S O L U C IO N E S. Tabla. Tamaño de las Partículas

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1 INSTITUCION EDUCATIVA LA PRESENTACION NOMBRE ALUMNA: AREA : CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL ASIGNATURA: QUIMICA DOCENTE: OSCAR GIRALDO HERNANDEZ TIPO DE GUIA: CONCEPTUAL - EJERCITACION PERIODO GRADO FECHA DURACION OCTUBRE UNIDADES INDICADORES DE DESEMPEÑO: 1. Calcula la cantidad de soluto o de solvente en una solución dados su volumen y su concentración y viceversa. 2. Mejora el hábito de estudio y aprende independientemente S O L U C IO N E S Cuando una sustancia cualquiera contiene a otra distribuida en su seno como partículas muy pequeñas, se habla de un sistema disperso o una dispersión. Las dispersiones incluyen mezclas, coloides y soluciones, y abarcan los tres estados físicos de la materia, sólido, líquido y gaseoso. En química las dispersiones de mayor importancia son aquellas en las cuales el medio dispersante es un líquido. Una Disolución es el acto u operación de disolver, generalmente es un fenómeno físico. La Academia de la Lengua Española considera como sinónimos los términos disolución y solución. Una Solución es la mezcla homogénea de moléculas, átomos o iones de dos o más sustancias. Una solución está formada básicamente por dos componentes como llamados Soluto y Solvente o disolvente. Soluto es la sustancia que se disuelve en otra. Solvente es el medio en el que se disuelve el soluto, es el componente que está en mayor cantidad; el agua es el disolvente universal. MEZCLA, COMBINACIÓN, SOLUCIÓN Y COLOIDE Bajo la denominación de mezcla, se agrupan mezclas propiamente dichas, coloides y soluciones que como grados de dispersión de la materia se diferencian por el diámetro o tamaño de las partículas del cuerpo disperso, como puede verse en la tabla. Tabla. Tamaño de las Partículas Tipo de Mezcla Grado de División (diámetro Mezclas propiamente dichas Mayor que 1 micra Coloides Entre 1 micra y 1 milimicra Soluciones verdaderas Entre 1 milimicra y 0.1 milimicra Las mezclas propiamente dichas, o suspensiones, son visibles al microscopio y también al ultramicroscopio (en éste último las partículas aparecen como puntos brillantes sobre un fondo oscuro). Un coloide es una mezcla heterogénea y en proporciones variables; sus partículas no se ven a simple vista, ni con lupa, ni con el microscopio pero si con el ultramicroscopio, sus partículas son agrupaciones de algunos miles de moléculas, y no se depositan por reposo. La Solución es una mezcla homogénea en proporciones variables; sus partículas no se ven a simple vista, ni con una lupa, ni con el microscopio, ni con el ultramicroscopio; sus partículas tampoco se depositan por reposo. 1

2 El efecto Tyndall nos permite diferenciar un coloide de un líquido puro o de una solución. Consiste en que si un Haz de luz atraviesa un líquido puro o una solución, éste no es visible desde los lados, porque las pequeñísimas partículas no dispersan la luz, en cambio las partículas de un coloide si. Una Combinación es la unión de dos o más sustancias en forma homogénea y en proporciones finas. De manera que la solución se parece a la mezcla porque sus componentes entran en proporciones variables, y se parece a la combinación por la homogeneidad. Una emulsión es una dispersión de un líquido en otro líquido, no miscibles (agua y aceite). Por reposo los componentes de una emulsión se separan, pero esta separación se puede evitar agregando un agente emulsificante (jabones, sales de calcio). SOLUBILIDAD Y FACTORES QUE LA AFECTAN La Solubilidad se refiere a los gramos de soluto que se disuelven en una cantidad dada de disolvente a una temperatura determinada hasta producir una solución saturada (se da generalmente en porcentaje). La solubilidad de un soluto