Tom a y Tratami ento para An álisis de Muest ras Elaboró: Verónica Carolina Celis Ortega
DISOLUCIONES. En el análisis químico, la mayoría de las reacciones se efectúan en medio acuoso y se hace uso de disoluciones, en reacciones en donde se desea identificar algunos de sus componentes, por lo tanto se requiere de trabajar con una determinada relación soluto/disolvente. Se le conoce con el nombre de disolución ó solución a aquella mezcla homogénea constituida , donde el soluto puede tener el estado sólido o líq u i d o . s o l u t o y un disolvente
por un
Las disoluciones se expresan en términos cuantitativos, tienen unidades de concentración, concentración , es decir el número relativo de moléculas o iones de soluto presentes en una disolución. Así se tienen disoluciones:
Porcentuales Molares Normales
DISOLUCIONES DISOLUCI ONES PORCENTUALES
Son aquellas en las que se expresa la cantidad de soluto por 100 partes de disolvente, el porcentaje puede ser: masa / masa, masa / volumen, y volumen / volumen. Las disoluciones porcentuales más utilizadas son las masa / volumen en donde la concentración se expresa como gramos de soluto por 100 mililitros de disolución La expresión matemática para disoluciones porcentuales es la siguiente: % m = v
a x 100 b
Donde: % m / v es la concentración de la disolución en porciento a = son los gramos de soluto en la disolución b = es el volumen de la disolución en mililitros
Ejemplo: ¿Cuántos gramos de Carbonato de sodio se necesitan para preparar 150 mL de disolución al 5% m / v.? DATOS 1er. DESPEJE 2do . DESPEJE FÓRMULA a =? gramos de soluto % m = a % m x b = a x 100 %m x b = a x 100 v b v v b = 150 mL de disolución = a Conc. = 5 % m / v 100
a =
SUST ITUC IÓN IÓN 5 g x 150mL mL 100
FORMA DE PREPARA PREPARA R EN EL LAB ORATORIO 1. Pesar en un vaso de precip. peq. 7.5 7. 5 g de CaCO 3 3 2. Disolver en poca agua destilada.
3. Depositar en matraz aforado de 100 mL.
Resultado 7.5 gramos de CaCO 3
5. Adicionar más agua destilada hasta llegar al anillo (aforo). 6. Homogeneizar la disolución 4. Enjuagar con muy poca agua destilada.
7. Guardar y etiquetar 1
DISOLUCIONES DISOLUCIONES MOLA RES
Se define a la Molaridad, " M " como el número de moles de soluto por litro de disolución, es decir: m oles de soluto = n M = moles . . . . . . Ecuación 1 litro de disolución L = es decir, n = moles de soluto = gramos de soluto g n = g . . . Ecuación 2 Masa molecular soluto MM MM . Al sustituir el valor de n de la l ecuación 2, en la ecuación 1 queda: g M =
MM L
al despejar " g " de esta igualdad queda la siguiente ecuación:
g = L
x M x MM S o lu l u to t o s l id id o
EJEMPLO:
¿Cuántos gramos de NaOH ( hidróxido de sodio ), se necesitan para preparar 250 mL de disolución 0.1 M. Las masas atómicas para H = 1, O = 16, Na = 23 u.m.a. DATOS g = ? de NaOH Vol. Disol. = 250 mL Concen.= 0.1 M = 0.1 0. 1 mol L Na O ) + M A ( H MM = M A ( Na ) + M A ( O H ) Na OH = 23 + 16 +1 = 40 g / mol
FÓRMULA g = L
x M x MM
SUSTITUCIÓN SUSTITUCIÓN
RESUL TA DO
g = 0.25 L x 0.1 mol x 40 g = 1 gramo d e NaOH NaOH L mol
Volumen debe estar en LITROS Vol. = 250 mL x 1 L = 0.25 L 1000 mL FORMA DE PREPARA PREPARA R EN EL LAB ORATORIO 2. Pesar en un vaso de precip. peq. 1 g de NaOH 2. Disolver en poca agua destilada. 3. Depositar en matraz aforado de 25 0 mL.
