TRABAJO PRÁCTICO DE QUÍMICA TEMA: Soluciones PROFESOR: Claudio Sánce!
A"UM#OS: A$us%ina Acos%a&Ca'la Al(a'e!&A)elen As%u%%i&"ou'des *i!!oni
FEC+A DE E#TRE,A: -./0./1 INTRODUCCIÓN Las soluciones soluciones en en química química,, son mezclas homogéne homogéneas as de sustanc sustancias ias en iguales iguales o distintos estados de agregación. La concentración de una solución constituye una de sus principales características. Bastantes propiedades de las soluciones dependen exclusivamente de la concentración. Su estudio resulta de interés tanto para la física física como como para la química. lgunos e!emplos de soluciones soluciones son" agua agua salada, salada, oxígeno y nitró nitrógen geno o del del aire aire,, el gas car# car#ón ónic ico o en los los refr refres esco cos s y toda todas s las las prop propie ieda dade des" s" densidad densidad,, punt punto o de fusión fusión y y e#ullición dependen de las cantidades que pongamos de las diferentes sustancias. La sustancia presente en mayor cantidad suele reci#ir el nom#re de solvente, y a la de menor cantidad se le llama soluto y es la sustancia disuelta. $l soluto puede ser un gas, un líquido o un sólido, y el solvente puede ser tam#ién un gas, un líquido o un sólido. $l agua con agua con gas es un e!emplo de un gas %dióxido de car#ono car#ono&& disuelto en un líquido %agua&. Las mezclas de gases gases,, son soluciones. Las soluciones verdaderas se diferencian de las soluciones coloidales y de las suspensiones en que las partículas del soluto son de tama'o molecular, y se encuentran dispersas entre las moléculas del solvente. $ste tra#a!o tra#a!o cuenta cuenta con una introducción introducción general general del tema y de lo #(sico que se de#e sa#er para poder interiorizarse interiorizarse en el tema de las soluciones, este ha#la de lo
que son las soluciones, de lo que es un disolvente y un soluto, tam#ién explica lo que hace diferente a una solución coloide o de las suspensiones. $ste tra#a!o cuenta con varios temas los cuales son solu#ilidad, propiedades físicas de las soluciones, concentración de una solución, soluciones sólidas, líquidas y gaseosas, efecto de la temperatura y presión en la solu#ilidad de sólidos y gases.
SOLUCIONES QUÍMICAS Soluciones )na solución es una mezcla de dos o m(s componentes, es un sistema perfectamente homogéneo ya que cada componente se mezcla íntimamente con el otro, de modo tal que pierden sus características individuales. $sto *ltimo significa que los constituyentes son indistingui#les y el con!unto se presenta en una sola fase %sólida, líquida o gas& #ien definida, pero que es fracciona#le. Las mezclas heterogéneas, en cam#io, son aquellas en las cuales sus componentes se pueden distinguir perfectamente conservando su identidad química. $l soluto se encuentra en menor proporción y el solventen en mayor proporción.
La masa total de la solución es la suma de la masa del soluto m(s la masa del solvente. Las soluciones químicas pueden tener cualquier estado físico. Las m(s comunes son las líquidas, en donde el soluto es un sólido agregado al solvente líquido, generalmente agua. +am#ién hay soluciones gaseosas, o de gases en líquidos, como el oxígeno en agua. Las aleaciones son un e!emplo de soluciones de sólidos en sólidos. La capacidad que tiene un soluto de disolverse en un solvente depende mucho de la temperatura y de las propiedades químicas de am#os. or e!emplo, los solventes polares como el agua y el alcohol, est(n preparados para disolver a solutos iónicos como la mayoría de los compuestos inorg(nicos, sales, óxidos, hidróxidos. ero no disolver(n a sustancias como el aceite. ero este si podr( disolverse en otros solventes como los solventes org(nicos no polares. Solventes" )n disolvente, tam#ién llamado solvente, es cualquier sustancia que tiene la capacidad de disolver a otra sustancia %soluto&. Los disolventes se suelen caracterizar por sus propiedades físicas, las cu(les determinan el tipo de solutos que son capaces de disolver. Solventes polares" Son sustancias en cuyas moléculas la distri#ución de la nu#e electrónica es asimétrica- por lo tanto, la molécula presenta un polo positivo y otro negativo separados por una cierta distancia. ay un dipolo permanente. $l e!emplo cl(sico de solvente polar es el agua.
