Informe de laboratorio QUIMICA ANALITICA SOLUCIONES Y EXPRESIONES DE LA CONCENTRACION Informe de laboratorio N° 3 1’*
2’*
Gisela Lozano – Cumber Dilmer Arias – Hermida
Biología II Semestre - Química Analítica - Facultad de Ciencias Básicas Universidad de la Amazonia
RESUMEN
En esta práctica se prepararon ocho (08) soluciones acuosas, con tres solutos diferentes, (NaCl), (KOH) y (Na2CO3), variando los gramos del mismo, en cada caso se determinaron las densidades y se expresaron las concentraciones en las difere diferente ntes s unidad unidades. es. Realiz Realizand ando o el proced procedimie imiento nto con con el hidróx hidróxido ido de potasio (grupo Nº 4) se obtuvo obtuvo una densidad de 1.09 gr/ml, M 0.4, m 0.4, %p/p 2.17, %p/v 2.37, ppm 23680mg/L y Xi 0.71. Palabras claves: claves: Solución acuosa, gr de soluto, densidad y concentración.
INTRODUCION Una solución es una dispersión homogénea, de dos o más elementos que pueden ser gaseosos, líquidos o sólidos, la cual consta de dos componentes importantes que son el solvente y el soluto, las propiedades químicas y físicas de una solución son la combinación de las propiedades de sus componentes y es posible recuperar estos componentes, el proceso para obtener una solución se puede esquematizar así; SOLUTO + SOLVENTE SOLUCION, A partir de una solución con una determinada concentración se puede preparar otra de menor concentración, esto se realiza a través de un procedimiento denominado DILUCION. El estudio de las soluciones es importante puesto que esta, está involucrada en cada proceso de los seres vivos y en diferentes campos, como por ejemplo en la industria, en la alimentación, en procesos metabólicos, entre otro otros. s. En la pres presen ente te prác prácti tica ca de labo labora rato tori rio o se real realiz izar aron on ocho ocho (08) (08) disolu disolucio ciones nes o soluc solucion iones es acuosa acuosas s con tres tres (03) (03) solut solutos; os; Cloruro Cloruro de sodio sodio (NaCl), hidróxido de potasio (KOH) y Carbonato de Sodio (Na2CO3), en cada cas caso hubo hubo vari variac ació ión n en su conc concen entr trac ació ión, n, dete determ rmin inan ando do la dens densid idad ad y expresando mediante cálculos matemáticos la concentración en cada una de las unida unidades des,, Molarid Molaridad, ad, molali molalidad dad,, %p/p, %p/p, %p/v, %p/v, ppm y fracci fracción ón molar molar del soluto.
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MARCO TEORICO Una solución (o disolución) es una mezcla de dos o más componentes, perfectamente homogénea, de modo tal que pierden sus características individuales, es decir, que los constituyentes son indistinguibles y el conjunto se presenta en una sola fase (sólida, líquida o gas) bien definida. Una solución que contiene agua como solvente se llama solución acuosa. [1] Los componentes de una solución son soluto es aquel componente que se encuentra en menor cantidad y es el que se disuelve. El soluto puede ser sólido, líquido o gas y el solvente es aquel componente que se encuentra en mayor cantidad y es el medio que disuelve al soluto. El solvente es aquella fase en que se encuentra la solución. [2] Mayor o menor concentración Las disoluciones son mezclas de dos o más sustancias, por lo tanto se pueden mezclar agregando distintas cantidades: Para saber exactamente la cantidad de soluto y de solvente de una disolución se utiliza una magnitud denominada concentración. Dependiendo de su concentración, las disoluciones se clasifican en diluidas, concentradas, saturadas, sobresaturadas. Diluidas: si la cantidad de soluto respecto del solvente es