SOLUCIONES
Solución: es una mezcla homogénea de dos o más componentes, las partículas constitutivas de una solución son átomos, moléculas, iones que por su reducido tamaño podemos reconocer a simple vista.
Las soluciones binarias son las más comunes y están compuestas por un SOLUTO que es la sustancia que se disuelve y SOLVENTE que es el medio en el que se disuelve el soluto. El agua es siempre considerada como solvente.
CLASES DE SOLUCIONES:
1. Por sus estados pueden ser:
Gaseosas: Soluto (gas) Solvente (gas) Ej. Aire
Liquidas: Soluto (gas) Solvente (liquido) Ej. Bebida gaseosa
Soluto (liquido) Solvente (liquido) Ej. Gasolina, vinagre
Soluto (sólido) Solvente (liquido) Ej. Suero salino, agua mar
Sólidas: Soluto (gas) Solvente (sólido) Ej. Hidrógeno en platino
Soluto (liquido) Solvente (sólido) Ej. Amalgama dental
Soluto (sólido) Solvente (sólido) Ej. Bronce
2. Por la concentración del soluto y el solvente pueden ser:
Concentración: es la cantidad de soluto que hay en una cantidad dada de solvente o de solución.
Diluidas: estas se consideras acuosas ya que contiene mas cantidad de solvente (agua) que de soluto.
Saturada o concentrada: cuando una solución tiene disuelta la cantidad máxima de soluto posible. (es decir hay un exceso de soluto en la solución).
Sobresaturada: se dan cuando se presenta un exceso de soluto el cual es disuelto en la solución solo si cambian las condiciones normales, es decir por ejemplo si aumentamos la Tº.
SOLUBILIDAD: Se utiliza este término para denotar la propiedad que tienen ciertas sustancias de disolverse en otras. En términos químicos se entiende por solubilidad la máxima cantidad de un soluto que se puede disolver en una cantidad de dada de un solvente. La solubilidad se expresa normalmente en gramos de soluto por cada 100g de solvente.
La solubilidad se ve a afectada por: La naturaleza del soluto y el solvente, la temperatura, la presión y el tamaño de las partículas del soluto.
UNIDADES DE CONCENTRACIÓN:
1. Unidades físicas:
1.1 Porcentaje por peso o porcentaje peso a peso (%P/P): indica el peso del soluto por cada 100 unidades de peso de la solución.
Su formula es:
%P/P = peso del soluto x 100
peso de la solución
veamos un ejemplo:
* El vinagre blanco es en esencia una solución de ácido acético en agua a una concetracion del 4 al 5% P/P. ¿Cuántos gramos de ácido acético se requieren para preparar 750g de vinagre blanco de un 4%?.
Determinamos primero los datos proporcionados por el ejercicio así:
Peso de la solución 750g %P/P= 4% ? = peso del soluto
Ahora despejamos entonces la incógnita de la ecuación:
%P/P = peso del soluto x 100
peso de la solución
Peso soluto = 4% x 750g = 30g
100%
Rpta: para preparar 750g de vinagre al 4% se requieren 30g de ácido acético (puro).
Problema propuesto.
*Se desea evaporar cierta cantidad de solución de K2CO3 al 5% por peso con el fin de obtener 12g de la sal sólida: ¿Cuantos gramos de la solución se deben tomar para evaporar?
1.2 Porcentaje por volumen o porcentaje volumen a volumen (%V/V): se utiliza cuando el soluto y el solvente son líquidos.
Su formula es:
%V/V = volumen del soluto x 100
volumen de la solución
veamos un ejemplo:
*Ciertos aditivos anticongelantes para automotores consisten de una solución de etilenglicol ( C2H6O2) en agua al 40%V/V.¿Cuántos litros de aditivo podrán obtenerse a partir de 200L de etilenglicol?.
Determinamos primero los datos proporcionados por el ejercicio así:
volumen de la solución 200L %V/V= 40% ? = volumen del soluto
ahora despejamos entonces la incógnita de la ecuación:
%V/V = volumen del soluto x 100
volumen de la solución
volumen solución = volumen del soluto x 100 reemplazamos datos
%V/V
volumen solución = 200L x 100% = 500L
40% Rpta: con 200l de etilenglicol se pueden preparar 500L de aditivo.
