COLEGIO DISTRITAL CIUDADELA 20 DE JULIO SOLUCIONES

Transcripción

1 COLEGIO DISTRITAL CIUDADELA 20 DE JULIO SOLUCIONES LOGROS: Explica las prppiedades de las soluciones Aplica las unidades físicas y químicas de concentración en la solución de problemas 1.Concepto de solución 2. Componentes de una solución: 3. Propiedades de las soluciones 4.Concentración-Probnlemas 5. Coloides CONCEPTO. TOPICOS Una solución es una mezcla fisicamente homogenea de dos o más sustancias diferentes.ejemplo: el aire,gaseosas,, jarabes para la tos, colonias,acero,vinagre etc. Las soluciones desempeñan un importante papel en muchos procesos que tienen lugar a nuestro alrededor. Las soluciones nutririvas son llevadas en disolución acuosa a todas las partes de una planta; los líquidos corporales de los animales son soluciones acuosas de numerosas susutancias. La medicina y las diversas drogas son frecuentementes disoluciones acuosas o soluciones en alcohol Las soluciones pueden ser: sólidad. Liquidas y gaseosas.las soluciones acuosas son las más importantes y frecuentes, tanto en la naturaleza como en la indusria y el laboratorio COMPONENTES DE UNA SOLUCIÓN Los componentes de una solución son :

2 A. SOLUTO: Es la sustancia que se disuelve. Normalmente se encuentra en menor cantidad B. SOLVENTE O DISOLVENTE: Es el medio en que se disuelve el soluto. El solvente, por lo general, es la sustancia que se encuentra en mayor cantidad. En una solución de azúcar en agua, el azucar es el soluto, mientras que el agua es el disolvente. Al agua se le da el nombre del solvente universqal, por ser el solvente que disuelve el mayor número de sustancias. Cuanto más líquidos son solubles mutuamentes se dice que son miscibles, ejemplo: agua y alcohol, cuando no los son son inmiscibles, ejemplo agua y aceite CLASES DE SOLUCIÓNES Se usan varios términos cualitativos para expresar la concentración, los cuales indican las cantidades rlativas de soluto y solvente, tales como: A. SOLUCIÓN DILUIDA O INSATURADA:Son aquellas soluciones en la que la cantidad de soluto es pequeña en relación con la cantidad de solvente. B. SOLUCIÓN CONCENTRADA O SATURADA. Una solución es concenrada, cuando contiene la máxima cantidad de soluto que puede disolver a una temperaqtura determinada C. SOLUCIONES SOBRESATURADA : Son aquellas que contienen mas soluto del que normalmente son capaces de disolver. Estas soluciones son bastantes inestables. Normalmente estas soluciones se preparan por calentamiento. SOLUBILIDAD

3 Es la máxima cantidad de un soluto que puede disolverse en una cantidad dada de solvente en una determinada temperatura. Así por ejemplo, la solubilidad del cloruro de sodio (NaCl) en agua a20 C es de 311 g/litro FACTORES UE AFECTAN LA SOLUBILIDAD La solubilidad de un soluto en un disolvente depende de varios factores a. NATURALEZA DEL SOLUTO Y DEL SOLVENTE. En cuanto más semejante sean las estructuras del soluto y del solvente, más rápidamente se efectuará la disolución ( lo semejante disuelve lo semejante), o se que sustancias polares disuelven sustancias polares, y sustancias apolares con sustancias apolares GLUCOSA (POLAR) b. TEMPERATURA. La temperatura es uno de los factores más importantes que afectan la solubilidad. En general, los sólidos son más solubles en disolventes calientes que en fríos, ya que al moverse más rápidamente las moléculas del solventes(al aumentar la temperatura), el soluto penetra más fácilmente y en mayor cantidad por entre las moléculas del solvente. Sin embargo, esta regla no se cumple en todas las soluciones. Por

