DISOLUCIONES
DISCUSIÓN:
Disolución es una mezcla homogénea (o uniforme) de dos o más sustancias, cuyas partículas son del tamaño atómico o molecular.
Los componentes de una disolución son clasificados en soluto(s) y solvente(s). El solvente en una solución con los componentes en diferentes fases, es el componente que conserva la misma fase que la disolución formada (p.ej., azúcar en el agua). El solvente es el agua, no importa la cantidad de azúcar disuelto, puesto que el agua tiene la misma fase que la solución obtenida.
En el caso de las soluciones cuyos componentes tienen la misma fase, el solvente es el componente que se encuentra en proporción mayor (p.ej., en el aire el nitrógeno se encuentra en un 79%, por lo que es considerado como solvente).
CONCENTRACIÓN DE LAS DISOLUCIONES
Se puede decir que una solución está diluida si sólo hay unas pocas partículas de soluto disueltas en ella, o concentradas si hay muchas partículas disueltas.
Al trabajar con las soluciones frecuentemente se necesita conocer con exactitud la concentración del soluto presente. La concentración de una solución es la medida numérica de la cantidad relativa de soluto en la solución; esta medida es, por consiguiente, expresada siempre como una relación.
FORMAS DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN DE LAS DISOLUCIONES
UNIDADES FÍSICAS:
(A) TANTO PORCIENTO MASA EN MASA, %m/m:
g soluto
%m/m = ------------------------- x 100%
g solución
El tanto por ciento masa en masa de una solución indica el número de gramos de soluto en cada 100 gramos de solución. Por ejemplo, una solución al 10%m/m de NaOH contiene 10 gramos de NaOH por 100 gramos de solución.
(B) TANTO PORCIENTO VOLUMEN EN VOLUMEN, %v/v:
V(ml) soluto
%v/v = ------------------------- x 100%
V(ml) disolución
El tanto por ciento volumen en volumen de una solución indica el número de mililitros de soluto en cada 100 mililitros de solución. Por ejemplo, una solución al 25%v/v de alcohol en agua, contiene 25 mililitros de alcohol por 100 mililitros de disolución.
(C) TANTO PORCIENTO EN MILIGRAMOS, mg% :
mg de soluto
mg% = ------------------------- x 100%
V (ml) de solución
El tanto por ciento en miligramos es una unidad de concentración utilizada con frecuencia en los informes clínicos para describir las concentraciones extremadamente bajas del soluto (por ejemplo, trazas minerales en la sangre). Como un caso concreto, veremos un ejemplo:
El nivel de nitrógeno en la sangre de una persona es de 32 mg%, lo que significa que hay 32 mg de nitrógeno disuelto por cada 100 ml de sangre.
(D) PARTES POR MILLON, ppm:
mg de soluto
ppm = --------------------------------------
V(L) de solución
Una parte por millón representa 1 mg de soluto por cada litro de disolución. Esta unidad de concentración se utiliza para expresar el contenido de los minerales y los contaminantes en el agua potable e industrial.
UNIDADES QUÍMICAS:
(A) MOLARIDAD, M:
# moles soluto
M = ------------------------- mol/l
V(litros disolución)
Como el número de moles de una sustancia se determina dividiendo los gramos de la sustancia sobre su peso molecular-gramo (PMG), la expresión anterior puede tomar la siguiente forma:
(g/ PMG) soluto
M = ---------------------------------------
V, litros solución
La molaridad representa el número de moles de soluto por cada litro de solución. Así, en una solución 0.36 molar de ácido clorhídrico, por cada litro hay 0.36 moles de HCl.
(B) MOLALIDAD, m:
# moles soluto
m = -------------------------, mol/kg
kg solvente
ó
(g / PMG) soluto
m = -------------------------------
kg solvente
La molalidad representa el número de moles de soluto por cada kilogramo de solvente. En una solución 2.0 molal hay 2 moles de soluto disueltos en 1 kg de solvente.
(C) NORMALIDAD, N:
# equivalentes soluto
N = -----------------------------------------------, eq/l
V, litros solución
Un equivalente de la sustancia es la cantidad en gramos de la misma, que se combina con 1.008 g de hidrógeno, 8 g de oxígeno, produce 1 mol de cargas (+) o (-) o que pierde o gana 1 mol de electrones. El número de equivalentes se calcula dividiendo el peso en g de la sustancia entre el peso equivalente-gramo (PEG) de la misma. Entonces, la expresión anterior toma forma:
(W,g / PEG) soluto
N =------------------------------------
V,litros solución
Por ejemplo, en una solución 0.25 normal, hay 0.25 equivalentes del soluto en cada litro de solución.