Problema propuesto.
*¿Que volumen soluto se necesita para preparar una solución 10%V/V , si el volumen de la solución es 300L?
1.3 Porcentaje peso a volumen (%P/V): indica el número de gramos de soluto que hay en cada 100ml de solución.
Su formula es: ésta es muy utilizada en el área de salud.
%P/V = gramos del soluto x 100
mililitros de solución
veamos un ejemplo:
*El suero fisiológico es una solución salina extensamente utilizada con fines medicinales. Si una bolsa de 500ml de este suero contiene 4,5g de sal (NaCl), ¿cuál es su concentración en porcentaje peso a volumen?.
Determinamos primero los datos proporcionados por el ejercicio así:
volumen de la solución 500ml %P/V= ? peso del soluto = 4,5g
ahora reemplazamos los datos en la ecuación
%P/V = 4,5g x 100 = 0.9%
500ml Rpta: la concentración de suero es de .9% P/V de NaCl.
Problema propuesto:
*Una solución de glucosa tiene una concentración 40%P/V y un volumen total de 500ml. ¿cuántos gramos de glucosa se necesitan?
1.4. Partes por millón (ppm): unidad que se refiere a las partes de soluto por cada millón de partes de solución. Usualmente se expresan en Kg de solución que equivale a un millón de miligramos.
Su formula es:
ppm = miligramos de soluto o ppm= miligramos de soluto
litros de solución kilogramo de solución
por lo tanto 1Kg de solución es equivalente a 1L
veamos un ejemplo
*Al analizar cierta muestra de pescado de 800g se encontró que contenía 2,2 mg de mercurio. ¿cuál era el contenido de mercurio en ppm?
Aplicamos la ecuación:
ppm = 2,2 mg = 2.75ppm
0.800Kg
Nótese que es necesario convertir el peso de la muestra de gramos a kilogramos.
Rpta: la concentración del mercurio en el pescado era de 2.75ppm
Problema propuesto:
*El agua de mar contiene 10ppm de Ion sulfato SO42-. ¿Cuántos mg de dicho Ion habrá en 250ml de la solución?
1.5. Partes por billón (ppb): unidad que se refiere a las partes de soluto por cada billon de partes de solución. Usualmente se expresan en g/Kg o en g/L
Su formula es:
ppb = microgramos de soluto o ppb= microgramos de soluto
litros de solución kilogramo de solución
veamos un ejemplo:
*El análisis de cierta muestra de 500mg de maíz amarillo dio como resultado un contenido de 0.02mg de aflatoxinas. ¿Cuál e la concentración de ppb?
Antes de reemplazar los datos en la formula debemos hacer la conversión de unidades así:
Contenido de aflatoxinas = 0.02g =20g Peso de la muestra (equivalente a solución) = 500g = 0.5Kg
Ahora si reemplazamos datos en la ecuación:
ppb = 20 g = 40ppb
0.5Kg Rpta: la muestra analizada contiene 40ppb de aflatoxinas
Problema propuesto
*El agua de mar contiene 0.14ppb de Ion plata Ag+. Si el volumen del océano es 1.5x109Km3, ¿cuántos gramos de plata hay en el océano?
2. Unidades Químicas
2.1. Molaridad: es el número de moles del soluto que hay en cada litro de solución.
Su formula es:
M = número de moles soluto M = n
Volumen de la solución en Litros solución V
Veamos un ejemplo:
*¿Cuál es la molaridad de una solución si 500ml de ella contienen 4g de NaOH?
Antes de aplicar la ecuación debemos de calcular el numero de moles de NaOH así:
Numero de moles de NaOH = masa NaOH = 4g = 0.1mol
Peso molecular 40g/mol
Volumen de la solución = 500ml = 0.5L
Ahora si reemplazamos la ecuación
M = 0.1 mol = 0.2 mol/ litro = 0.2M
0.5 L Rpta: la molaridad de la solución es 0.2M
Problema propuesto
*200ml de una solución 0.5M de AgNO3 se calientan hasta que todo el agua se evapora. ¿cuál es el peso del residuo en gramos?
*¿Cuál es el volumen de una solución 0.25M de KI, que contiene 1.8g de soluto?
