Iepm – Química 4to año
SOLUCIONES
Nota: las SOLUCIONES se denominan también DISOLUCIONES, que para este caso se consideran términos sinónimos, por lo que recurriremos indistintamente a una u otra palabra para designarlas.-
Definiciones:
Las soluciones son sistemas homogéneos formados por dos o más especies químicas o sustancias puras.-
Las sustancias que las componen, cuando están separadas, pueden estar en estado sólido, líquido o gaseoso.-
También las soluciones resultantes pueden presentarse en cualquiera de los tres estados: sólido, líquido o gaseoso.-
En toda solución reconocemos dos componentes a los que llamamos, respectivamente SOLVENTE y SOLUTO.-
SOLVENTE: es aquella sustancia componente cuyo estado físico es el mismo que el de la solución terminada y en general (aunque no siempre) es la más abundante.-
SOLUTO: es la sustancia que puede presentarse, antes de la disolución, en un estado distinto al de la solución. Generalmente (aunque no siempre) es menos abundante que el otro.-
Ejemplo:
Si disolvemos 180 g de nitrato de plata en 120 g de agua. La solución resultante es líquida, por lo que llamaremos solvente al agua (mismo estado que la solución terminada) y soluto al nitrato de plata que, aunque es más abundante su estado inicial es sólido (distinto de la solución)
Casos de soluciones
Dependiendo del estado inicial del soluto y del solvente, podemos distinguir una variedad de soluciones, algunas de las cuales son muy comunes y tienen gran importancia en el mantenimiento de la vida en el planeta, tal como puede verse en el siguiente cuadro:
SOLVENTE SOLUTO EJEMPLO
Sólido sólido aleaciones: bronce (cobre, cinc, estaño)
líquido amalgamas :mercurio y oro o plata etc.
gas hidrógeno ocluido en paladio
______________________________________________________________________
Líquido sólido sal en agua
líquido agua y alcohol
gas oxígeno en agua
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Gaseoso sólido yodo volatilizado en el aire líquido agua en la atmósfera (humedad)
gas aire: oxígeno, argón,vapor de agua,etc
en nitrógeno
______________________________________________________________________
Soluciones diluidas y saturadas:
Cuando agregamos soluto a un solvente, observamos la formación de la solución. Si cada gramo de soluto agregado se disuelve, decimos que la solución es diluida , pero llega un momento en que el soluto que agregamos no se disuelve y en cambio, precipita (en caso de tratarse de un soluto sólido). Decimos entonces que la solución está saturada.-.
La experiencia prueba que el grado de saturación , es decir, la cantidad de soluto que admite una determinada cantidad de solvente depende de la temperatura de la solución. Definimos entonces:
Saturación: una solución está saturada a una determinada temperatura cuando no admite más soluto a esa temperatura.
Curvas de solubilidad:
Basados en este principio, se trazan para distintas combinaciones soluto/solvente, curvas llamadas curvas de solubilidad que muestran la cantidad de soluto que admite una determinada cantidad de solvente (generalmente100g) a distintas temperaturas
Sobresaturación:
Si, procediendo con mucho cuidado y precaución bajamos la temperatura de una solución saturada, podremos observar que no ocurre nada significativo. . Hemos logrado así una solución que tiene mas cantidad de soluto disuelto que el que corresponde a ese solvente a la temperatura disminuida.
Este tipo de solución, es decir , la que tiene más soluto que el que le corresponde a una determinada temperatura, se denomina solución sobresaturada y aparenta estar en equilibrio.-
Sin embargo, si agregamos un grano más de soluto más o si golpeamos suavemente la pared del recipiente, o revolvemos con una pajilla, observaremos que todo el exceso de soluto precipita, demostrando que el equilibrio observado era inestable
ESTEQUEOMETRÍA DE LAS SOLUCIONES
Concentración:
Se llama “estequeometría” de las soluciones, a la relación de la cantidad de soluto con la de solvente o de solución a una determinada temperatura.-
Hay varias formas de expresar la concentración de una solución. En este curso analizaremos las siguientes:
a) Gramos de soluto por 100 g de solvente
b) Gramos de soluto por 100 g de solución. Lo llamaremos % m/m
c) Gramos de soluto en 100 ml de solvente
d) Gramos de soluto en 100 ml de solución.- Lo llamaremos % m/V
e) Molaridad: es el número de moles de soluto de una solución, por cada 1000 ml
(Un litro) de solución. Se designa con el número de M (está entendido que es por l litro de solución) eje: 0,5 M ó 2M ,etc.
