El ácido clorhídrico tiene un peso molecular de
36.5. Tiene un solo átomo de hidrógeno, por lo tanto su peso equivalente es el mismo.
N de eq soluto = ( 6 grs ) / ( 36,5 grs/eq )
N de eq. Soluto = 0.164 equivalentes.
Normalidad = (0,164 equiv) / ( 1,2 lts)
Normalidad = 0.137.
8) A un recipiente que contiene 200 mL de solución acuosa 0.2 M de H2SO4 se le agregan 10 mL de H2SO4
puro (densidad=1.83 g/mL). Suponiendo volúmenes aditivos, calcular para la solución resultante normalidad
Debemos calcular el número de moles totales y despues de equivalentes en este caso. Por ejemplo en la primera
solución tenemos:
Moles = 0,200 lts x 0,2M = 0,04 moles.
Como el H2SO4 tiene 2 hidrógenos la cantidad de equivalentes es moles x 2 = 0,08 equivalentes.
Ahora calculamos los equivalentes de la otra solución. Pero de la otra no tenemos la Molaridad, la debemos
calcular de la densidad y del % de pureza que es del 100% por ser puro.
M = 1,83 grs/ml x 1000 ml/litro x 1 mol/98 grs = 18.67 M (molar) por lo tanto tiene 18,67 M x 0,01 litros =
0,187 moles o sea, 0,374 equivalentes.
Si sumamos tenemos 0,08 equivalentes + 0,374 equivalentes = 0,382 equivalentes en total al mezclar ambas
soluciones. Entonces N = equiv/litros. N = 0,382 equiv / 0,21 litros = 1.82 N de la solución final. El volúmen de
0,21 litros se obtuvo sumando los volúmenes aditivos.
9) Que volumen tendrá una solución 2.6 N de hidróxido de calcio ( Ca(OH)2 ) si la cantidad de soluto usada
fue de 4 moles.
N = N° eq (st0) / V
Despejamos el volumen:
V = N° eq (st0) / N
En este caso tenemos moles pero no equivalentes. Se puede pasar de una manera sencilla de moles a
equivalentes. Teniendo en cuenta que para calcular el peso de un equivalente de un hidróxido se divide al peso
molecular por la cantidad de grupos oxhidrilos. El peso del equivalente es el peso molecular dividido por 2. Ya
que este hidróxido posee 2 grupos oxhidrilos. El peso molecular es 40. Por lo tanto el peso del equivalente de
Ca(OH)2 es 20. Deducimos por lo tanto que en un mol de este compuesto hay 2 equivalentes. Como tenemos 4
moles del hidróxido tenemos 8 equivalentes.
V = 8 eq / 2,6N
V = 3.077 litros.
10)
Calcula la Normalidad de:
Una solución 4 M de NaOH.
Una solución 6 M de Mg (OH)2
Una solución 0.5 M de H2SO4
Una solución 0.8 M de HNO3
En el caso del NaOH vemos que tiene un solo radical oxhidrilo, o sea que el peso molecular o el mol coincide
con el peso de un equivalente químico. Por lo tanto si es 4 M también será 4 N.
En el segundo caso, el Mg(OH)2, tiene 2 grupos oxhidrilos. El peso de un equivalente será la mitad del peso
molecular. En un mol hay dos equivalentes. Entonces si es 6 M será 12 N.
En el tercer caso, vemos que el ácido sulfúrico tiene 2 hidrógenos. O sea que el peso de su equivalente será la
mitad de su mol o peso molecular. En un mol hay dos equivalentes. Asi que si es 0.5 M será 1 N.
En el último caso, este ácido (ácido nítrico), tiene un solo hidrógeno. Asi que un mol equivale a un equivalente.
Es igual su molaridad y su normalidad. Es 0.8 M y 0.8 N.
11) Calcula la molalidad de una solución que se prepara con 16 gramos de Hidróxido de Potasio (KOH) y
1600 gramos de agua.
La fórmula es:
m = Moles (st0) / Kg svte
Tenemos que transformar los 16 grs. del soluto a moles.
n = (16 grs) / (56 grs / mol)
n = 0.286 moles.
Esta cantidad de moles está presente en 1600 gramos de agua. Por lo tanto en 1 kg de agua habrá.
m = (0,286 moles) / (1,6 Kgs)
0,179 m (molal).
12) Cuantos gramos de soluto habrá en una solución 2.8 m de Li(OH), que se hizo con 500 ml de agua.