4 ejemplo, la solubilidad de los gases suelen disminuir al aumentar la temperatura, pues, al poseer mayor energía cinética, las moléculas del gas escapan de la solución c. PRESIÓN. Las variaciones de presión influyen poco en la solubilidad cuando el soluto es un sólido y el disolvente es un líquido. Sin embargo, cuando se trata de la solubilidad de un gas, la presión desempeña un papel muy importante, ya que la solubilidad de todos los gases aumenta cuando la presión se incrementa. Por ejemplo: en las gaseosas, en las cuales el dióxido de carbono (CO2) esta disuelto a presión, cuando se destapa la botella la presión disminuye y el CO2 disminuye, por lo cual se escapa de la botella formando burbujas. LEY DE HENRY: Esta ley establece que al disolver un gas en un líquido la solubilidad del gas es directamente proporcional a la presión. Si se duplica la presión del gas en contacto con el líquido, la solubilidad también se duplica(a una determinada temperatura) D.SUPERFICIE DE CONTACTO. Este factor tiene especial importancia en la disolución de sustancias sólidas en solventes líquidos, ya que, cuanto más dividido se encuentre4 el sólido mayor superficie de contacto existirá entre las moléculas del soluto y el solvente. El aumento de la superficie de contacto del soluto se favorece por pulverización del mismo CONCENTRACIÓN La concentración de una solución es la cantidad determinada de solución o de solvente. La concentración se expresa en unidades físicas (porcentaje de soluto, factor por millón); o en unidades químicas (molaridad, molaridad, normalidad, fracción molar) 1. PORCENTAJE DE SOLUTO: este porcentaje puede ser:

5 a. PORCENTQAJE PESO A PESO (%p/p): Describe la cantidad de gramos de soluto presente en 100 gramos de solución. Así una solución de hidróxido de sodio NaOH al 20 % por peso, contiene 20 g de hidróxido de sodio en 80 g de agua El porcentaje peso a peso se calcula así: %P/P= (gramos de soluto / gramos de solución) x100 EJERCICIO DE APLICACIÓN Cuál es el porcentaje en peso de un solución preparada disolviendo 15 g de nitrato de potasio KNO3 en 125 g de agua %(P/P)= (15g/140g solución) x ,7 La solución tiene una concentración de 10.7 % P/P EJERCICIO: Calcula el porcentaje %P/P de la solución que contienen 60 g de azúcar en 120g de solución. b.porcentaje VOLUMEN A VOLUMEN (%V/V): Se refiere al volumen de soluto por cada 100ml de solución. Una solución de alcohol al 30%(V/V), contienen 30 ml de alcohol y 70 ml de agua. %V/V = (mililitros de soluto/ mililitros de solución) x 100 EJERCICIOS DE APLICACIÓN Calcular el porcentaje volumen a volumen para una solución que se preparó disolviendo 20ml de vinagra en 140 ml de agua %V/V =( 20 ml soluto/160 ml de solución) x100 La solución tiene una concentración de 12,5 % V/V EJERCICIO. Calcula el porcentaje volumen a volumen de la solución preparada disolviendo 500ml de acido sulfúrico (H2SO4) en 350 ml de solución. b. PORCENTAJE PESO A VOLUMEN (p/v): Se refiere al peso del soluto por cada 100 ml de solución. Así una solución de yoduro de potasio KI al 5%P/V, se prepara colocando 5g de yoduro de potasio y completando con agua hasta 100ml de solución La ecuación matemática para hallar este porcentaje es: %P/V = gramos de soluto/ mililitros de solución) x 100 EJERCICIOS DE APLICACIÓN

