SOLUCIONES QUIMICAS
Las soluciones son sistemas
homogéneos formados básicamente por dos componentes.Solvente y
Soluto. El segundo se encuentra en menor proporción. La masa total de la solución es
la suma de la masa de soluto mas la masa de solvente.
Las soluciones químicas pueden
tener cualquier estado físico. Las más comunes son las líquidas, en donde el
soluto es un sólido agregado al solvente líquido. Generalmente agua en la
mayoría de los ejemplos. También hay soluciones gaseosas, o de gases en
líquidos, como el oxígeno en agua. Las aleaciones son un ejemplo 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 ambos. Por ejemplo, los solventes polares como
el agua y el alcohol, están preparados para disolver a solutos iónicos como la
mayoría de los compuestos inorgánicos, sales, óxidos, hidróxidos. Pero no
disolverán a sustancias como el aceite. Pero este si podrá disolverse en otros
solventes como los solventes orgánicos no polares.
ONCENTRACION:
La concentración es la relación que
existe entre la cantidad de soluto y la cantidad de solución o
desolvente. Esta relación se puede expresar de muchas formas distintas.
Una de ellas se refiere a los porcentajes.
Porcentaje masa en masa o
peso en peso, (%m/m):Es la cantidad en gramos
de soluto por cada 100 gramos de solución. Ej: Una solución 12% m/m tiene 12
gramos de soluto en 100 gramos de solución.
Como fórmula, podemos expresar esta
relación así:
%m/m = x 100
Porcentaje masa en volumen
(%m/v): Es la cantidad en gramos de soluto
por cada 100 ml de solución. Aquí como se observa se combina el volumen y la
masa. Ej: Una solución que es 8% m/v tiene 8 gramos de soluto en 100 ml de
solución.
Fórmula: % m/v = x 100
Porcentaje volumen en
volumen (%v/v): Es la cantidad de
mililitros o centímetros cúbicos que hay en 100 mililitros o centímetros
cúbicos de solución. Ej: Una solución 16% v/v tiene 16 ml de soluto por 100 ml
de solución.
Fórmula: % v/v = x 100
Otras formas son la Molaridad, la
Normalidad y la Molalidad.
Es bueno recordad antes el concepto de
mol. El mol de una sustancia es el peso molecular de esa sustancia expresada en
gramos. Estos datos se obtienen de la tabla periódica de los elementos.
Sumando las masas de los elementos se
obtiene la masa de la sustancia en cuestión.
Molaridad: Es la cantidad de moles de soluto por cada litro de
solución. Como fórmula:
M = n/V
M = M: Molaridad. n:
Número de moles de soluto. V: Volumen de solución expresado en litros.
Normalidad: Es la cantidad de equivalentes químicos de soluto
por cada litro de solución. Como fórmula:
N = n eq/V
N = Normalidad. n
eq. : Número de equivalentes del soluto. V: Volumen de la solución en litros.
Molalidad: Es la cantidad de moles de soluto por cada 1000
gramos de solvente. En fórmula:
m = n/kgs solvente
m = Molalidad. n: Número de
moles de soluto por Kg = 1000 gramos de solvente o 1 kg de solvente.
Densidad:
Con la
densidad podemos transformar o pasar una cantidad de masa a su equivalente en
volumen o viceversa.
Densidad
= masa / volumen
Aquí les
dejo 2 ejemplos.
1)
Cuantos grs. habrán en un volumen de 12 ml de una solución que tiene una
densidad de 1.84 gr/ml.
Masa =
Densidad x Volumen
Masa =
(1.84 gr./ml) x 12 ml.
Masa =
22.08 grs.
2)
Que volumen tendrá una masa de 28 grs. de una solución cuya densidad es 1.76
gr./ml.
De la
fórmula anterior despejamos al volumen.
V = masa
/ densidad
V = 28 grs /
1,76 grs/ml
V = 15.91
ml.
