SOLUCIONES Una solución es una mezcla mezcla homogénea (es decir que posee una sola fase) de dos o más más sustancias. La sustancia disuelta se denomina soluto y esta presente generalmente generalmente en menor proporción en comparación con la sustancia donde se disuelve denominada solvente. La concentración de una solución expresa la relación de la cantidad de soluto a la cantidad de solvente o de toda la solución. Las soluciones poseen una serie de propiedades que las caracterizan:
•
1.
Su composición química es variable ya que depende de la concentración que posea.
2.
Las propiedades químicas de los componentes de una solución no se alteran porque no reaccionan entre sí.
3.
Las propiedades físicas de la solución son diferentes a las del solvente puro: la adición de un soluto a un solvente aumenta su punto de ebullición y disminuye su punto de congelación; la adición de un soluto a un solvente disminuye la presión de vapor de éste.
PRINCIPALES CLASES DE SOLUCIONES SOLUCIÓN
•
SOLVENTE
SOLUTO
EJEMPLOS
Gaseosa Liquida
Gas Liquido
Gas Liquido
Aire Alcohol en agua
Liquida
Liquido
Gas
O2 en H2O
Liquida
Liquido
Sólido
Sólida
Sólido
Sólido
Sólida
Sólido
Líquido
NaCl en H2O Aleaciones (bronce) Amalgamas
SOLUBILIDAD
La solubilidad es la cantidad de un soluto que puede disolverse en una cantidad dada de solvente a una determinada temperatura. Factores que afectan la solubilidad:
Los factores que afectan la solubilidad son: Superficie de contacto: contacto: La interacción soluto-solvente aumenta cuando hay mayor superficie de a) Superficie
contacto y el cuerpo se disuelve con más rapidez (pulverizando el soluto).
b) Agitación: Al agitar la solución se van separando las capas de disolución que se forman del soluto y nuevas moléculas del solvente continúan la disolución
c) Temperatura: Al aument6ar la temperatura se favorece el movimiento de las moléculas y hace que la energía de las partículas del sólido sea alta y puedan abandonar su superficie disolviéndose. disolviéndose.
d) Presión: Esta influye en la solubilidad de gases y es directamente directamente proporcional •
MODO DE EXPRESAR LAS CONCENTRACIONES DE UNA SOLUCION
La concentración de las soluciones es la cantidad de soluto contenido en una cantidad determinada de solvente solvente o solución. solución. Los términos términos diluidas o concentr concentrada adass expresan expresan concentra concentracione cioness relativa relativas. s. Para expresar con exactitud la concentración de las soluciones se usan sistemas como los siguientes: P o r c e n ta j e p e s o e n p e s o o m a s a e n m a s a ( % P / P o m / m ) :
por cada 100 unidades de peso de la solución.
indica el peso de soluto
Por ejemplo: una solución 12% P/P significa que posee 12 gr. de soluto cada 100 gr. de solución
88 de solvente
100 de solución
12 g de soluto
Nota: la separación de los componentes es solo con fines didácticos ya que en realidad en la solución no se pueden distinguir los componentes justamente por ser una mezcla homogénea
P o r c e n ta j e v o l u m e n e n v o l u m e n ( % V / V ) :
se refiere al volumen de soluto por cada 100
unidades de volumen de la solución.
Por ejemplo: una solución 12% V/V significa que posee 12 ml. o cm 3 de soluto cada 100 ml. o cm3 de solución 88cm3 de solvente
100cm3 de solución
12 cm3 de soluto
P o r c e n t a j e p e s o e n v o l u m e n o m a s a e n v o l u m e n ( % P / V o m / V ) : indica
el número
de gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solución.
