Liceo Santiago Bueras y Avaria Departamento de Química Profesora: Gabriela Valenzuela.
DISOLUCIONES QUÍMICAS
1. MATERIA: se presenta en forma de sustancias puras (elementos y compuestos) o de mezclas.
2. SUSTANCIA PURA: es aquella que presenta una composición invariable y fija.
3. ELEMENTO: sustancia pura que no puede descomponerse en otras sustancias más simples aunque se usen métodos químicos. Está conformado por un mismo tipo de átomo o moléculas con átomo iguales. Se representan mediante el símbolo, ejemplo: Ca, Na, Cu, Ne, O2, N2, etc. Sus propiedades características: densidad, punto de fusión y ebullición son invariables, y pueden servir para su identificación
4. COMPUESTO: sustancia pura donde las unidades básicas son las moléculas formadas por un conjunto de átomos diferentes. Se representan mediante formulas químicas.
La proporción en que se combinan los elementos para formar el compuesto es fija e invariable y se pueden separar únicamente por métodos químicos (electrólisis y descomposición térmica). Sus propiedades características: densidad, punto de fusión e ebullición son invariables, y pueden servir para su identificación. Las propiedades del compuesto no tienen nada que ver con las de los elementos que lo forman. Es una nueva sustancia
5. MEZCLA: es la reunión de sustancias en cantidades variables que no se encuentran químicamente combinadas. Por lo tanto las mezclas no tienen un conjunto de propiedades únicas, sino que cada una de las sustancias constituyentes aporta al todo con sus propiedades específicas. Los componentes de la mezcla se pueden separar por procedimientos físicos: filtración, decantación, cristalización, destilación, tamizado, etc.
Las mezclas están compuestas por una sustancia, que es el medio, en que se encuentran una o más sustancias en menor proporción. Se llama fase dispersante al medio y fase dispersa a las sustancias que están en él. De acuerdo al tamaño de las partículas de la fase dispersa, las mezclas pueden clasificarse en homogéneas y heterogéneas
6. MEZCLA HOMOGÉNEAS: son aquellas cuyos componentes no son identificables a simple vista, es decir, se aprecia una sola fase física (monofásicas). Ejemplo aire, agua potable, aleación, etc.
7. MEZCLA HETEROGÉNEA: son aquellas cuyos componentes se pueden distinguir a simple vista apreciándose más de una fase física. Ejemplo agua con piedras, agua con aceite, etc. Las mezclas heterogéneas se pueden agrupar en: coloides, emulsiones y suspensiones. 8. COLOIDES O SOLES: es un sistema heterogéneo donde el sistema disperso puede ser
observado a través de un ultramicroscopio. Ejemplos la sangre, jalea, espumas, gel.
9. EMULSIONES: conformado por dos fases liquidas inmiscibles. Ejemplos: agua y aceite, leche, mayonesa.
11. DISOLUCIÓNES QUÍMICAS: son mezclas homogéneas que contiene dos o más tipos de sustancias denominadas soluto y disolvente que se mezclan en proporciones variables sin cambio alguno en su composición, es decir, no existe reacción química.
12. SOLUTO: es la sustancia que se disuelve, dispersa o solubiliza y siempre se encuentra en menor proporción, ya sea en masa o volumen. En una solución puede haber varios solutos. A la naturaleza del soluto se debe el color, olor, el sabor y la conductividad eléctrica de las disoluciones. El soluto da el nombre a la disolución.
13. DISOLVENTE: es la sustancia que disuelve o dispersa al soluto y generalmente se encuentra en mayor proporción. Existen disolventes polares (agua, alcohol etílico amoniaco) y no polares (benceno, éter, tetracloruro de carbono. En las disoluciones líquidas (acuosas) se toma como disolvente universal al agua por su alta polaridad. El disolvente da el aspecto físico a la disolución.