pequeña. Ejemplo: una solución de 1 gramo de sal de mesa en 100 gramos de agua. Concentradas: si la proporción de soluto con respecto del solvente es grande. Ejemplo: una disolución de 25 gramos de sal de mesa en 100 gramos de agua. Saturadas: se dice que una disolución está saturada a una determinada temperatura cuando no admite más cantidad de soluto disuelto. Ejemplo: 36 gramos de sal de mesa en 100 gramos de agua a 20º C. Sobresaturadas: disolución que contiene mayor cantidad de soluto que la permitida a una temperatura determinada. La sobresaturación se produce por enfriamientos rápidos o por descompresiones bruscas. Ejemplo: al sacar el corcho a una botella de refresco gaseoso. [3] MODO DE EXPRESAR LAS CONCENTRACIONES Las unidades de concentración en que se expresa una solución o disolución pueden clasificarse en unidades físicas y en unidades químicas. Unidades físicas Las unidades físicas de concentración están expresadas en función del peso y del volumen, en forma porcentual, y son las siguientes:
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a) Porcentaje peso a peso (% P/P): indica el peso de soluto por cada 100 unidades de peso de la solución. b) Porcentaje volumen a volumen (% V/V): se refiere al volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de la solución. c) Porcentaje peso a volumen (% P/V): indica el número de gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solución. Unidades químicas de concentración a) Fracción molar (Xi): se define como la relación entre los moles de un componente (ya sea solvente o soluto) de la solución y los moles totales presentes en la solución. b) Molaridad (M): Es el número de moles de soluto contenido en un litro de solución. c) Molalidad (m): Relación entre el número de moles de soluto por kilogramos de disolvente (m) [4] Solubilidad En química, la solubilidad mide la capacidad de una determinada sustancia para disolverse en un líquido, En términos generales, es la facilidad con que un sólido puede mezclarse homogéneamente con el agua para proporcionar una solución química. La solubilidad es la mayor cantidad de soluto (gramos de sustancia) que se puede disolver en 100 gramos (g) de disolvente a una temperatura fija, para formar una disolución saturada en cierta cantidad de disolvente. [4] La solubilidad depende de la temperatura; de ahí que su valor vaya siempre acompañado de la temperatura de trabajo. En la mayor parte de los casos, la solubilidad aumenta al aumentar la temperatura. [4] Unidades de medida Es habitual medirla en gramos de soluto por litro de disolución (g/l) o en gramos de soluto por cada 100 cc de disolución (%). Aunque la unidad de medida se parezca a la de la densidad, no es una medida de densidad. En la densidad, masa y volumen se refieren al mismo cuerpo. En la solubilidad, la masa es de soluto y el volumen es de la disolución, de la mezcla de soluto y disolvente. [5]
MATERIALES Y METODOS
Materiales
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•
Agitador de vidrio.
•
Balón Volumétrico de 100 mls con tapa.
•
Vaso de precipitados de 50 mls.
•
Picnómetro de 20 a 25 mls.
•
Macropipeteador de caucho.
•
Frasco lavador.
•
Balanza analítica y de triple brazo.
•
Espátula.
Métodos: Para la práctica se realizo el siguiente procedimiento:
PROCEDIMIENTO
Pesado y tarado, pesar la cantidad de la sustancia indicada.
Transferir el contenido, utilizando el frasco lavador, aforar con agua destilada.
Pesar el picnometro limpio y seco, registrar dato.
Trasladar la solución y pesar .
Determinar la masa contenida en el picnómetro, la densidad de la solución y completar la tabla .
