Soluciones y unidades de concentración

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1 MATERIA Soluciones y unidades de concentración MEZCLAS SISTEMAS HETEROGÉNEOS Leche Arena Sal y azúcar SISTEMAS HOMOGÉNEOS Sal en agua Aire Acero COMPUESTOS Agua Etanol Benceno SUSTANCIAS PURAS ELEMENTOS Oxígeno Hidrógeno Nitrógeno Dra. Dra. Patricia Patricia Satti, Satti, UNRN UNRN Mezclas: Poseen composición química variable y cada sustancia conserva su propia identidad química Dos o más sustancias que están físicamente mezcladas. Los componentes de una mezcla pueden variar su proporción en masa, o sea la composición de una mezcla es variable. Estos componentes pueden separarse por métodos físicos MEZCLAS SISTEMAS HETEROGÉNEOS SISTEMAS HOMOGÉNEOS Mezclas 1) Sus componentes SE pueden separar por métodos físicos 2) La composición es VARIABLE. 3) Sus propiedades SE RELACIONAN con las de los componentes COMPUESTOS SUSTANCIAS PURAS ELEMENTOS Compuestos 1) Sus componentes NO SE pueden separar por métodos físicos 2) La composición es FIJA. 3) Sus propiedades NO SE RELACIONAN con las de los componentes

2 Los sistemas heterogéneos tienen las siguientes propiedades Distintas propiedades intensivas en diferentes puntos de su masa. Fase: porción de materia que tiene propiedades intensivas constantes. Presentan superficies de discontinuidad (interfases o límites de fase). MEZCLAS SISTEMAS HETEROGÉNEOS Sus componentes se separan por Métodos de separación. SISTEMAS HOMOGÉNEOS Cuando existen más de un componente y más de 1 fase se habla de mezclas heterogéneas Los sistemas homogéneos de más de un componente se denominan mezclas homogéneas o soluciones Soluciones (más de un componente, 1 sola fase) Iguales propiedades intensivas en todos los puntos de su masa. Sus componentes se separan por Métodos de fraccionamiento.

3 Sistema agua líquida & hielo, qué es? Tiene propiedades uniformes? No Cuántas fases tiene? Más de una Entonces podría ser una mezcla heterogénea NO!!!: porque no tiene composición química variable! Tiene un solo componente (H 2 O) en dos estados de agregación distintos. Es un sistema heterogéneo de un componente No siempre son mezclas Una solución es una mezcla homogénea de 2 o más sustancias SOLVENTE o DISOLVENTE Es el componente de la solución que actúa como medio para disolver a los otros componentes. Generalmente es el componente mayoritario de la solución (pero no siempre, sobre todo con agua). SOLUTO Componente(s) que se disuelve(n) en el solvente Por definición una solución tiene siempre UN ÚNICO SOLVENTE, pero puede tener UNO MÁS SOLUTOS

4 La solubilidad depende de varios factores: 1.- Del soluto y el disolvente. Hay sustancias que se disuelven mejor en unos disolventes que en otros. 2.- De la temperatura. Normalmente la solubilidad de una sustancia aumenta con la temperatura mezclas homogéneas de dos o más sustancias SOLUTO SEGÚN LA CANTIDAD DE SOLUTO SOLVENTE SEGÚN EL ESTADO DE AGREGACIÓN DEL SOLVENTE Para la mayoría de las sustancias la SOLUBILIDAD aumenta con la temperatura Diluida Concentrada Saturada Sólida Líquida Gaseosa Según el estado de agregación Estado de Estado del Estado Ejemplo la solución disolvente del soluto Gaseoso Gaseoso Gaseoso Aire, gas natural Líquido Líquido Gaseoso HCl(g) en agua Cuando Que pasa un sólido cuando se disuelve un sólido en se un disuelve líquido las en partículas un líquido? que las lo partículas forman quedan lo libres forman y se quedan reparten libres entre y se las moléculas reparten del entre líquido las moléculas que se sitúan del a líquido que su se alrededor sitúan a su alrededor Líquido Líquido Líquido Alcohol en agua Líquido Líquido Sólido Sal en agua Sólido Sólido Gaseoso Hidrógeno en Pt Sólido Sólido Líquido Mercurio en plata Sólido Sólido Sólido Plata en oro Sólido (NaCl) Líquido (H 2 O) Solución o Disolución

5 Cuánto soluto se puede disolver en una cantidad dada de disolvente? Si añadimos soluto (p.ej. azúcar) poco a poco a un solvente (p. ej. agua), al principio se disuelve sin dificultad Pero, si seguimos añadiendo llega un momento en que el disolvente no es capaz de disolver más y el soluto permanece en estado sólido, reposando en el fondo del recipiente. Según la abundancia relativa del soluto se las clasifica en: Diluidas: cuando proporcionalmente tienen poco soluto Concentradas: cuando proporcionalmente tienen abundante soluto Saturadas: el solvente ya no es capaz de disolver más soluto y hay equilibrio entre el soluto sin disolver y el disuelto Sobresaturadas: cuando tiene más soluto que su punto de saturación. La sobresaturación se logra mediante procedimientos especiales, como por ejemplo calentar la solución. Son muy inestables, simple agitación o la adición de un pequeño cristal, que sirva de núcleo, es suficiente para que la disolución cristalice de repente.