14. Las disoluciones químicas se clasifican, según la proporción en que se encuentre el soluto en: disolución concentrada, donde hay mucho soluto en poco disolvente y disolución diluida donde hay poco soluto en gran cantidad de disolvente.
Estado de la disolución Soluto Disolvente Ejemplo Composición
sólida sólido sólido bronce cobre en estaño
sólida sólido líquido amalgama plata en mercurio
líquida gas líquido bebida gaseosa CO2 en disolución acuosa líquida líquido líquido vinagre ácido acético en agua
líquida sólido líquido Agua de mar sales en agua
gas gas gas aire gases disueltos en nitrógeno
15. Las disoluciones químicas se clasifican, según el estado en que se encuentran, en disoluciones: gaseosas, líquidas y sólidas.
16. SOLUBILIDAD de un soluto, es la masa máxima que se puede disolver en una determinada masa de disolvente a una temperatura constante. De acuerdo a la solubilidad del soluto en disolución, se obtienen tres tipos de disoluciones:
17. SOLUCIÓN SATURADA: el soluto está presente en igual cantidad que su solubilidad. 18. SOLUCIÓN INSATURADA: el soluto se presenta en menor cantidad que su solubilidad, 19. SOLUCIÓN SOBRESATURADA: el soluto sobrepasa su propia capacidad de solubilidad.
20. La solubilidad de un soluto en un disolvente depende de tres factores: naturaleza del soluto y del disolvente, temperatura y presión.
21. CRISTALIZACIÓN: es el proceso de formación de cristales poco solubles, a partir de una disolución saturada o sobresaturada de un sólido.
22. CONCEPTO DE MOL. NÚMERO DE AVOGADRO.
- MOL: cantidad de un compuesto (o elemento) igual a su masa molecular (o atómica) expresada en gramos.
- Un mol de cualquier sustancia contiene 6,023 x 1023 partículas de ésta sustancia (átomos si se trata de un elemento y moléculas si se trata de un compuesto). A dicho número se le conoce con el nombre de número de Avogadro.
- Es importante destacar que un mol no es una unidad de masa, simplemente es una cantidad de sustancia (6,023 x 1023 partículas) y que si dicha cantidad esta referida a un elemento o compuesto químico, existe una relación directa con su masa.
- Para pasar de una cantidad de sustancia expresada en gramos a moles, tan solo hay que dividir por su masa atómica si se trata de un elemento o por su masa molecular si se trata de un compuesto, es decir:
- PARA UN ELEMENTO:
- PARA UN COMPUESTO:
23. CONCENTRACIÓN DE UNA DISOLUCIÓN: es la relación entre cantidad de sustancia disuelta (soluto) y la cantidad de disolvente. Esta relación se expresa cuantitativamente en forma de unidades físicas y químicas debiendo considerarse la densidad y la masa molecular del soluto.
Ejemplo 1. Los pasos para preparar 150 cm3 de disolución de sal común de concentración 15 g/L
Solución: Según la definición de concentración en gramos por litro, la disolución a preparar contendrá 15 g de sal común en 1 litro de disolución.
Calculo la cantidad de sal que contendrán los 150 cm3 de disolución:
Usando factores de conversión
Para preparar la disolución sigo los siguientes pasos:
1. Se pesan en la balanza 2,25 g de sal.
2. En un vaso se echa una cantidad de agua inferior a 150 cm3. Por ejemplo, 125 cm3. Se disuelve la sal en el agua. Al final del proceso se puede observar que el volumen ya no es 125 cm3 sino algo más, debido a la presencia del soluto disuelto.
3. Se completa con agua hasta los 150 cm3.
n =
24. La concentración exacta de una disolución se expresa a través de las unidades de concentración que pueden ser físicas o químicas.
UNIDADES DE CONCENTRACIÓN FÍSICA
25. PORCENTAJE EN MASA (% m/m): es una unidad de concentración física y representa la masa de soluto por cada 100 g de disolución.
