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Ingeniería Industrial.FRLP.UTN.

SOLUCIONES

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 pequeña cantidad en comparación con la sustancia donde se disuelve denominada solvente. en cualquier discusión de soluciones, el primer requisito consiste en poder especificar sus composiciones, esto es, las cantidades relativas de los diversos componentes.

La concentración de una solución expresa la relación de la cantidad de soluto a la cantidad de solvente.

Las soluciones poseen una serie de propiedades que las caracterizan :

1.

Su composición química es variable.

2.

Las propiedades químicas de los componentes de una solución no se alteran.

3.

Las propiedades físicas de la solución son 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

·         SOLUBILIDAD

La solubilidad es la cantidad máxima de un soluto que puede disolverse en una cantidad dada de solvente a una determinada temperatura.

        Factores que afectan la solubilidad:

Los factores que afectan la solubilidad son:

a) Superficie de contacto: La interacción soluto-solvente aumenta cuando hay mayor superficie de contacto y el cuerpo se disuelve con más rapidez ( pulverizando el soluto).

b) Agitación: Al agitar la solución se van separando las capas de disolución que se forman del soluto y nuevas moléculas del solvente continúan la disolución

c) Temperatura: Al aument6ar la temperatura se favorece el movimiento de las moléculas y hace que la energía de las partículas del sólido sea alta y puedan abandonar su superficie disolviéndose.

d) Presión: Esta influye en la solubilidad de gases y es directamente proporcional 

·         MODO DE EXPRESAR LAS CONCENTRACIONES

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:

                                                                                                            

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.
 

d) Fracción molar (Xi): se define como la relación entre las moles de un componente y las moles totales presentes en la solución.



Xsto + Xste = 1

 

e) 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.



EJEMPLO:

* Cuántos gramos de AgNO3 , se necesitan para preparar 100 cm3  de solución 1M?

Previamente sabemos que:

El peso molecular de  AgNOes:

170 g

=

masa de 1 mol AgNO3

y que

100 de H20 cm3

equivalen

a

100 ml. H20

 

Usando la definición de molalidad , se tiene que en una solución 1M  hay 1 mol de  AgNO3 por cada Litro (1000 ml ) de H2O (solvente) es decir:

Utilizando este factor de conversión y los datos anteriores tenemos que:

 Se necesitan 17 g de AgNO3 para preparar una solución 1 M

 

¿Qué es la molaridad?

 

El mol (molécula gramo) es una Unidad Internacional usada para medir la cantidad de una sustancia.

Un mol de una sustancia expresado en gr ,es su peso molecular relativo en gramos, así por ejemplo: un mol de cloruro de sodio (NaCl) son 58,5 gr .

Por lo tanto, una solución 1M de cloruro de sodio contendrá 58,5 gr  de sal por litro de agua.

La molaridad de una solución se calcula dividiendo los moles del soluto por los litros de la solución.

 

              molaridad = moles de soluto/litros de solución

 

Ejemplo 1: ¿Cuál es la molaridad de 0,75 moles de soluto disueltos en 2,5 L de solvente?.

 

 

M= 0,75 mol / 2,5 L= 0,3 M

 en 2,5 litros están disueltos ----------0,75 moles

en 1 litro ---------------------------------X

 

 

 

Ejemplo 2: ¿Cuál es la molaridad de 58,5  gr de cloruro de sodio disueltos en 2 litros de solvente?.

 

Para poder hacer el cálculo tenemos que convertir gramos a moles.

Si consideramos que el peso molecular del cloruro de sodio es: 58,5 [(peso del Cl- (35,5) + peso del Na+(23)] entonces esa cantidad es un mol.

 

 

M= 1 M / 2L= 0,5 M

 

 

1 mol está disuelto en ----------------------2 litros de solución

X------------------------------------------------1 litro(averiguamos cuántos moles hay disueltos en 1 litro)

 

 

 

f) Molalidad (m):  Es el número de moles de soluto contenidos en un kilogramo de solvente. Una solución formada por 36.5 g de ácido clorhídrico, HCl , y 1000 g de agua es una solución 1 molal (1 m)

EJEMPLO:

* Cuántos gramos de AgNO3 , se necesitan para preparar 100 cm3  de solución 1m?