En el caso del agua 1 gramo equivale a un ml. Por lo tanto aceptamos que 500 ml son 500 grs.
Primero calcularemos la cantidad de moles de soluto. Despejando de la fórmula:
m = n / kgs svte
n = m x kg de svte.
n = 2.8m x 0,5 kgs.
n = 1.4 moles.
Ahora el último paso es pasar esta cantidad de moles a gramos.
La masa es igual al peso molecular por la cantidad de moles.
Masa = 23.94 grs./mol x 1.4 moles.
Masa = 33.52 gramos.
13) Calcula la masa de agua que se utilizó para preparar una solución 2,2 m si se utilizó 12 gramos de soluto
(NaOH).
Primero hay que saber la cantidad de moles de soluto. El peso molecular de NaOH es de 40.
moles = 12 grs / (40 grs/mol)
0.3 moles. Luego de la fórmula de m:
m = moles/kgs svte
Kg svte = moles sto / m
Kgs de solvente = 0,3 moles / 2,2 m
0.136 kilos o 136 gramos de agua.
14) Calcula la M y N de una solución que se preparó con 28 gramos de Mg(OH)2 al 82 % de pureza en un
volumen final de 1600 ml.
Primero debemos corregir la masa de 28 gramos ya que al no ser 100% pura en realidad no hay 28 gramos sino
que habrá algo menos.
28grs. x 0.82 = 22.96 gramos.
Estos gramos ahora lo pasaremos a moles.
Moles = 22,96 grs / (58,3 grs/mol)
Moles = 0.39 moles.
Molaridad = 0,39 moles / 1,6 lts
Molaridad = 0.24 M (molar).
Como este hidróxido tiene 2 radicales oxhidrilos. Por cada mol tenemos 2 equivalentes. Por lo tanto será 0.48 N
(Normal).
Problemas para resolver:
1)
Calcula el % v/v de una solución que tiene un volumen de 1400 ml y 980 ml de agua (solvente).
Rta: 30% v/v.
2)
Que masa de AgOH se necesitara para preparar 3 litros de una solución 0,4 M en este soluto.
Rta: 148.8 grs.
3)
Que densidad tendrá una solución de 1500 centímetros cúbicos y 1,9 kgs.
Rta: 1.267 grs./ml.
4)
Cuál será el volumen de una solución que tiene 20 gramos de soluto y una concentración de 6% m/v
Rta: 333.33 ml.
5)
Que masa de solvente se necesitará para hacer 260 grs. de una solución al 4% m/m
Rta: 249.6 grs.
6) Calcula la Normalidad de: HNO2 (2M) – KOH (0.4M) – H2SO3 (3M) – Al(OH)3 (1M) – Na3PO4 (0.6M) –
NaCl (2M).
Rta: 2N – 0.4N – 6N – 3M – 1.8N – 2N.
7)
Que volumen de solución ocuparan 3 equivalentes de soluto de una solución 4N.
Rta: 0.75 litros.
8) Que m (molalidad) tendrá una solución que se preparo colocando 20 gramos de NaOH en 2200 ml de
agua.
Rta: 0.227 molal.
9)
Como prepararía 2 litros de una solución 0.4 M a partir de otra que es 4 M.
Rta: Tomamos 200 ml de la más concentrada y la diluimos hasta llegar a 2 litros de volumen.
10) Que molaridad tendrá una solución que fue preparada añadiendo 46 grs. de Ca(OH)2 al 79 % de pureza a
cierta cantidad de agua obteniendo un volumen final de 4200 ml.
Rta: 0.117M.
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.
Si se analiza una muestra de alguna solución puede apreciarse que en cualquier parte de ella su composición es
constante.
Entonces, reiterando, llamaremos solución o disolución a las mezclas homogéneas que se encuentran en
fase líquida. Es decir, 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
Características de las soluciones (o disoluciones):
I) Sus componente no pueden separarse por métodos físicos simples como decantación, filtración,
centrifugación, etc.
II) Sus componentes sólo pueden separase por destilación, cristalización, cromatografía.
III) Los componentes de una solución son soluto y solvente.
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. (Ver: El agua como solvente).
IV) 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.
Mayor o menor concentración
Ya dijimos que 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.
Modo de expresar las concentraciones
Ya sabemos que la concentración de las soluciones es la cantidad de soluto contenido en una cantidad
determinada de solvente o solución. También debemos aclarar que los términos diluida o concentrada expresan
concentraciones relativas.