Solventes apolares" $n general son sustancias de tipo org(nico y en cuyas moléculas la distri#ución de la nu#e electrónica es simétrica- por lo tanto, estas sustancias carecen de polo positivo y negativo en sus moléculas. /o pueden considerarse dipolos permanentes. $sto no implica que algunos de sus enlaces sean polares. +odo depender( de la geometría de sus moléculas. Si los momentos dipolares individuales de sus enlaces est(n compensados, la molécula ser(, en con!unto, apolar. lgunos solventes de este tipo son" el dietiléter, cloroformo, #enceno, cetonas, hexano, ciclohexano.
Coloides $n física y química un coloide es un sistema fisicoquímico formado por dos o m(s
fases, principalmente" una continua, normalmente fluida y otra dispersa en forma de partículas- por lo general solidas. La fase dispersa es la que se halla en menor proporción. /ormalmente la fase continua es un liquido, pero pueden encontrarse coloides cuyos componentes se encuentran en otros estados de agregación. )na de las principales propiedades de los coloides" su tendencia espontanea a agregar o formar co(gulos, las partículas no son visi#les directamente, si a nivel microscópico %entre 0 nm y 0 um&. l reposar las fases de una solucion se separan, mientras que las de un coloide no lo hacen. La suspensión no es filtra#le.
Suspensiones: Las suspensiones son mezclas heterogéneas formadas por un sólido en polvo o peque'as partículas no solu#les %fase dispersa& que se dispersan en un medio líquido %fase dispersante&. 1uando uno de los componentes es agua y los otros son sólidos suspendidos en la mezcla, son conocidas como suspensiones mec(nicas. Las partículas en las suspensiones son visi#les a nivel macroscópico %mayores a 0 um&. l reposar las fases de una suspensión se separan y es filtra#le.
Propiedades de las soluciones:
Solu#le" 2ndica que un soluto determinado puede disolverse en un solvente determinado, sin indicar la cantidad que se puede disolver.
Solu#ilidad" La solu#ilidad es un término que relaciona a las partes de una solución, y se refiere a la capacidad que tiene una sustancia %soluto& para disolverse en otra %solvente&. $l grado de solu#ilidad mide la capacidad de un soluto para disolverse en un solvente. $xisten solutos que se disuelven muy #ien en el agua %sal de mesa, az*car, etc.&, por lo que su solu#ilidad es alta- sin em#argo, sucede lo contrario con otros, que casi no se disuelven en agua %soda&, siendo su solu#ilidad #a!a. )n soluto se disuelve mucho me!or cuando" 3 La temperatura aumenta.
3 La cantidad de soluto a disolver es adecuada. 3 $l tama'o de las partículas es fino.
)n mismo soluto muestra varios grados de solu#ilidad, seg*n sea el tipo de solvente, temperatura y presión. $n la mayor parte de los casos, la solu#ilidad aumenta al aumentar la temperatura, y en otros, muy pocos, la solu#ilidad disminuye al aumentar la temperatura- tam#ién la solu#ilidad aumenta o disminuye seg*n sea la clase de soluto, por e!emplo, la sal de cocina, el az*car y el vinagre son muy solu#les en agua, pero no así el #icar#onato de sodio.