en un disolvente depende de varios factores, tales como: Naturaleza de soluto Naturaleza de disolvente La temperatura La presión Cuanto más semejante sean estructuralmente el soluto y el disolvente, más rápidamente se efectuará la disolución. La velocidad de disolución de un sólido en un líquido puede acelerarse: Por agitación Convirtiendo en polvo fino el sólido Calentando el disolvente En el caso de disolución de líquido en líquido influye, la naturaleza del soluto, la naturaleza del disolvente y la temperatura. La solubilidad y la temperatura de un gas en un líquido son inversos: Esto explica el escape de burbujas cuando se comienza a calentar el agua, sin que aún haya hervido. IMPORTANCIA DE LAS SOLUCIONES Las soluciones, y en general las sustancias dispersas desempeñan papel muy importante en la naturaleza, en la técnica y en la vida diaria del hombre, animales y plantas. La mayoría de los procesos químicos de laboratorio y aún los procesos biológicos, geológicos y oceanográficos tienen lugar entre sustancias disueltas en agua o en ciertos fluidos biológicos. El agua de mar es una solución de muchas sales en agua. Los ríos y lagos contienen en solución y en suspensión diversas sustancias. El aire que respiramos es una solución de distintos gases: Nitrógeno, Oxígeno, Argón, Dióxido de Carbono y otros. Las raíces de las plantas extraen del suelo los nutrientes y estos llegan a todos los tejidos vegetales en forma de solución. Los fluidos corporales de los animales (sangre, linfa, orina, lágrimas, sudor) son soluciones acuosas de muy diversas sustancias sólidas, líquidas y gaseosas. La gaseosa que a diario consumimos no es otra cosa sino una solución sobresaturada de gas carbónico en agua adicionada de azúcar y esencias. El vinagre de nuestra mesa y cocina es una solución de ácido acético en agua. Las drogas son con frecuencias soluciones acuosas o alcohólicas de compuestos fisiológicamente activos. 2

3 TIPOS DE SOLUCIONES La materia se encuentra principalmente en tres estados físicos, también se consideran estos tres tipos de soluciones, con todas las combinaciones posibles (excepto dos) como se observa en la tabla. Podemos pues clasificar las soluciones teniendo en cuenta el estado final de la solución y el estado normal del soluto en soluciones sólidas, soluciones líquidas y soluciones gaseosas. Tabla. Tipos de soluciones Clase de Solución Soluto Solvente Ejemplos Sólido Sólido Aleaciones (oro amarillo: cobre y oro) Solución sólida Líquido Sólido Amalgamas (mercurio disuelto en plata) Gaseoso Sólido Oclusiones (Hidrógeno disuelto en platino) Sólido Líquido Cloruro de Sodio en agua Solución líquida Líquido Líquido Acetona en agua Gas Líquido Bebidas en agua (CO 2 disuelto en agua) Sólido Gas No existe Solución gaseosa Líquido Gas No existe Gas Gas El aire CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONES La Concentración se define como cantidad de soluto disuelto por unidad de volumen de solución. Se usan varios términos cualitativos para expresar la concentración, los cuales indican las cantidades relativas de soluto y disolvente, tales como: Solución diluida. Solución concentrada Solución saturada Solución no saturada y Solución sobresaturada Una solución es diluida, cuando la cantidad de soluto es pequeña en relación con la cantidad de disolvente. Una solución es concentrada, cuando la cantidad de soluto es grande en comparación con la cantidad de disolvente. Aunque los términos, diluida y concentrada no dan, en general, un sentido exacto de la concentración, no obstante en ciertos casos han adquirido un significado cuantitativo para soluciones diluidas o concentradas de ciertos ácidos o bases en el laboratorio. Solución saturada es la que contiene la cantidad de soluto disuelto necesaria para que