2.2 Molalidad: es la cantidad de moles de soluto presentes en un Kg de solvente.
Su formula es:
m = número de moles soluto m = n
Kg de solvente Kg
2.3 Normalidad: es el número de equivalentes de soluto que hay en cada litro de solución
Su formula es:
N = número de equivalentes soluto N = #Eq
Volumen de la solución en Litros V
Equivalente de un ácido: se define como la cantidad en gramos del ácido que suministra una mol de iones hidrógeno H+.
Regla de oro: para calcular el peso equivalente de un ácido, basta con dividir su peso molecular por el numero de H presentes en la formula. Ej.
El HCl: Podemos decir que 1mol HCl pesa 36.5g y que 1mol suministra 1 mol de iones H+.
Por lo tanto 36.5g HCl suministran 1mol H+ y por definición 1equivalente de HCl pesa 36.5g.
Equivalente de una base: se define como la cantidad en gramos de la base que suministra una mol de iones hidróxido OH-.
Regla de oro: para calcular el peso de un equivalente de una base, se divide su peso molecular por el numero de grupo OH presentes en la formula. Ej.
El NaOH: Podemos decir que 1mol NaOH pesa 40g y que 1mol suministra 1 mol de iones OH-.
Por lo tanto 40g NaOH suministran 1mol OH- y por definición 1equivalente de NaOH pesa 40g.
Regla; la proporción en que participan los reaccionantes es siempre 1 a 1 cuando se expresan en equivalentes. Para que esto se cumpla siempre las reacciones deben estar balanceadas. Ej.
H2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + H2O
2 equivalente de ácido sulfúrico reaccionan con 2 equivalente de hidróxido de sodio.
Veamos un ejemplo:
*Calcular la normalidad de las soluciones que contienen (a) 2.4g de HNO3 en 250ml de solución y (b) 0.8g de NaOH en 100ml de solución.
(a) Peso de un equivalente de HNO3 =63g (igual a la masa molar)
Calculamos el número de equivalentes de HNO3 en 2.4g así:
2.4g HNO3 x 1Eq = 0.038 equivalentes de HNO3
63g
Reemplazamos en la ecuación los datos:
N = 0.038 Eq = 0.15 Eq = 0.15N
0.250L L
(b) Peso de un equivalente de NaOH = 40g (igual a la masa molar)
Calculamos el número de equivalentes de NaOH en 0.8g así:
0.8g NaOH x 1Eq = 0.02 equivalentes de NaOH
40g
Reemplazamos en la ecuación los datos:
N = 0.02 Eq = 0.2 Eq = 0.2N
0.100L L
Rpta: las normalidades de las soluciones dadas son (a) 0.15N y (b) 0.2N
Problema propuesto
*Calcule (a) el número de equivalente y (b) el peso en gramos del soluto que hay en 200ml de una solución 0.05N de H2SO4.
2.4. Normalidad y neutralización: cuando un ácido neutraliza completamente una base o viceversa el número de equivalentes del ácido es exactamente igual al número de equivalente de la base.
Equivalentes del ácido se obtiene con la siguiente ecuación
# Eq ácido = VaNa siendo Va y Na el volumen y la normalidad del ácido.
Equivalentes de la base se obtiene con la siguiente ecuación
# Eq ácido = VbNb siendo Vb y Nb el volumen y la normalidad de la base.
Por lo tanto para una neutralización completa se cumple que:
#Eq ácido = #Eq base por tanto VaNa = VbNb
veamos un ejemplo:
*¿Cuál es la normalidad de una solución de Ca(OH)2 si 20ml de la misma son neutralizados completamente por 18ml de HCl 0.5N?
Despejamos la incógnita de la ecuación que queda así:
Nb = Va Na
Vb
Reemplazamos los datos.
Nb = 18ml x 0.5Eq/L = 0.45 Eq = 0.45N
20ml L
Problema propuesto
*(a) cuantos mililitros de una solución 0.5N de H3PO4 se requieren para neutralizar 10ml de una solución 0.3N de Ba(OH)2. (b) Cuantos equivalentes del ácido y de la base reaccionaron?
2.5 Fracción molar: es la razón entre el numero de moles de ese componente y el numero total de moles de todos los componentes presentes en una solución.
Su formula es:
XA = nA .
nA + nB + nC + ............+ nZ
Donde n es el número de moles de cada componente y XA es la fracción molar para el componente A.