2nsolu#le" 2ndica que un soluto determinado no puede disolverse en un determinado solvente.
unto de fusión" +emperatura a la cual se encuentra el equili#rio de fases sólido3líquido, es decir la materia pasa de estado sólido a estado líquido, se funde. 1a#e destacar que el cam#io de fase ocurre a temperatura constante. $l punto de fusión es una propiedad intensiva, lo que significa que no depende de la cantidad de materia, al contrario de las propiedades extensivas que si depende de la cantidad de materia. unto de e#ullición" +emperatura en la cual la presión de vapor del líquido iguala a la presión de vapor del medio en el que se encuentra. 1oloquialmente, se dice que es la temperatura a la cual la metería cam#ia del estado líquido al estado gaseoso. 4ensidad" $s la medida del grado de compactación de un material- de cu(nto material se encuentra comprimido en un espacio determinado, es la cantidad de masa por unidad de volumen. Su fórmula es 45m6v.
La densidad del agua, por e!emplo, es de 0 gr6cm 7. $sto significa que si tomamos un cu#o de 0 cm de lado y lo llenamos de agua, el agua contenida en ese cu#o tendr( una masa de un gramo. Los cuerpos sólidos suelen tener mayor densidad que los líquidos y éstos tienen mayor densidad que los gases. Lo anterior est( dado por el hecho de que en un gas las partículas que lo componen est(n menos cohesionadas, en términos vulgares esto significa que est(n m(s separados. $n los líquidos hay mayor cohesión y en los sólidos la cohesión es mayor a*n.
Tipos de soluciones: Clasiicaci!n se"#n su es$ado de a"re"aci!n: Soluciones sólidas" Sólido en sólido" aleaciones como zinc en esta'o. 8as en sólido" hidrógeno en paladio. Líquido en sólido" mercurio en plata. Soluciones líquidas" Líquido en líquido" alcohol en agua. Sólido en líquido" sal en agua. 8as en líquido" oxigeno en agua. Soluciones 8aseosas" 8as en gas" oxígeno en nitrógeno. 8as en líquido" gaseosas, cervezas. 8as en sólido" hidrógeno a#sor#ido so#re superficies de /i, d, t, etc.
Las soluciones se pueden clasificar de dos maneras" Seg*n el tama'o o di(metro de las partículas del soluto %suspensiones, soluciones coloidales y soluciones verdaderas& y seg*n la cantidad de soluto presente en la
solución %concentración&. La concentración es la relación que existe entre la cantidad de soluto y la cantidad de solución o de solvente.
Las soluciones varían entre sí por su concentración, y una misma clase de solución puede presentar diferentes tipos de concentraciones- por e!emplo, si se tienen tres vasos llenos de agua y al primero se le agrega una cucharada de az*car, al segundo tres cucharadas y al *ltimo seis, entonces se est( ante una misma clase de solución %agua azucarada& y tres diferentes tipos de concentración. $n #ase a la cantidad de soluto presente en las soluciones, estas se clasifican en"
a. Solución diluida o insaturada" es aquella en la que existe mucho menos soluto y mucho m(s solvente.
#. Solución saturada" es aquella que contiene la m(xima cantidad de soluto que el solvente puede diluir o deshacer, por lo tanto, cualquier cantidad de soluto que se a'ada no se disolver(- la solución sigue teniendo menos soluto y m(s solvente.
c. Solución so#re3saturada" las cantidades extras de soluto agregadas a la solución saturada ya no se disuelven, por lo que se dirigen hacia el fondo del recipiente %precipitado&. ay exceso de soluto, pero siempre hay m(s solvente.
d. Solución concentrada" es aquella cuya cantidad de soluto es mayor que la del solvente.
La concentración se puede expresar de muchas formas, una de ellas se refiere a los
porcenta!es"
Porcen$a%e peso en peso& '(P)P*" $s la cantidad en gramos de soluto por cada 099 gramos de solución. $!." )na solución 0:; 6 tiene 0: gramos de soluto en 099 gramos de solución. 1omo formula, podemos expresar esta relación así" ;6 5 x 099
$!" 1alcula el ; p6p de una solución que tiene < gramos de soluto en =9 gramos de solución. ,?
