UNIVERSIDAD LIBRE FACULTAD DE INGENIERÌA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS GUIA DE CLASE No 9

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1 UNIVERSIDAD LIBRE FACULTAD DE INGENIERÌA DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS GUIA DE CLASE No 9 NOMBRE DE LA ASIGNATURA: TÍTULO: DURACIÓN: BIBLIOGRAFÍA SUGERIDA: DOCENTES Química General SOLUCIONES 6 horas Whitten K. Davis R. Peck l. QUÍMICA. Octava edición. Cengage learning. México Chang Raymond. Química. Novena edición. Mc Graw Hill. México Sonia Torres Luisa Fda. Navarrete R. Martha A. Novoa COMPETENCIAS Comprende y relaciona adecuadamente los conceptos de solución y solubilidad. Establece las diferencias entre los tipos de soluciones. Realiza correctamente la conversión de unidades de concentración en una solución dada. CONCEPTUALIZACIÓN Una solución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias; se compone de soluto o sustancia que por lo general se encuentra en menor proporción y de solvente. La solubilidad es una propiedad física que indica la cantidad máxima de una sustancia que se puede disolver en una cantidad dada de disolvente a unas condiciones de presión y temperatura determinadas. En general las sales en forma de nitratos son completamente solubles en agua, a 20 C la solubilidad del KNO 3 es de 20 g en 100mL, mientras que para una sal muy poco soluble como el AgCl la solubilidad es de 0,00019 g en 100mL. En el siguiente diagrama se observa de forma general las diferentes tipos de soluciones. SOLUCIONES Soluto Solvente Concentración Cualitativa Cuantitativa Diluida Físicas Químicas Concentrada % m / m Molaridad ppm Saturada % m / V Normalidad Fracción molar Sobresaturada 1 % V / V Molalidad

2 CONCENTRACIÓN DE DISOLUCIONES. Se expresa en términos de la cantidad de soluto disuelta en una masa o volumen dados de disolución o bien la cantidad de soluto disuelta en una masa o volumen dados del disolvente (Whitten et al, 2008). A continuación se describen las unidades de concentración: 1. PORCENTAJE EN MASA: número de gramos de soluto por cada 100 gramos de solución. % masa g. soluto g. solución x 100% Ejemplo 1: Determine la concentración en % en masa de una solución que contiene 30 gramos de soluto en 270 gramos de solvente. 30g Reemplazando en la fórmula anterior: % masa x 100% 10% g 2. % MASA/VOLUMEN: número de gramos de soluto por cada 100 mililitros de solución. % m V g. soluto v.solución x 100 % Ejemplo 2: Determine la concentración en % m/v de 200 mililitros de solución que contiene disueltos 30 gramos de soluto. 30 g Reemplazando en la fórmula anterior: % m x 100 % 15 % V 200 ml 3. % VOLUMEN/VOLUMEN: volumen (ml) de soluto en 100 ml de solución. % V V v.soluto v.solución x 100 % Ejemplo 3: Determine la concentración en % v/v de una solución en la que se disuelven 5 ml de metanol en agua hasta completar 50 ml de solución. 5 ml Reemplazando en la fórmula anterior: % V x 100 % 10 % V 50 ml 4. MOLARIDAD (M): número de moles de soluto por litro de solución. moles soluto M V. (L) solución 2

3 5. NORMALIDAD (N): número de equivalentes-gramo de soluto por litro de solución. equivalent - gramo soluto N V. (L) solución Ejemplo 4: Determine la cantidad de gramos de glucosa necesaria para preparar 200 ml de una solución de concentración 0.5M. Se despeja el número de moles de soluto de la formula anterior, entonces N moles soluto = (0.5 mol) (0.2 L) = 0.1 mol de glucosa Ahora una mol de glucosa ( C 6 H 12 O 6 ) equivale a g por tanto la cantidad de soluto a emplear para preparar la solución será: g. soluto 180 g/mol x 0,1mol 18,0 g glucosa Ejemplo 5. Una disolución concentrada de HF contiene 49% en masa de HF y su densidad es de 1,17 g/ml. Hallar la concentración molar. Una concentración en masa de 49% significa que hay 49 g de HF en 100 gramos de disolución, teniendo en cuenta que la concentración molar es mol/l se plantean los siguientes factores de conmversión: 6. FRACCIÓN MOLAR (X): Es una magnitud adimensional definida como: Ejemplo 6. Cuál es la fracción molar del etanol:c 2 H 5 OH y del agua en una disolución que se preparó mezclando 60g de etanol y 40mL de agua? Como la densidad del agua es de 1g/mL, 40mL de agua=40 g de agua. Expresando la cantidad de etanol y agua en moles se tiene: 3

