Semana 7. A preparar soluciones. Semana Estudiando 8 las soluciones. Empecemos! Qué sabes de...? El reto es... Vamos al grano
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- Luis Molina de la Cruz
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1 Semana Estudiando 8 las soluciones Semana 7 Empecemos! Seguiremos explorando esta semana el impacto de los desechos en nuestro ambiente, apreciando así el uso racional y mejorando el descarte de las sustancias químicas que utilizamos a diario. En este caso estudiaremos, tanto los cálculos necesarios, como los pasos a seguir en la preparación de las soluciones químicas. Qué sabes de...? Cuando preparamos bebidas en casa siempre realizamos una metodología en particular, como, por ejemplo, para hacer una naranjada lavamos las naranjas, las picamos, las exprimimos dentro de un frasco y en algunos casos completamos con agua y azúcar. Ahora bien, para preparar soluciones distintas a las del consumo humano, requerimos seguir una serie de pasos. Podrías mencionar cuáles serían los primeros pasos a seguir? El reto es... Floripondio se encontraba en casa cuando su nieto Sulfuro llegó de la escuela y le comentó de una tarea que debía realizar, la cual empezaba por responder: cómo se hace para diluir una solución a tres cuartos? Su abuelo le dijo: Saca el agua y unas naranjas de la nevera, ya te demostraré el procedimiento. Sabes cómo el abuelo Floripondio responderá esta pregunta? Vamos al grano Antes de comenzar a explicar cómo debemos preparar las soluciones, es necesario recordar la definición de dilución, conocida como la acción de disolver un soluto en un solvente apropiado; es decir, consiste en añadir más agua a la solución para que la proporción del soluto por el solvente se disminuya. 361
2 Semana 8 Ahora bien, en la preparación de soluciones partiremos de dos casos: 1) cuando el soluto es un sólido y 2) cuando es un líquido. En ambos casos es necesario comprender que cuando se trata de preparar soluciones químicas como ácidos, hidróxidos e inclusive sales, es necesario tener presente las normas de seguridad según la sustancia preparada, ya que suelen ser sustancias químicas tóxicas, tanto para el ambiente como para el ser humano. Cuando deseamos preparar una solución partiendo de un sólido, realizamos los siguientes cálculos: Por ejemplo, se desea preparar 200ml de una solución de cloruro de potasio (KCl) 0,5 molar. Para ello debemos conocer cuántos gramos de sal debemos utilizar. 1. Se calcula la masa molecular del cloruro de potasio (KCl): MasaMolecularKCl= MAK + MACl = 39,09g/mol + 35,45 g/mol = 74,54g/mol 2. Convertimos los mililitros de solución en litros: 1litro 1000 ml X 200 ml Por lo tanto 200 ml x 1 litro X = 1000 ml = 0,2litros 3. Despejamos los gramos de la fórmula de concentración de molaridad: gramos M = (Masa molecular x litros) Si despejamos tenemos que Gramos=(M) x (Litros) x (Masa Molecular) 4. Ahora sustituimos los valores: Gramos=(0,3mol/litros) x (0,2 litros) x (74,54g/mol) = (0,06g/mol) x (74,54 g/mol)= 4,47g/mol Gramos Con este resultado sabemos que debemos pesar 4,47g de cloruro de potasio (KCl) para preparar 200ml de solución al 0,3 molar. Cuando deseamos preparar una solución partiendo de un líquido, realizamos los siguientes cálculos: 362
3 Semana 8 Por ejemplo: si tenemos un litro de ácido muriático (HCl) que posee un 32% de pureza, cuya densidad es de 1,18g/ ml (Solución madre), cuántos mililitros del ácido debemos tomar para preparar 200ml de una solución de ácido muriático (HCl) 0,4 molar? 1. Calcular la masa total del ácido muriático (HCl) contenido en la solución madre; para ello usamos el valor de densidad: 1ml 1,18 g 1000ml X Por lo tanto 1000 ml x 1,18 gramos X = 1 ml = 1,180 gramos 2. Calcular la masa total verdadera de ácido muriático (HCl) presente en la solución madre; para ello usamos el valor de pureza: 100 ghci 32 ghci (puro) 1,180 ghci X Por lo tanto 1,180 g x 32 g X = 100 g = 377,6 gramos 3. Sabiendo la masa total de ácido puro presente en la solución madre, procedemos a calcular su concentración en molaridad, previo cálculo de masa molecular del HCl. MasaMolecularHCl= MAH + MACl = 1,00 g/mol + 35,45 g/mol = 36,45 g/mol gramos M = (Masa molecular x litros) Sustituimos M = 377,6 g (36,45 g/mol) x ( 1 litro) = 10,35 mol/litros 363