Porcen$a%e peso en +olu,en '(P)+*" $s la cantidad en gramos de soluto por cada 099 ml de solución. quí como se o#serva se com#ina el volumen y la masa. $!." )na solución que es =; p6v tiene = gramos de soluto en 099 ml de solución. @órmula" ; p6v 5 x 099 $!" 1uantos gramos de soluto tendr(n 0:99 ml de solución cuya concentración es de <; p6v. 09g sto A 009g solc 5 0:9 g solc. 09g 6 0:9g solc x 0995 =,77
Porcen$a%e +olu,en en +olu,en '(+)+*" $s la cantidad de mililitros o centímetros c*#icos que hay en 099 mililitros o centímetros c*#icos de solución. $!." )na solución 0<; v6v tiene 0< ml de soluto por 099 ml de solución.
@órmula" ; v6v 5 x 099
$!" 1u(l ser( el ; v6v en una solución que se preparó con ml de soluto y 0=9 ml de solvente. ; v6v5 C ml sto 0=9 ml slte ml sto A 0=9 ml slte 5 0= ml solc 0= mlDDDDD mol sto 099mlDDDDDx5 E,>< mol F tam#ién" mol sto 6 0= mol solc x 099 5 E,>< ; v6v
Molaridad" $s la cantidad de moles de soluto por cada litro de solución. 1omo fórmula" G 5 n6H G" Golaridad. /" /*mero de moles de soluto. H" Holumen de solución expresado en litros.
$!" 1alcula la G de una solución que tiene = grs. de hidróxido de sodio %/aF& en <=9 ml de solución. /a" :7 A F" 0< A " 0 5 E9gDDDD0 mol =gDDDDx59,: mol sto 0999mlDDD0lt <=9mlDDDI59,<=lt 9,:mol 6 9,<=lt 5 9,: G
Nor,alidad " $s la cantidad de equivalentes químicos de soluto por cada litro de solución. 1omo fórmula" / 5 n eq6H /" /ormalidad. / eq. " /*mero de equivalentes del soluto. H" Holumen de la solución en litros.
E-ui+alen$e .ra,o 'e-*: es la cantidad de sustancia capaz de reaccionar con, o de desalo!ar a 0 mol de (tomos de hidrogeno, o medio mol de (tomos de oxigeno. ara poder calcular el equivalente gramo de una sustancia de#e conocerse la reacción en la cual participa, pues un mismo reactivo puede actuar con diferentes equivalentes, dependiendo de la reacción en consideración. Se calcula el equivalente gramo dividiendo la cantidad que corresponde a un mol por su valencia funcional %con la que act*a en la reacción&. @órmula" $J 5 %masa atómica& 6 Halencia $!emplo" equivalente gramo del aluminio %5:>u.m.a, Halencia 57& $J 5 :>67 $J 5
E-ui+alen$e "ra,o de un Acido: es igual al cociente de la masa molecular por el n*mero de hidrógenos que existe en la molécula.
@órmula" $J gramo 5 .G. 6 /o de $!emplo" $J del 7BF7 cido Bórico %50, B500, F50<& 7
0x 7 5 7
B
00x0 5 00
F7 0
. G. 5 <: u.m.a. $J 5 <:67 5 :9,<
E-ui+alen$e "ra,o de un /idr!0ido o 1ase" es igual al cociente del peso molecular por el n*mero de oxidrilos %F& que existen en la molécula. @órmula" $J gramo 5 .G. 6 /o de F $!emplo" $J del Gg %F&: idróxido de Gagnesio %50, Gg5:E, F50<& Gg
:Ex0 5 :E
:
0x: 5 :
F:
0
. G. 5 ?= u.m.a. $J 5 ?=6:
5
:
E-ui+alen$e "ra,o de una sal: es igual al cociente del peso molecular por el n*mero de valencia total del anión o catión. @órmula" $J gramo5 .G. 6 H+ del anión o catión $!emplo" $J del 1uSF E Sulfato de 1o#re %1u5<7, S57:, F50<& 1u
<7x0 5 <7
S
7:x0 5 7:
FE
0
. G. 5 0? u.m.a. $J 50?6: 5 >.?
