Solución. Composición




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títuloSolución. Composición
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Módulo 3. “Mezclas”.Quiminet.zzn.com. Autor: Carlos M. Avalos. Pág.





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Quiminet

CATEDRA DE QUÍMICA DE NOVENO GRADO


PROF. CARLOS M. AVALOS.

Módulo 3 “Soluciones”.






Pre-requisitos:

Porcentajes, razones y proporciones
Objetivos:

4. Interpretar cuantitativamente la concentración de una solución.

Tiempo aproximado: 3 semanas (9 horas teóricas).



Sistema de filtración sencillo

Contenidos


  • Solución.

  • Composición.

  • Tipos: según el estado y la relación de soluto disuelto.

  • Unidades físicas de concentración de las soluciones % m/m, % m/v, % v/v. Ejercicios tipos.

  • Ejercicios complementarios. Problemas.



Autor: Carlos M. Avalos.

Revisión técnica: Judith de Almeida
3ª edición

Caracas, 02 de mayo de 2004

Obj.4. Interpretar cuantitativamente la concentración de una solución.
Solución:

es una mezcla homogénea, formadas por moléculas o iones (soluto) de un tamaño menor de 10-7 cm, disueltas o dispersas uniformemente en un solvente que puede estar en estado sólido, líquido o gaseoso. El soluto generalmente esta en menor proporción que el solvente, aunque en algunas ocasiones puede estar a igual concentración que el solvente. El proceso de unión del soluto con el disolvente se denomina disolución y se dice que el soluto es soluble en el solvente. A pesar de que entre el soluto y el solvente hay cierta afinidad o grado de unión, es decir formación de un enlace químico no se considera que se forma un compuesto nuevo, pues fácilmente evaporando el solvente se recupera el soluto en su forma original.

Toda solución está compuesta por dos o más sustancias puras en proporción variable dentro de ciertos límites ya que al pasar los límites el sistema se hace heterogéneo, por ejemplo una solución sobresaturada.
Algunos ejemplos de soluciones son las siguientes:


Soluciones sólidas


(Bronce, Cu (s)+ Zn(s)),

(soldadura, Sn(s) + Pb(s))

Soluciones líquidas


(Agua azucarada, H2O(l) + azúcar(s)),

(bebidas gaseosas, CO2(g) + H2O(l)),

(Anticongelante para automóviles, etilen glicol(l) + H2O(l)).

Soluciones gaseosas (Aire, N2, O2, etc.).

Composición de las mezclas homogéneas o soluciones:

a) Solvente; (esta en mayor proporción, generalmente).

b) Soluto: ( puede ser uno o varios disueltos en el solvente, está en menor proporción).

Ecuación general de las soluciones


Solución = soluto + solvente

Sol = sto + ste (en forma abreviada)

Ejercicios:

A partir de la ecuación anterior despeje los siguientes términos:

a) Sto

b) Ste.
Tipos de soluciones, según la relación del soluto disuelto y no disuelto.
*Solubilidad: cantidad de gramos de soluto capaz de disolverse en 100 cm3 de solvente a una temperatura dada. Los factores que influyen son: la temperatura, la presión y el tipo de solvente empleado en la disolución.

Unidad: g sto./100 cm3. (Tº).

Ejemplo , una solución acuosa de cloruro de potasio (KCl) tiene una solubilidad de 34 g KCl / 100 ml H2O ( a 20 ºC). Si la densidad del agua es 1 g / ml, también podríamos decir que es 34 g KCl / 100 g H2O.
a) Saturadas: Aquella solución en la que existe un equilibrio dinámico entre las moléculas que se disuelven y las que se transforman nuevamente en soluto no disuelto (cristalización). Los factores que pueden afectar este equilibrio son: la temperatura , la presión y la naturaleza del soluto y el solvente.
b) Insaturadas:es aquella en la cual la concentración de soluto es menor a la de la solución saturada en las mismas condiciones (temperatura, presión, solvente y soluto). En este tipo de soluciones la velocidad de disolución del soluto sin disolverse es mayor que la velocidad de cristalización del soluto disuelto, así que con el tiempo no queda nada de soluto sin disolver.
c) Sobresaturadas: es aquella en la cual la concentración de soluto disuelto es mayor que la saturada (en equilibrio) bajo las mismas condiciones. Este tipo de solución es inestable y se revertirá a una solución saturada si se coloca un cristal de soluto o sufre algún movimiento, produciendose la cristalización.
Problema:

1) Si se desea preparar una solución de KCl a 20ºC, saturada ¿cuantos g de KCl debo agregar para preparar una solución saturada con 500 ml?. Solubilidad:34 g KCl / 100 ml H2O ( a 20 ºC).