Molaridad:
1)
Calcula la M de una solución que tiene 8 grs. de hidróxido de sodio (NaOH) en
680 ml de solución.
Según la
fórmula de Molaridad.
M = n / V
Para
calcular la Molaridad hay que saber la cantidad de moles y el volumen expresado
en litros.
La
cantidad de moles se calcula por
n = masa
/ ( Peso molecular )
n = 8 grs
/ 40 grs
n = 0.2
moles. Los 680 ml pasados a litros son 0,68 lts.
M = ( 0,2
moles ) / ( 0,68 lts )
Molaridad
= 0.294 M (molar).
2)
Cuantos moles de ácido clorhídrico (HCl) serán necesarios para hacer una
solución 1,4M que tenga un volumen de 3.6 lts.
M = n / V
Despejamos
n de la fórmula quedando:
n = M x V
n = 1,4 M
x 3.6 lts.
n = 5.04 moles.
n = 5.04 moles.
3)
Que volumen tendrá una solución que es 2 M y contiene 18 grs. de hidróxido de
potasio. (KOH).
El
volumen lo despejamos de la fórmula de molaridad. Y los 18 grs. de soluto lo
pasamos a moles.
M =
n/V v = n/M
n =
masa/PM n = = 0.321 moles.
V = (
0,321 moles ) / 2 M
V = 0.16
lts.
4)
Como prepararía 2 lts. de una solución 0,5 M de hidróxido de sodio (NaOH) a
partir de otra, también de hidróxido de sodio, cuya concentración es 1.8 M.
Cuando se
prepara una solución a partir de otra de mayor concentración lo que se hace es
tomar una cantidad de la de mayor concentración y luego se la diluye con agua
hasta llegar al volumen requerido de la de menor concentración. Para saber
cuánto debemos tomar de la más concentrada usamos la siguiente fórmula.
M1 x V1 = M2 x V2
Los
subíndices numéricos se usan para diferenciar a las dos soluciones de distinta
concentración. Llamamos 1 a la más concentrada y 2 a la más diluida.
1.8 M x V1 = 0.5 M x 2 lts.
V1 = ( 0,5 M x 2 lts ) / ( 1,8 M )
V1 =
0.555 lts.
Se toman
0.555 lts de la solución más concentrada o 555 ml y se disuelven hasta 2
litros.
5)
Calcula la M de una solución de ácido sulfúrico (H2SO4)
de densidad 1.82 gr/ml y de 94% de pureza.
Sabemos
que para calcular la molaridad tenemos que tener los datos de la cantidad de
moles y el volumen expresado en litros.
A partir
de la densidad deducimos que en un ml de solución hay 1.82 grs. de masa de
solución. Por lo tanto en 1 litro habrá 1820 gramos de solución. Ahora bien, de
esos 1820 gramos solo el 94% es puro en el soluto que tenemos. Con un simple
cálculo de porcentaje obtendremos la cantidad que realmente hay de soluto en
esos 1820 gramos.
1820 grs.
x 0.94 = 1710.80 grs.
A partir
de esta masa sacamos la cantidad de moles.
n = (
1710,80 grs ) / ( 98 grs/mol )
n =
17.457 moles.
Estos
cálculos se basaron al principio cuando usamos la densidad en un volumen de 1
litro. Por lo tanto si dividimos esta cantidad de moles por un litro obtenemos
directamente la molaridad.
Molaridad
= 17.457 M (molar).
6) Se
dispone de un ácido nítrico comercial del 96,73% en peso y 1,5 gr/ml densidad
¿Cuántos ml de ácido concentrado serán necesarios para preparar 0,2 litros de
disolución 1,5 molar de dicho ácido?
Directamente
lo podemos hacer cambiando las unidades con los factores de conversión hasta
llegar a molaridad. Se van cancelando las unidades viejas y quedan solo las
nuevas, es decir mol/litro que es M (molaridad):
Primero
usaremos el porcentaje de pureza, luego la densidad, los mililitros a litros y
por último pasaremos la masa a moles.