Las unidades de concentración en que se expresa una solución o disolución pueden clasificarse en unidades
físicas y en unidades químicas.
Unidades físicas de concentración
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)
a) Porcentaje peso a peso (% P/P): indica el peso de soluto por cada 100 unidades de peso de la solución.
b) Porcentaje volumen a volumen (% V/V): se refiere al volumen de soluto por cada 100 unidades de
volumen de la solución.
c) Porcentaje peso a volumen (% P/V): indica el número de gramos de soluto que hay en cada 100 ml de
solución.
Ejercicio:
Se tiene un litro de solución al 37%. ¿Cuántos litros de agua se tienen que agregar para que quede al 4%?
Resolvamos:
El problema no indica las unidades físicas de concentración. Se supondrá que están expresadas en % P/V.
Datos que conocemos: V = volumen, C= concentración
V1 = 1 litro
C1 = 37%
37% P/V = significa que hay 37 gramos de soluto en 100 ml de solución (solución = soluto + solvente).
C2 = 4%
V2 = ¿?
Regla para calcular disoluciones o concentraciones
V1 • C1
=
V2 • C2
Puede expresarse en: % P/V
Reemplazando los datos que se tienen del problema, se obtiene:
Entonces, si tenemos un litro de solución al 37%; para obtener una solución al 4% es necesario tener un
volumen de 9,25 litros; por lo tanto, para saber cuantos litros de agua hay que agregar al litro inicial,
hacemos:
V2 – V1 = Volumen de agua agregado
9,25 – 1 = 8,25 litros
Respuesta: Se deben agregar 8,25 litros de agua
Unidades químicas de concentración
Para expresar la concentración de las soluciones se usan también sistemas con unidades químicas, como son:
a) Fracción molar
b) Molaridad M = (número de moles de soluto) / (1 litro de solución)
c) Molalidad m = (número de moles de soluto) / (1 kilo de solvente)
a) Fracción molar (Xi): se define como la relación entre los moles de un componente (ya sea solvente o
soluto) de la solución y los moles totales presentes en la solución.
Ejercicio:
Se agregan 3 gramos de sal en una cacerola con 4 litros de agua ¿cuál es la concentración de sal?, o dicho de
otra forma ¿cuál es la concentración de la solución?
Calcular la fracción molar de solvente y de soluto: Recordemos que la fracción molar expresa la
concentración de una solución en Moles de Soluto o de Solvente por Moles Totales de la Solución.
Solvente: agua (H2O)
Soluto: sal (NaCl)
Datos que conocemos: 3 gramos de soluto y 4.000 cm3 (4 litros) de solvente.
Con estos datos debemos resolver el problema, calculando 4 valores significativos: moles de solvente, moles
de soluto, fracción molar de solvente y fracción molar de soluto.
Para el agua, se conoce su masa molar = M(H2O) = 18 g/mol (1 mol de H2O contiene 18 g, formados por 2 g de
H y 16 g de O).
Averiguar cuántos moles de solvente H2O) tenemos:
Para la sal (NaCl) su masa molar = M(NaCl) = 58,5 g/mol (1 mol de sal equivale a 58,5 g, formados por 23 g de
Na y 35,5 g de Cl)
Averiguar cuántos moles de soluto tenemos:
Ahora que conocemos la cantidad de moles de solvente y la cantidad de moles de soluto, podemos calcular las
fracciones molares de solvente y de soluto:
Fracción molar del solvente = Xsolvente
Fracción molar del solvente (agua) = 0,99977
Fracción molar del soluto= Xsoluto
Fracción molar del soluto= 0,00023
Pero sabemos que:
Entonces: 0,99977 + 0,00023 = 1
b) Molaridad (M): Es el número de moles de soluto contenido en un litro de solución. Una solución 4 molar
(4 M) es aquella que contiene cuatro moles de soluto por litro de solución.
Ejercicio:
¿Cuál será la molaridad de una solución que contiene 64 g de Metanol (masa molar del metanol 32 gr/mol) en
500 ml de solución?
Datos conocidos: metanol 64 g
Masa molar del metanol: 32 g/mol
Masa de la solución: 500 ml (0,5 litro)
Primero calculamos la cantidad de moles que hay en 64 g de metanol.