R: 170 g de KCL.
Soluciones de líquidos en líquidos:

Son aquellas soluciones en la que el soluto y el solvente están en estado líquido.
Miscibles: cuando dos líquidos se mezclan por completo en todas las proporciones para formar una mezcla homogénea, formando una sola fase, es decir una solución. Un ejemplo es el alcohol y el agua. Es una solución ideal o verdadera.(Ver figura 2.1)
Parcialmente miscibles: cuando un líquido se disuelve parcialmente en el otro, el resultado es la formación de dos soluciones que aparecen como dos capas, en la parte superior se encontrará la solución con menor densidad. Un ejemplo es el etilén glicol (anticongelante de automóviles) y el cloroformo. Otro ejemplo es el éter y el agua solo son solubles en determinadas proporciones, son soluciones no ideales (Ver figura 2.3)
Esencialmente inmiscibles: Cuando los dos líquidos no se mezclan en forma apreciable y forman dos capas de líquido separadas. Un ejemplo es el agua y la gasolina. Otro sería el aceite y el agua no son miscibles, o lo son en una pequeña proporción, es decir se disuelven uno al otro en forma imperceptible. La linea de separación entre dos fases se le denomina interfase, de existir alguna posibilidad de disolución entre ambos se da en esta interfase.

Forman una mezcla heterogénea con dos fases, siendo la fase del aceite menos densa con respecto al agua, por lo que se le ubica en la parte superior. Figura 2.2.


Fig. 2. Soluciones de líquidos en líquidos.

Tipos de soluciones, según la relación del soluto disuelto y no disuelto.

a) Saturadas:

b) Insaturadas:

c) Sobresaturadas:
Miscibles: cuando dos líquidos se mezclan por completo en todas las proporciones para formar una mezcla homogénea, formando una sola fase, es decir una solución. Un ejemplo es el alcohol y el agua.
Problema de solubilidad.

1) Si se desea preparar una solución de KCl a 20ºC, saturada ¿cuantos g de KCl debo agregar para preparar una solución saturada con 500 ml de solvente?. Solubilidad:34 g KCl / 100 ml H2O ( a 20 ºC).

R: 170 g de KCL.
Unidades físicas de concentración de la soluciones:

a) % m/m = g sto. / 100 g sol.

b) % m/v = g sto. / 100 ml sol.

c) % v/v = ml sto. / 100 ml sol.

d) ppm = mg sto. / l sol = mg sto. / kg sol.
a) % m/m = g sto. / 100 g sol.

Ejercicio Tipo


Calcular la concentración porcentual en masa, %m/m, de una solución que se prepara disolviendo 8 g de aspirina en 120 g de agua. R: 6,015 % m/m

b) % m/v = g sto. / 100 ml sol.

Ejercicio Tipo

Se preparan 250 ml de solución disolviendo 10 g de azúcar en agua destilada. ¿Cuál es la concentración de la solución resultante?. R: 4 % m/v
c) % v/v = ml sto. / 100 ml sol.

Ejercicio Tipo

Calcular la concentración porcentual en volumen de una solución que se obtiene al disolver 2 ml de ácido nítrico (HNO3) en 65 ml de agua destilada (H2O). R: 2,985 % v/v
d) ppm = mg sto. / l sol = mg sto. / kg sol. (No es objetivo de esta asignatura, se da como información general).
Unidades químicas de las soluciones:

  1. Molaridad: n sto / l sol

  2. Molalidad: kg ste / l sol

  3. Normalidad: eq-g / lsol = g sto / eq-g x l sol


Equivalente - gramos: Eq-g: MM / nº valencia

Eq-g:

Elemento: MA / valencia

Acido: MM / nº H+

Base: MM / nº OH -

Sales oxisales: MM / valencia del radical

Sales binarias : MM / valencia del metal


Ejercicios complementarios:

1) ¿Qué cantidad de cloruro de sodio (NaCl) hay en una solución de agua salada, si la masa de la solución es de 80 gramos al 5 % m/m? .

R: 4 g sto.

2) ¿Cuántos ml de ácido acético (CH3COOH) hay disueltos en 250 ml de una solución acuosa al 15% v/v?.

R: 37,5 ml sto.

3) ¿Cuántos gramos de soluto están disueltos en 400 ml de una solución de densidad 1,15 g / ml y de 8 % m/m?.

R: 36,8 g sto.

4) Si unimos una solución de 120 gramos al 10% m/m con otra solución, con el mismo soluto, de 250 gramos al 5% m/m, ¿cuál será la concentración m/m de la solución resultante?. R: 6,62% m/m.