(96,73 grs soluto /
100 grs solución) x (1,5 grs soluc / 1 ml soluc) x (1000 ml soluc / 1
litro) x (1 mol acido nítrico / 63 grs
soluto) = 23 M
Ahora con
la fórmula M1 x V1 = M2 x V2 calculamos el volumen del ácido concentrado que
necesitarás. Podes llamar con el 1 a la solución concentrada y con el 2 a la
nueva solución.
V1 = M2 x V2 / M1 = 1.5 M x 0,2 lit / 23 M = 0.013 lit
= 13 ml
Entonces
tomas 13 ml de la solución concentrada y le agregas agua hasta que llegues a
los 200 ml o 0,2 litros que nos piden.
7)
Cuál será la Normalidad de una solución de ácido clorhídrico que tiene 6 grs.
de este en 1200 ml de volumen.
A partir
de la fórmula:
N = N° de
equivalentes de soluto / V (scion en lts)
Tenemos
que calcular el número de equivalentes de soluto y pasar a litros el volumen
que ya tenemos de solución.
En el
caso de los ácidos el número de equivalentes se calcula dividiendo la masa de
este por el peso del equivalente químico de este. El equivalente químico en el
caso de los ácidos se calcula dividiendo el peso molecular por la cantidad de
hidrógenos que tiene la molécula. El ácido clorhídrico tiene un peso molecular
de 36.5. Tiene un solo átomo de hidrógeno, por lo tanto su peso equivalente es
el mismo.
N de eq
soluto = ( 6 grs ) / ( 36,5 grs/eq )
N de eq.
Soluto = 0.164 equivalentes.
Normalidad
= (0,164 equiv) / ( 1,2 lts)
Normalidad
= 0.137.
8) A un
recipiente que contiene 200 mL de solución acuosa 0.2 M de H2SO4 se le agregan
10 mL de H2SO4 puro (densidad=1.83 g/mL). Suponiendo volúmenes aditivos,
calcular para la solución resultante la normalidad.
Debemos
calcular el número de moles totales y después el de equivalentes en este caso.
Por ejemplo en la primera solución tenemos:
Moles =
0,200 lts x 0,2M = 0,04 moles.
Como el
H2SO4 tiene 2 hidrógenos la cantidad de equivalentes es moles x 2 = 0,08
equivalentes.
Ahora
calculamos los equivalentes de la otra solución. Pero de la otra no tenemos la
Molaridad, por lo tanto la debemos calcular de la densidad y del % de pureza
que es del 100% por ser puro.
M = 1,83
grs/ml x 1000 ml/litro x 1 mol/98 grs = 18.67 M (molar) por lo tanto tiene
18,67 M x 0,01 litros = 0,187 moles o sea, 0,374 equivalentes.
Si
sumamos tenemos 0,08 equivalentes + 0,374 equivalentes = 0,454 equivalentes en
total al mezclar ambas soluciones. Entonces N = equiv/litros. N = 0,454 equiv /
0,21 litros = 2.16 N de la solución final. El volúmen de 0,21 litros se obtuvo
sumando los volúmenes aditivos.
9)
Que volumen tendrá una solución 2.6 N de hidróxido de calcio ( Ca(OH)2 )
si la cantidad de soluto usada fue de 4 moles.
N = N° eq
(st0) / V
Despejamos
el volumen:
V = N° eq
(st0) / N
En este
caso tenemos moles pero no equivalentes. Se puede pasar de una manera sencilla
de moles a equivalentes. Teniendo en cuenta que para calcular el peso de un
equivalente de un hidróxido se divide al peso molecular por la cantidad de
grupos oxhidrilos. El peso del equivalente es el peso molecular dividido por 2.
Ya que este hidróxido posee 2 grupos oxhidrilos. El peso molecular es 40. Por
lo tanto el peso del equivalente de Ca(OH)2 es 20. Deducimos por lo tanto que en
un mol de este compuesto hay 2 equivalentes. Como tenemos 4 moles del hidróxido
tenemos 8 equivalentes.