Previamente sabemos que:

El peso molecular de  AgNO3  es:

170 g

=

masa de 1 mol AgNO3

y que

100 de H20 cm3

equivalen

a

100 gr. H20

 

Usando la definición de molalidad , se tiene que en una solución 1m  hay 1 mol de  AgNO3 por cada kg (1000 g ) de H2O (solvente) es decir:

Utilizando este factor de conversión y los datos anteriores tenemos que:

Se necesitan 17 g de AgNO3 para preparar una solución 1 m, observe que debido a que la densidad del agua es 1.0 g/ml la molaridad y la molalidad del AgNO3 es la misma

g) Normalidad (N):  Es el número de equivalentes gramo de soluto contenidos en un litro de solución.
 

EJEMPLO:

* Cuántos gramos de AgNO3 , se necesitan para preparar 100 cm3  de solución 1N?

Previamente sabemos que:

El peso molecular de  AgNO3  es:

170 g

=

masa de 1 mol AgNO3

y que

100 de H20 cm3

equivalen

a

100 gr. H20

 

Usando la definición de molalidad , se tiene que en una solución 1N  hay 1 mol de  AgNO3 por cada kg (1000 g ) de H2O (solvente) es decir:

Utilizando este factor de conversión y los datos anteriores tenemos que:



El peso equivalente de un compuesto se calcula dividiendo el peso molecular del compuesto por su carga total positiva o negativa.
 

h) Formalidad (F): Es el cociente entre el número de pesos fórmula gramo (pfg) de soluto que hay por cada litro de solución. Peso fórmula gramo es sinónimo de peso molecular. La molaridad (M) y la formalidad (F) de una solución son numéricamente iguales, pero la unidad formalidad suele preferirse cuando el soluto no tiene un peso molecular definido, ejemplo: en los sólidos iónicos.

Recordar!!!!!

Mililitro

Un mililitro es una unidad de volumen equivalente a la milésima parte de un litro, representada por el símbolo ml o mL. También equivale a 1 centímetro cúbico.

1 ml = 10-3 L = 1 cm3

 

EJERCITACIÓN

TRABAJO PRÁCTICO DE SOLUCIONES:

1.- Cuántos gramos de soluto serán necesarios para preparar las siguientes soluciones:

a) 200 ml de solución de Ca(OH)2 1,2 N

PMr del Ca(OH)2=74   1 equiv gr=74/2=37gr

1litro(1000ml) ----1 equiv

200ml---------------X      0,24 equiv

 

1 euiv-------34 gr

0,24 equiv----X  8,88gramos

b) 300 ml de solución CaCl2 0,1M

PMr CaCl2 111

1000 ml----------11,1 mol

300ml------------X    3,33 gr

 

c) 400cm3 400ml

100ml -----------------40 grKOH

400 ml---------------------X   160 gr de KOH

 

d)150 ml de solución de H2SO4 98% P/P   d= 1,84 gr/ml

150 ml a gr d =masa/volumen     masa= d V     1,84gr/ml 150ml = 276 gr

En 100 gr de solución  hay------98 gr de ácido

En  276gr---habrá-----------------X 270,48g

 

2.- Cuántos equivalentes gramo de soluto están contenidos en :

a)3,2 ml de solución de H3PO4  1,3 m

En 1000 ml -------hay 1,3 moles

En 3,2 ml--------X   4,16 10-3 moles

PMr H3PO4=98  

en 1 mol hay-------------------------- 3 equiv gramo

En    4,16 10-3 moles ---------------0,01248 equiv

 

b) 400 cm3  de solución de Ca(OH)2  2,1N

400 cm3  de solución= 400 ml= 0,4 litros

PMr del Ca(OH)2 = 74   1 equiv gramo= 74/2=37gr

En 1 litro hay------2,1 equiv

En 0,4 litros--------X

 

c) 0,200 litros de solución Na2SO4 40% P/V

en 100 ml-----hay------40 gr de sal

en 200ml----------------X80 gr

1 equivgr   PMr/2 = 142/2=71gr

71gr ----1 equivgr

80 gr------1,126 equivgr

 

