Disoluciones II: Unidades químicas de concentración y dilución

Transcripción

1 Disoluciones II: Unidades químicas de concentración y dilución

2 Resumen de la clase anterior Sustancias puras Elementos Compuestos MATERIA Heterogéneas Homogéneas Mezclas Suspensión Coloide Disolución Ø > 10 4 cm 10 7 cm < Ø < 10 4 cm Ø < 10 7 cm

3 Aprendizajes esperados Conocer las unidades químicas de concentración. Identificar diluciones. Páginas del libro desde la 81 a la 88.

4 Pregunta oficial PSU La siguiente figura presenta tres soluciones de una misma sal que están en una relación de volumen de 4:2:1, respectivamente: En relación a sus concentraciones, se puede afirmar correctamente que las tres soluciones presentan A) igual concentración molar. B) la solución 1 es de mayor concentración molar que las soluciones 2 y 3. C) la solución 3 es de menor concentración molar que las soluciones 1 y 2. D) la solución 1 es de menor concentración molar que las soluciones 2 y 3. E) la solución 3 es de mayor concentración molar que las soluciones 1 y 2. Fuente : DEMRE - U. DE CHILE, Modelo de Prueba de Ciencias 2015

5 1. Unidades químicas de concentración 2. Otras unidades de concentración 3. Dilución

6 1. Unidades químicas de concentración Las concentraciones se pueden expresar por medio de unidades químicas, que se diferencian de las unidades físicas en que están referidas a los mol del soluto (y en ocasiones del disolvente). Entre las unidades químicas más utilizadas tenemos: Molaridad (M) Molalidad (m) Fracción molar (X) Para trabajar con estas unidades se debe tener en cuenta lo siguiente: = = 1 L = 1000 ml 1 kg = 1000 g 1 L = 1000 cc o cm 3 1 g = 1000 mg

7 1. Unidades químicas de concentración 1.1 Molaridad (M) Molaridad M = mol de soluto litro de disolución M = X mol de soluto en 1000 ml de disolución 1) Masar NaCl 1 mol = 58,4 g 2) Poner los 58,4 g en un matraz de aforo 3) Agregar agua destilada hasta la marca de 1 litro Ventaja Una disolución de la concentración deseada se prepara fácilmente, utilizando matraces volumétricos calibrados con precisión. Desventaja El volumen de la mayoría de las disoluciones depende en parte de la temperatura (dilatación térmica).

8 1. Unidades químicas de concentración 1.1 Molaridad (M) Ejemplo: Calcular la molaridad (M) de una disolución que se preparó masando 71,0 g de sulfato sódico (Na 2 SO 4 ) y añadiendo suficiente agua hasta aforar un volumen de 500 ml. MM Na 2 SO 4 = 142 g/mol n = g g/mol =, mol X mol de Na SO ml de disolución 0,5 mol de Na SO 500 ml de disolución X = 1,0 mol/l ; M ; molar O podemos utilizar la fórmula M =, mol de soluto, L de disolución =, mol L o, M

9 Pregunta 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: 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 ASE 2. D) La 2 tiene igual número de mol de soluto que la disolución 1 y su molaridad es menor. E) Habilidad La 1 tiene de Pensamiento igual número Científico: de mol de Procesamiento soluto que la e interpretación disolución 2 de y datos su molaridad y es menor. formulación de explicaciones, apoyándose en los conceptos y modelos teóricos. B

10 1. Unidades químicas de concentración 1.2 Molalidad (m) Molalidad m = mol de soluto kg de disolvente 1 kg de agua (1 L) 180 g 1 mol de glucosa 1 kg m = X mol de soluto en 1000 gramos de disolvente Balanza Balanza Marca de 1 L en el matraz 1 mol por kg de agua: 1 molal Ventaja Desventaja La molalidad no está en función del volumen, por lo que es independiente de la temperatura y la presión. Para relacionarla con la molaridad se requiere conocer la densidad de la disolución.

11 1. Unidades químicas de concentración 1.2 Molalidad (m) Ejemplo: Se agregan 73,0 gramos de ácido clorhídrico (HCl) a 200 gramos de agua, cuál es la molalidad de la disolución? MM HCl = 36,5 g/mol n =, g de HCl, g/mol =, mol de HCl X mol de HCl 1000 g de disolvente 2,0 mol de HCl 200 g de disolvente X = 10,0 mol/kg ; m ; molal disolvente O podemos utilizar la fórmula m =, mol de soluto, kg de disolvente =, mol kg disolvente =, m

12 Ejercitación La masa molar del metano (CH 4 ) es 16 g/mol. Cuál será la molalidad (m) de una disolución acuosa de concentración 32% m/m de CH 4? A) m B) m D) m E) m B Aplicación C) m

13 1. Unidades químicas de concentración 1.3 Fracción molar (X) Expresa la cantidad de mol de cada componente en relación a la totalidad de los mol de disolución. Corresponde a una unidad adimensional. Fracción molar X = mol de soluto o mol de disolvente mol totales de la disolución X soluto + X disolvente = 1 Ventaja Apropiada para el cálculo de presiones parciales de los gases y para trabajar con presiones de vapor de las disoluciones. Desventaja No se utiliza para expresar la concentración de las disoluciones para valoraciones o para análisis gravimétricos.