Ejemplo 1
Preparamos una disolución de sal común en agua de la siguiente forma: 1. Pesamos 14,2 g de sal.
2. Disolvemos la sal en aproximadamente 80 cm3 de agua. 3. Completamos con más agua hasta 100 cm3.
4. Pesamos la disolución obtenida, dándonos 109,0 g
¿Cuál es la concentración de la disolución en tanto por ciento en masa? Solución:
Masa de soluto: 14,2 g
Masa de (100 cm3) disolución: 109,0 g
Para calcular el tanto por ciento en masa tenemos que calcular los gramos de soluto en 100 g de disolución, lo que se puede solucionar con una simple proporción:
También podemos calcular la concentración en tanto por ciento en masa, usando la fórmula siguiente:
% m/m =
1. masar el soluto 2. Disolver en un volumen de
disolvente menor que el de la disolución que hay que preparar.
3. Completar con más disolvente hasta el volumen de disolución pedido.
2,25 g sal
2,25 g sal
125 cm3 agua
Ejemplo 2
Se pesan 125,0 g de una disolución del 23% en masa. ¿Cuántos gramos de soluto contiene? Solución:
Una disolución del 23 % contiene 23 g de soluto en 100 g de disolución, luego:
Usando factores de conversión:
Ejemplo 3
Una disolución de sal común en agua tiene una concentración de 24% en masa y una densidad de 1,18 g/cm3 ¿Cuántos gramos de soluto contienen 200 cm3 de disolución?
Solución:
Una disolución del 24 % contiene 24 g de soluto en 100 g de disolución, luego.
La dificultad radica aquí en que la pregunta se refiere a volumen (200 cm3) de disolución, mientras que el dato de concentración nos relaciona soluto (24 g) con masa (100 g) de disolución.
Usando el dato de densidad podemos relacionar masa de disolución con volumen de disolución
Una vez conocida la masa del volumen de disolución, podemos saber la cantidad de soluto usando el dato de concentración en tanto por ciento en masa:
26. PORCENTAJE EN MASA – VOLUMEN: (% m/v): es una unidad de concentración física y expresa la masa de soluto por cada 100 ml de disolución.
27. PORCENTAJE EN VOLUMEN (% v/v): es una unidad de concentración física y nos indica el volumen del soluto disuelto por cada 100 ml de disolución.
% m/v =
28. PARTES POR MILLÓN (ppm): son los miligramos de soluto contenidos en un kilogramo de solvente. El nombre de ésta expresión de concentración se deriva de la relación entre Kg y mg (1Kilogramo = 106 miligramos). Esta unidad de concentración se usa para disoluciones muy diluidas.
UNIDADES DE CONCENTRACIÓN QUÍMICA
29. MOLARIDAD (M): indica la cantidad de soluto, en moles, por cada litro de disolución.
30. MOLALIDAD (m): representa la cantidad de soluto, en moles, por cada 1.000 g (1Kg) de disolvente.
31. FRACCIÓN MOLAR (X): corresponde a la relación entre los moles de un componente y el total de moles presente en la disolución.
32. DILUCIÓN: tiene por objeto obtener una disolución diluida a partir de una disolución concentrada. La disolución que resulta es de menor concentración que la original, pero de mayor volumen. Se establece una relación inversamente proporcional entre la concentración y el volumen de la disolución.
Donde C1 es la molaridad de la disolución concentrada, V1 es el volumen de la disolución concentrada, C2 es la molaridad de la disolución diluida y V2 el volumen de la disolución diluida.
Ejemplo 4
Se dispone de ácido nítrico del 70% (d = 1,41 g/L) y se desea preparar 250 cm3 de una disolución 2,5 M. Indicar cómo se procedería.
