Unidad III CLASE Nº 3

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1 UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA ANTONIO JOSÉ DE SUCRE VICERRECTORADO BARQUISIMETO DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA QUÍMICA GENERAL Unidad III CLASE Nº 3 Unidades de Concentración 1

2 Se utilizan diferentes expresiones cuantitativas de la concentración, con el fin, de establecer con exactitud las relaciones porcentuales entre las cantidades de sustancias presentes en una solución. Por ejemplo, la cerveza, es una solución de alcohol en agua, con una concentración de 5%, esto significa que posee 5 partes de alcohol por cada 100 partes de solución. Formas de expresar la concentración de las soluciones La concentración de las soluciones puede expresarse en unidades físicas y químicas. Unidades físicas: Las unidades físicas más frecuentemente utilizadas son las siguientes: 1) % masa/masa (m/m) 2) % masa/volumen (m/v) 3) % volumen/volumen (v/v) 4) Partes por millón (ppm) 5) Partes por billón (ppb) Unidades Químicas: 1) Fracción molar 2) Molaridad 3) Molalidad 4) Normalidad 2

3 Unidades físicas: 1) % masa/masa,(m/m) masa del componente en disolución % = masa total de la disolución ( m/m) * 100 2) % masa/volumen, (m/v) masa del componente en disolución % = volumen total de la disolución ( m/v) * 100 3) % volumen/volumen, (v/v) volumen del componente en disolución volumen total tl de la disolución ió ( v/v ) * 100 % = 4) Partes por millón, (ppm) masa del componente en disolución ppm = *10 masa total de la disolución 5) Partes por billón, (ppb) masa del componente en disolución ppb = *10 masa total de la disolución

4 Ejemplo: Determinar la concentración, en % en m/m, de una solución que ha sido preparada disolviendo 20g de NaOH en 180 g de agua. Masa solución =masa soluto +masa solvente = 20g + 180g= 200g 20g % ( m/m ) = *100 = 10% m/m 200g Ejemplo: Determinar el volumen de etanol necesario para preparar 800 cm 3 de una solución hidroalcohólica al 5% v/v. volumen del componente en disolución 5% ( v/v ) = * 100 => 3 800cm 3 40cm = volumen del componente en disolución Ejercicios: 1) Se mezclan 50 cm 3 de una solución de HCl al 10% v/v con 80 cm 3 de otra solución del mismo ácido al 6% en v/v. Determinar la concentración de la solución resultante en % en v/v? 2) Al calentar 840 g de una solución de NaCl al 15% en m/m se evaporaron 60g de agua. Determinar la concentración de la solución resultante? 4

5 Unidades químicas: 1) Fracción molar del componente, (X A ): X = A *: mezclas binarias 2) Molaridad, (M): moles del componente en disolución moles total de la disolución moles del componente en disolución M = Litros totales de la disolución 3) Molalidad, (m): moles del componente en disolución m = masa total del disolvente (Kg) 4) Normalidad, (N): N = Nº de gramos equivalentes dl del componente en disolución ió Litros totales de la disolución Nº de gramos equivalentes,(eq): N º eq = moles del componente en disolución* número de cargas Se debe tener en cuenta que tipo de sustancia se tiene, si es un ácido, base o sal. 5

6 Como calcular los equivalentes: Si fuera un ácido, cada mol liberará tantos equivalentes ácidos como H + tenga: HCl: 1 H + /mol = 1 equivalente/mol H 2SO 4:2H+/mol=2equivalentes/mol Si fuera 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 + o - : 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 cuántos equivalentes se tienen en una determinada masa de soluto, se deben seguir los siguientes pasos: 1.- Identificar qué tipo de sustancia es y determinar los equivalentes/mol. 2.- Utilizando el peso molar, hallar el peso de cada equivalente: peso equivalente. 3.- Con el peso equivalente, averiguar cuántos equivalentes hay en la masa dada. 6