Ej: ¿Cuánta agua debe adicionarse a 85 ml de H3PO4 1N ara obtener una soluci!n "#$5 N%
&i 'acemos re(erencia a una soluci!n 1N de H3PO4# sabemos )ue 'abrá 1 e)ui*alente en 1 litro de soluci!n# or lo tanto: 1""" ml H3PO4
++++++ 1 e)
85 ml H3PO4 +++++++ ,- "."85 e) &i )ueremos trans(ormar la concentraci!n de esa soluci!n a "#$5 N ".$5 e)ui*alentes +++++ 1""" ml soluci!n "."85 e)
++++++ ,- 13" ml
/a soluci!n tendrá un *olumen de 13" ml# la soluci!n inicial ten0a 85 ml# or lo tanto la cantidad de agua )ue debemos agregar será: 13"ml+85ml- 45#8 ml
Molalidad" $s la cantidad de moles de soluto por cada 0999 gramos de solvente. $n fórmula" m 5 n6Kg solvente m 5 Golalidad. /" /*mero de moles de soluto por g 5 0999 gramos de solvente o 0 Kg de solvente.
1alcula la Golalidad de una solución que se prepara con 0< gramos de idróxido de otasio %F& y 0<99 gramos de agua. La fórmula es" m 5 Goles %st9& 6 g svte +enemos que transformar los 0< grs. del soluto a moles. n 5 %0< grs& 6 %?< grs 6 mol& n 5 9.:=< moles.
$sta cantidad de moles est( presente en 0<99 gramos de agua. or lo tanto en 0 Kg de agua ha#r(. m 5 %9,:=< moles& 6 %0,< g& 9,0> m %molal&.
2racci!n Molar: 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.
$!ercicios" Se agregan 7 gramos de sal en una cacerola con E litros de agua Mcu(l es la concentración de salC, o dicho de otra forma Mcu(l es la concentración de la soluciónC 1alcular la fracción molar de solvente y de soluto" Necordemos que la fracción molar expresa la concentración de una solución en Goles de Soluto o de Solvente por Goles +otales de la Solución. Solvente" agua % :F& Soluto" sal %/a1l& 4atos que conocemos" 7 gramos de soluto y E.999 cm 7 %E litros& de solvente.
1on estos datos de#emos resolver el significativos" moles de solvente, moles solvente y fracción molar de soluto.
pro#lema, calculando de soluto, fracción
E valores molar de
ara el agua, se conoce su masa molar 5 G% :F& 5 0= g6mol %0 mol de :F contiene 0= g, formados por : g de y 0< g de F&. veriguar cu(ntos moles de solvente :F& tenemos"
ara la sal %/a1l& su masa molar 5 G%/a1l& 5 ?=,? g6mol %0 mol de sal equivale a ?=,? g, formados por :7 g de /a y 7?,? g de 1l& veriguar cu(ntos moles de soluto tenemos"
hora que conocemos la cantidad de moles de solvente y la cantidad de moles de soluto, podemos calcular las fracciones molares de solvente y de soluto" @racción molar del solvente 5 I solvente
@racción molar del solvente %agua& 5 9,>> @racción molar del soluto5 I soluto
@racción molar del soluto5 9,999:7 ero sa#emos que" $ntonces" 9,>> A 9,999:7 5 0
E%ercicios:
0& 1alcula el ; p6p de una solución que tiene < gramos de soluto en =9 gramos de solución. :& 1alcula el ;p6p de una solución que tiene 09 grs. de soluto y 009 grs. de solvente. 7& 1alcula la masa de soluto que tendría una solución de ::9 grs. que es E; p6p. E& 1uantos grs. de soluto y solvente tendr(n 7:9 grs. de solución cuya concentración es ? ; p6p. ?& 1uantos gramos de soluto tendr(n 0:99 ml de solución cuya concentración es de <; p6v. <& Jue volumen tendr( una solución al ?; p6v que contiene =9 grs. disoluto. >& 1u(l ser( el ; v6v en una solución que se preparó con ml de soluto y 0=9 ml de solvente. =& 1u(les son los vol*menes del soluto y solvente de una solución de :999 ml al 0< ; v6v. & 1alcula la G de una solución que tiene = grs. de hidróxido de sodio %/aF& en <=9 ml de solución. Seg*n la fórmula de Golaridad. G5n6H 09& 1uantos moles de (cido clorhídrico %1l& ser(n necesarios para hacer una solución 0,EG que tenga un volumen de 7.< lts. G5n6H 00& Jue volumen tendr( una solución que es : G y contiene 0= grs. de hidróxido de potasio. %F&. 0:& 1omo prepararía : lts. 4e una solución 9,? G de hidróxido de sodio %/aF& a partir de otra, tam#ién de hidróxido de sodio, cuya concentración es 0.= G. 07& 1alcula la G de una solución de (cido sulf*rico % :SFE& de densidad 0.=: gr6ml y de E; de pureza.
