Disoluciones Químicas - Unidad II, Clase 6 PDF

CQU 110 – QUÍMICA UNIDAD II CLASE 6 Disoluciones Químicas, Unidades de concentración. Instituto de Ciencias Naturales RESULTADOS DE APRENDIZAJE Los resultados de aprendizaje de est...

CQU 110 – QUÍMICA UNIDAD II CLASE 6 Disoluciones Químicas, Unidades de concentración. Instituto de Ciencias Naturales RESULTADOS DE APRENDIZAJE Los resultados de aprendizaje de esta sesión son: Analizar la termodinámica y estequiometría de una reacción química, considerando el efecto de diferentes cantidades de sustancia y unidades de concentración. Facultad Instituto de Ciencias Naturales Escuela CONTENIDOS Desarrollaremos los siguientes contenidos: ✓ Concepto de disolución. ✓ Solubilidad y factores que afectan la solubilidad. ✓ Proceso de disolución. ✓ Diferencia entre cantidad y concentración. ✓ Molaridad (M), milimolar (mM). ✓ Dilución. ✓ Porcentaje en masa, % m/m. ✓ Gramos/Litro (g/L). ✓ miligramos/decilitro (mg/dL), miligramos/mililitro (mg/mL). ✓ Partes por millón, ppm. Instituto de Ciencias Naturales DISOLUCIONES corresponden a es decir Disoluciones Químicas mezclas homogéneas una sola fase según proporción entre constituidas por Soluto y Solvente expresan Soluto Solvente Concentración en unidades presente en presente en menor mayor Físicas Químicas proporción proporción se presentan en los estados sólido líquido gaseoso https://www.blendspace.com/lessons/EyJa4ZmvJovIew/chem-b-1-solutions CQU110 OBSERVA Y RESPONDA: Clasifica las siguientes mezclas como Mezcla Homogénea o Mezcla Heterogénea según corresponda, e indica cual o cuales pueden ser clasificadas como disoluciones. M.Heterogena M.Homogenea M.Homogenea M.Heterogenea Disolucion Disolucion https://bioquimab.files.wordpress.com/2012/05/disoluciones.pptx CQU110 Tipos de Disoluciones: CQU110 Tipos de Disoluciones: Estado físico del Solvente Disoluciones químicas Amalgama Hg/Au Bronce Humo https://images.slideplayer.es/46/11710493/slides/slide_3.jpg CQU110 COMPLETE EL SIGUIENTE CUADRO Solución Estado físico soluto Solido Solido Liquido Gaseoso Estado físico solvente Liquido Liquido Solido Liquido soluto solución solvente https://disoluciones.net/wp-content/uploads/2019/09/disoluciones-concentracion.jpg CQU110 Tipos de Disoluciones: Solubilidad Es la máxima cantidad en gramos de soluto que puede disolverse en 100 gramos de un solvente a una temperatura determinada. A continuación, se muestra la solubilidad de NaCl a distintas temperaturas en el solvente agua. T (°C) 0 20 40 60 80 S (g/100 gH2O) 35,7 36,0 36,6 37,3 38,4 https://www.youtube.com/watch?v=ZkmQpNaZkHo https://ka-perseus- images.s3.amazonaws.com/2ab693d0c48409314b86e2706e444c12d579de17.jpg CQU110 CONCENTRACIÓN DE ACUERDO A LA SOLUBILIDAD Solubilidad de NaCl en 100 g de H2O a 20°C Solubilidad Solución insaturada Solución saturada Solución sobresaturada 36,0 g/100 g H2O 35,0 g/100 g H2O 36,0 g/100 g de H2O 38,0 g/100 g de H2O NO SATURADA O SOBRESATURADA INSATURADA SATURADA Contiene disuelta una Contiene disuelta una Contiene tanto soluto mayor cantidad de soluto menor cantidad de soluto disuelto como el valor que el valor dado por la que el valor dado por la dado por la solubilidad a solubilidad a una cierta solubilidad a una cierta cierta temperatura. temperatura. temperatura. MENOS MÁS CONCENTRADA CONCENTRADA  Tipos de Disoluciones: Electrolíticas y no electrolíticas Las disoluciones según conducen o no la corriente eléctrica, se clasifican en: Electrolíticas: presentan conductividad eléctrica. No electrolíticas: no presentan conductividad