Práctica
V
Preparación de Soluciones Acuosas
Objetivos:
• Aprender lo que es una solución acuosa
• Conocer algunas unidades de concentración para las soluciones acuosas • Preparar soluciones acuosas
• Hacer diluciones acuosas
Introducción
Una solución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias. Las sustancias o
constituyentes de la mezcla se distribuyen de manera uniforme presentando una sola fase. Esto ocurre dado que el tamaño de al menos uno de los constituyentes en la mezcla es menor que 1 nm. Esta característica de las soluciones también provee a la mezcla de estabilidad física y química; es decir, la mezcla no cambia su apariencia ni se descompone a lo largo del tiempo.
La fase que se aprecia y que establece el estado físico de la solución será la fase del constituyente en mayor cantidad. Este constituyente se llama solvente, mientras que el constituyente en menor cantidad se llama soluto. Se dice que el solvente (o disolvente) disuelve al soluto y que el soluto se encuentra “solvatado” por el solvente. En una solución acuosa el solvente es agua.
Una gran cantidad de compuestos iónicos forman soluciones acuosas cuando se disuelven en agua. Algunos compuestos moleculares como la glucosa pueden formar soluciones acuosas al disolverse en agua.
Fórmulas y Unidades de Concentración
La cantidad de soluto que hay en una solución se expresa a través de unidades de concentración. Aunque existen varias unidades de concentración, la idea principal de todas ellas es la misma. La unidad de concentración relaciona la cantidad de soluto, en una unidad apropiada, con la cantidad de solución o en algunos casos, con la cantidad de solvente. Veamos algunas unidades de concentración:
1. Molaridad - relaciona la cantidad de soluto en moles con el volumen de solución en litros. La forma matemática es la siguiente:
𝑀𝑜𝑙𝑎𝑟𝑖𝑑𝑎𝑑 =01/2*- 34 5*+.61ó8)*+ -*+./* ; abreviada como: 𝑀 =)*+0 (5.1)
Ejemplo:
a. ¿Cuántos moles de soluto hacen falta para preparar 50 mL de una solución 0.1 M?
Usando la ecuación (5.1):
0.1 M = :; ×=;? )*+>? 0
? mol = 0.1)*+0 x 50 x 10-3 L
= 5.0 x 10-3 mol
hacen falta 5.0 x 10-3 moles para preparar 50 mL de solución 0.1 M.
En un ejemplo más práctico podríamos hablar de un soluto en específico.
b. ¿Cómo se prepararían 250 mL de solución acuosa 0.05 M de NaOH?
Primero hay que determinar la cantidad de soluto (moles) para luego buscar la masa ya que la masa es la unidad con la que trabajamos en un laboratorio. Según la ecuación (5.1) los moles en la solución serán:
(0.05 )*+0 ) x (250 x 10-3 L) = 1.25 x 10-2 mol. Buscando la masa molar del NaOH (40.00 g/mol) obtenemos la masa que debemos pesar en la balanza para mezclar con el agua. La masa será:
40.00 g/mol x (1.25 x 10-2 mol) = 0.5 g de NaOH.
Cuando obtenemos la masa la mezclamos con agua en un matarz volumétrico de 250 mL y completamos con agua hasta la marca de aforo.
2. Molalidad - compara la cantidad de soluto en moles con la cantidad de solvente en kilogramos. La forma matemática es la siguiente:
𝑀𝑜𝑙𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 =@A 5*+B48/4)*+ -*+./*; abreviada como: 𝑚 =)*+@A (5.2)
Una solución con estas unidades se denomina molal. Ejemplo; una solución 5 m, se lee “cinco molal”
%)E-E -*+.61ó8)E-E -*+./* =A2E)*- 34 -*+.61ó8A2E)*- 34 -*+./* ×100 (5.3)
Ejemplos:
a. ¿Cuántos gramos de soluto hay en 35 g de una solución 3 % (p/p)?
Sabiendo los gramos de la solución utilizamos la ecuación (5.3) para obtener los gramos del soluto.
3 % (m/m) = H: A?A ×100
=H ×H:=;;
= 1.05 g
b. ¿Cuántos gramos de soluto hay en 20 mL de una solución 15 % (m/m), si la densidad de la solución es de 1.2 g / mL
Para este ejemplo primero hay que buscar la masa de la solución. Esto se logra utilizando la densidad. La densidad de la solución dice cuánta masa de solución hay en cierto volumen de esa solución. En el caso del ejemplo vemos que la densidad dice que hay 1.2 g de solución por cada 1 mL de la solución. Si el volumen de la solución son 20 mL entonces:
Masa solución = 20 𝑚𝐿(=.M A= )0) = 24 gramos, sabiendo los gramos de la solución utilizamos la ecuación (5.3) para obtener los gramos del soluto.