Solución: es una mezcla homogénea de dos o más componentes, las partículas constitutivas de una solución son átomos, moléculas, iones que por su reducido tamaño podemos reconocer a simple vista.
Las soluciones binarias son las más comunes y están compuestas por un SOLUTO que es la sustancia que se disuelve y SOLVENTE que es el medio en el que se disuelve el soluto. El agua es siempre considerada como solvente.
CLASES DE SOLUCIONES:
1. Por sus estados pueden ser:
Gaseosas: Soluto (gas) Solvente (gas) Ej. Aire
Liquidas: Soluto (gas) Solvente (liquido) Ej. Bebida gaseosa
Soluto (liquido) Solvente (liquido) Ej. Gasolina, vinagre
Soluto (sólido) Solvente (liquido) Ej. Suero salino, agua mar
Sólidas: Soluto (gas) Solvente (sólido) Ej. Hidrógeno en platino
Soluto (liquido) Solvente (sólido) Ej. Amalgama dental
Soluto (sólido) Solvente (sólido) Ej. Bronce
2. Por la concentración del soluto y el solvente pueden ser:
Concentración: es la cantidad de soluto que hay en una cantidad dada de solvente o de solución.
Diluidas: estas se consideras acuosas ya que contiene mas cantidad de solvente (agua) que de soluto.
Saturada o concentrada: cuando una solución tiene disuelta la cantidad máxima de soluto posible. (es decir hay un exceso de soluto en la solución).
Sobresaturada: se dan cuando se presenta un exceso de soluto el cual es disuelto en la solución solo si cambian las condiciones normales, es decir por ejemplo si aumentamos la Tº.
SOLUBILIDAD: Se utiliza este término para denotar la propiedad que tienen ciertas sustancias de disolverse en otras. En términos químicos se entiende por solubilidad la máxima cantidad de un soluto que se puede disolver en una cantidad de dada de un solvente. La solubilidad se expresa normalmente en gramos de soluto por cada 100g de solvente.
La solubilidad se ve a afectada por: La naturaleza del soluto y el solvente, la temperatura, la presión y el tamaño de las partículas del soluto.
UNIDADES DE CONCENTRACIÓN:
1. Unidades físicas:
1.1 Porcentaje por peso o porcentaje peso a peso (%P/P): indica el peso del soluto por cada 100 unidades de peso de la solución.
Su formula es:
%P/P = peso del soluto x 100
peso de la solución
veamos un ejemplo:
* El vinagre blanco es en esencia una solución de ácido acético en agua a una concetracion del 4 al 5% P/P. ¿Cuántos gramos de ácido acético se requieren para preparar 750g de vinagre blanco de un 4%?.
Determinamos primero los datos proporcionados por el ejercicio así:
Peso de la solución 750g %P/P= 4% ? = peso del soluto
Ahora despejamos entonces la incógnita de la ecuación:
%P/P = peso del soluto x 100
peso de la solución
Peso soluto = 4% x 750g = 30g
100%
Rpta: para preparar 750g de vinagre al 4% se requieren 30g de ácido acético (puro).
Problema propuesto.
*Se desea evaporar cierta cantidad de solución de K2CO3 al 5% por peso con el fin de obtener 12g de la sal sólida: ¿Cuantos gramos de la solución se deben tomar para evaporar?
1.2 Porcentaje por volumen o porcentaje volumen a volumen (%V/V): se utiliza cuando el soluto y el solvente son líquidos.
Su formula es:
%V/V = volumen del soluto x 100
volumen de la solución
veamos un ejemplo:
*Ciertos aditivos anticongelantes para automotores consisten de una solución de etilenglicol ( C2H6O2) en agua al 40%V/V.¿Cuántos litros de aditivo podrán obtenerse a partir de 200L de etilenglicol?.
Determinamos primero los datos proporcionados por el ejercicio así:
volumen de la solución 200L %V/V= 40% ? = volumen del soluto
ahora despejamos entonces la incógnita de la ecuación:
%V/V = volumen del soluto x 100
volumen de la solución
volumen solución = volumen del soluto x 100 reemplazamos datos
%V/V
volumen solución = 200L x 100% = 500L
40% Rpta: con 200l de etilenglicol se pueden preparar 500L de aditivo.
Problema propuesto.