5. Adicionar más agua destilada hasta llegar al anillo (aforo). 6. Homogeneizar la disolución 4. Enjuagar con muy poca agua destilada. 7. Guardar y etiquetar 250 mL di sol. 0.1M 0.1M
2
2 SO Cuando el el SOLUTO es L ÍQ UI DO , como pueden ser los ÁCIDOS: H Cl (clorhídrico), H 2 SO 4 (sulfúrico), 3 (nítrico), H 3 PO 3 4 O H (hidróxido de amonio), la fórmula a utilizar es la siguiente: HN O 3 PO 4 (fosfórico) y el N H 4
= L mL Soluto
x M x MM x
100
x
PUREZA
1
DENSIDAD
Soluto líuido
donde m L = mililitros del soluto que se deben de MEDIR para preparar preparar la disolución disolución deseada deseada soluto EJEMPLO:
¿Qué volumen de HCl concentrado se debe medir para preparar 500 mL de disolución 0 . 2 M Se sabe que la densidad del HCl es de 1.19 g / mL y su pureza es del 38% en peso. Las masas atómicas para H = 1, 1, Cl = 35.5 u. m .a. DA TOS
FÓRMUL A FÓRMUL
mL = ? = L mL HC l
HCl
Concen. = 0 . 2 M = 0.2 mol L H ) + M A ( Cl C ) l MM = M A ( H
x M x
MM x
100 100
x
PUREZA
1
DENSIDAD
SUS TITUC IÓN IÓN
mL
= 0.5 L x 0.2 mol x 36.5 g x 100 g x 1 HCl L moL 38 g 1.19 g
H Cl Cl = 1 + 35.5 = 36 .5 g / mol
mL
Volumen debe estar en LITROS Vol. = 500 mL x 1 L = 0 . 5 L 1000 mL Pureza = 38% en peso de cada 100 g de HCl conc. ( de sólo 38g son de HCl y 62 son de agua ) Densidad = 1.19 g mL
Para resolver el inverso de la densidad, se debe aplicar la Regla del Sándwich como se muestra enseguida: 1 1 1.19 g mL
mL HCl
FORMA DE PREPARAR:
x
x
1 1.19 g mL
1 x m L 1 x 1.19 g =
1 mL 1.19 g
= 0.5 L x 0.2 mol x 36.5 g x 100 g x 1 m L = 8.07 m L a L moL 38 g 1.19 g medir
EN LA CAMPA CAMPA NA DE EXTRACCI EXTRACCIÓ ÓN
RECUERDA RECUERDA EL USO DE GOGLES, GUANTES DE HULE , FRANELA HÚMEDA HÚMEDA 1. Vierte la mínima cantidad de HCl en un vaso pequeño agitador
2. Mide 8.1 mL con la probeta
3. Vierte en poco agua destilada
4. Vacía la mezcla al matraz aforado
5. Adiciona más agua dest. hasta el anillo (aforo) 6. H o m o g e n eizar
3
DISOLUCIONES DISOLUCIONES NORMAL ES
Una disolución Normal es aquella que contiene el número de Equivalentes de soluto por Litro de disolución, disolución, es decir: N = número de Equivalentes Litro de disolución
. . .
Ecuación 1
número de Equivalentes = masa en gramos del soluto masa equivalente del soluto la ecuación 1 queda
donde:
. . Ecuación 2
que al sustituirla en
gramos de soluto N = masa equivalente del soluto . . . Ecuación 3 Litro de disolución
Al despejar despejar los gramos de soluto de la ecuación 3 y aplicar la regla del sándwich queda la siguiente igualdad gramos de soluto masa equivalente del soluto Litro de disolución 1
N = x
gramos de soluto = Vol. Disoln. ( L)
x
x
N = gramos de soluto masa equivalente x Litros
Normalidad x masa equivalente del soluto
Cálculo de la MASA EQUIVALENTE del soluto Por definición
Masa equivalente soluto = Masa Molecular soluto Número de equivalentes soluto EQUIVALENTES ES del soluto Cálculo del NÚMERO DE EQUIVALENT
Por definición Número de equiv. Soluto = valencia del catión en la x número de átomos catión fórmula química soluto fórmula química soluto EJEMPLO:
Cálculo del número de equivalentes para:
a). Ca(OH)2 Núm. Equiv. = valencia del catión x núm. de átomos catión = 2 equiv. +2 Hidróxido de Calcio mol 1 átomo Ca b). H2SO4
Núm. Equiv. = valencia del catión x núm. de átomos catión = 2 equivalentes 4
Ácido sulfúrico sulfúrico
+1
2 átomo H c). Para una oxisal como el Fosfato de Níquel (II ) cuya fórmula química es Ni 3(PO4)2 Núm. Equiv. = valencia del catión x núm. de átomos catión = 6 equivalentes +2 mol Ni 3 átomos EJEMPLO:
mol
Cálculo de la masa equivalente para los mismos compuestos, utilizando la fórmula mencionada con anterioridad.
