DISOLUCIONES Y CÀLCULO DE CONCENTRACIONES MSc. Marilú Cerda Lira
DISOLUCIONES Y CÀLCULO DE CONCENTRACIONES Introducción Definición Métodos de separación de las soluciones Principales clases de soluciones Clasificación Modos de expresar las concentraciones de las soluciones
DISOLUCIONES Y CÀLCULO DE CONCENTRACIONES Introducción Definición Métodos de separación de las soluciones Principales clases de soluciones Clasificación Modos de expresar las concentraciones de las soluciones
objetivos Conocer los aspectos generales de las soluciones. Establecer relaciones de las soluciones con la vida cotidiana. de la clasificación de las Apropiarse soluciones. ejercicios de las diferentes Realizar formas de expresar las soluciones.
INTRODUCCIÓN Una solución es una mezcla homogénea de dos o mas sustancias. La sustancia disuelta se denomina soluto y esta presente generalmente en pequeña cantidad 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 can anttid idad ad de so solv lven entte.
Características de las soluciones Su composición química es variable. Las propiedades químicas de los componentes de una solución no se alteran. propiedades físicas de la solución son Las 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
DISOLVENTE
SOLUTO
EJEMPLOS
Gaseosa
Gas
Gas
Aire
Liquida
Liquido
Liquido
Alcohol en agua
Liquida
Liquido
Gas
O2 en H2O
Liquida
Liquido
Sólido
NaCl en H2O
Clasificación de las soluciones según su concentración
Solución Insaturada: “Es aquella en
que la cantidad de soluto disuelto es inferior a la que indica su solubilidad” esta solución se reconoce experimentalmente agregándole una pequeña cantidad de soluto y esta se disolverá.
Solución Saturada: “Es aquella en que la cantidad de soluto disuelto es igual a la que indica su solubilidad”. Este tipo de solución se reconoce experimentalmente agregando una cantidad de soluto lográndose una solución estable.
Solución Sobresaturada: “Es aquella
en que la cantidad de soluto disuelto es mayor a la que indica su solubilidad”. Este tipo de solución se reconoce experimentalmente por su gran “inestabilidad” ya que al agitarla o al agregar un pequeño cristal de soluto se provoca la cristalización del exceso de soluto disuelto.
De acuerdo a la conductividad eléctrica:
ELECTROLITICAS: Se llaman también soluciones
iónicas y presentan una apreciable conductividad eléctrica. Ejemplo: soluciones acuosas de ácidos y bases, sales. ELECTROLITICAS: Su conductividad es NO prácticamente nula; no forma iones y el soluto se disgrega hasta el estado molecular. por ejemplo: soluciones de azúcar, alcohol y glicerina.
La concentración de las soluciones es la cantidad de soluto contenido en una cantidad determinada de solvente o solución. Los términos diluida o concentrada expresan concentraciones relativas. Para expresar con exactitud la concentración de las soluciones se usan sistemas como los siguientes:
MODO DE EXPRESAR LAS CONCENTRACIONES 1.CONCENTRACIÒN PORCENTUAL: 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.
Ejemplos:
Calcule el porcentaje de cloruro de sodio si se disuelven 19 g de esta sal en suficiente cantidad de agua para hacer 175 ml de solución. C% P/V= 19 g/175 ml solución X 100= 10.85%
¿Cuántos gramos de yoduro de sodio se necesitan para preparar 60 g de solución de yoduro de sodio al 15 %? Solución 15 % = 15 g NaI ------- 100 g sol. X------- ----- 60 g sol.
X = 9 g NaI
¿Cuántos ml de ácido clorhídrico se necesitan para preparar 200 ml de una solución de ácido clorhídrico al 5%?
5 % = 5 ml HCl -------------------100 ml sol. X ------------------------ 200 ml sol.
X= 10 ml HCl
2. Molaridad ( M ): 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.
1 MOL es igual al peso molecular de una sustancia expresada en gramos.
Ejemplo 1.
Calcule la molaridad de una solución que contiene 32g de cloruro de sodio en 0.75L de solución. Solución: Primero se debe encontrar el peso molecular del NaCl 1 Mol de NaCl es 58 g
Segundo se plantea la relación Moles Soluto = gramos soluto / masa molar soluto 1Mol ------------ 58 g XM ------------ 32 g
Moles NaCl = 32g NaCl / 58g NaCl = 0.55 mol NaCl Tercero se sustituye el dato encontrado en la fórmula M = mol soluto / L solución:
CM NaCl = 0.55 mol NaCl / 0.75 L solución = 0.73 M La concentración molar de la solución de cloruro de sodio es 0.73 M.