eléctrica. https://www.shutterstock.com/es/image-illustration/electrolyte-nonelectrolyte-solutions- infographic-diagram-showing-1076670605 http://slideplayer.es/21684/1/images/4/M%C3%A9todo+para+distinguir+entre+sustancia No electrolito: H2O destilada, sacarosa, etanol, etc. s+electrol%C3%ADticas+y+no+electrol%C3%ADticas.jpg CQU110 Factores que alteran la solubilidad SOLUBILIDAD TEMPERATURA PRESIÓN NATURALEZA SOLUTO-SOLVENTE CQU110 Efecto de la temperatura en la solubilidad La mayoría de los sólidos aumentan su solubilidad al aumentar la temperatura para procesos endotérmicos, es decir, cuando se absorbe calor del medio. En caso contrario, cuando el proceso es exotérmico un aumento de temperatura disminuye la solubilidad, como sucede con la mayoría de los solutos gaseosos en agua. Solubilidad de distintas sales en H2O Solubilidad de distintos gases en H2O KNO3 KBr CuSO4 http://iesdolmendesoto.org/wiki/images/7/78/Curvas_solubilidad.jpg https://slideplayer.es/slide/3140044/ CQU110 Efecto de la Presión en la solubilidad de solutos gaseosos en líquidos La presión no afecta demasiado la solubilidad de sólidos y líquidos; sin embargo, sí es muy importante en la solubilidad de los gases. El aumento de la presión produce un aumento de la solubilidad de los gases en los líquidos. A una temperatura determinada, el aumento de la presión implica un incremento en la solubilidad del gas en el líquido. https://www.blendspace.com/lessons/lvRazFV8W bGQ1g/presion-y-la- solubilidad-en-los-gases http://slideplayer.es/11284773/41/images/12/1.+Solubilidad+1.3+Fact ores+que+afectan+la+solubilidad+3%29+Presi%C3%B3n.jpg https://tomi.digital/es/31133/factores-que-afectan-la- solubilidad?utm_source=google&utm_medium=seo CQU110 Efecto de la naturaleza del soluto y el solvente Los solutos polares son solubles en solventes polares y los apolares solubles en solventes apolares, ya que se establecen las fuerzas o interacciones intermoleculares correspondientes, que serán revisadas en detalle en el laboratorio. Soluto Solvente Ejemplo Iónico NaCl Agua de mar H2O Jugo de limón Polar “Lo semejante Polar Limonada disuelve lo semejante” Aceite Apolar Apolar Lubricante Gasolina CQU110 DIFERENCIA ENTRE CANTIDAD Y CONCENTRACIÓN ¿cantidad o Cantidad concentración? Es un valor, componente o número que puede aumentar o disminuir. Se obtiene de una medida. Ejemplos: ✓ Una mujer en periodo de lactancia debe consumir 120 mg de vitamina C. ✓ Según la OMS un adulto debe consumir de 2,0 a 2,5 L de H2O al día. Concentración: Indica la cantidad de soluto disuelto que hay en una determinada cantidad de disolución. Ejemplos: ✓ 100 g de uva contienen 21,0 g de glucosa (% m/m). ✓ 1kg de frambuesas contienen 30,0 mg de sodio (ppm) CQU110 UNIDADES DE MEDIDA DE MASA Y VOLUMEN https://slideplayer.es/slide/160213/ micropipeta https://www.tplaboratorioquimico.com/laboratorio-quimico/materiales-e-instrumentos- de-un-laboratorio-quimico/balanza-analitica.html http://cs-fs-primero.blogspot.com/2015/09/determinacion-del- volumen-de-un-liquido.html CQU110 Unidades de Concentración Preparación de soluciones sólido-líquida vaso o vidrio de bagueta reloj Unidades Soluto sólido Químicas 1 2 M, mM Unidades agua destilada porcentuales % m/m Expresiones 4 3 Cuantitativas agua destilada gota a gota 5 6 https://spmchemistry.blog.onlinetuition.com.my/2012/0 7/preparing-standard-solutions.html CQU110 MOLARIDAD Molaridad (M) = corresponde a los moles de soluto que hay disueltos en cada litro de disolución. Su unidad es mol/L, la cual se puede abreviar como M o molar. moles de soluto (n) Molaridad (M) = Volumen (L) de disolución ¿Qué