a). Ca(OH)2 Hidróxido de Calcio
masa equivalente = Masa molecular Ca(OH) 2 núm. de equiv. Ca(OH) 2
Masa molecular Ca(OH) 2 = M A (Ca) + 2 M A (O) + 2M A (H) = 40 + 2 (16) + 2 ( 1 ) = 74 g / mol masa equivalente equival ente = 74 g / mol = 37 g 2 equiv. / mol equiv. b). H2SO4 Ácido Sulfúrico Sulfúrico
masa equivalente = Masa molecular H 2SO4 núm. de equiv. H2SO4
Masa molecular H2SO4 = 2 M A ( H) + M A (S) + 4M A (O) = 2 ( 1) + 32 + 4 ( 16 ) = 98 g / mol masa equivalente equival ente = 98 g / mol = 49 g 2 equiv. / mol equiv. c). Ni3(PO4)2 Fosfato de níquel (II)
masa equivalente = Masa molecular Ni3(PO4)2 núm. de equiv. Ni 3(PO4)2
Masa molecular Ni3(PO4)2 = 3 M A ( Ni) + 2 M A (P) + 8 M A (O) = 3 (58.7) + 2( 31) + 8 ( 16 ) = 366.1 g / mol masa equivalente equival ente = 366.1 g / mol 6 equiv. / mol
= 61.0 g equiv.
EJEMPLO DE DISOLUC1ÓN NORMAL ( Soluto Sólido )
¿Cuántos gramos de Ca(OH) 2 se necesitan para preparar 100 mL de disolución 0 .05 N ? DATOS FÓRMULA gramos = ? de Ca(OH) 2 gramos Ca(OH)2 = Vol. Disol. x Normalidad x masa equivalente Vol. disol. = 100 mL del soluto Concen.= 0. 0.05 N = 0.05 equivalentes SUSTITUCIÓN RESULTADO L g Ca(OH)2 = 0.1 L x 0.05 equiv x 37 g = 0.185 g de Ca(OH) 2 M. equiv. = 37 g Ca(OH)2 equiv. L equiv Volumen debe estar en LITROS Vol. = 100 mL x 1 L = 0.1 L 1000 mL FORMA DE PREPARAR: De la misma forma como la disolución molar donde el soluto es sólido Cuando el SOLUTO es LÍQUIDO, LÍQUIDO , y la disolución es NORMAL , la fórmula a utilizar es la siguiente: 5
100 x 1 mL = L x N x Masa equivalente x Soluto PUREZA DENSIDAD Solu Soluto to lí uido uido
Donde mL = mililitros mililit ros del soluto que se deben de MEDIR MEDIR para preparar la disolución deseada soluto EJEMPLO:
¿Qué volumen de H2SO4 concentrado se debe medir para preparar 500 mL de disolución 0 .2 N . Se sabe que la densidad del H2SO4 es de 1. 1.84 g / mL y su pureza es del 96% en peso. Las masas atómicas para H = 1, S = 32, O = 16 u. m .a. DATOS
FÓRMULA
mL = ? H2SO4 Concen.= 0. 0 .2 N = 0.2 equivalentes L masa equiv. = 49 g H2SO4 equiv
100 x mL = L x M x Masa equiv. x H2SO4 PUREZA
1
DENSIDAD
SUSTITUCIÓN mL = 0.5 L x 0.2 equiv. x 49 g x 100g H2SO4 L equiv 96g
x
1 1.84 g mL
Volumen debe estar en LITROS Vol. = 500 mL x 1 L = 0.5 L 1000 mL Pureza = 96% en peso (de cada 100 g de H2SO4 conc. sólo 96g son de H2SO4 conc. y 62 son de agua) 1.84 g Densidad = 1. mL
Para resolver el inverso de la densidad, se debe aplicar la Regla del Sándwich como se muestra enseguida: 1 1.84 g mL
x
1 1 1.84 g mL
x
mL = 0.5 L x 0.2 equiv. x 49 g x 100 g H2SO4 L equiv 96 g
1 x mL 1 x 1.84 g =
x
1 mL 1.84 g
1 mL = 2.7 mL 1.84 g a medir
FORMA DE PREPARAR: De la MISMA FORMA como la disolución molar donde el soluto es LÍQUIDO
6