Se puede usar directamente la siguiente ecuación: M= g de soluto/PM soluto x Litro de disolución
Sustituyendo los datos que nos dan:
M= 32g /58 g x 0.75 L= 0.73 M
EJEMPLO 2. Calcule la molaridad de un suero glucosado al 5%. Recuerde que la glucosa al 5% significa 5 g de glucosa/100 ml. Para calcular los moles de glucosa en esos 5 g, y sabiendo que PM de la glucosa (C6H12 O 6 )= 180 g, realizamos una regla de tres: Paso a Paso…
1 mol -------------------- 180 g x moles ------------------ 5 g ò se aplica la fórmula:
moles = g / PM Encontramos que X moles = 5 g/180g = 0,027M, o sea que, para calcular el número de moles, se divide la cantidad de sustancia en cuestión entre el peso molecular de la glucosa expresado en gramos.
La molaridad del suero glucosado al 5%, que contiene 0.027 moles de glucosa en 100 ml (0, 1L), se calcula CM : moles / litro = 0,027M De forma directa, recuerda que toda disolución porcentual es en 0.027M/ 0, 1 litros= 0,27M 100 ml equivale a o,1 L M= 5 g/180g x 0.1 L= O,27 M El resultado se puede expresar también en milimoles por litro, que denominamos milimolaridad (mM), se calcula de manera general
mM = M x 1 000 y en el ejemplo anterior sería
mM = M x 1 000 = 0,27 x 1000 = 270 (mM/L)
La concentración normal o normalidad (N), se define como el número de equivalentes de soluto por litro de solución: N = # equivalentes de soluto/ litros de solución # equivalentes = g de soluto Peq
Peq = PM/ n n: número de hidrógenos o hidroxilos
Es decir:
N: Normalidad, Nº de equivalentes de un ácido o de una base por cada 1 litro de solución.
Equivalente: Peso molecular de la sustancia dividido entre el número moles de H+ que libera en el caso de los ácidos, o entre el número de moles de – OH que libera en el caso de las bases. Para encontrar la Normalidad se puede utilizar la siguiente ecuaciòn:
N= g de soluto x valencia/PM soluto x Litro de soluciòn
Ácidos
HCl H2SO4
Bases
Eq-g HCl=36 g/1=36 g Eq-g H2SO4 = 98g/2=49
1Eq-g HCl=36 g 1Eq-g H2SO4=49g
NaOH Eq-g NaOH= 40g/1=40g 1Eq-g NaOH =40g Al (OH)3 Eq-G Al (Oh)3=78g/3=26g 1Eq-g Al (OH)3=26g
Sales
K2SO4
Al2(SO4)3 Eq-g Al2(SO4)3=342g/6=57g 1Eq-g Al2(SO4)3 =57g
Eq-g K2SO4 =174g/2=87g
1Eq-g K2SO4 =87g
Ejercicio: ¿Cuál es la concentración Normal de una solución que se preparó con 12.5 g de HCl y se aforó hasta completar 2 litros de solución. PM del HCl = 36 g
N = 12.5 g / (36/1) 2 litros N = 0.17 , se dice que es una "solución 0.17 Normal ". N= 12.5 x 1/36 g x 2 L= 0,17 N
2 H+ + SO4-2 ( el ácido se disocia en 2 H+)
H2SO4
* ¿Cuál es la Normalidad de una solución que se preparó con 5 g de H2SO4 y se aforó a 500 ml de solución ? . Donde n = 2 (es el número de H +)
N = 5 g / (98/2) 0.5 litros
N= 5 g x 2/98 x 0,5 L= 0,204 N
N = 0.204 , se dice que es una "solución 0.204 Normal ".
¿Cuál es la normalidad de una disolución de HCl que contiene 0.35 Eq-g en 600mL de dicha disolución ?
Datos:
N=? HCl
E=0.35 Eq-g V=600Ml = 0.6 L
Solución: N=E g/V =0.35Eq-g HCl/0.6L=0.58 Eq-g HCl/L =
0.58N
Ejemplo: Calcule la concentración normal de una solución que contiene 3.75 moles de ácido sulfúrico por litro de solución.
Como cada mol de ácido sulfúrico es capaz de donar dos moles de protones o iones hidrógeno, un mol de ácido es igual a 2 equivalentes de soluto. Puesto que hay 3.75 moles de soluto en la solución, hay 3.72 x 2 ó 7.50 equivalentes de soluto. Como el volumen de solución es de 1 L, la normalidad de la solución es 7.50 N.
4. Equivalentes
La unidad utilizada para describir la concentración de los componentes iónicos es el equivalente (Eq). 1 Eq= 1 mol de carga (ya sea + o -)
Ejemplo: 1 mol de Na+, contiene un mol de carga positiva y es igual a un equivalente. Es decir 1 Eq=1 mol. Por lo tanto, el peso gramo equivalente del Na+ es de 23 gramos.
Como la concentración de electrolitos en la sangre es muy baja, se requiere utilizar un submúltiplo; estos son los meq , que no son otra cosa que el peso molecular del ión expresado en miligramos y dividido por el número de cargas eléctricas que posea.