6 Solubilidad g / 100 g de agua T (ºC) KBr KI La SOLUBILIDAD es la máxima cantidad de soluto que puede disolver una cantidad específica de un cierto disolvente a una determinada temperatura. Numéricamente corresponde a la concentración de soluto de la solución saturada Unidades físicas de concentración Hablar de solución diluida o concentrada, resulta muy inexacto. Por eso existen formas de determinar cuantitativante las concentraciones de las soluciones. Existen dos tipos de unidades de concentración: Unidades físicas Unidades químicas NO IMPORTA LA NATURALEZA DEL SOLUTO 1) Porcentaje peso en peso (g de sto en 100 g de sción) 2) Porcentaje peso en volumen (g de sto en 100 ml de sción) m sto (en g) % p/p = x 100 m sción (en g) m sto (en g) % p/v = x 100 V sción (en ml) 24

7 Ejemplos Solución acuosa al 5% en peso significa que contiene 1) 5 g de SOLUTO en 100 g de SOLUCIÓN 2) 5 kg de SOLUTO en 100 kg de SOLUCIÓN Solución acuosa al 5% en volumen significa que contiene 1) 5 g de SOLUTO en 100 ml de SOLUCIÓN 2) 5 kg de SOLUTO en 100 L de SOLUCIÓN Unidades físicas de concentración NO IMPORTA LA NATURALEZA DEL SOLUTO 3) Porcentaje volumen en volumen (ml de sto en 100 ml de sción) 4) Gramos por litro (g de sto en 1 L de sción) V sto (en ml) % v/v = x 100 V scion (en ml) g /L = m sto (en g) 1 L de sción 26 OJO!! NO CONFUNDIR g/l con densidad Concentración de la solución en g/l masa soluto en volumen de solución δ = Densidad de la solución m solución en volumen de solución δ = (m soluto + m solvente) volumen de solución Unidades físicas de concentración NO IMPORTA LA NATURALEZA DEL SOLUTO 5) Partes por millón (partes de sto en un millón de partes de sción) Las relaciones soluto/solución pueden ser: masa soluto/ masa solución Ó masa soluto en g / ml solución Partes por millón se utiliza para expresar concentraciones muy pequeñas de soluto. Para concentraciones aún menores (trazas de soluto) se puede utilizar también ppb 27 28

8 Ejemplos Solución 1 ppm significa que contiene 1 g de SOLUTO en g de SOLUCIÓN 1 mg de SOLUTO en mg o 1 kg SOLUCIÓN Pero también puede significar que contiene 1 g de SOLUTO en ml de SOLUCIÓN 1 mg de SOLUTO en 1000 ml o 1 L de SOLUCIÓN En soluciones acuosas, dado que la concentración es tan baja se puede suponer que la densidad de la solución es prácticamente igual a la del agua, o sea 1kg/L o 1 mg/ml. Por eso para partes por millón o partes por billón es equivalente Una solución de 1 ppb significa que hay 1 mg de SOLUTO en ml de SOLUCIÓN 1 μg de SOLUTO en 1000 ml o 1 L de SOLUCIÓN Problema 1 Una solución acuosa es 12,0 % en peso de H 2 SO 4, cuántos gramos de esta solución contienen 0,5 mol de H 2 SO 4? MM H 2 SO 4 = 98 g/mol. 1 mol de H 2 SO 4 98 g de H 2 SO 4 0,5 mol de H 2 SO x = 49 g de H 4 2 SO 4 12 g de H 2 SO g de solución Problema 2 Se pesaron 2,50 g de soluto y se disuelven en la cantidad necesaria de agua destilada para obtener 100 ml de solución. Calcular la masa de soluto que hay en una alícuota de 10 ml de esta solución. 100 ml de solución 2,50 g de soluto 10 ml de solución x = 0,25 g de soluto 49 g de H 2 SO 4 x= 409 g de solución