7 Ejemplo: Calcular la cantidad en gramos de NaNO 3 necesarios para preparar una solución al 0,2 M? 0,2 moles de NaNO3 en 1L de solución 85 g NNO NaNO3 0,2 mol NaNO3 * = 17g de NaNO 1mol NaNO 3 Ejemplo: Cual es la molalidad de una solución si se añade 3 moles de sacarosa en un kilogramo de agua? 3 moles de sacarosa m = = 3 mol/kg 1Kg de agua Ejemplo: Cuántos ml de HCl comercial al 35% en masa y densidad 1,18 g/cm 3,se necesitan para preparar 500 ml de HCl 0,2 M? 1L 0,2 mol HCl 36,5g HCl 100 g HCl 1 ml HCl 500 ml * * * * * = 8,84 ml HCl comercial 1000 ml 1 L 1 mol HCl 35 g HCl puro 1,18 g HCl 3 7

8 Ejercicios: Se prepara una solución mezclando 23 g de etanol (C 2 H 5 OH), con 90 g de agua (H 2 O). Determina la fracción molar de los componentes de la solución. Pasos : a) Calcular M.M (C 2 H 5 OH) y (H 2 O). b) Calcular moles de ambas sustancias c) Calcular Fracción molar de etanol y agua a) M.M C2 H5OH = 46 g/mol M.M H2 O = 18 g/mol mol C2H5OH b) n A = 23gC H OH * = 0,5 mol 2 5 C2H5OH 46 gc2h5oh mol H 2O n B = 90gH O * = 5 mol 2 H2O 18 gh2o 0,5 mol C2 H5OH c) XA = = 0, mol 5,5 solución XB = 1 XA = 1 0,0909 = 0,9091 8

9 Ejemplo: Se tienen 5 gramos de AlF 3 en 250 ml de solución, cuál será la Normalidad? Es una sal, y como el aluminio tiene carga 3+, la carga total (+) será 3, por lo que cada mol dará 3 equivalentes. Peso Molar= 84 g/mol, ahora bien si cada mol da 3 equivalentes, el peso de cada uno de ellos será PM / 3 ġ 84 g Peso Equivalente = mol = 28 eq 3 eq mol Para hallar los equivalentes existentes en 5 gramos de sustancia, se debe considerar cuántos gramos tiene cada equivalente (Peso Equivalente) 5 g = 0,18 eq g 28 eq Por último si se conoce el volumen final de solución se puede calcular la normalidad. Ejemplo: Para 250 ml, es decir 0,25 L se tendría: NORMALIDAD = equivalentes soluto / litro solución = 0,18 eq / 0,25 L = 0,72 N 9

10 Dilución: Es la acción de diluir. En términos químicos significa, rebajar la cantidad de soluto por unidad de volumen de disolución. Se logra adicionando más disolvente a la misma cantidad de soluto Agregar más disolvente El nº de moles de soluto no cambia Pero el volumen y la concentración sí varían Vol (L)* Molaridad (mol/l)= nº de moles Disminuye la molaridad. Pero como V 1 M 1 = nº moles de soluto = V 2 M 2 V 1 M 1 =V 2 M 2 Ejemplo: Calcular el volumen de solución de HCl 11,3 M necesario para preparar 500 ml de dilución 0,2 M de ácido. V2 *M ml*0,2 M V1 = = = 8,84 ml M 11,3 M 1 10

11 Otras conversiones entre unidades: Fracción molar a molalidad (Xst m), y recordando que Xst + Xsv = 1 Molalidad a molaridad (m M) Molaridad a molalidad (M m) Porcentaje en peso a porcentaje peso en volumen Peso en volumen a molaridad Donde: P sv = Peso molar del disolvente (g/mol) P st = Peso molar del soluto (g/mol) d = densidad (g/ml) 11

12 Cuántos gramos de KOH se necesitarán para preparar 150 cm 3 de una solución de concentración 0,8 mol/dm 3?. Calcular cuantos gramos de ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) al 90% son necesarios para preparar 250 cm 3 de una disolución 0,25 Normal de H 2 SO 4?. El sulfúrico concentrado tiene una densidad de 1,84 g/cm 3 y contiene un 95% de ácido puro. Se pide calcular: a) El contenido en g/cm 3 ; b) La molaridad; c) La normalidad. 12