3.- En qué volumen de solución se encontrarán las cantidades de soluto indicadas en cada caso:

a) 1,2 g de soluto en una solución deNa2SO3   30% P/V

30 g de sal ----están en ---100ml

1,2 g--------------------------X   4ml

b) 4eq-g de soluto en una solución Fe2(SO4)3   2,3 M

PMr=400  eq g=400g/6= 66,67g

1mol----6 equivalentes

2,3 molar-----13,8 eq(equivale a 13,8 normal)

13,8 eq-g en-------------1000ml

4 eq-g---------------------X   289,85 ml

c.- 1,3 moles de soluto en una solución de Ca(OH)2 0,6 N

PMrCa(OH)2=74 1mol=74 gramos 1 equivalente gr=1mol/2=37g

0,6 normal =0,3 molar

Si 0,3 moles ---están en –1litro

1,3 moles----------------------4,33 litros.

 

d) 2,3 eq-g de soluto en una solución de H2SO4 98% P/P densidad=1,84 g/ml

98 gde H2SO4 están en ---100g de solución

Utilizando el dato de densidad pasamos los 100gramos d solución a ml

d =masa/volumen     volumen=m/ d      v=100g/1,84g/ml   V=54,35ml

98g de H2SO4 están en --------------------54,35 ml de solución

98 g de ácido es el peso de 1 mol

1 molde ácido =2 equivalentes gramos de ácido

2 eq-g están en 54,35 ml de solución

2,3 eq-g-----------X  62,5ml

4.-

a. PMrelativo del CuSO4 (sulfato cúprico) =63,5+32+64=159,5

 

 

en 300 ml hay ------3,23 g de sal

en 100ml-------------X   1,08%P/V

 

si en 100ml---------------hay 1,08 g de sal

en 1000ml(1l)------------X 10,80 gramos

 

159,5gramos de sal es el peso de 1 mol

10,80 gramos---------------X 0,067 moles la solución es 0,067 MOLAR

 

SI 1 EQUIV DE SAL ES PM/2

En 1 mol hay 2 eq-g

Si la solución es 0,067 molar será el doble normal

2 x 0,067=0,135 N

%p/p

1,08 G DE SAL ESTÁN EN 100 ml DE SOLUCIÓN (estos 100ml los queremos expresar en gramos)

d =masa/volumen     masa= d V     masa= 1,08gr/ml 100ml

Masa=108 gramos

Si en 108 gramos de solución hay disueltos----1,08 g de sal

En 100 g---------------------------------------------X

¿???????????????????

 

5.- Se disuelven 1,3 1023  moléculas de Ba(OH)2 en agua hasta obtener un volumen de solución de 950 ml  y d=1,02 g/ml. Calcular de la solución : a) Molaridad b)Normalidad) c)%P/V d) %P/P

6.- Se dispone de una solución de H3PO4 0,8 N y se quiere saber cuál es la concentración %P/P  y la d=1,13g/ml

 

·         SOLUCIONES DE ELECTROLITOS

Electrolitos:

Son sustancias que confieren a una solución la capacidad de conducir la corriente eléctrica. Las sustancias buenas conductoras de la electricidad se llaman electrolitos fuertes y las que conducen la electricidad en mínima cantidad son electrolitos débiles.

Electrolisis:

Son las transformaciones químicas que producen la corriente eléctrica a su paso por las soluciones de electrolitos.

Al pasar la corriente eléctrica, las sales, los ácidos y las bases se ionizan.

EJEMPLOS:

NaCl

Na+

+

Cl-

CaSO4

Ca+2

+

SO4-2

HCl

H+

+

Cl-

AgNO3

Ag+

+

NO3-

NaOH

Na+

+

OH-

Los iones positivos van al polo negativo o cátodo y los negativos al polo positivo o ánodo.

·         PRODUCTO IÓNICO DEL H2O

El H2O es un electrolito débil. Se disocia así:

H2O

H +

+

OH-

La constante de equilibrio para la disociación del H2O es :

El símbolo [ ] indica la concentración molar

Keq [H2O]

=

[H + ]

+

[OH-].

La concentración del agua sin disociar es elevada y se puede considerar constante.

·         Valor del producto iónico del H2O( 10-14 moles/litro).

