soluciones 1 2 masa soluto 8 g de etanol 8 g de etanol masa solvente 1 kg de H 2 O 1 kg de CHCl 3

Transcripción

1 PREGUNTA 1 (Módulo Electivo) Se tienen dos soluciones: soluciones 1 2 masa soluto 8 g de etanol 8 g de etanol masa solvente 1 kg de H 2 O 1 kg de CHCl 3 Considerando que la densidad de la solución 1 es menor que la densidad de la solución 2, es correcto afirmar que la concentración A) molar de la solución 1 es menor que la 2. B) %m/m de la solución 2 es mayor que la 1. C) molal de la solución 1 es mayor que la 2. D) %m/v de la solución 2 es menor que la 1. E) %v/v de la solución 1 es mayor que la 2.

2 COMENTARIO Desde el punto de vista conceptual, es necesario tener claro que las soluciones son mezclas homogéneas (presentan una sola fase), en donde se distinguen dos componentes: el soluto y el solvente. El tamaño de sus partículas va desde 1 a 10 Å, si se toman muestras pequeñas de una solución su composición permanece constante. En el siguiente esquema se muestra a nivel molecular, la formación de una solución a partir de un soluto y solvente: Soluto Solvente Solución La máxima cantidad de un soluto que se disolverá en una cantidad determinada de solvente, a una temperatura dada, para producir una solución se llama solubilidad. La solución será saturada cuando se ha disuelto la máxima cantidad de soluto en una determinada cantidad de solvente. Se llama solución insaturada (no saturada) cuando la cantidad de soluto es menor que la máxima que se puede disolver en una cantidad dada de solvente. Para informar la composición de una solución, es decir, la cantidad o masa de soluto presente en un volumen o masa de solvente o solución, se define la concentración. Algunas formas de expresar la concentración son: Concentración Molar Molal % masa/masa (%m/m) % masa/volumen (%m/v) % volumen/volumen (%v/v) Definición Cantidad en mol de soluto por 1 L de solución Cantidad en mol de soluto por 1 kg de solvente Masa en g de soluto en 100 g de solución Masa en g de soluto en 100 ml de solución Volumen en ml de soluto en 100 ml de solución

3 Por otra parte, debes recordar que la densidad es una propiedad intensiva, es decir, no depende de la cantidad de materia sino del tipo de materia, y químicamente se define como el cuociente entre la masa de una sustancia y su volumen, a una temperatura dada. Esta se determina mediante la siguiente relación: Teniendo clara la definición de cada una de las expresiones de concentración y el concepto de densidad, lo siguiente es analizar los datos proporcionados en el enunciado: soluciones 1 2 masa soluto 8 g de etanol 8 g de etanol masa solvente 1 kg de H 2 O 1 kg de CHCl 3 Además, se sabe que la densidad solución 1 < densidad solución 2 Para responder esta pregunta, se sugiere como estrategia de resolución el análisis de cada opción. En la opción B), se afirma que el %m/m de la solución 2 es mayor que la 1. Al observar la tabla, puedes verificar que ambas soluciones tienen la misma masa de soluto, 8 g de etanol, disuelto en la misma masa de solvente. Al sumar las masas de soluto y de solvente expresadas en las mismas unidades de medida se obtiene la masa de la solución, que en este caso es igual para ambas soluciones. Considerando que: (1) Entonces, el %m/m será el mismo para ambas soluciones, resultando esta afirmación incorrecta. En la opción C), se establece que la concentración molal de la solución 1 es mayor que la 2. A partir de los datos, es posible observar que en ambas soluciones está disuelta la misma masa de soluto, por lo que la cantidad de soluto, en mol, también será la misma, calculado mediante la siguiente expresión: Si ambas soluciones tienen la misma cantidad, en mol, de soluto disuelto en la misma masa de solvente, y esta concentración se determina mediante la expresión:

4 Entonces, sus concentraciones molales ( ) serán las mismas, siendo la opción C) incorrecta. En la opción D), se afirma que el %m/v de la solución 2 es menor que la 1. El volumen de la solución se obtiene despejándolo desde la expresión (1): Considerando que ambas soluciones tienen la misma masa de soluto disuelta y sabiendo que la solución 2 tiene mayor densidad, lo que implica que tiene un menor volumen, entonces su %m/v será mayor que el de la solución 1. Esto considerando que %m/v se obtiene de la siguiente relación: En consecuencia, esta afirmación es incorrecta. En la opción E), se señala que el %v/v de la solución 1 es mayor que la 2. Como ya se mencionó anteriormente ambas soluciones tienen la misma masa de soluto, por tanto, el volumen del soluto será igual para ambas soluciones. Por otra parte, si bien las masas de ambas soluciones son iguales, al estar constituidas por distintos solventes, las densidades de las dos soluciones son diferentes, por lo que sus volúmenes también son distintos. Dado que la solución 1 tiene menor densidad que la solución 2, su volumen será mayor, por lo tanto, su concentración en %v/v será menor que en la solución 2, esto considerando la siguiente relación para el cálculo del %v/v: De acuerdo con lo anterior esta afirmación es incorrecta. En la opción A), se establece que la concentración molar de la solución 1 es menor que la 2. Ambas soluciones tienen disuelta la misma cantidad, en mol, de soluto en la misma masa, en kg, de solvente. Si la solución 1 tiene menor densidad, su volumen será mayor y por lo tanto su concentración molar será menor, considerando que la concentración molar o molaridad (C) se calcula por: De acuerdo al análisis anterior, la única opción correcta es la A).

5 FICHA DE REFERENCIA CURRICULAR Eje Temático / Área Temática: Materia y sus transformaciones / Reacciones químicas y estequiometría Nivel: II Medio Objetivo Fundamental: Reconocer diversos tipos de soluciones en estado sólido, líquido y gaseoso, sus propiedades, aplicaciones tecnológicas y las etapas necesarias para la preparación de soluciones a concentraciones conocidas. Contenido Mínimo Obligatorio: Aplicación de las etapas teóricas y empíricas necesarias en la preparación de soluciones a concentraciones conocidas, por ejemplo, el suero fisiológico, la penicilina, la povidona. Habilidad Cognitiva: Análisis, síntesis y evaluación Clave: A