Si un mol de metanol equivale a 32 g, 64 g equivalen a 2 moles (64/32=2)
Aplicamos la fórmula:
Respuesta: 4 molar
(Ver: PSU: Química; Pregunta 12_2006)
c) Molalidad
En primer lugar debemos advertir que molalidad no es lo mismo que molaridad por lo cual debemos evitar
confundirlas puesto que el nombre es muy parecido pero en realidad cambian mucho los cálculos, y es un grave
error pero muy frecuente.
En la molalidad relacionamos la molaridad del soluto con el que estamos trabajando con la masa del
disolvente (en kg) que utilizamos.
La definición de molalidad es la siguiente:
Relación entre el número de moles de soluto por kilogramos de disolvente (m)
Solubilidad
En química, la solubilidad mide la capacidad de una determinada sustancia para disolverse en un líquido.
Algunos líquidos, tales como agua y alcohol, pueden ser disueltos en cualquier proporción en otro solvente. Sin
embargo, el azúcar tiene un límite de solubilidad ya que al agregar cierta cantidad adicional en una solución está
dejará de solubilizarse, llamándose a esta solución saturada.
Es la proporción en que una cantidad determinada de una sustancia se disolverá en una cantidad
determinada de un líquido, a una temperatura dada.
En términos generales, es la facilidad con que un sólido puede mezclarse homogéneamente con el agua
para proporcionar una solución química.
Concepto
La solubilidad es la mayor cantidad de soluto (gramos de sustancia) que se puede disolver en 100 gramos (g).
de disolvente a una temperatura fija, para formar una disolución saturada en cierta cantidad de disolvente.
Las sustancias no se disuelven en igual medida en un mismo disolvente. Con el fin de poder comparar la
capacidad que tiene un disolvente para disolver un producto dado, se utiliza una magnitud que recibe el nombre
de solubilidad.
La capacidad de una determinada cantidad de líquido para disolver una sustancia sólida no es ilimitada.
Añadiendo soluto a un volumen dado de disolvente se llega a un punto a partir del cual la disolución no admite
más soluto (un exceso de soluto se depositaría en el fondo del recipiente). Se dice entonces que está saturada.
Pues bien, la solubilidad de una sustancia respecto de un disolvente determinado es la concentración que
corresponde al estado de saturación a una temperatura dada.
Las solubilidades de sólidos en líquidos varían mucho de unos sistemas a otros. Así a 20º C la solubilidad del
cloruro de sodio (NaCl) en agua es 6 M (molar) y en alcohol etílico (C2H6O), a esa misma temperatura, es 0,009
M (molar). Cuando la solubilidad es superior a 0,1 M (molar) se suele considerar la sustancia como soluble en
el disolvente considerado; por debajo de 0,1 M (molar) se considera como poco soluble o incluso como
insoluble si se aleja bastante de este valor de referencia.
La solubilidad depende de la temperatura; de ahí que su valor vaya siempre acompañado del de la temperatura
de trabajo. En la mayor parte de los casos, la solubilidad aumenta al aumentar la temperatura.
Factores que determinan la solubilidad
Solubilidad en líquidos: al elevar la temperatura aumenta la solubilidad del soluto gas en el líquido debido al
aumento de choques entre moléculas contra la superficie del líquido. También ocurre lo mismo con la presión.
Solubilidad de líquidos en líquidos: Al aumentar la temperatura aumenta la solubilidad de líquidos en
líquidos. En este caso la solubilidad no se ve afectada por la presión.
Solubilidad de sólidos en líquidos: la variación de solubilidad está relacionada con el calor absorbido o
desprendido durante el proceso de disolución. Si durante el proceso de disolución se absorbe calor la solubilidad
crece con el aumento de la temperatura, y por el contrario, si se desprende calor durante el proceso de
disolución, la solubilidad disminuye con la elevación de temperatura. La presión no afecta a la solubilidad en
este caso.
Unidades de medida
Puesto que la solubilidad es la máxima concentración que puede alcanzar un soluto, se medirá en las mismas
unidades que la concentración.
Es habitual medirla en gramos de soluto por litro de disolución (g/l) o en gramos de soluto por cada 100 cc de
disolución (%).
Aunque la unidad de medida se parezca a la de la densidad, no es una medida de densidad. En la densidad, masa
y volumen se refieren al mismo cuerpo. En la solubilidad, la masa es de soluto y el volumen es de la disolución,
de la mezcla de soluto y disolvente.