exista un equilibrio entre el soluto disuelto y el no disuelto. En otras palabras cuando el disolvente a una temperatura determinada contiene todo el soluto que es capaz de disolver. Solución no saturada o insaturada es aquella que esta menos concentrada que una solución saturada. Solución sobresaturada o supersaturada es aquella cuya concentración es mayor que la de una solución saturada, o sea cuando el disolvente a una temperatura determinada contiene mayor cantidad de soluto del que es capaz de disolver. La soluciones sobresaturadas se obtienen con solutos muy solubles en ciertos disolventes (hiposulfito de sodio o acetato de sodio en agua) se disuelve el soluto en el disolvente caliente y se deja enfriar cuidadosamente. La cantidad de sustancia disuelta puede expresarse en unidades físicas (gramos) o en unidades químicas (moles o equivalentes) y con referencia a un volumen o peso de solvente o de solución, veamos: Tanto por ciento en peso (p/p): Significa gramos de soluto en 100 gramos de solución. Matemáticamente se expresa por la ecuación: Gramos de soluto %(p/p) = X 100 Gramos de soluto + Gramos de solvente Gramos de soluto %(p/p) = X 100 Gramos de solución 3

4 Tanto por ciento peso a volumen (p/v): Significa gramos de soluto en 100 ml de solución. La ecuación matemática es: Gramos de soluto % peso a volumen (p/v) = X 100 ml de solución Tanto por ciento en volumen (v/v): Significa mililitros de soluto en 100 ml de solución. Esta forma de expresar la concentración es adecuada para la solución de líquido en líquido. La expresión matemática es: mililitros de soluto % en volumen (v/v) = X 100 mililitros de solución Partes por millón (p.p.m) Esta unidad de concentración significa gramos de soluto por millón (10 6 ) de gramos, o mililitros de solución. Equivale a miligramos de soluto por litro de solución. Se utiliza para expresar cantidades muy pequeñas de soluto en una solución, como ocurre con la concentración de contaminantes en el agua y en el aire, y en Agrología para expresar la concentración de elementos químicos en la solución del suelo. miligramos de soluto p.p.m. = millón de gramos o mililitros de solución FRACCION MOLAR DE SOLUTO (X) Es el cociente entre el número de moles de soluto (o solvente) y el número total de moles. Número de moles de soluto X soluto = Número de moles totales MOLARIDAD (M) Se define como moles de soluto por litro de solución. O,1M; O,3M; O,5M, etc., contienen respectivamente, 1 décima. 3 décima, cinco décimas de mol de soluto por litro La molaridad se expresa matemáticamente por la ecuación: MOLALIDAD (m) Esta expresión es útil cuando es importante conocer la cantidad de soluto y la cantidad de disolvente de una solución. Molalidad significa, moles de soluto por kilogramo de disolvente en una solución; Matemáticamente se expresa: NORMALIDAD (N) Indica el número de equivalentes gramo de soluto que hay en 1000 [ ml ] de solución, 4

5 El concepto de equivalente-gramo, peso equivalente o simplemente equivalente, depende del tipo de reacción que se considere, y se plantea de tal manera que un equivalente de un reactivo se combine exactamente con un equivalente de otro. En general: El valor de C depende de la clase de reacción. Para las reacciones de neutralización los pesos equivalentes se basan en el hecho de que un protón H + reacciona con un grupo OH, para producir una molécula de agua. Un equivalente de un ácido es la cantidad del ácido que libera un mol de protones. Un equivalente de una base es la cantidad de esa base que libera un mol de grupos -OH. En las reacciones redox, C es el número de electrones cedidos o tomados por la sustancia y coincide con el número de equivalente para la misma especie. Para un ácido monoprotico, aquellos ácidos que solo tienen un protón sustituible