Disoluciones, Unidades Físicas y Químicas de Concentración PDF

Clasificación de la materia Disoluciones Unidades porcentuales y concentración. Marianela González Sanzana Docente de Química [email protected] l  Clasificación básica de la materia 1) Sustancias puras : tiene propiedades cons...

Clasificación de la materia Disoluciones Unidades porcentuales y concentración. Marianela González Sanzana Docente de Química [email protected] l  Clasificación básica de la materia 1) Sustancias puras : tiene propiedades constantes. Una de sus características importantes es que hierven y funden a temperaturas específicas. Elementos: Ej. oxígeno (O2), cobre (Cu)… Compuestos: Ej. agua (H2O), glucosa (C6H12O6)… 2) Mezclas Según número de fases: Homogéneas (una fase) o heterogéneas (más de una fase) Según tamaño de las partículas: Suspensión (ej. agua con arena) > Coloide (ej. niebla) > Disolución (ej. agua con sal)  Sustancias puras Elementos Compuestos No se pueden separar en Formados por átomos de dos o sustancias más simples por más elementos unidos medios químicos. químicamente en proporciones definidas. Cobre (Cu), potasio (K), oxígeno (O2), carbono (C), entre otros. Agua (H2O), amoniaco (NH3), benceno (C6H6), entre otros.  Homogéneas Los componentes no se distinguen: una sola fase. Mezclas Se pueden distinguir sus Heterogéneas componentes: más de una fase.  Cada una de las sustancias que forman la mezcla mantiene sus propiedades químicas.  No ocurren reacciones químicas entre los componentes.  Los componentes pueden separarse por medios físicos, como: destilación, filtración, tamizado, etc. Tipos de mezclas , según el tamaño de partículas: 1) Suspensión  Tipo de mezcla: Diámetro partículas > 1x10-4 cm heterogénea.  Fase dispersa: sólido en polvo o pequeñas Las partículas en las suspensiones son partículas no solubles. visibles a nivel macroscópico.  Fase dispersante: Las suspensiones son filtrables. líquido o gas. 2) Coloides  Fase dispersa: gas, Diámetro partículas entre 10-7 sólido o líquido. y 10-4 cm Siempre en menor proporción. Efecto Tyndall → fenómeno físico  Fase dispersante: de dispersión de la luz por las gas, sólido o líquido. partículas coloidales en un líquido o un gas. 3) Disolución  Tipo de mezcla: homogénea.  Soluto: sustancia disuelta.  Disolvente: sustancia que Diámetro partículas < 10-7 cm produce la disolución. Soluto + Disolvente = Se Disolución Se encuentra Dependiendo del encuentra en mayor número de en menor proporción. componentes, proporció Determina el puede ser: n. estado de Binaria Puede ser agregación Terciaria uno o de la Cuaternaria, varios. solución. etc  Disolución  Es una mezcla homogénea de uno o más solutos distribuidos en un disolvente.  Hay distintos tipos dependiendo del estado de agregación (sólido, líquido, gaseoso) y del número de componentes (binaria, terciaria, cuaternaria, etc.). Una solución que contiene agua como disolvente se llama solución acuosa. Se puede utilizar la palabra disolvente o solvente. El disolvente determina el estado de agregación de la disolución.  Tipos de disoluciones Existen distintos tipos de disoluciones dependiendo del estado de agregación de sus componentes. Soluto Disolvente Estado disolución Ejemplo Gas Gas Gas Aire Gas Líquido Líquido Bebida gaseosa Gas Sólido Sólido H2 en paladio Líquido Líquido Líquido Etanol en agua Sólido Líquido Líquido NaCl en agua Sólido Sólido Sólido Aleaciones metálicas Disoluciones y sus unidades de concentración. Cuando se agrega una cierta cantidad de azúcar en agua, se puede observar que esta sustancia se va disolviendo lentamente en el líquido. Luego de un tiempo determinado, la mezcla se presenta homogénea, lo que constituye una disolución. A esta característica que presentan las sustancias se le domina SOLUBILIDAD y nos indica la cantidad de una sustancia que se puede disolver en una cantidad especifica de disolvente, a una temperatura y presión determinada. Disolución Homogénea  Se diferencian las disoluciones por su capacidad de disolver un soluto que se clasifican como:  Disolución saturada: contiene máxima cantidad de un soluto que se disuelve en un disolvente a una temperatura especifica.  