Solución:
M =
m =
X soluto =
X disolvente =
concentración 1
x
volumen 1 = concentración 2
x
volumen 2
Calculamos ahora el volumen de ácido del 70% que contenga esa cantidad de HNO3
Para preparar la disolución deberemos medir 39,9 cm3 de ácido del 70 %, echar agua (unos 150 cm3) en un matraz aforado de 250 cm3 y verter el ácido sobre el agua. A continuación añadir más agua con cuidado hasta completar los 250 cm3.
A la hora de resolver problemas de disoluciones conviene tener en cuenta algunas cosas:
La mayor parte de los problemas se reducen a transformar soluto en disolución o a la inversa. La clave para hacerlo está en el dato de concentración que es el factor de conversión que permite realizar la transformación buscada:
La dificultad estriba, normalmente, en que las unidades del soluto o de la disolución no coinciden con las del dato de concentración y es necesario realizar una transformación previa para poder introducir el factor de conversión facilitado por el dato de concentración.
Siendo un dato fundamental en la resolución del problema planteado es imprescindible explicitar con claridad cuál es el significado del dato de concentración.
El dato de densidad de la disolución permite pasar de masa (g) de disolución a volumen (ml) de disolución.
Es conveniente tener claro la diferencia entre el dato de densidad (expresado normalmente en g/ml) y la concentración si está expresada en g/L o en g/ml
El dato de densidad se refiere siempre a la disolución y nos informa de cual es la masa de la unidad de volumen. Si tenemos, por ejemplo, una disolución de ácido sulfúrico cuya densidad sea 1,80 g/ml, podemos asegurar que si medimos 1 ml de la misma su masa será 1,80 g. O bien, que 250 ml (por ejemplo) tendrán una masa de 450 g.
Ejemplo. 5
Se necesitan 1,30 moles de ácido nítrico (HNO3). ¿Qué volumen de ácido del 36% y d = 1,22 g/ml deberemos tomar?
Solución:
El problema radica en pasar de soluto (HNO3) a disolución (del 36%).
S
oluto
D
isolución
Concentración
M
asa
Volumen
Analicemos el dato de concentración:
Ácido del 36% significa que de 100 g de disolución (que llamaremos "ácido") 36 g son de ácido nítrico puro (HNO3) y el resto (64 g) de agua. Es decir:
Partamos del dato (1,30 moles de HNO3). Si tratamos de convertirlo en disolución (ácido) usando el dato de concentración (ver arriba), vemos que no es posible, ya que en éste el soluto no está expresado en moles sino en gramos. En consecuencia hemos de introducir un factor de conversión previo que transforme moles en gramos:
Para llegar a la solución buscada sólo nos resta transformar gramos de ácido en ml de ácido, para lo cual usamos el dato de densidad:
El problema puede resolverse en un sólo paso enlazando todos los factores según se muestra a continuación:
A la hora de preparar una disolución el primer dato que deberemos de tener es la cantidad de soluto necesario. Si no nos lo dan, ese será el primer cálculo. Una vez obtenido estamos en el caso típico de pasar de soluto a disolución.
Ejemplo. 6
Se desea preparar 250 ml de una disolución 0,5 M a partir de otra 6,5 M. Indicar el procedimiento
Solución:
El primer paso será saber la cantidad de soluto necesario partiendo del dato dado en el enunciado, 250 ml de disolución (paso de disolución a soluto):
3
1,30 moles HNO
63 g HNO
3 31 mol HNO
3100 g ácido
36 g HNO
227,5 g ácido
Dato de partida
Dato de concentración
Factor intermedio para transformar moles en gramos
227,5 g ácido
1ml ácido
1,22 g ácido
186,5 ml
Ahora transformamos moles de soluto en volumen de la segunda disolución (paso de soluto a disolución):
Como en el ejemplo anterior el problema se puede resolver en un solo paso (dis1= disolución 0,5 M y dis2 = disolución 6,5 M)
Procedimiento:
1. Medimos 19,2 ml de la disolución 6,5 M. Esos 19,2 ml contienen 0,125 moles de soluto.