DILUCIONES
Una tarea muy común en un laboratorio químico o médico es la preparación de una disolución necesaria a partir de una solución madre más concentrada. Se puede utilizar la siguiente relación para determinar la cantidad de solución madre requerida para una solución dada, pero se debe tener la seguridad de que se utilizan las mismas unidades de concentración y volumen a ambos lados de la ecuación:
(conc.deseada)x(vol.deseado)=(conc.sol.madre)x(vol.sol.madre)
O simplemente:
C inicial x V inicial = C final x V final
PARTE EXPERIMENTAL
MÉTODOS DE PREPARAR DISOLUCIONES:
La preparación de las disoluciones es un procedimiento muy común en el trabajo de laboratorio. Se puede diferenciar varios métodos:
(a) Preparación de una disolución de concentración aproximada y volumen (o peso) dados mediante la pesada directa del soluto (o medición del volumen de soluto, si es líquido) y su disolución en el solvente elegido
(b) Preparación de soluciones por dilución de las soluciones concentradas, llamadas soluciones-madre
MATERIALES Y REACTIVOS: Calculado por mesa de trabajo
Probetas de 50 ml Agua destilada
Pipetas de 10 ml NaCl
Varilla de vidrio NaOH
Vasos de 250 ml KMnO4
Vidrio de reloj H2SO4 concentrado
Espátula
Fiola de 100 ml
PROCEDIMIENTO:
Preparación de las soluciones de concentración conocida
(A) PREPARAR 50 GRAMOS DE DISOLUCIÓN AL 5 %M/M DE NaCl.
Calcule el peso de NaCl necesario para los 50 gramos de solución, utilizando la ecuación del tanto por ciento en peso. Pese la cantidad calculada de NaCl, colóquela en un vaso.
Calcule el peso de agua que debe añadir para completar los 50 gramos de solución. Considerando que la densidad del agua es 1 g/ml, el peso calculado de agua es igual a su volumen.
Mida el volumen calculado de agua, añada a la sal, agite con una varilla y guarde en un frasco etiquetado.
(B) PREPARAR 100 ML DE LA DISOLUCIÓN 0.5 MOLAR DE NaOH
Calcule el peso de NaOH, en grageas y pese sobre un vidrio reloj la cantidad calculada,
teniendo en cuenta que el NaOH es muy higroscópico y se humedece rápidamente. NO
TOQUE LAS GRAGEAS DE NaOH CON LAS MANOS.
Pase el NaOH pesado a un vaso, añada unos 30-40 ml de agua destilada y disuelva el soluto completamente. Pase la solución a una fiola y agregue agua destilada hasta la marca de aforo. Tape la fiola y homogenice la solución invirtiendo varias veces la fiola. Guarde la solución de NaOH preparada en un frasco etiquetado.
(C) PREPARAR 100 ML DE SOLUCIÓN 0.1 NORMAL DE KMnO4, QUE SERÁ UTILIZADA EN MEDIO ÁCIDO:
KMnO4 + 5 electrones ------------> Mn+2
Calcule la cantidad en gramos de permanganato de potasio, KMnO4, necesario
para preparar 100 ml de una solución 0.1N, que se utilizará en medio ácido,
reduciéndose el permanganato a ion manganeso Mn+2:
Peso eq.-g del permanganato sería 1/5 de su peso mol.-g y sería: 1/5 x 158 = 31.6 g/eq.
Entonces, el peso del permanganato se calcularía de siguiente forma:
g soluto = N x V,litros x PEG soluto.
Pese la cantidad calculada de permanganato de potasio y prepare la solución
siguiendo las instrucciones del experimento anterior.
(D) PREPARAR 100 ML DE SOLUCIÓN DE H2SO4 0.5 MOLAR A PARTIR DEL ÁCIDO CONCENTRADO.
Calcule primero la molaridad del ácido concentrado basándose en la información que da la etiqueta:
Concentración: 98% en peso
Densidad: 1.82 g/ml.
Para comodidad en el manejo de los cálculos matemáticos, suponemos 1 litro o 1000 ml de la solución concentrada. La molaridad se calcula según la siguiente ecuación:
N° moles H2SO4 g H2SO4 / PMG H2SO4
M = ----------------------------- = -------------------------------------------
V, litros solución V, litros solución
El peso del soluto se calcula de la ecuación del tanto por ciento en peso:
% m/m % p/p
g. soluto = ----------------- x g soluc. = -------------- (V soluc. x d soluc.)
100 % 100 %
Colocando esta expresión a la anterior, colocando los valores y reacomodándola,
tendremos:
1000 ml 98 % p/p 1.82 g/ml
M = ----------------- x --------------- x --------------------= 18 mol/litro
1 litro 100 % 98 g/mol
Calcule el volumen del ácido concentrado que se necesita para preparar 100 ml
de la solución 0.5M:
M c x V c = M d x V d
M d x V d (0.5 M) (100 ml)
V c = ----------------- = --------------------------- = 2.7 ml
M c 18 M
Mida con la pipeta el volumen calculado del ácido concentrado y colóquelo en
una fiola de 100 ml. Utilizando una pisceta agregue agua destilada hasta la marca
del aforo. Tape la fiola y homogenice la solución.
EJERCICIOS:
01. ¿Qué masa de KOH debe utilizarse para preparar 50 g de una solución al 2.5%m/m?
02. Una muestra de 35 ml de HCl 12M se diluyó a un volumen final de 125 ml. Calcule la molaridad de la solución obtenida.
03. ¿Cuántos moles de soluto contiene 1/2 litro de una solución 0.125M de ácido sulfúrico?
04. Calcule la normalidad de una solución preparada disolviendo 1.75 g de KMnO4 en agua
suficiente para 500 ml de solución, si esta solución se utilizaría en medio básico,
reduciéndose el permanganato a bióxido de manganeso:
MnO4- + 3 electrones ---------> MnO2 .
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