V = 8 eq
/ 2,6N
V = 3.077
litros.
10)
Calcula la Normalidad de:
Una
solución 4 M de NaOH.
Una
solución 6 M de Mg (OH)2
Una
solución 0.5 M de H2SO4
Una
solución 0.8 M de HNO3
En el
caso del NaOH vemos que tiene un solo radical oxhidrilo, o sea que el peso
molecular o el mol coincide con el peso de un equivalente químico. Por lo tanto
si es 4 M también será 4 N.
En el
segundo caso, el Mg(OH)2,
tiene 2 grupos oxhidrilos. El peso de un equivalente será la mitad del peso
molecular. En un mol hay dos equivalentes. Entonces si es 6 M será 12 N.
En el
tercer caso, vemos que el ácido sulfúrico tiene 2 hidrógenos. O sea que el peso
de su equivalente será la mitad de su mol o peso molecular. En un mol hay dos
equivalentes. Asi que si es 0.5 M será 1 N.
En el
último caso, este ácido (ácido nítrico), tiene un solo hidrógeno. Asi que un
mol equivale a un equivalente. Es igual su molaridad y su normalidad. Es 0.8 M
y 0.8 N.
11)
Calcula la molalidad de una solución que se prepara con 16 gramos de Hidróxido
de Potasio (KOH) y 1600 gramos de agua.
La
fórmula es:
m = Moles
(st0) / Kg svte
Tenemos
que transformar los 16 grs. del soluto a moles.
n = (16
grs) / (56 grs / mol)
n = 0.286
moles.
Esta
cantidad de moles está presente en 1600 gramos de agua. Por lo tanto en 1 kg de
agua habrá.
m =
(0,286 moles) / (1,6 Kgs)
0,179 m
(molal).
12)
Cuantos gramos de soluto habrá en una solución 2.8 m de Li(OH), que se hizo con
500 ml de agua.
En el caso del agua 1 gramo equivale a un ml. Por lo tanto aceptamos que 500 ml son 500 grs.
En el caso del agua 1 gramo equivale a un ml. Por lo tanto aceptamos que 500 ml son 500 grs.
Primero
calcularemos la cantidad de moles de soluto. Despejando de la fórmula:
m = n /
kgs svte
n = m x
kg de svte.
n = 2.8m
x 0,5 kgs.
n = 1.4
moles.
Ahora el
último paso es pasar esta cantidad de moles a gramos.
La masa
es igual al peso molecular por la cantidad de moles.
Masa =
23.94 grs./mol x 1.4 moles.
Masa =
33.52 gramos.
13)
Calcula la masa de agua que se utilizó para preparar una solución 2,2 m si se
utilizó 12 gramos de soluto (NaOH).
Primero
hay que saber la cantidad de moles de soluto. El peso molecular de NaOH es de
40.
moles =
12 grs / (40 grs/mol)
0.3
moles. Luego de la fórmula de m:
m =
moles/kgs svte Kg svte = moles sto / m
Kgs de solvente
= 0,3 moles / 2,2 m
0.136
kilos o 136 gramos de agua.
14)
Calcula la M y N de una solución que se preparó con 28 gramos de Mg(OH)2 al
82 % de pureza en un volumen final de 1600 ml.
Primero
debemos corregir la masa de 28 gramos ya que al no ser 100% pura en realidad no
hay 28 gramos sino que habrá algo menos.
28grs. x
0.82 = 22.96 gramos.
Estos
gramos ahora lo pasaremos a moles.
Moles =
22,96 grs / (58,3 grs/mol)
Moles =
0.39 moles.
Molaridad
= 0,39 moles / 1,6 lts
Molaridad
= 0.24 M (molar).
Como este
hidróxido tiene 2 radicales oxhidrilos. Por cada mol tenemos 2 equivalentes.
Por lo tanto será 0.48 N (Normal).
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