*¿Que volumen soluto se necesita para preparar una solución 10%V/V , si el volumen de la solución es 300L?
1.3 Porcentaje peso a volumen (%P/V): indica el número de gramos de soluto que hay en cada 100ml de solución.
Su formula es: ésta es muy utilizada en el área de salud.
%P/V = gramos del soluto x 100
mililitros de solución
veamos un ejemplo:
*El suero fisiológico es una solución salina extensamente utilizada con fines medicinales. Si una bolsa de 500ml de este suero contiene 4,5g de sal (NaCl), ¿cuál es su concentración en porcentaje peso a volumen?.
Determinamos primero los datos proporcionados por el ejercicio así:
volumen de la solución 500ml %P/V= ? peso del soluto = 4,5g
ahora reemplazamos los datos en la ecuación
%P/V = 4,5g x 100 = 0.9%
500ml Rpta: la concentración de suero es de .9% P/V de NaCl.
Problema propuesto:
*Una solución de glucosa tiene una concentración 40%P/V y un volumen total de 500ml. ¿cuántos gramos de glucosa se necesitan?
1.4. Partes por millón (ppm): unidad que se refiere a las partes de soluto por cada millón de partes de solución. Usualmente se expresan en Kg de solución que equivale a un millón de miligramos.
Su formula es:
ppm = miligramos de soluto o ppm= miligramos de soluto
litros de solución kilogramo de solución
por lo tanto 1Kg de solución es equivalente a 1L
veamos un ejemplo
*Al analizar cierta muestra de pescado de 800g se encontró que contenía 2,2 mg de mercurio. ¿cuál era el contenido de mercurio en ppm?
Aplicamos la ecuación:
ppm = 2,2 mg = 2.75ppm
0.800Kg
Nótese que es necesario convertir el peso de la muestra de gramos a kilogramos.
Rpta: la concentración del mercurio en el pescado era de 2.75ppm
Problema propuesto:
*El agua de mar contiene 10ppm de Ion sulfato SO42-. ¿Cuántos mg de dicho Ion habrá en 250ml de la solución?
1.5. Partes por billón (ppb): unidad que se refiere a las partes de soluto por cada billon de partes de solución. Usualmente se expresan en g/Kg o en g/L
Su formula es:
ppb = microgramos de soluto o ppb= microgramos de soluto
litros de solución kilogramo de solución
veamos un ejemplo:
*El análisis de cierta muestra de 500mg de maíz amarillo dio como resultado un contenido de 0.02mg de aflatoxinas. ¿Cuál e la concentración de ppb?
Antes de reemplazar los datos en la formula debemos hacer la conversión de unidades así:
Contenido de aflatoxinas = 0.02g =20g Peso de la muestra (equivalente a solución) = 500g = 0.5Kg
Ahora si reemplazamos datos en la ecuación:
ppb = 20 g = 40ppb
0.5Kg Rpta: la muestra analizada contiene 40ppb de aflatoxinas
Problema propuesto
*El agua de mar contiene 0.14ppb de Ion plata Ag+. Si el volumen del océano es 1.5x109Km3, ¿cuántos gramos de plata hay en el océano?
2. Unidades Químicas
2.1. Molaridad: es el número de moles del soluto que hay en cada litro de solución.
Su formula es:
M = número de moles soluto M = n
Volumen de la solución en Litros solución V
Veamos un ejemplo:
*¿Cuál es la molaridad de una solución si 500ml de ella contienen 4g de NaOH?
Antes de aplicar la ecuación debemos de calcular el numero de moles de NaOH así:
Numero de moles de NaOH = masa NaOH = 4g = 0.1mol
Peso molecular 40g/mol
Volumen de la solución = 500ml = 0.5L
Ahora si reemplazamos la ecuación
M = 0.1 mol = 0.2 mol/ litro = 0.2M
0.5 L Rpta: la molaridad de la solución es 0.2M
Problema propuesto
*200ml de una solución 0.5M de AgNO3 se calientan hasta que todo el agua se evapora. ¿cuál es el peso del residuo en gramos?
*¿Cuál es el volumen de una solución 0.25M de KI, que contiene 1.8g de soluto?