f) Molalidad : es el número de moles de soluto de una solución , por cada 1000 g de solvente. Eje.: Se expresa así: Molalidad = 1,3 molal. Significa 1,3 M por 1000g de solvente
PROBLEMAS Y EJERCICIOS
1º) Una solución acuosa contiene 10 g de sal en 40 g de solución . Expresar la concentración
a) En gramos de sal por 100 gramos de agua
b) En gramos de sal por 100 gramos de solución (% m/m)
Respuestas:a)
10 g sal + X g de agua = 40 g de solución por lo tanto
X g de agua = 40 g de solución – 10 g de sal
X g de agua = 30 g
hacemos ahora una regla de tres:
40 g de agua —————— 10 g sal
100 g de agua —————— X g sal
100 g agua . 10 g sal
X = ————————— = 33,33 g sal
30 g agua
Respuesta a) la solución tiene 33,33 g de sal cada 100 g de agua
b)
40 g de solución—————— 10 g sal
100 g de solución —————— X g sal
100 g solución . 10 g sal
X = ———————————-= 25,00 g sal
40 g solución
Respuesta b) la solución tiene 25,00 g de sal cada 100 g de solución
2º) Se disuelven 14 g de ácido en 1000 g de agua . La densidad de la solución es 1,06
g/cm3.
Expresar la concentración en gramos de ácido por litro (1000 cm3) de solución
Respuesta: planteamos la siguiente regla de tres
1,06 g solución —————— 1 cm3 de solución
1000 g de solución —————— X cm3
1000 g solución . 1 cm3
X = ———————————-= 943,4 cm3 agua 1,06 cm3
Planteamos una nueva regla de tres
14 g ácido —————— 943,4 cm3 agua
X g ácido—————— 1000 cm3 agua
1000 cm3 agua. 14 g ácido
X = ——————————————–= 14,8 g ácido
943,4 cm3 de agua
Respuesta: La concentración de la solución es: 14,8 g de ácido por litro
(1000 cm3)de solución
3º) Se requiere preparar solución de sal en agua, de modo que la concentración resultante sea de 15 g de sal por cada 100 g de agua . Se dispone de 50 g de sal .
Calcular: a) Qué cantidad de agua se necesita para utilizar toda la sal?
b) Qué cantidad de solución se podrá preparar ?
Respuesta: a) Planteamos una regla de tres
15 g sal —————— 100 g agua
50 g sal —————— X g agua
50 g sal. 100 g agua
X = —————————- = 333,33 g agua
15 g sal
b) Si utilizamos 50 g de sal y 333,33 g de agua , la cantidad total de solución es la suma de la sal más el agua , es decir : 50 g + 333,33 g = 383,33 g
Respuestas: a) Se requieren 333,33 g de agua b)Se prepararán 383,33 g solución
4º) Cuántos gramos de cloruro de calcio (Ca Cl2 ) se necesitan para preparar:
a) 400 cm3 de solución acuosa 0,5 M
b) 3 l de solución acuosa 3 M
c) Molalidad del caso a) si la densidad del agua es 1g/cm3
d) Molalidad del caso b) idem
Respuestas:a) la masa atómica del Ca = 40 y la del Cl= 35 por lo tanto la masa
Molecular del Ca Cl2 = 40 + 2 x 35 = 110
1 mol de Ca Cl2 = 110 g, por lo tanto 0,5 M = 55 g
Planteamos la regla de tres
55 g Ca Cl2 —————— 1000 cm3 ( 1 litro) de solución
X g Ca Cl2 —————— 400 cm3 de solución
400 cm3solución. 55 g Ca Cl2
X = —————————————- = 22 g Ca Cl2
1000 cm3 solución
b) planteamos la regla de tres para la solución 3 M
Solución 1 M Ca Cl2 —————— 110 g Ca Cl2 por litro
Solución 3 M Ca Cl2 —————— X g Ca Cl2 por litro
3 M Ca Cl2 . 110 g por litro
X = —————————————- = 330 g Ca Cl2 por litro
1 M Ca Cl2
Planteamos una nueva regla de tres
1 L solución 3 M ———————– 330 g Ca Cl2
3 L solución 3 M ———————– X g Ca Cl2
3 L solución 3 M . 330 g Ca Cl2
X = —————————————- = 990 g Ca Cl2
1 L solución 3 M
6º) Una disolución de ácido sulfúrico al 15 % masa /masa a 20°C . Hallar su Molalidad
Molalidad = moles de soluto en 1000 g de solvente
Una solución 15 %m/m significa 15 g de SO4H2 en 100 g de solución.