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CALCULOS Y RESULTADOS
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Tabla Nº1: Datos y resultados Preparación soluciones Soluto utilizado Gramos de soluto Volumen de la solución a preparar en mls Peso molecular del soluto utilizado g/mol Peso del picnómetro vacío (g) Volumen del picnómetro mls Peso del picnómetro lleno con la solución (g) Masa solución contenida en el picnómetro (g) Densidad de la solución en d = g/ml Masa de los 100 mls de solución (g)
Grupo Grupo N° 1 N° 2
Grupo N° 3
NaCl
Grupo N° 4
Grupo N° 5
Grupo N° 6
KOH
Grupo N° 7
Grupo N° 8
Na2CO3
1,23
2,40
1,62
2,37
3,04
1,49
2,25
3,00
100
100
100
100
100
100
100
100
58,40
56
106
19,10
27,40
14,10
12,64
14,25
15,20
14,12
14,05
25
50
10
10
10
25
10
10
44,79
77,90
24,24
23,54
24,40
40,76
24,65
24,74
25,69
50,50
10,14
10,90
10,15
25,56
10,53
10,69
1,03
1,01
1,01
1,09
1,02
1,02
1,05
1,07
101,40
109,00
101,50
102,24
105,30
106,90
98,60
99,78
106,63
98,46
100,75
103,05
103,90
0,04
0,03
0,04
0,05
0,01
0,02
0,03
5,48
5,54
5,92
5,47
5,60
5,73
5,77
5,52
5,57
5,97
5,52
5,61
5,75
5,80
0,4
0,3
0,4
0,5
0,1
0,2
0,3
0,4
0,3
0,4
0,6
0,1
0,2
0,3
102,76 101,00
Masa del solvente (g) 101,53 Moles del soluto en la 0,02 solución Moles de solvente en 5,64 la solución. Moles totales de 5,66 solución Molaridad de la 0,2 solución Molalidad de la 0,2 solución. % P/P
1,20
2,38
1,60
2,17
3,00
1,46
2,14
2,81
%P/V
1,23
2,40
1,62
2,37
3,04
1,49
2,25
3,00
12300
24030
16200
23700
30440
14910
22500
30000
0,0035 0,0072
0,0054
0,0067
0,009
0,0018
0,0035
0,0052
Ppm = mg/L Fracción molar del soluto
Cálculos en la tabla del grupo No. 4. Masa solución contenida en el picnómetro (g)
23,54 gr - 12,64 gr
= 10,90 gr
10,90 gr Densidad de la solución en d = g/ml =
= 1,09 10 ml
1,09 gr
Informe de laboratorio QUIMICA ANALITICA s/n 100 ml s/n
Masa de los 100 mls de solución (g) =
= 109 gr s/n 1 ml s/n
Masa del solvente (g) =
109 gr - 2,37 gr
= 106,63 gr
1 mol sto 2,37 gr sto
Moles del soluto en la s/n =
= 0,04 56 gr sto
1 mol ste Moles de solvente en la s/n =
106,63 gr ste
= 5,92 mol ste
18 gr ste
0,04 + 5,92
Moles totales de s/n =
= 5,97
0,04 mol sto
= 0,4
Molaridad de la s/n =
0,1 L s/n
0,04 mol sto
Molalidad de la s/n =
= 0,4 0,107 kr ste
2,37 gr sto
* 100 = 2,17
% P/P 109 gr sto
2,37 sto
* 100 = 2,37
%P/V
100 ml s/n
Informe de laboratorio QUIMICA ANALITICA 2370 mg sto Ppm = mg/L
= 23700
0,1 L
0,04 mol sto Fracción molar del sto =
= 0,0067 5,97 moles s/n
ANALISIS DE RESULTADOS La balanza analítica es un instrumento de peso que juega un papel importante en el calculo de las concentraciones, ya que dependiendo del buen uso y obteniendo datos correctos del peso del soluto, se obtendrán resultados con mayor precisión y exactitud, es decir, que el margen de error es menor. Lo mismo ocurre con los instrumentos de medición volumétrico. Al observar la tabla, la densidad de los tres (03) solutos en las ocho (08) soluciones preparadas no tienen una diferencia significativa, pues esta oscila entre 1.01 – 1.09 g/ml, es decir son décimas de discrepancia. En el grupo No. 4 se obtuvo una Molaridad igual a 0.4, esto nos indica que en la solución preparada hay 0,4 moles de hidróxido de potasio (KOH) por cada litro de la solución, la molalidad fue de 0.4, es decir, que hay 0,4 moles de soluto por cada kilogramo de solvente, el %p/p fue de 2.17%, es decir, que en 100 gramos de solución hay 2.17 gramos de soluto y el %p/v fue de 2.37% lo que significa que por cada 100 ml de solución hay 2.37 gramos de soluto. Al comparar los datos de la tabla se evidencia que la solución acuosa que tiene mayor concentración de soluto fue la elaborada por el grupo No. 5, pues en esta solución utilizaron más gramos de soluto.