Ejercicio tipo (disminución de la concentración)

1) ¿ Qué cantidad de agua debe agregársele a 250 g de una solución al 15% m/m para que su concentración baje al 10 % m/m?.
Para que la concentración disminuya debemos diluir la solución, es decir agregar agua a la solución. La cantidad de soluto permanecerá constante, como desconocemos su valor procederemos a calcularla.

a)Se calcula la cantidad de soluto en la solución.
15 g sto x g sto

------------ = ------------

100 g sol 250 g sol
x sto= 37, 5 g sto
Estos 37,5 g sto estarán en la nueva solución, pero no en 250 g de solución, sino en uno nuevo valor, equivalente a (250+ X) g sol, siendo la X la cantidad de agua agregada.
b) Planteamos la nueva proporción:

37,5 g sto 10 g sto

-------------- = --------------

(250 + X) g sol 100 g sol
Multiplicamos en cruz
(250 + X) g sol . 10 g sto. = 37,5 g sto . 100 g sol

despejando el valor de la x
37,5 g sto . 100 g sol

(250 + X) g sol = ----------------------------

10 g sto


3750 g sto . g sol

X g sol = ------------------------------- - 250 g sol

10 g sto
Sacando M.C.M
3750 g sol - 2500 g sol

X g sol = --------------------------------- = 125 g sol

10

125 g sol, es la cantidad de agua a agregar para disminuir la concentración.
Ejercicio tipo ( aumento en la concentración)

2) ¿Qué cantidad de soluto deberán agregársele a 125 g de solución al 10% m/m para que se incremente al 15% m/m?.

Es similar, pero la x se sumará al soluto y a la solución , ya que en este caso el proceso es de aumento en la concentración y esto se hace aumentando el soluto, lo que trae también un aumento en la solución.

R: 7,35 g.
Problemas:

1) A 120 t de una mezcla de cemento con agua al 15% m/m se le agregaron 5 t de cemento, ¿cuál será la concentración de la nueva solución?.

R: 18,4 % m/m.

2) ¿Qué volumen de alcohol etílico habrá que disolver en agua para obtener 90 ml de una solución cuyo concentración sea del 10% m/m?.

R: 9 ml.

3) Se disuelven 15 g de de agua en 200 ml de alcohol cuya densidad es de 0,89 g / ml. Calcular la concentración de la solución en % m/m.

R: 7,77 % m/m.

4) Se prepara una solución disolviendo 8,4 g de hidróxido de sodio (NaOH) en suficiente agua hasta obtener 150 g de solución. Calcular la masa del solvente y la concentración de la solución.

R: 141,6 g y 5,6 % m/m.

5) ¿Cuántos ml de ácido sulfúrico (H2SO4) se requieren para preparar 0,4 l de solución al 30%?.

R: 120 ml H2SO4

6) ¿Cuántos ml de agua hay que agregar a 15 ml de soluto para que la concentración de la solución sea el 6% v/v?.

R: 235 ml.

7) ¿Qué cantidad de agua debe evaporarse calentando 400 g de una solución al 5% m/m para que su concentración suba al 8% m/m?.

R: 150 g.

8) ¿Qué cantidad de soluto debe agregarse a 500 g de una solución al 5% m/m para que su concentración suba al 12% m/m?.

R: 39,77 g sto.

9) Se tiene una solución que contiene 8 g de soluto disueltos en 122 g de agua y posteriormente 70 g de una solución del mismo soluto cuya concentración es del 5% m/m. Calcular: a) masa total de la solución resultante, b) masa total del soluto presente en la solución resultante, c) concentración de la solución resultante.

R: a) 200 g sol, b) 11,50 g sto y c)5,75 % m/m.

10) Se mezclan 500 ml de ácido clohídrico (HCl) de densidad 1,2 g / ml y 20% m/m de concentración con 250 ml del mismo ácido de densidad 1,1 g / ml y 15 % m/m. Calcule para la solución resultante: a) La densidad, b) la concentración m/m, y c) la concentración m/v.

R: a) 1,17 g /ml, b) 18,43 % m/m y c) 21,56 % m/v.

Bibliografía:

Noriega, Luis.

Guía de estudio y ejercitación, Colegio Santiago León de Caracas, Coordinación de química y ciencias de la tierra. 9º grado. 6 p.1985.
SESEE, William.

Química, Seese. 5ta. edición. PrenticeHall

Hispanoamérica, S.A. México. 1994. 689 p.

Fuerzas intermoleculares en las mezclas:

Son las fuerzas de atracción entre moléculas, de un mismo material o diferente material.

Siendo:

A y B; son moléculas diferentes

A-B; fuerzas intermoleculares entre A y B

A-A ó B-B; fuerzas intermoleculares entre moléculas de un mismo tipo.

= ; símbolo de igual que

< >; símbolos de mayor o menor que.

<< >>; símbolos mucho mayor o menor que.
A-B=A-A=B-B ; Mezcla homogénea. Soluciones ideales (ver figura 3A.).

A-B>A-A y B-B ; Mezcla homogénea.Soluciones no ideales

A-B
A-B << A-A y B-B ; Mezcla heterogénea, formación de fases. (ver figura 3C.).

Fig. 3.

Figura 3









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