6 Si en 250 ml de solución existe 40 g de azúcar, cual es el porcentaje peso a volumen para dicha solución %P/V= (40g soluto/ 250ml de solución) x100 = 16 La solución contiene una concentración del 16 % EJERCICIOS. Una solución contiene 30 gramos de cloruro de calcio CaCL2 disueltos en 120 g de solución. La densidad de dicha solución es 1,5 g/ml. Cuál es el porcentaje de sal P/V para dicha solución. 2. PARTES POR MILLON (ppm): Esta unidad de concentración se utiliza cuando se trata de soluciones muy diluidas, en donde los porcentajes resultan inadecuados, ya que conducen a valores muy pequeños, como por eje3mplo, la cantidad de aluminio o d cloro en el agua. Así una solución que tiene 5ppm de cloro, presenta 5 partes de cloro en un millón de partes de solución. Para soluciones sólidas se utilizan, por lo regular, las unidades mg/kg y par soluciones líquidas mg/l La siguiente expresión, permite calcular las partes por millón Ppm=( mg de soluto/kg de solución) x100 EJERCICIODE APLICACIÓN Cuál es la concentración, en ppm de una muestra de 350 ml de solución de fluoruro de sodio NaF en agua, que contiene 0,0007 de esta sal disuelta. 350ml = 0,350 l de solución 0,0007g= 0,7mg Aplicando la formula: Ppm= (0,7mg de soluto/0,350l de solución) x 100 =2ppm EJERCICFIO: Al analizar cierta muestra de pescado de 800g, se encontró que contenía 2,2 mg de mercurio. Cuál es el contenido de mercurio en ppm? CONCENTRACION QUÍMICA 1. FRACCIÓN MOLAR (X): Se denomina fracción molar al cociente entre el número de moles de un componente de una mezcla y el número total de moles de todos los componentes. La fracción molar se denota por la letra X: En una solución la fracción molar del soluto(1) y del solvente (2) X1= (n1/n1+n2)(soluto) X2= n2/(n1+n2) (solvente) La suma de las fracciones molares de todos l9os componentes de una solución es igual a 1 o sea X1 +X2 = 1

7 EJERCICIOS DE APLICACIÓN Se disuelven 25 g de metanol, CH3OH en 50 gramos de agua. Calcula la fracción molar del metanol y del agua en la solución nh20= 50 g/18g =2,77 moles recuerde: H= 1 U x 2 = 2.0u O= 16x 1u = 16u Total = 18u N CH3OH = 25g/32g (peso molecular) = 0,78 moles X H2O = 2,77moles/ (2,77moles 0,78 moles) =0,78 X CH3OH = 0,78/(2,77 MOLES + 0,78 MOLES) = 0,21 EJERCICIOS. Cierta solución está compuesta de 15 moles de la sustancia A y de 40 g de agua (H2O). Calcula la fracción molar de la sustancia A 2. MOLALIDAD. (M): Se entiende por molalidad de una solución el número de moles de soluto que hay por cada kilogramo de solvente (no de solución). Así una solución que contenga 1 mol de una sal 1 kg de agua es una solución 1molal o 1m. El símbolo para la molalidad es (m). Para preparar soluciones molales se pesa el soluto y el solvente por separado y luego se mezclan. La fórmula para calcular la molalidad es m= Número de moles de soluto/ kilogramo de solvente EJERCICIO DE APLICACIÓN Cuál es la molalidad de una solución preparada disolviendo 40g de nitrato de potasio KNO3 en 350 ml de agua? Primero hallamos el número de moles del soluto 40gKNO3x (1mol de KNO3/101,1 u)=0,39 moles. El 101,1 es el peso molecular del KNO3 Ahora hallamos la molalidad m= (0,39moles/0,35Kg de solvente) = 1,1m La concentración de la solución es de 1,1m EJERCICIO. Si se disuelve 10 g de potasa cáustica (KOH) en 450 ml de agua Cuál es la concentración molal de la solución? 3. MOLARIDAD (M) Es igual al número de moles de soluto por litros de solución. Se indica por (M).El método más común que emplean los químicos para expresar la concentración de una solución es la molaridad. Una solución que contenga un mol de azúcar en un litro de solución es 1 molar o 1M, si contiene 0,25 moles en 250, mililitros de solución es también 1M