Por ejemplo: una solución 12% P/V significa que posee 12 gr. de soluto cada 100 ml o cm 3 de solución 100ml o cm3 de solución 12 g de soluto Nota: en este caso, para conocer el volumen o el peso del soluto debemos conocer la densidad de la solución (ver más abajo)
se define como la relación entre las moles de un componente y las moles totales presentes en la solución. Fracción molar (Xi):
Xsto + Xste = 1 Es el número de moles de soluto contenido en un litro de solución. Una solución 3 molar ( 3 M ) es aquella que contiene tres moles de soluto por litro de solución. Molaridad ( M ):
1000 ml o cm3 o 1 litro de solución 3 moles de soluto
g) Normalidad:
Se trata aparte por ser un poco más complejo el concepto
NORMALIDAD = equivalentes de soluto / litro de solución h) Relación volumétrica entre 2 soluciones:
Concentración inicial x volumen inicial = concentración final x volumen final
Secretos para resolver los problemas de soluciones Las formulas son útiles pero muchas veces es mejor trabajar con regla de tres simple porque te ayuda a comprender mejor el problema ya que las formulas no siempre son claras en cuanto a las unidades.(ver problemas resueltos) 2. Siempre ayuda dibujar un recipiente para distinguir bien que termino corresponde al soluto, cual es el termino que corresponde al solvente y cual al de la solución e identificá bien cuales son datos y cuales son incógnitas 3. No olvides colocar siempre las unidades con las que estas trabajando así sabes si estas trabajando siempre con la misma (a veces los problemas son tramposos y te dan un dato en una unidad y otro en otra) 4. Muchos problemas necesitan, para poder resolverse el dato de la densidad de la solución (es el caso, por ejemplo, de aquellos que te dan como dato el % P/P o m/m y tenés que sacar el volumen de soluto) (ver problemas resueltos) 1.
EJEMPLOS RESUELTOS: A) Se disolvieron 200 g de una sal en 760 ml de agua totalizándose 800 ml de solución. Calcule su % m / m y su % m / v.
1º: Esquematizar la solución: 760 ml de solvente 800 ml de solución
200 g de soluto
2º: identificar las incógnitas: %m/m y %m/v En este problema debemos tener en cuenta que como la densidad del agua es 1g/cm 3 760 g de agua pesan 760 g. entonces toda la solución pesa soluto + solvente, es decir: 200 gr de sal + 760 gr de agua = 960 g de solución Por regla de 3: a) en 960 gr. de solución en 100 gr. de solución
en formula: 200gr. de ste. x = 20,40% m/m
% P/P o m/m =
200gr x 100 = 20,83 % P/P o m/m 960gr
b) En 800 cm3 de solución En 100cm3 de solución
200 gr de ste x= 25 % m/V %m/V o P/V= 200 gr x 100 = 25% m/V o P/V 800cm3
EJEMPLO 2: ¿Cuántos gramos de soluto se necesitan para preparar 50 ml de solución 5 % m /v?
%m/V o P/V= 5% (5 g de soluto en 100 cm3de solución) Por regla de 3: en 100cm3 de solución 3
en 50 cm de solución
50 ml de solución ? de soluto
en formula: to
5 gr. de s . x = 2,5 gr de sto 5% m/V= g de soluto x 100 50ml 50ml x 5% m/V= g de soluto 100
despejando:
EJEMPLO 3: con densidad Una solución concentrada de ácido clorhídrico (Cl H) contiene un 35,2% m/m y su densidad es de 1,175 g/ml. Calcular la concentración en %m /v
64.8 g de solvente
100 gr de solución
35,2 g de soluto
Primero debo determinar que volumen ocupa esa misma solución y se que por densidad 1 gr. de solución ocupa 1,175 cm3 o ml. Entonces 100 gr de la solución ocuparan: 1 gr. de solución 1,175 cm3 100 gr x= 117,5 cm3 100 gr de solución ocupan 117,5 cm 3 y como es 35,2% m/m en esos 117,5 cm3 habrán 35,2 gr de soluto entonces: 117,5 cm3 35,2 gr 100cm3 x= 29.95% m/V En formulas: %m/V=
masa de sto x 100 Volumen de solución
= 35,2gr x 100 = 29.95% m/V 117.5
PROBLEMAS CON MOLARIDAD: En este caso tenes que tener en cuenta que ya no trabajas con gramos de soluto sino con moles de soluto y en vez de trabajar en 100 ml lo haces con 1 litro que es lo mismo que 1000 ml EJEMPLO: Determina la molaridad de una disolución formada al disolver 12 g de hidróxido de calcio (Ca(OH) 2), en 200 g de agua, H2O, si la densidad de esta disolución es 1,05 g/cm3.