y para una base que tenga solamente un protón OH, el peso de un equivalente es igual al peso molecular. En este caso la molaridad y la normalidad son iguales. Para una sal, el peso equivalente se calcula dividiendo su peso molecular sobre el estado de oxidación del metal. PROPIEDADES COLIGATIVAS DE LAS SOLUCIONES En una solución hay ciertas propiedades, que como el color, sabor, olor, densidad, viscosidad, índice de refracción, etc., dependen de la naturaleza del soluto y del disolvente, pero existen otras que dependen exclusivamente del número de partículas de soluto presentes en la solución, es decir de la concentración de la solución. Esta última categoría de propiedades se designa con el nombre de propiedades coligativas o colectivas de las soluciones. Las propiedades coligativas de una solución son aquellas que dependen solamente de la concentración de soluto. Estas son: disminución de la presión de vapor del solvente, disminución del punto de congelación, aumento del punto de ebullición y la presión osmótica de la solución. LEY DE RAOULT La disminución relativa de la presión de vapor de un líquido volátil, al disolver en él un soluto no salino es igual a la fracción molar de ese soluto. Equivale a decir que la presión de vapor parcial de un líquido volátil ( P ) en una solución, es igual a su fracción molar ( X ) multiplicada por la presión de vapor de ese líquido puro ( P o ). P = X P o Las soluciones que cumplen esta ley se denominan soluciones ideales. Generalmente son soluciones diluidas. DISMINUCION DEL PUNTO DE CONGELACION La disminución del punto de congelación de una solución ( Δ T c ), con respecto al punto de congelación del solvente puro, al disolver en él un soluto no salino, está dada por: m = molalidad Δ T c = m K K c c = constante crioscópica del solvente. Constante molal el punto de congelación AUMENTO DEL PUNTO DE EBULLICION El aumento del punto de ebullición de una solución (Δ T e ), con respecto al punto de ebullición del solvente puro, al disolver en él un soluto no salino y no volátil, está dado por: 5

6 Δ T e = m K e m K e = molalidad = Constante ebulloscópica del solvente. Constante molal del punto de ebullición. PRESION OSMOTICA Si una solución y su solvente puro están separados por una membrana semipermeable que deja pasar solamente a las moléculas de solvente, el resultado neto es el paso de solvente a la solución. Este fenómeno se denomina ósmosis. La presión osmótica, es la presión que se debe aplicar a la solución para que no ocurra la ósmosis. Es decir, el resultado neto no indique paso del solvente a través de la membrana semipermeable. Van't Hoff determinó que para soluciones diluidas, la presión osmótica ( π ), satisface la siguiente relación: π V = n R T V = volumen de la solución n = número de moles de soluto R = Constante universal de los gases ideales (R = 0,082 [ atm lit / mol K ] ) T = Temperatura absoluta [ K ] ACTIVIDADES Para realizar la siguiente actividad necesita: Tabla periódica de los elementos químicos Calculadora científica Las expresiones matemáticas sobre soluciones 1. Cual es el % de una solución de hidróxido de sodio si en 60 mililitros de ella hay 3 gramos de hidróxido. 2. Cuantos gramos de solvente se requieren para preparar una solución al 20% de sulfato de cobre por masa que contenga 80 gramos de soluto. 3. Cuando se evaporan 300 gramos de una solución de sulfato de cobre, se obtiene un residuo de 25 gramos de sulfato. a. Cuántos gramos de agua se evaporaron? b. Cuál es el porcentaje de soluto por peso de la solución? c. Cuál es el porcentaje del solvente? 4. Una muestra de agua de 500 mililitros tiene 4 mg del ion fluoruro. Cuántas ppm de dicho ion hay en la muestra? 5. Cual es M de una solución que posee 3 moles de NaOH en 2 litros de solución. 