Esto significa 15 g de soluto en 85 g de solvente
Planteamos la siguiente regla de trres:
15 g soluto —————– 85 g solvente
X g soluto —————- 1000 g solvente
1000 g solvente . 15 g soluto
X = ————————————- = 176,5 g soluto
85 g solvente
1 Mol de soluto SO4H2 = 32 + 4 x 16 + 2 = 98 g
1 Mol soluto —————– 98 g
X Mol de soluto —————- 176,5 g
176,5 g . 1 Mol de soluto
X = .——————————– = 1,80 Moles
98 g
Respuesta: la solución es 1,80 molal
PROBLEMAS DE SOLUCIÓN MOLAR Y MOLAL
1°) Calcular cuánto gramos de agua hay en un MOL de agua (H2O)
Una molécula de agua está formada por 2 átomos de hidrógeno y 1 átomo de oxígeno
La masa de la molécula es la suma de las masa de los componentes:
-Masa de hidrógeno (Z = 1 de la TABLA DE MENDELEIEV) es = 1
por lo tanto : masa de los dos hidrógenos: 2 x 1 = 2
-Masa del oxígeno (Z = 8) es 16 , por lo tanto 1 x 16 = 16
________
Masa de una molécula de agua = 18
Por definición: 1 MOL de agua es la masa molecular expresada en gramos
En nuestro caso 1 MOL de agua = 18 gramos de agua
2°) Cuántos gramos de ácido sulfúrico (SO4H2) se necesitan para preparar UN LITRO SOLUCIÓN acuosa 1 MOLAR
RESPUESTA:
La solución acuosa 1 MOLAR de ácido sulfúrico significa disolver 1 MOL de ácido sulfúrico en agua, de modo de obtener 1000 ml (1 litro) de SOLUCIÓN.
Se requiere, por lo tanto, calcular cuántos gramos son UN MOL de ÁCIDO SULFÚRICO
La fórmula del ácido sulfúrico es : SO4H2 . Esto significa que una molécula de ÁCIDO SULFÚRICO está formada por un átomo de azufre + 4 átomos de oxígeno + 2 átomos de hidrógeno.-
Cálculo de la masa de una molécula de ácido sulfúrico:
-Masa atómica del azufre (z = 16) = 32 por lo tanto 32 x 1 = 32
-Masa atómica del oxígeno (Z=8) = 16
por lo tanto 4 átomos de oxígeno : 4x 16 = 64
-Masa atómica del hidrógeno (Z = 1) = 1 , por lo tanto
2 átomos de hidrógeno: 2x 1 = 2
_________
= 98
MASA MOLECULAR DEL ÁCIDO SULFÚRICO
Por definición:
Un MOL de una substancia es SU MASA MOLECULAR EXPRESADA EN GRAMOS
En nuestro caso 1 MOL de ÁCIDO SULFÚRICO – (SO4H2 ) = 98 GRAMOS
RESPUESTA: Se necesitan 98 g de ácido sulfúrico para preparar una solución acuosa 1 MOLAR de ácido sulfúrico
2°) Cuántos gramos de ácido sulfúrico se necesitan para prepara una solución
5 MOLAR?
Deberemos averiguar cuántos gramos son 5 MOLES de ácido sulfúrico -SO4H2 -
Ya sabemos que 1MOL de ácido son 98 g , por lo que podemos hacer la siguiente regla de tres:
1 MOL 98 g
5 MOLES X
X = 5 MOLES x 98 g = 490 g de ácido
1 MOL
RESPUESTA: SE NECESITAN 490 g DE ÁCIDO SULFÚRICO PARA PREPARAR UNA SOLUCIÓN 5 MOLAR
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