Ejemplo: ¿Cuántos miliequivalentes están presentes en 100 ml de una solución de Mg++ al 0.1%? 0.1gr _____ 100ml
Por tanto, 100 ml de Mg ++ (p/v) contiene 0.1 g de Mg++ . 1 Eq de Mg++ =24gramos/2= 12 gr 1 Eq de Mg++ ___ 12 gr X ___ 0.1 gr
X= 0.0083 Eq
Se sabe que 1000 mEq ___ 1 Eq
XmEq ___ 0.0083 Eq XmEq=8.3 mEq de Mg++
Cuántos meq de Na+ recibe un paciente a quien le han pasado una bolsa de 500 mL de solución salina al o.9%?
Solución
Se debe calcular la masa total de NaCl administrada al paciente: 0.9 g NaCl _______100 ml X
________500ml
X = 4.5 g = 4500 mg de NaCl Ahora calculamos el número de meq administrados: 1 meq de NaCl
X
58 mg 4500 mg
X = 77.6 meq de NaCl Como lo que piden son meq de Na+ , recordemos la disociación del cloruro de sodio: NaCl 1 meq
Na+ + Cl1 meq + 1 meq
Nótese como 1 meq de NaCl produce 1 meq de Na+ Por lo tanto 76.9 meq de NaCl producen 77.6 meq de Na+
Respuesta
El paciente recibió 77.6 meq de Na+
5.Osmolaridad: Es el número de osmoles de soluto disuelto en un litro de solución. Osmolaridad =
Número de osmoles de soluto Litro de solución
1 OSMOL: es igual al peso molecular de una sustancia dividido entre el número total de partículas disociables.
Ácidos
HCl H2SO4
Bases
NaOH
Al (OH)3
Sales
K2SO4
Al2(SO4)3
H+ + Cl2H+ + SO4 Na +
1 Osm= PM/2 1 Osm= PM/3
+ Cl-
1 Osm= PM/2
Al +
+ 3OH -
1 Osm= PM/4
2K+
+ SO4 - 2
1 Osm= PM/3
2Al +3 + 3SO4- 2 1 Osm= PM/5
Los valores normales de la osmolaridad plasmática son de 290 - 310 mOsm/L De ahí aparece la tonicidad fisiológica Isotónica Hipotónica Hipertónica
¿Cuál es la osmolaridad de una solución salina al 0.9%?
Solución NaCl al 0.9%; se convierte esta concentración a g/L de la siguiente manera: 0.9g---------100 ml X ---------1000 ml
X = 9 g/L Remplazamos este valor en la expresión: 1 Osm= PM/# particulas disociables 1Osm= 98g/2= 29 g 1 Osm -----X ------
29g 9g
X= 0.31 X 1000 Mosm= 310 mOsmol/L Respuesta La osmolaridad de una solución salina es de 310 MOsmol/L. Este valor está dentro del rango isotónico
Se puede calcular la osmolaridad de la siguiente manera:
Mosmol/L = [ C/PM ] x N x 1000 donde, C= concentración de la solución en g/L PM= peso molecular del soluto N= número de iones en la solución 1000= factor de conversión
Cuál es la osmolaridad de una solución salina al 0,9%?
Recordemos que la solución de NaCl al 0.9% la convertimos a g/L de la siguiente manera: 100 mL ------ 0.9g 1000 mL ----- X
X = 9 g/L
Remplazamos este valor en la expresión:
Mosmol/L = [9 g/L / 58 g/mol] x 2 x 1000 = 310 mOsmol/L
Respuesta: La osmolaridad de una solución salina normal (SSN) es de 310 mOsmol/L. Este valor está dentro del rango isotónico
Conclusión La concentración de una solución expresa la cantidad de soluto presente en una cantidad dada de solvente o de solución. La concentración de una solución se puede expresar en peso/peso porcentual, peso/volumen porcentual, volumen/volumen porcentual, molaridad, osmolaridad, equivalentes o miliequivalentes de un ion en particular .
Ejercicios Calcule la concentración normal de una solución que contiene 3.75 gr de ácido sulfúrico por litro de solución. ¿Cuántos gramos de NaCl hay en 250 ml al 5% ? ¿Cuántos gramos son necesarios para preparar 1 L de 0.1 M CaCO 3? La solución salina normal tiene una concentración de 0.9%. ¿Cuál es su molaridad? Diga cómo se prepara una solución de NaCl al 0.9% p/v.
Diga cómo se prepara una solución de etanol al 95% v/v. Diga usted cuántos gramos de NaOH contienen 50 ml de solución al 50% p/p. Diga usted cuántos gramos de NaCl se necesitan para preparar 50 ml de solución al 38%. Diga usted cómo se preparan 20 ml de solución de NaCl al 0.9% p/v a partir de una solución al 10% p/v.
Diga usted cuántos gramos contiene 0.5 mol de glucosa? Diga usted cómo se preparan 500 ml de solución 1 M de glucosa. Diga usted cómo se prepara una solución 1 M de NaCl? Diga usted cómo se prepara una solución de H2S04 al 1 N? Diga usted cómo se prepara una solución de NaOH al 0,5 N? Diga usted cómo se prepara una solución de HCl al 2 N?