Resolución: Acá lo primero que tenés que hacer es calcular el peso molecular de la sustancia que representa el soluto (en este caso el hidróxido de calcio) y si no te da la formula el problema la tenés que
determinar vos. (Por lo tanto tendrás que tener consolidados los temas anteriores de formación de compuestos y estequiometría asíque repasalos!!!! Entonces: PM del Ca (OH)2= 40 + ((16+1) x 2)= 40 +34= 84 200g de ste. 212g de sol.
12g de sto.
Como necesitas averiguar la molaridad debes pasar el dato del soluto de gr a moles y el dato de la solución de gr. a litros (para lo que usas la densidad). Entonces: 84 gr. de sto. 1 mol 12 gr. de sto. X= 0,14 moles Ahora: Densidad= masa / volumen => volumen= masa/densidad Volumen de la solución= 212g de sol / 1,05 g/cm 3 Volumen de la solución: 201,9 cm3 Tomando los dos datos: En 201,9 cm3 de solución En 1000 cm3 de solución
0,14 moles x = 0,69 moles => 0,69 M (molar)
Con la formula: M= 0,14 moles de soluto = 0,69 M 0,2019 l de solución 201,9 ml. a litros= 201,9 / 1000= 0,2019
Normalidad
Una unidad de concentración que requiere de un tratamiento más profundo debido a su dificultad es la Normalidad, la que se denota por la letra N y se define como él numero de equivalentes de soluto por litro de solución
Normalidad = equivalentes de soluto / litros de solución La normalidad es una unidad de concentración que depende de la reacción en la que participará la solución y requiere de algunas definiciones:
Número de equivalentes: Equivalente de un ácido: Es la cantidad de moles de H+ proporcionado por un mol de ácido cuando se disuelve en agua. Ejemplos: 1HCl H2O 1H2SO4 H2O 1H3PO4 H2O 1HNO3 H2O
1 H+ + Cl1 eq + -2 2 H + SO4 2 eq 3 H+ + PO4 -3 3 eq 1 H+ + NO3- 1 eq
HCl agua H+ + Cl-
1 mol HCl = 36.5 g = 1 eq H2SO4 en agua 2H+ + (SO4)-2
1 mol H2SO4 = 98 g = 2 eq H3PO4 en agua 3 H+ + (PO4)-3
1 mol H3PO4 = 98 g = 3 eq • Equivalente de una Base: Es la cantidad de moles de OH– proporcionados por un mol de base cuando se disuelve en agua. 1 mol NaOH = 1 eq 1 mol Ca(OH)2 = 2 eq 1 mol Al(OH)3 = 3 eq
• Equivalente de una Sal: Es la cantidad de moles de cargas positivas proporcionada por un mol de sal al disolverse en agua. 1 mol NaCl = 1 eq 1 mol BaCl2 = 2 eq 1 mol Al2(CO3)3 = 6 eq 1 mol KHCO3 = 1 eq
¿Lo vemos con un ejemplo mejor…?: ¿Cuál es la normalidad del H3PO4 cuya etiqueta dice 35% m/m y densidad 1.38 g/ml? N=? H3PO4= 35% m/m, esto significa que por cada 100g de solución tenemos 35 g de ácido fosfórico y 65 g de agua; δ =1.38 g/ml que significa que cada ml pesa 1.38 g. De acuerdo con la fórmula para calcular la Normalidad:
Normalidad = equivalentes de soluto / litros de solución Si en 98 gr de soluto hay 3 eq. en 35 gr (35% m/m) habran: 35 x 3 /98 = 1,07eq. Por otro lado el volumen que ocupa la solución lo hayás por medio de la densidad: Si 1,38 g ocupan 1ml entonce 100 g (35%m/m es 35g de soluto en 100g de solución) ocuparan 100 x 1 / 1,38= 72,46 ml que los debo pasar a litro (lo dividís por 1000) 0,07246 litros Entonces la N= 1,07 / 0,07246 R = 14.77 N
Comprendido???