14 1. Unidades químicas de concentración 1.3 Fracción molar (X) Ejemplo: Una disolución esta formada por 324 g de agua (H 2 O) y 120 g de ácido acético (CH 3 COOH). Calcular la fracción molar de cada uno. MM H 2 O = 18 g/mol MM CH 3 COOH = 60 g/mol Calculando los mol de ambos compuestos: n = g de Ác. acético g/mol =, mol de CH COOH n = g de H O g/mol =, mol de H O Fracción molar X agua = mol de agua mol de agua + mol de ácido acético =, Fracción molar X ácido acético = mol de agua mol de agua + mol de ácido acético =, X soluto (ác. acético) + X disolvente (agua) = 0,9 + 0,1 = 1

15 Ejercitación Cuál será la fracción molar del metanol (MM CH 3 OH = 32 g/mol) en una disolución compuesta por 32% m/m de metanol, 23% m/m de etanol (MM CH 3 CH 2 OH = 46 g/mol) y 45% m/m de agua MM H 2 O = 18 g/mol)? A) 0,25 D) 0,62 B) 0,33 E) 0,94 C) 0,40 A Aplicación

16 2. Otras unidades de concentración Para expresar concentraciones muy pequeñas, 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 soluto ppm = x 10 masa disolución 6 masa de soluto (mg) masa disolucion (Kg) Ventajas Permiten trabajar con disoluciones muy diluidas. Desventajas Soluto y disolución deben usar la misma unidad de medición. En el caso de disoluciones acuosas, una parte por millón (1 ppm) equivale a un miligramo (mg) de soluto por litro (L) de disolución.

17 2. 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)? 1 g 1000 mg 0,018 g X mg 18 mg X mg de Mn 1000 g de disolución 18 mg de Mn 500 g de disolución X = 36 mg, ppm Kg

18 3. Dilución Es el procedimiento que se sigue para preparar una disolución menos concentrada a partir de una más concentrada. Para una disolución de concentración y volumen conocido. C i x V i = n Al efectuar un proceso de dilución, agregando más disolvente a una cantidad dada de la disolución concentrada, su concentración cambia (disminuye) sin que cambie el número de mol de soluto. C i x V i = C f x V f Donde: C i : concentración inicial (M) V i : volumen inicial (ml o L) C f : concentración final (M) V f : volumen final (ml o L) Mol de soluto antes de la dilución = Mol de soluto después de la dilución

19 3. Dilución Ejemplo: Preparar 1L de una disolución de permanganato de potasio (KMnO 4 ) 0,40 M a partir de una disolución de KMnO 4 1,00 M. Tenemos: C i : 1,00 M V i :? C f : 0,40 M V f : 1L Por tanto, la dilución se realiza de la siguiente forma: C i x V i = C f x V f Aforar con agua, completando 1000 ml de disolución 1,00 M x V i = 0,40 M x 1L V i = 0,4 L = 400 ml 1000 ml Tomar 400 ml de disolución de KMnO 4

20 Ejercitación Ejercicio 22 guía del alumno Considerando volúmenes aditivos, qué cantidad de agua se debe agregar a 50 ml de una disolución al 20% m/v de hidróxido de sodio (NaOH), cuya masa molar es de 40 g/mol, para obtener una disolución de concentración 0,2 M? A) 12,5 ml D) 1200,0 ml B) 120,0 ml E) 1250,0 ml C) 125,0 ml D Aplicación

21 Pregunta oficial PSU La siguiente figura presenta tres soluciones de una misma sal que están en una relación de volumen de 4:2:1, respectivamente: A Comprensión En relación a sus concentraciones, se puede afirmar correctamente que las tres soluciones presentan A) igual concentración molar. B) la solución 1 es de mayor concentración molar que las soluciones 2 y 3. C) la solución 3 es de menor concentración molar que las soluciones 1 y 2. D) la solución 1 es de menor concentración molar que las soluciones 2 y 3. E) la solución 3 es de mayor concentración molar que las soluciones 1 y 2. Fuente : DEMRE - U. DE CHILE, Modelo de Prueba de Ciencias 2015