0E& Se dispone de un (cido nítrico comercial del <,>7; en peso y 0,? gr6ml densidad M1u(ntos ml de (cido concentrado ser(n necesarios para preparar 9,: litros de disolución 0,? molar de dicho (cidoC 0?& 1u(l ser( la /ormalidad de una solución de (cido clorhídrico que tiene < grs. de este en 0:99 ml de volumen. partir de la fórmula" / 5 /O de equivalentes de soluto 6 H %scion en lts& 0<& un recipiente que contiene :99 mL de solución acuosa 9.: G de :SFE se le agregan 09 mL de :SFE puro %densidad50.=7 g6mL&. Suponiendo vol*menes aditivos, calcular para la solución resultante la normalidad. 0>& Jue volumen tendr( una solución :.< / de hidróxido de calcio %1a %F& :& si la cantidad de soluto usada fue de E moles. 0=& 1alcula la /ormalidad de" )na solución E G de /aF. )na solución < G de Gg %F& : )na solución 9.? G de :SFE )na solución 9.= G de /F 7 0&1alcula la Golalidad de una solución que se prepara con 0< gramos de idróxido de otasio %F& y 0<99 gramos de agua. :9& 1uantos gramos de soluto ha#r( en una solución :.= m de Li %F&, que se hizo con ?99 ml de agua. :0& 1alcula la masa de agua que se utilizó para preparar una solución :,: m si se utilizó 0: gramos de soluto %/aF&.. ::& 1alcula la G y / de una solución que se preparó con := gramos de Gg %F& : al =: ; de pureza en un volumen final de 0<99 ml. :7& M1u(l ser( la molaridad de una solución que contiene
:E& 1alcula el ; v6v de una solución que tiene un volumen de 0E99 ml y =9 ml de agua %solvente&. :?& Jue masa de gF se necesitara para preparar 7 litros de una solución 9,E G en este soluto. :<& Jue densidad tendr( una solución de 0?99 centímetros c*#icos y 0, Kg. :>& 1u(l ser( el volumen de una solución que tiene :9 gramos de soluto y una concentración de <; p6v :=& Jue masa de solvente se necesitar( para hacer :<9 grs. de una solución al E; p6p. :& 1alcula la /ormalidad de" /F: %:G& P F %9.EG& P :SF7 %7G& P l %F&7%0G& P /a7FE %9. ; de pureza a cierta cantidad de agua o#teniendo un volumen final de E:99 ml. 7E& 4isponemos de una disolución acuosa de (cido clorhídrico al :9 ; en masa cuya densidad es de 09?< g6m7. 1alcula la molaridad, la molalidad y las fracciones molares del soluto y el disolvente.
7?& M1u(ntos gramos de /F 7 se encuentran en :99 mL de una disolución :,? GC