15 % (m/m) = MO A?A ×100
==: ×MO=;;
= 3.6 g
4. Porcentaje masa/volumen (m/v) – Esta unidad de concentración relaciona la masa del soluto en gramos con 100 mL de volumen de solución. Esta forma de concentración no es un verdadero porcentaje ya que relaciona unidades diferentes. La forma matemática es la siguiente:
%B*+.)48)E-E ==;; )0 34 -*+.61ó8A2E)*- 34 -*+./* ó A2E)*- -*+./*)0 34 -*+.61ó8×100 (5.4)
Expresada como: % )
B =
Ejemplos
a. ¿Cuántos gramos de soluto contiene una solución 15 % (m/v) en 20 mL de solución?
Según la concentración sabemos que por cada 100 mL de solución hay 15 gramos de soluto. Dado que 20 mL es 1/5 de 100 mL, en 20 mL habrá 1/5 de 15 g que son 3 g. también podríamos utilizar la ecuación (5.4)
15 % (m/v) = M; )0?A ×100
==: ×M;=;;
= 3 g
b. ¿Qué porcentaje masa / volumen es una solución que contiene 20 g de soluto en 75 mL de solución? Utilizando la ecuación (5.4)
? % (m/v) = M;P:×100 = 26.67 % (m/v)
c. ¿Cuántos mL contienen 15 gramos de una solución que es 1.8 % (m/v)? utilizando la ecuación (5.4)
1.8 % (m/v) = =: A? )0
? mL = =: A=.Q = 8.33 g
5. Partes por millón (ppm) - Esta unidad de concentración se usa para soluciones bien dikluidas y relaciona las partes por masa del soluto por cada 1 millón de partes por masa de la solución. La forma matemática es la siguiente:
1 ppm = )E-E -*+.61ó8)E-E -*+./* ×10R, (esta es la forma sin unidades) (5.5)
Con unidades:
Para relaciones masa/masa: 1 ppm = 1 mg (soluto) / 1 Kg (solución)
Para relaciones masa/volumen: 1 ppm = 1 mg (soluto) / 1 L (solución)
6. Fórmula de dilución – la fórmula de dilución se utiliza para calcular el volumen de solución concentrada necesaria para preparar una solución diluida añadiendo solvente. Esta fórmula expresa matemáticamente la conservación de la cantidad de soluto durante el proceso de dilución. En otras palabras, los moles de soluto permanecen constantes durante el proceso.
𝐶6𝑉6 = 𝐶3𝑉3
Donde Cc es concentracón de la solución concentrada, Cd es concentración de la solución diluida, Vc es volumen de la solución concentrada y Vd es volumen de la solución diluida. Con esta fórmula queremos conocer el valor Vc.
Materiales
1 matraz volumétrico de 100.00 mL 2 matraces volumétricos de 50.00 mL NaCl(s)
Pipeta necesaria para dilución propipeta
Procedimiento Experimental
1. Preparación de solución acuosa de NaCl 0.1 M
a. Calcule la masa en gramos de NaCl necesarios para preparar 100.00 mL de solución 0.1 M NaCl(ac). Muestre al instructor sus cálculos.
b. Lave la cristalería y añada aproximadamente 20 mL de agua destilada en el matraz volumétrico de 100.00 mL
c. Pese en papel de pesada la masa de NaCl calculada en el paso 1a. d. Eche el NaCl pesado en el matraz volumétrico de 100.00 mL e. Complete hasta la marca y muestre al instructor.
2. Preparación de solución acuosa de 15 % (m/v) de NaCl
a. Calcule la masa en gramos de NaCl necesarios para preparar 50.00 mL de solución 15 % (m/v) de NaCl(ac). Muestre al instructor sus cálculos.
b. Lave la cristalería y añada aproximadamente 20 mL de agua destilada en el matraz volumétrico de 50.00 mL
c. Pese en papel de pesada la masa de NaCl calculada en el paso 2a. d. Eche el NaCl pesado en el matraz volumétrico de 50.00 mL e. Complete hasta la marca de aforo y muestre al instructor.
3. Preparación de solución acuosa diluida de NaCl 0.05 M
a. Calcule el volumen necesario para preparar preparar 50.00 mL de solución 0.05 M NaCl a partir de solución 0.1 M NaCl. Muestre al instructor sus cálculos.
Práctica
V
Hoja de Reporte
Preparación de Soluciones Acuosas
Nombre:_________________________ Fecha de entrega: ___________________
Conteste las siguientes preguntas
1. ¿Cuál es la diferencia entre molaridad y molalidad?
2. ¿Cuántos gramos de CuSO4 son necesarios para preparar 35 mL de solución acuosa 0.025
M?
3. ¿Qué volumen de solución 5.54 % (p/p) contiene 5.0 x 10-3 moles de FeCl3, si la densidad
de la solución es de 1.24 g /mL?
4. ¿Cómo se preparan 50 mL de una solución acuosa 0.45 M a partir de una solución acuosa 0.70 M?