significa que la concentración de una disolución de KOH sea 0,125 M? que hay 0,125 moles en 1 litro de solucion que hay 0,250 moles en 2 litros de solucion que hay 0,500 moles en 4 litros de solucion que hay 0,063 moles en 0,5 litros de solucion CQU110 Ejercicio. Molaridad ❑ La Permetrina es un insecticida de amplio especto, utilizado en el control de plagas de cultivos de maíz, así como en diversas frutas y hortalizas. Si la fórmula química de este plaguicida es C21H20Cl2O3 (MM: 391 g/mol) calcule la concentración molar cuando se disuelven 73,3 g de Permetrina en 150 mL de solución. moles = masa / MM = 73,3 g/ 391 g/mol = 0,187 moles 150 ml = 0,150 L M = moles / V (litros) = 0,187 / 0,150 L = 1,25 Molar SOLVENTE → → → SOLUCION 1 2 3 4 CQU110 Ejercicio. Molaridad ❑ La vitamina D juega un importante rol en el sistema nervioso, muscular e inmunitario; siendo fundamental en la dieta encontrándose en la yema de huevo, pescados, leche y cereales. Calcule la masa de vitamina D (MM: 385 g/mol) se necesita para preparar 500 mL de una solución 0,125 M de dicha vitamina? M= (g/MM) / V (L) M* V(L) = g /MM M*V(L) * MM = g 0,125 M * 0,5 L * 385 g/mol = g 0,0625 gramos = masa CQU110 Concentración molar y milimolar Cuando se consideran concentraciones pequeñas, como las de ciertos nutrientes o metabolitos en los seres vivos, contaminantes del medio ambiente, etc. se emplean submúltiplos de la unidad como es la concentración milimolar (mM). milimoles 1M = 1000 mM mM = Volumen de disolución (L) ❑ El NaHCO3 (bicarbonato de sodio) se utiliza para aliviar la acidez estomacal, la indigestión ácida y para disminuir los niveles de acidez en la sangre y orina. Determine las concentraciones M (mol/L) y mM si se disuelven 24,7 g de NaHCO3 (MM: 84,0 g/mol) en 1250 mL de disolución. M= (masa /MM) / V(L) M= ( 24,7 g / 84g/mol ) / 1,25 L M= 0,235 Molar 1 M ------ 1000 mM 0,235 M ----- X mM X= 235 mM CQU110  DILUCIONES Preparación de disoluciones de menor concentración a partir de disoluciones más concentradas (Disolución Madre): Número de moles de disolución concentrada = Número de moles de disolución diluida http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/4750/4839/html/Dilucion.jpg https://26d3ia2o0l581y7l752i7a5k-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2014/11/2014-11- 06-homeopathy.jpg Más concentrada Más diluida https://es.m.wikipedia.org/wiki/Archivo:Dilution-grenadine.jpg CQU110 Ejercicio. Dilución Para resolver cálculos de diluciones, se utilizará la fórmula que se muestra a continuación: En donde; Mc: Molaridad de la disolución concentrada. Vc: Volumen de la disolución concentrada. Mc x Vc = Md x Vd Md: Molaridad de la disolución diluida. Vd: Volumen de la disolución diluida. ❑ El K2Cr2O7 (dicromato de potasio) es un compuesto que puede causar severos daños en organismos acuáticos, especialmente peces y algas. Determine la concentración de 250 mL de una disolución de K2Cr2O7 preparada a partir de 20 mL de una disolución de K2Cr2O7 2,75 M. Mc * Vc = Md* Vd 2,75 M * 0,020 L = X* 0,250 L (2,75 M * 0,020 L)/ 0,250 L = X X= 0,22 Molar Md CQU110  Ejercicio. Dilución ❑ El KMnO4 (permanganato de potasio) se utiliza en la industria alimentaria para evitar la oxidación de frutas como plátanos y por su acción antiséptica también se utiliza en el lavado de algunos alimentos. ¿Cuántos mL de una disolución de KMnO4 8,0 M se deben tomar para preparar 100 mL de una disolución 1,2 M de este mismo compuesto? Datos Mc: 8,0 M Vc: X Md: 1,2 M Vd: 0,100 L Mc * Vc = Md* Vd 8,0 M * X = 1,2 M* 0,100 L (1,2 M * 0,100 L)/ 8 M = X X= 0,015 L Vc