En el agua pura el número de iones H+ y OH- es igual. Experimentalmente se ha demostrado que un litro de agua contiene una diez millonésima del numero H+ e igual de OH-; esto se expresa como 10-7 por tanto, la concentración molar de H+ se expresa asi     

[H + ]= 10-7 moles/litro y [OH-] = 10-7; entonces;  [H2O] = 10-7 moles / litro  [H2O] = 10-14 moles/litro.

Si se conoce la concentración de uno de los iones del H2O se puede calcular la del otro.

EJEMPLO:

·         Si se agrega un ácido al agua hasta que la concentración del H+ sea de 1 x 104 moles / litro, podemos determinar la concentración de los iones OH-; la presencia del ácido no modifica el producto iónico de H2O:

[H2O]

=

[H + ]  

 [OH-]       =  

10-14 de donde

Si se añade una base (NaOH) al H2O hasta que la concentración de iones OH- sea 0.00001 moles/ litro ( 1 X 10-5); se puede calcular la concentración de iones H+.

[H2O]

=

[H + ]  

 [OH-]       =  

10-14 de donde;

 

[H + ]10-5 

=

10-14; entonces;

 

 

·         POTENCIAL DE HIDROGENO O pH

El pH de una solución acuosa es igual al logaritmo negativo de la concentración de iones H+ expresado en moles por litro

Escala de pH;

El pOH es igual al logaritmo negativo de la concentración molar de iones OH. Calcular el pH del agua pura

Log 1.0 x 107

Log 1.0

+

 log 107

=

  0   +   7     =    7

el pH del agua es 7

EJEMPLO:

·         Cuál es el pH de una solución de 0.0020 M de HCl?

Log 5   +   log 102   =   0.7   +   2   =   2.7

Respuesta: el pH de la solución es de 2.7

·         INDICADORES

Son sustancias que pueden utilizarse en formas de solución o impregnadas en papeles especiales y que cambian de color según el grado del pH 

INDICADOR

MEDIO ÁCIDO

MEDIO BÁSICO

Fenoftaleina

incoloro

rojo

Tornasol

rojo

azul

Rojo congo

azul

rojo

Alizarina

amarillo

rojo naranja

COLOIDES

los coloides son mezclas intermedias entre las soluciones y las mezclas propiamente dichas; sus partículas son de tamaño mayor que el de las soluciones ( 10 a 10.000 se llaman micelas).

Los componentes de un coloide se denominan fase dispersa y medio dispersante. Según la afinidad de los coloides por la fase dispersante se clasifican en liófilos si tienen afinidad y liófobos si no hay afinidad entre la sustancia y el medio.
 

             Clase de coloides según el estado físico

NOMBRE

EJEMPLOS

FASE DISPERSA

MEDIO DISPERSANTE

Aerosol sólido

Polvo en el aire

Sólido

Gas

Geles

Gelatinas, tinta, clara de huevo

Sólido

Liquido

Aerosol liquido

Niebla

Liquido

Gas

Emulsión

leche, mayonesa

Liquido

Liquido

Emulsión sólida

Pinturas, queso

Liquido

Sólido

Espuma

Nubes, esquemas

Gas

Liquido

Espuma sólida

Piedra pómez

Gas

Sólido

·         PROPIEDADES DE LOS COLOIDES

Las propiedades de los coloides son :

·         Movimiento browniano: Se observa en un coloide al ultramicroscopio, y se caracteriza por un movimiento de partículas rápido, caótico y continuo; esto se debe al choque de las partículas dispersas con las del medio.

·         Efecto de Tyndall  Es una propiedad óptica de los coloides y consiste en la difracción de los rayos de luz que pasan a través de un coloide. Esto no ocurre en otras sustancias.

·         Adsorción : Los coloides son excelentes adsorbentes debido al tamaño pequeño de las partículas y a la superficie grande. EJEMPLO: el carbón activado tiene gran adsorción, por tanto, se usa en los extractores de olores; esta propiedad se usa también en cromatografía.

·         Carga eléctrica : Las partículas presentan cargas eléctricas positivas o negativas. Si se trasladan al mismo tiempo hacia el polo positivo se denomina anaforesis; si ocurre el movimiento hacia el polo negativo, cataforesis.