CONCLUSIONES
♣
Todas las disoluciones acuosas pueden ser a su vez expresadas en términos de concentraciones (relación entre soluto y solvente) con unidades respectivas, por lo que se hace necesario adquirir un conocimiento básico sobre estas.
Informe de laboratorio QUIMICA ANALITICA ♣
♣
La concentración es una propiedad que indica la cantidad de soluto disuelta en una disolución y esta a su vez posee diferentes modos de expresarse con fórmulas matemáticas: Molaridad, porcentaje masa, porcentaje en volumen, porcentaje masa en volumen, molalidad y fracción molar, entre otras. Para la preparación correcta de la solución se requiere habilidad y destreza en la manipulación del material volumétrico (Llenado hasta su punto de aforo) el pesaje adecuado de la cantidad de soluto indicado, el manejo apropiado de la balanza y conocimiento del nivel de incertidumbre en la medición evitando perdida de soluto o solución durante el proceso de preparación de la misma. BIBLIOGRAFIA
[1] Chang, Raymond; college, William, Química general, 7 ed., Colombia: Mc. Graw-hill, 2002. [2] Kenneth, Química General 3ª edición, México: McGraw-Hill, 68-69, 1992. [3] Docentes Universidad del valle, Manual de laboratorio de química general, 1 ed., Colombia: editorial universidad del valle. [4] DOUGLAS A. Skoog y DONALD M. West. Fundamentos de química
analítica. Segunda edición. Barcelona. Editorial Reverté S.A. 1992. [5] Curtis, Helena; Barnes, Biología, 5 ed., Argentina: editorial médica panamericana, 1997.
ANEXOS
Cuestionario. ¿Cuál es la concentración molar, molal, y en %p/p si 20 mls de la disolución preparada por el grupo se diluye con agua a 100 mls?
Tabla No.2 resultados de la solución diluida. Gramos de soluto Gramos de solvente Gramos de solución Moles de soluto Moles de solvente Moles totales Molaridad de la solución
Resultados 0.47 20.3 100.77 0.0084 1.12 1.13 0.084
Informe de laboratorio QUIMICA ANALITICA Molalidad de la solución.
0.084
% P/P
0.46
Sol. 2,37 gr KOH
gr sto = 20 ml s/n
= 0,47 gr KOH 100 ml s/n
101,47 gr ste
gr ste = 20 ml s/n
= 20,3 gr ste H 2O 100 mls s/n
gr s/n
=
0,47 gr + ( 20,3 gr + 80 gr)
= 100.77 gr s/n
1 mol KOH
mol sto = 0,47 gr KOH
= 0,0084 mol de KOH 56 gr KOH
1 mol de H 2O
mol ste= 20,3 gr H2O
= 1,12 mol H2O 18 gr H2O
1 L s/n
L s/n = 100 mls s/n
= 0,1 L s/n 1000 ml s/n
0,0084 mol de KOH M=
= 0,084 M 0,1 L s/n
1 Kg s/n
kg s/n = 100.77 gr s/n
= 0,10Kg s/n 1000 gr s/n
0,0084 mol de KOH
m=
= 0,084 m 0,10Kg s/n
Informe de laboratorio QUIMICA ANALITICA
0,47 gr KOH
%p/p=
= 0,46% 100.77 gr s/n