4 ( ) 7. PARTES POR MILLÓN: ppm Ejemplo 7. Determinar las ppm de ión fluoruro F 1- en 500mL de una muestra que contiene 3.8mg de este ión. DILUCIONES: una solución concentrada se convierte en una menos concentrada, ante la adición de solvente, lo cual implica por tanto disminución en la concentración. Cuando una disolución se mezcla con más disolvente, cambian el volumen y la concentración más NO la cantidad de soluto. Si la concentración de la solución es Molar, las moles de la solución concentrada serán iguales a las moles de la solución diluida de modo que se puede plantear la siguiente relación: Moles solución concentrada=moles solución diluida (V*M) solución concentrada =(V*M) solución diluida V 1 *M 1 =V 2 *M 2 Ejemplo 8. El HCl comercial concentrado tiene una concentración 12M. Qué volumen de este ácido se requiere para preparar 2.5L de disolución 1,5M? V 1 *12M= 2,5L*1,5M V 1 =0,31L=312,5mL de HCl concentrado ESTANDARIZACIÓN DE SOLUCIONES. Se determina la concentración de una solución, midiendo con exactitud el volumen de la misma para que reaccione con una cantidad conocida de un estándar primario. Las soluciones de concentración exactamente conocida, se denominan soluciones estándar. Para determinar la concentración exacta de una solución se emplea un método de laboratorio denominado Titulación, en el cual un reactivo (titulante) se añade cuidadosamente a la solución de otro reactivo y se determina el volumen necesario de titulante para que la reacción se complete. En el siguiente esquema se observa el montaje: 4

5 Titulante Tomado de EJERCICIOS 1. Calcule las masas; en gramos, de dicromato de potasio, K 2 Cr 2 O 7, y agua en una solución al 8.65% de K 2 Cr 2 O La densidad de una solución al 18.0% de sulfato de amonio (NH 4 ) 2 SO 4 es 1.10 g/ml. Qué masa de (NH 4 ) 2 SO 4 se necesita para preparar 350 ml de esta solución? 3. Se prepara una solución disolviendo 18.0 g de CaCl 2 en 72.0 g de agua y tiene una densidad de g/ml. a) Cuál es el porcentaje en masa de CaCl 2 en la solución. b) Cual es la molaridad de la solución. 4. Determine la concentración molar del ácido clorhídrico comercial si ésta tiene una concentración del 37% y una densidad de 1.19 g/ml. Hallar también Normalidad y fracción molar de soluto. 5. De una solución de 100 ml de un compuesto A, se toman 20 ml y se diluyen con agua hasta completar 500 ml, de ésta se toman 10 ml y se diluyen nuevamente con agua hasta completar 1000 ml de solución con una concentración de 0.05 M. Calcular la concentración molar de la solución inicial. 6. Qué masa en gramos de Cu(IO 3 ) 2 precipita al mezclar 10 ml de CuCl M con 15 ml de NaIO M. a. Qué cantidad en gramos se producen de NaCl? b. Qué cantidad en g y moles de qué reactivo sobra? 7. Calcular el volumen de agua que debe adicionarse a 200 ml de una solución de HCl 1.5N para hacerla 0.3 N? R. 800 ml 8. Una solución acuosa de HClO 4 tiene una densidad de 1.25 g/ml y una concentración al 35% en masa. Calcular a) Molaridad b) Fracción molar de soluto y solvente c) Normalidad d) ppm R. a) 4.36 M b) y c) 4.36 N 5

6 9. Cuál es la fracción molar de H 2 SO 4 en 1000 g de solución al 20% en masa R Qué volumen de hidróxido de potasio 0.236M se requiere para reaccionar con 24.96ml de ácido sulfúrico M? R. 26.5ml BIBLIOGRAFÍA BROWN. LEMAY. BURSTEIN. Química la ciencia central. Editorial Pearson. Prentice Hall. Decimo primera edición. México SHERMAN A. SHERMAN J. RUSSIKOFF L. Conceptos básicos de Química. Compañía editorial Continental. México.1999 REBOIRAS.M.D. Química la ciencia básica. Editorial Thompson. España ATKINS, P., JONES, L. Chemical Principles. Second Edition. W. H. Freeman and company. New York WHITTEN K., DAVIS R., PECK L., STANLEY G. Química. Cencage Learning, México: octava edición