2.2 Molalidad: es la cantidad de moles de soluto presentes en un Kg de solvente.
Su formula es:
m = número de moles soluto m = n
Kg de solvente Kg
2.3 Normalidad: es el número de equivalentes de soluto que hay en cada litro de solución
Su formula es:
N = número de equivalentes soluto N = #Eq
Volumen de la solución en Litros V
Equivalente de un ácido: se define como la cantidad en gramos del ácido que suministra una mol de iones hidrógeno H+.
Regla de oro: para calcular el peso equivalente de un ácido, basta con dividir su peso molecular por el numero de H presentes en la formula. Ej.
El HCl: Podemos decir que 1mol HCl pesa 36.5g y que 1mol suministra 1 mol de iones H+.
Por lo tanto 36.5g HCl suministran 1mol H+ y por definición 1equivalente de HCl pesa 36.5g.
Equivalente de una base: se define como la cantidad en gramos de la base que suministra una mol de iones hidróxido OH-.
Regla de oro: para calcular el peso de un equivalente de una base, se divide su peso molecular por el numero de grupo OH presentes en la formula. Ej.
El NaOH: Podemos decir que 1mol NaOH pesa 40g y que 1mol suministra 1 mol de iones OH-.
Por lo tanto 40g NaOH suministran 1mol OH- y por definición 1equivalente de NaOH pesa 40g.
Regla; la proporción en que participan los reaccionantes es siempre 1 a 1 cuando se expresan en equivalentes. Para que esto se cumpla siempre las reacciones deben estar balanceadas. Ej.
H2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + H2O
2 equivalente de ácido sulfúrico reaccionan con 2 equivalente de hidróxido de sodio.
Veamos un ejemplo:
*Calcular la normalidad de las soluciones que contienen (a) 2.4g de HNO3 en 250ml de solución y (b) 0.8g de NaOH en 100ml de solución.
(a) Peso de un equivalente de HNO3 =63g (igual a la masa molar)
Calculamos el número de equivalentes de HNO3 en 2.4g así:
2.4g HNO3 x 1Eq = 0.038 equivalentes de HNO3
63g
Reemplazamos en la ecuación los datos:
N = 0.038 Eq = 0.15 Eq = 0.15N
0.250L L
(b) Peso de un equivalente de NaOH = 40g (igual a la masa molar)
Calculamos el número de equivalentes de NaOH en 0.8g así:
0.8g NaOH x 1Eq = 0.02 equivalentes de NaOH
40g
Reemplazamos en la ecuación los datos:
N = 0.02 Eq = 0.2 Eq = 0.2N
0.100L L
Rpta: las normalidades de las soluciones dadas son (a) 0.15N y (b) 0.2N
Problema propuesto
*Calcule (a) el número de equivalente y (b) el peso en gramos del soluto que hay en 200ml de una solución 0.05N de H2SO4.
2.4. Normalidad y neutralización: cuando un ácido neutraliza completamente una base o viceversa el número de equivalentes del ácido es exactamente igual al número de equivalente de la base.
Equivalentes del ácido se obtiene con la siguiente ecuación
# Eq ácido = VaNa siendo Va y Na el volumen y la normalidad del ácido.
Equivalentes de la base se obtiene con la siguiente ecuación
# Eq ácido = VbNb siendo Vb y Nb el volumen y la normalidad de la base.
Por lo tanto para una neutralización completa se cumple que:
#Eq ácido = #Eq base por tanto VaNa = VbNb
veamos un ejemplo:
*¿Cuál es la normalidad de una solución de Ca(OH)2 si 20ml de la misma son neutralizados completamente por 18ml de HCl 0.5N?
Despejamos la incógnita de la ecuación que queda así:
Nb = Va Na
Vb
Reemplazamos los datos.
Nb = 18ml x 0.5Eq/L = 0.45 Eq = 0.45N
20ml L
Problema propuesto
*(a) cuantos mililitros de una solución 0.5N de H3PO4 se requieren para neutralizar 10ml de una solución 0.3N de Ba(OH)2. (b) Cuantos equivalentes del ácido y de la base reaccionaron?
2.5 Fracción molar: es la razón entre el numero de moles de ese componente y el numero total de moles de todos los componentes presentes en una solución.
Su formula es:
XA = nA .
nA + nB + nC + ............+ nZ
Donde n es el número de moles de cada componente y XA es la fracción molar para el componente A.