9 Problema 3 Calcular la concentración en % p/p y % p/v de una solución que fue preparada disolviendo 25 g de AlCl 3 en suficiente agua para alcanzar un volumen final de 500 ml siendo su densidad es 1,02 g / ml. 500 ml de scion sción 25 g AlCl ml de scion sción x =5 g de AlCl 3 = 5% volumen La relación entre peso y volumen de la SOLUCIÓN está dada por la DENSIDAD 102 g de solución 100 ml solución 5 g de AlCl g de solución x= 4,9 g de AlCl 3 = 4,9 % peso Unidades químicas de concentración HAY QUE SABER QUIÉN ES EL SOLUTO HAY QUE SABER LA MASA MOLAR DEL SOLUTO 1) Molaridad (M = mol/l) (moles de sto en 1000 ml de sción) 2) Normalidad (N = eq/l) (equivalentes de sto en 1000 ml de sción) n sto M = x 1000 V sción (en ml) Una solución 1 M de glucosa, significa que hay 1 mol de glucosa por litro de agua eq sto N = x 1000 V sción (en ml) Problema Cuántos moles de soluto hay en 84 ml de una solución 0,50 M de KI? ml de solución 0,50 moles de KI 84 ml de solución x = 0,042 moles de KI Problema Cuántos litros de solución 3,30 M de sacarosa, contienen 135 g de soluto? Peso molecular de la sacarosa C 12 H 22 O 11 => 342,31 g/mol 342,31 g de sacarosa 1 mol 135 g de sac x = 0,394 moles 3,30 moles de sacarosa 1 L de solución 0,394 moles de sacarosa x = 0,120 L o 120 ml

10 Unidades químicas de concentración HAY QUE SABER LA MASA MOLAR DEL SOLUTO 3) Molalidad (m = mol/kg) (moles de sto en 1000 g de solvente) n sto m = x 1000 m solvente (en g) Problema Calcule la fracción molar de Na 2 CO 3 de una solución formada por 1g de NaCl, 1g de Na 2 CO 3 y 98 g de agua. PM Na 2 CO 3 = 105,99 g/mol; PM NaCl = 58,44 g/mol y PM H 2 O = 18,02 g/mol). 4) Fracción molar n sto x sto = nto sto + n solvente Solución de glucosa de x = 0,08 significa que 1 mol de la solución contiene 0,08 mol de glucosa. 37 Una solución acuosa de peróxido de hidrógeno al 30,0 % p/p tiene densidad= 1,11 g/ml. Calcule su: a) molalidad, b) fracción molar, c) molaridad. MM agua = 18,016 g/mol; peróxido de hidrógeno = 34,016 g/mol a) 12,6 m; b) X peróxido de H = 0,185 c) 9,79 M Dilución y concentración de soluciones Una solución modifica su concentración si: 1) Se agrega solvente => la solución se DILUYE => la concentración disminuye 2) Se agrega soluto => la solución se CONCENTRA => la concentración aumenta 3) Se quita solvente => la solución se CONCENTRA => la concentración aumenta. ESTO NO ES LO RECOMENDABLE

11 Dilución Disminuir la concentración Se toma una alícuota de la solución original (a veces se la llama solución madre), y se le agrega más solvente Tengo LA MISMA CANTIDAD de soluto, pero en DIFERENTE cantidad de solvente Para diluir, el procedimiento correcto es el siguiente 1) Tomar una cantidad PRECISA (con material volumétrico) (Fig a) 2) Colocarla en MATERIAL VOLUMÉTRICO (Fig b) 3) Llevar a volumen con el solvente (Fig c) Problema Si a una solución 0,8 M se le agrega solvente hasta duplicar su volumen, cuál es su nueva molaridad? La solución original tiene 0,8 moles de soluto en 1 L. Si se le agrega solvente hasta duplicar su volumen, sea cual sea el volumen, la concentración va a disminuir a la mitad. La nueva concentración es 0,4 M Fig a Fig b Fig c

12 Problema A 30 ml de una solución acuosa 1,5 M de NaOH se le agrega agua hasta que el volumen aumenta a 50 ml. Determine la molaridad de la solución diluida ml 1,5 moles 30 ml x = 0,045 moles 50 ml de la nueva solución 0,045 moles 1000 ml x = 0,9 moles Nueva Conc. 0,9 M A 30 ml de solución de fracción molar 0,090 en NaCl y de densidad 1,05 g/ml, se agrega 0,180 g de NaCl. Cuál es la fracción molar de NaCl en la solución final? A medio litro de solución 2 m de NaNO 3 y densidad 1,08 g/ml, se le agrega medio litro de agua. Cuál es la molalidad de la solución diluida?? Indicar si las afirmaciones siguientes son verdaderas o falsas a) Un recipiente que contiene una disolución 2 M de glucosa siempre tiene mayor masa de soluto que otro que contiene una disolución 1 M de glucosa. b) Un recipiente que contiene un litro de disolución acuosa 0,50 M siempre tiene el doble de la masa del mismo soluto que otro recipiente que contiene un litro de disolución acuosa 0,25 M. c) Si una disolución tiene una densidad de 1,085 g/cm3 significa que 1085 g de soluto ocupan un volumen de 1000 cm 3. d) Al evaporar parte del solvente en una disolución de soluto no volátil disminuye su concentración. e) Si se tiene una disolución 1,00 M de NaCl, para obtener una disolución 0,50 M deben agregarse 500 cm3 de solvente.