Disolución no saturada: contiene menos cantidad de soluto que la que es capaz de disolver.  Disolución sobresaturada: contiene más soluto que el que puede haber en una disolución saturada. Estas disoluciones sobresaturadas no son muy estables y una parte del soluto se separa formando cristales. De esta manera hay diversas formas de conocer estas cantidades, a través de unidades porcentuales de concentración y/o unidades químicas de concentración. Capitulo de disoluciones y concentraciones páginas 521 a la 526  Unidades porcentuales de concentración Expresan la concentración mediante el porcentaje de soluto en la disolución, utilizando unidades físicas. Se usan tres tipos de unidades porcentuales:  Porcentaje masa/masa o peso/peso (%m/m o %p/p) X g de soluto → 100 g de disolución  Porcentaje masa/volumen o peso/volumen (%m/v o %p/v) X g de soluto → 100 mL de disolución  Porcentaje volumen/volumen (%v/v) X mL de soluto → 100 mL de disolución  Porcentaje masa/masa (%m/m) masa (g) de soluto % m/m = × 100 masa (g) disolución X g de soluto en 100 g de disolución ¿Cuál es el %m/m de una disolución formada por 30,0 gramos de soluto y 170 gramos de disolvente? Masa de disolución = masa de soluto + masa de disolvente x gramos de soluto 100 gramos de disolución 30,0 gramos de soluto 200 gramos de disolución X = 15% m/m  Porcentaje volumen/volumen (%v/v) volumen (mL) de soluto % v/v = × 100 volumen (mL) disolución X mL de soluto en 100 mL de disolución Un jarabe para la tos contiene 4,2% v/v de su ingrediente activo. ¿Cuántos mL de ingrediente activo se consumen en una dosis de 20 mL de jarabe? Soluto: Ingrediente activo Disolución : Jarabe  Porcentaje masa/volumen (%m/v) masa (g) de soluto % m/v = × 100 volumen (mL) disolución X g de soluto en 100 mL de disolución ¿Cuántos gramos de soluto se necesitan para preparar 300 mL de disolución de yoduro potásico (KI) al 15% m/v? 15 gramos de soluto 100 mL de disolución X gramos de soluto 300 mL de disolución X = 45 gramos  Unidades químicas de concentración Tipos de unidades químicas de concentración: 1. Molaridad (M) X mol de soluto → 1000 mL de disolución Recordar que: 2. Molalidad (m) m X mol de soluto → 1000 g de disolvente n= MM mol de soluto (o disolvente ) 3.X Fracción  molar (X ) mol de la disolución  Unidades químicas de concentración Las concentraciones se pueden expresar por métodos químicos. Entre los más utilizados tenemos: Molaridad (M) Molalidad (m) Fracción molar (X) M= mol de soluto mol de soluto 𝑋= mol de soluto o mol de disolvente m= 1 litro de disoluci ón 1 kg de disolvente mol totales de la disolució n Recuerda: 𝐧= 𝐦 𝐝= 𝐦 𝐌𝐌 𝐕 1 L = 1000 mL 1 kg = 1000 g 1 L = 1000 cc o cm3 1 g = 1000 mg Molaridad (M) mol de soluto Molaridad ( M )= 1 litro de disoluci ón M = x mol de soluto en 1000 mL de disolución 1) Masar NaCl 2) Poner los 58,4 g 3) Agregar agua 1 mol = 58,4 g en un matraz de destilada hasta la aforo marca de 1 litro Una disolución de la concentración deseada se prepara fácilmente, Ventaja utilizando matraces volumétricos calibrados con precisión. El volumen de la mayoría de las disoluciones depende en parte de la Desventaja temperatura (dilatación térmica). Molaridad (M) Ejemplo: Calcular la molaridad de una disolución que se preparó masando 71,0 g de sulfato sódico (Na2SO4) y añadiendo suficiente agua hasta aforar un volumen de 500 mL. 71 g MM Na2SO4 = 142 g/mol n= =0 , 5 mol 142 g /mol X mol de Na 2SO 4 1000 mL de disolución 0,5 mol de Na 2SO 4 500 mL de disolución X = 1,0 mol/L ; M ; molar 0,5molde soluto mol O podemos utilizar la fórmula