8 Las soluciones molares se preparan, pesando la cantidad de soluto pedida y luego se completa con el solvente pedido M= Número de moles de soluto/litros de solución EJERCICIOS DE APLICACIÓN Una solución se prepara disolviendo 250 g de KOH, en suficiente agua para preparar 3 litros de solución. Cuál es la molaridad de la solución? Número de moles del soluto 2550gKOHx (1mol de KOH/56,1 gkoh) = 4,45 moles de KOH M= 4,45 moles/3litros de solución) =1,48 M EJERCICIO Qué masa de CuSO4 es necesaria para preparar 3 litros de una solución 0,5 M? 4. NORMALIDAD (N): Es otra unidad de concentración muy útil para cálculos químicos, sobre todo en química analítica. Se representa por (N) y se define como el número de equivalentes gramos de soluto por litros de solución. Cuando se disuelven 3 equivalentes gramos de una sal y se completa con agua hasta un litro, la solución es 3 Normal o 3N; si se disuelve medio equivalente gramo y se completa con agua hasta 500ml y se completa con agua hasta 500ml de solución, la concentración de dicha solución es 1N Para preparar una solución de una normalidad determinada, se pesa el soluto y se completa con solvente hasta el volumen pedido N= Número de equivalentes gramos de soluto/ litros de solución El problema radica en como hallar los equivalentes de soluto. En principio se debe tener en cuenta que tipo de sustancia se tiene, si es un ácido, base o sal. Si fuera un ácido, cada mol liberará tantos equivalentes ácidos como H + tenga: HCl: 1 H + / mol = 1equivalente / mol H 2 SO 4 : 2 H + / mol = 2 equivalentes / mol Si se tratara de una base, cada mol liberará tantos equivalentes como OH - tenga: NaOH: 1 OH - / mol = 1 equivalente / mol Ca(OH) 2 : 2 OH - / mol = 2 equivalentes / mol Si fuera una sal, la cantidad de equivalentes por mol será igual a la carga total positiva o negativa.

9 Na 2 S: 1 + x 2 = 2 (del sodio) = 2 equivalentes / mol Al 2 S 3 : 3 + x 2 = 6 (del aluminio) = 6 equivalentes /mol Para saber cuantos equivalentes se tienen en una determinada masa de soluto, se deben seguir los siguientes pasos: 1- Identificar que tipo de sustancia es y en base a ello cuantos equivalentes se tienen por cada mol. 2- Utilizando el peso molar, hallar el peso de cada equivalente: peso equivalente. 3- Con el peso equivalente, averiguar cuantos equivalentes hay en la masa dada. 1 eq- gramo (ácido) = 1mol de ácido/ N de H + disponible por formula 1Eq-gramo (base) = 1 mol de base/n de OH - disponible por formula 1Eq-gramo (sal)= 1mol de sal/n de equivalentes catiónicos o aniónicos por formula EJERCICIOS DE APLICACIÓN Cuál es la normalidad de la solución que resulta de resolver 69,05 g de H2SO4 en 500ml de solución? 1eg- gramo = 98g/2= 49 gramos 69,05g H2SO4x (1eq-g/49gH2SO4)= 1,4 eq-g N= 1, 4 eq-g/0,5l =2,8N Calcular la masa de AL(OH) 3 para preparar 900ml de solución 3N N= N eq-gramo/litro de solución N Eq-g= N x litro de solución N Eq-g =3Eq-g/litro de solución x 0,9 litros de solución = 2,7 Eq-g de soluto 1 Eq-g pesa= 78,3g/3=26g 2,7 Eq-g AL(OH) 3 X26 g/1eq-g = 70,2 g de AL(OH) 3 Se necesitan 70,2 g de AL(OH) 3 para preparar 900 ml de solución 3N EJERCICIO

10 Calcula la normalidad de una solución de KMnO4, si en una reacción química el Mn pasa del estado de oxidación +7 a +2 y se disuelven 5 g de KMnO4 en 500 ml de solución. PASO DE LA MOLARIDA A NORMALIDAD Y VICEVERSA: Para realizar este tipo de conversiones se utilizan las siguientes fórmulas N=M x eq donde M= N/eq

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