X= 15 mL CQU110 Porcentaje en masa o % m/m o % p/p El porcentaje en masa corresponde a la cantidad en gramos de soluto que hay en cada 100 gramos de disolución. masa (g) de soluto x 100 % m/m = masa (g) de disolución Sabiendo que la disolución está constituida por soluto y solvente, se tiene que: masa (g) de soluto x 100 % m/m = masa (g) de soluto + masa (g) de solvente Ejemplo: ¿Qué significa que un suero glucosado tenga una concentración al 5,0 % m/m? Significa que hay 5,0 gramos de soluto disueltos en 100 gramos de disolución. CQU110 Ejercicio. % m/m ❑ El NaCl (cloruro de sodio) es uno de los minerales más abundantes de la Tierra y un nutriente esencial para muchos animales y plantas. Cumpliendo un rol fundamental en el equilibrio electrolítico de los seres vivos. Calcule el porcentaje de NaCl (% m/m) si se disuelven 25,0 g de esta sal en suficiente cantidad de agua hasta completar 200 g de solución. ¿Cuánto solvente tuvo que agregar para completar los 200 g de solución? a) %m/m = 25,0 g soluto *100 --------------------- 200 g solución %m/m = 12,5 % b) solución= soluto + solvente 200 g = 25,0 g + X 200 g - 25,0 g = X 175 g = X gramos de solvente CQU110 Ejercicio. % m/m ❑ Calcule el porcentaje en masa de NaCl si se disuelven 25,0 g de esta sal utilizando 200 g de agua. No olvidar que la masa de la solución corresponde a: Masa solución= masa soluto + masa solvente. CQU110 PARTES POR MILLON (ppm) Esta unidad de concentración se utiliza cuando las disoluciones son muy diluidas, ya que los solutos están a nivel de trazas: ❖ Si la disolución es sólida, corresponde a la cantidad en miligramos de soluto que hay en cada kilogramo de disolución (unidades en mg/kg). masa (mg) de soluto ppm = kilogramos (Kg) de disolución Ej. Magnesio en un pera : 70 mg/Kg ❖ Si la disolución es líquida, corresponde a la cantidad en miligramos de soluto que hay en cada litro de disolución (unidades en mg/L). masa (mg) de soluto ppm = volumen (L) de disolución Ej. Calcio en leche: 1600 mg/L CQU110 Ejemplos. ppm ❑ El cadmio (Cd) es un metal que provoca serios daños al medio ambiente, así como a los seres humanos, interviniendo en diversos procesos enzimáticos. Las principales vías de absorción son la respiratoria y la digestiva. Un análisis realizado por una universidad de la zona al Río Aconcagua arrojó que contenía 0,000315 g de iones Cadmio (Cd2+) en 2500 mL de solución. Calcule las partes por millón del ion en la muestra. soluto = 0,000315 g de cadmio Cd+2 = 0,315 mg Cd+2 solucion = 2500 mL = 2,5 L Las unidades deben ser las indicadas para las ppm LIMITE PERMITIDO 0,033 mg/L (0,033ppm) ppm = masa soluto (mg) / volumen solucion (L) = 0,315 mg / 2,5 L= 0,126 ppm ❑ Las elevadas concentraciones de plomo (Pb) en la segunda región de nuestro país han provocado un aumento en el diagnóstico de enfermedades cancerígenas en adultos, así como también daños cognitivos en niños/as. Un estudio realizado el año 2019 en la ciudad de Antofagasta reveló que una muestra de 1250 g de suelo de su borde costero contiene 0,240 g de Pb2+. Calcule la concentración en ppm de este metal en la muestra. soluto = 0,240 g de Pb+2 = 240 mg Pd+2 solucion = 1250 g = 1,250 Kg Las unidades deben ser las indicadas para las ppm LIMITE PERMITIDO 140 mg/Kg (140 ppm) ppm = masa soluto (mg) / masa solucion (Kg) = 240 mg / 1,250 Kg= 192 ppm CQU110 GRAMOS EN CADA LITRO, g/L Indica la masa en gramos de soluto disuelta en cada litro de disolución. Tiene la ventaja de ser una concentración expresada en unidades directamente medibles para el tipo de disoluciones más frecuentes en química (las de sólidos en líquidos): Otra forma de determinarla es a partir de la siguiente fórmula: g/L = Gramos soluto Volumen solución g/L = M x MM (g/mol) en donde M es la molaridad de la solución y MM la masa molar del soluto. Ejercicio El aroma del aceite esencial de menta favorece la concentración y la memoria, además de ayudar a conciliar el sueño. Siendo el Mentol su componente principal. ❑ Determine los g/L de una solución 1,25 M de este aceite. 