6. Si se tiene 20 gramos de NaOH en 250 mililitros de solución, calcule su molaridad. 7. Calcule M de una solución de HCl que tiene una concentración de 11,2% por masa y una densidad de 1,1 g/ml 8. Calcule M de una solución que tiene 0,4 moles de amoniaco en 750 mililitros de solución. 9. Una solución de amoniaco tiene una concentración del 25% por masa y una densidad del 0,91 g/ml. Calcule su molaridad. 10. calcule el número de moles de NaCl que hay en 20 ml de solución al 2 molar. 11. Calcule el peso de un equivalente gramo de permanganato de potasio, en un proceso químico en el cual el Mn pasa de +7 a Calcule el peso de un equivalente gramo del ácido clorhídrico. 13. Calcule el peso de un equivalente gramo del Hidróxido de sodio. 14. Calcule cuanto pesa un equivalente para el ácido sulfúrico y el hidróxido de calcio. 15. Cual es la normalidad de una solución de HCl que tiene 0,2 equivalentes en 2 litros de solución. 6

7 16. El HCl concentrado de laboratorio es una solución que tiene una concentración del 37% por masa y una densidad de 1,19 g/ml. Calcule la molaridad de la solución. 17. Demuestre que la suma de las fracciones molares de una solución es igual a la unidad. 18. Una solución contiene 30 gramos de cloruro de sodio y 40 gramos de agua. Cuáles son las fracciones molares de cada uno de ellos? 19. Calcule la molalidad de una solución que tiene 0,1 moles de NaCl en 0,2 kg de agua. 20. Calcule m de una solución resultante al disolver 4 gramos de hidróxido de potasio en 250 ml de agua. 21. Cual es la molalidad del ácido fosfórico, cuya densidad es 1,11 g/ml y la concentración por peso es del 16%. 22. Cual es la molalidad de una solución que tiene 100 gramos de permanganato de potasio en 3 kilogramos de agua. 23. Calcule el porcentaje por peso de soluto en una solución que se prepara disolviendo 40 gramos de KBr en 70 gramos de agua. 24. En una titulación de NaOH con H 2 SO 4 se gastaron 45 ml de ácido sulfúrico 0,5 N para neutralizar 70 ml de NaOH. Cuál es la normalidad de la base? 25. Calcular la presión osmótica a 25 o C de una solución de glucosa que contiene 1,5 gramos de ella en 25 mililitros de agua. 26. calcula la presión osmótica a 32 o C de una solución de concentración 2,7 molar de un soluto no iónico. 27. Calcular el punto de congelación de una solución que contiene 9 gramos de glucosa en 100 gramos de agua sabiendo que Kc para el agua es 1, Calcule la temperatura de ebullición de una solución que contiene 2,9 gramos de glucosa en 100 gramos de agua, si Ke para el agua es 0, Calcule la presión osmótica a 27 o C de una solución que contiene 5,6 gramos de glucosa en 150 mililitros de solución acuosa. 30. calcule la presión osmótica a 27 o C de una solución que contiene 4 gramos de NaOH en 100 gramos de solución acuosa. PRUEBA DE QUÍMICA PREGUNTAS DE SELECCIÓN MÚLTIPLE CON ÚNICA RESPUESTA - (TIPO I) Estas preguntas se desarrollan en torno a una idea o problema al cual se refieren las opciones o posibilidades de respuesta. Constan de un enunciado en el que se expone el problema y cuatro posibilidades de respuestas. Las cuales son expresiones que completan el enunciado inicial; entre estas opciones debe escogerse una, la que usted considere correcta. 1. La fracción molar se representa por la letra: A. M B. X C. N D. m 2. La relación de moles por cada kilogramo de solvente se conoce como: A. Molaridad B. Fracción molar C. molalidad D. Normalidad 3. Cuando en una solución la cantidad de soluto disuelto como la del precipitado permanece constante se dice que la solución es: A. Insaturada B. Saturada C. Sobresaturada D. Diluida 4. Cuál es la molaridad de 160 gramos de NaOH disueltos en 4 litros de solución: A. 2M B. 2M C. 0,5M D. 1M SE TARDA MENOS EN HACER UNA COSA BUENA BIEN QUE EN EXPLICAR POR QUÉ SE HIZO MAL 7