M= =1,0 o1,0M 0,5Ldedisolución L  La masa de 1 mol de sustancia, se denomina masa molar. Este valor permite establecer relaciones entre los gramos y los mol de una sustancia. La siguiente tabla muestra información sobre 2 disoluciones: n M 1 mol 1 mol/L 0,5 mol 2 mol/L Considerando que la concentración molar o molaridad es la cantidad de mol de soluto disuelto en 1 litro de disolución, ¿cuál de las siguientes afirmaciones es correcta con respecto a las disoluciones? A) La 1 tiene mayor número de mol de soluto y mayor molaridad que la disolución 2. B) La 2 tiene menor número de mol de soluto y mayor molaridad que la disolución 1. C) La 1 tiene menor número de mol de soluto y menor molaridad que la disolución 2. D) La 2 tiene igual número de mol de soluto que la disolución 1 y su molaridad es menor. B E) La 1 tiene igual número de mol de soluto que la disolución 2 y su molaridad es menor. Primero Luego calculemos la calculemos los molaridad, usando la mol de soluto siguiente relación n = m/MM M = n/ V(L) 3 Dilución Disolución Disolución más menos Para una disolución de concentración y concentrad concentra volumen conocido. a da Ci x Vi = n Podemos relacionar las concentraciones inicial y final mediante la fórmula: Ci x Vi = C f x Vf ¿Qué ocurre con el Donde: número de mol de La concentración soluto antes y disminuye Ci: concentración inicial (M) V : volumen inicial (mL o L) después de la i Cf: concentración final (M) dilución? Vf: volumen final (mL o L) 3. Dilución Ejemplo: Preparar 1 L de una disolución de permanganato de potasio (KMnO 4) 0,40 M a partir de una disolución de KMnO4 1,00 M. Tenemos: Por tanto, la dilución se realiza de la C : 1,00 M V : ? i i Ci x Vi = C f x Vf siguiente forma: Cf: 0,40 M Vf: 1 L Aforar con agua, completando 1000 mL de disolución. 1,00 M x Vi = 0,40 M x 1 L Vi = 0,4 L = 400 mL 1000 Tomar 400 mL de disolución de mL KMnO4.  Ejercicios 1. Se toman 10 mL de una disolución 1 de concentración 5,0 mol/L y se traspasan a un matraz aforado de 100 mL, completando el volumen con disolvente. A continuación, se toman 10 mL de la disolución 2 y se aforan en un matraz de 50 mL. A partir de la A partir de la disolución 2 disolución 1 C 1 ∙ V1 = C 2 ∙ V2 V1 V2 C 2 ∙ V2 = C 3 ∙ V3 5,0 M ∙ 10 mL = C2 ∙ 0,5 M ∙ 10 mL = C3 ∙ 100 mL 50 mL C2 = 0,50 M C1 C2 C3 = 0,10 M 0,5 0,10 M M V2 V3 1 2 3 De acuerdo a esta información, ¿cuál es la concentración de la disolución 3? A) 0,01 mol/L B) 0,10 mol/L C) 0,25 mol/L B D) 0,50 mol/L Aplicación E) 1,00 mol/L Ejercicios Si a 0,10 L de solución de hidróxido de sodio (NaOH) 0,10 mol/L se le agrega agua hasta completar un volumen de 1,0 L, ¿cuál es la concentración de la solución resultante? A) 1x10-3 mol/L B) 1x10-2 mol/L C) 1x10-1 mol/L D) 1x100 mol/L E) 1x101 mol/L B Aplicación  Otras unidades de concentración Para expresar concentraciones muy pequeñas, como por ejemplo trazas de una sustancia muy diluida en otra, es común utilizar otras unidades de concentración, tales como: ppm: partes por millón ppb: partes por billón ppt: partes por trillón masa de soluto 6 masa de soluto(mg) ppm= × 10 masa de disolució n masade disoluci ón (kg) Ventajas Permiten trabajar con disoluciones muy diluidas. Desventajas Poco conveniente para disoluciones no diluidas. En el caso de disoluciones acuosas, una parte por millón (1 ppm) equivale a un miligramo (mg) de soluto por litro (L) de disolución. Otras unidades de concentración Ejemplo: ¿Cuál es la concentración en ppm de una disolución de 500 gramos que contiene 0,018 gramos de manganeso (Mn)? 1g de Mn →1000mg de Mn 0,018 gde Mn→ x mgde Mn x=18mg de Mn x mg de Mn →1000 gde disolución 18mg de Mn→ 500g de disolució n mg x =36 , ppm kg Síntesis de la clase Concentración Unidades porcentuales Unidades químicas % masa/masa Molaridad % masa/volumen Mol Molalidad % volumen/volumen Fracción molar Dilución Ci x Vi = C f x Vf