1,25 M = 1,25 moles en 1 litro de solución C10H20O 1,25 moles son.... g = moles * MM = 1,25 moles* 156 g/mol = 195 gramos MM: 156 g/mol 195 g en un 1 litro = 196 g/L CQU110 mg/dL y mg/mL La unidad mg/dL se utiliza para expresar la concentración de solutos en la sangre. 1 g/L = 100 mg/dL Para pasar de g/L a mg/dL se multiplica por 100 La concentración mg/mL al igual que la unidad anterior, se utiliza con frecuencia en análisis clínico. 1 g/L = 1 mg/mL Para pasar de g/L a mg/dm se multiplica por 1 A la urgencia de una clínica veterinaria llega un gato que presenta debilidad muscular, dificultad para respirar y ansiedad, se realizan los exámenes de sangre y se determina que la concentración de P (fosforo) es de 0,019 g/L. Según este valor determine: Rango normal: 3,0 – 6,0 mg/dL ❑ La concentración de P en mg/dL e indique el posible diagnóstico de este felino. Hipofosfatemia < 2,5 mg/dL 0,019 g/L * 100 (mg/dL / g/L) = 1,9 mg/dL Hiperfosfatemia > 6,5 mg/dL ❑ Determine la concentración de P en mg/mL. Gato con hipofosfatemia..... a darle fosforo para que se mejore¡¡¡ 0,019 g/L * 1 (mg/mL / g/L) = 0,019 mg/mL CQU110 CONVERSIÓN DE UNIDADES La lactosa (MM: 342 g/mol) es un azúcar presente en la leche de los mamíferos (vaca, cabras, ovejas y humana), dentro de sus funciones está aportar energía y ayudar en la absorción de calcio. Si se disuelven 427 g de lactosa en 780 mL de solución, determine: Glucosa A) M y mM M= (masa (g) / MM ) / V (L) = (427g/ 342 g/mol) / 0,780 L = 1,60 Molar de molar (M) a mM se * 1000..... 1,60 M *1000 mM/M = 1600 mM B) g/L Galactosa g/L = masa (g) / Volumen (L) = 427 g / 0,780 L = 547 g/ L Lactosa, disacárido. C) mg/dL Para pasar de g/L a mg/dL se multiplica por 100 d)Mc * Vc = Md* Vd 547 g/L * 100 mg/dl / g/L = 54700 mg/dL 1,6 M * X = 0,48 M* 0,050 L (0,48 M * 0,050 L)/ 1,6 M = X D) ¿Cuántos mL se deben tomar de la solución anterior para preparar 50,0 mL de una solución 0,480 M? X= 0,015 L Vc X= 15 mL CQU110  Actividad de cierre ¡Apliquemos los contenidos aprendidos! Requisitos de contenido para archivo de PowerPoint en aula virtual Interpretación de las unidades de concentración para una solución de NaCl (cloruro de sodio). ¿Qué significa que la concentración de una disolución de NaCl sea 0,58 Molar? 0,58 moles NaCl por litro de solución ¿Qué significa que la concentración de una disolución de NaCl sea 1,86% m/m? que hay 1,86 gramos de soluto NaCl en 100g solución ¿Qué significa que la concentración de una disolución de NaCl sea 275 ppm? que hay 275 mg de soluto en 1 kg o litro de solucion ¿Qué significa que la concentración de una disolución de NaCl sea 5,65 g/L? que hay 5,65 gramos de soluto NaCL en 1 litro de solución Facultad Instituto de Ciencias Naturales Escuela  Referencias Bibliográficas ❑ Brown Theodore L. y otros. Química La Ciencia Central, Pearson Educación, 2009. ❑ Brown Theodore L. y otros. Química La Ciencia Central, Pearson Educación, 2014. ❑ Atkins Jones, Principios de Química, Quinta Edición, 2012. Facultad Instituto de Ciencias Naturales Escuela ELABORADO por Equipo de Química. Actualizado por: Paola Gallegos M. LÍDER ACADÉMICO: Paola Gallegos M.