4 Semana 8 4. Una vez conocida la concentración de la solución madre y partiendo del principio de que el número de moles tomados de la solución madre será igual al número de moles de la solución a preparar, obtenemos los moles de la fórmula de molaridad=moles/volumen. moles M = despejando moles = (Molaridad) x (litros) litros Donde expresaremos de manera general que: moles = concentración (C) x volumen (V) Si los moles de soluto de la solución madre serán iguales a los moles de soluto de la solución a preparar, podremos reescribirlo de la siguiente manera, considerando 1 como los datos de la solución madre y 2 los datos de la solución a preparar: moles 1 = moles 2 sustituyendo C 1 x V 1 = C 2 x V 2 5. Sabiendo que deseamos preparar 200ml de solución 0,4M, partiendo de una solución madre cuya concentración es 10,35M, despejaríamos V 1 para conocer el volumen a tomar de la solución madre a fin de obtener la solución deseada: C 2 x V 2 0,4M x 200ml V 1 = sustituyendo V 1 = = 7,7 ml C 1 10,35 M Con este resultado sabemos que debemos tomar 7,7ml del ácido muriático (HCl) que posee una densidad de 1,18g/ml y una pureza de 32% para preparar 200ml de un nuevo ácido muriático (HCl) 0,4M. Una vez realizados los cálculos para preparar una solución, se deben seguir unos pasos para evitar posibles accidentes en un laboratorio: 1. Se procede a medir el soluto: a) Si es un sólido, debemos tomar un recipiente y medimos su masa en la balanza, a este valor le sumamos la cantidad de soluto calculado y, luego, añadimos el soluto hasta alcanzar la nueva medida de masa (recipiente + soluto). b) Si es un líquido, tomamos el instrumento adecuado para medir el volumen calculado; si el volumen es menor a diez mililitros se usa una pipeta; en cambio, para volúmenes mayores de diez mililitros se usa un cilindro Se añade el soluto, con mucho cuidado de no derramarlo (puedes ayudarte con un embudo), dentro de un balón aforado; es importante recordar que, si se trata de un ácido, se debe añadir un poco de agua en
5 Semana 8 el balón antes de agregar el ácido, ya que algunos reaccionan violentamente con el agua y podrían romper el envase. 3. Se añade una pequeña cantidad de agua y se trata de disolver el soluto; es importante que este se encuentre completamente disuelto antes de enrasar (llegar la solución hasta el aforo) el balón. Si se completa con agua antes de disolver el soluto, ocurre que el soluto incrementa el volumen cambiando la concentración de la solución preparada. Para saber más Si deseas conocer más sobre la preparación de soluciones, te invitamos a consultar las siguientes direcciones web: 4. Una vez culminada la solución química, se transfiere a un recipiente previamente rotulado (identificado) con el nombre de la solución preparada, su fórmula química, su concentración y la fecha de su elaboración Aplica tus saberes Si deseas preparar una solución química en casa, puedes tomar un recipiente de vidrio con tapa (como los frascos de jugo en sustitución del balón aforado), una taza, un embudo, una balanza de comida, una cuchara, agua y sal. Conociendo los pasos a seguir, calcula cuántos gramos de cloruro de sodio NaCl (sal común) necesitas para preparar 500ml de una solución de cloruro de sodio NaCl 0,3M. 365
6 Semana 8 Sin embargo, es necesario aforar el frasco de vidrio a 500ml, que es el volumen que deseamos preparar. Para ello, pesa el frasco en la balanza, luego a la masa medida súmale 500g y añade agua al frasco hasta la cantidad calculada. Como la densidad del agua es 1g/ml, el volumen de agua es igual a su masa. Señala con un marcador indeleble en el frasco de vidrio hasta dónde llegaron los 500g de agua pesados, vacía el frasco y, ya tienes un frasco aforado. Comprobemos y demostremos que Sabiendo cómo preparar una solución, es mucho más sencillo realizar una dilución. Toma un jugo de naranja concentrado (solución madre), si deseas diluir a la mitad, solamente toma un vaso de jugo y añádelo en un frasco; toma el mismo vaso, completa con agua y vuélvelo a añadir al frasco, así habrás obtenido una dilución hasta la mitad de su concentración original. Si a esta nueva solución la añades en otro frasco y lo completas con el mismo vaso, pero esta vez con agua, entonces habrás realizado una dilución tres cuartos de la solución madre. Te invitamos a realizar otras diluciones con otras bebidas y distintas proporciones. 366
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