SOLUCIONES
Son mezclas o dispersiones homogéneas entre sólidos, líquidos y gases.
Una solución está compuesta por dos componentes, las cuales son:
“SOLUTO” y “SOLVENTE”.
Ejemplo: Na Cl
Fig. 1 Fig. 2
NaCl: soluto (Sto) NaCl + H2O
H2O:solvente(Ste) Solución de Na Cl)
Solución (Sol).
Soluto: Es el que se disuelve e interviene en menor cantidad, pudiendo ser sólido, líquido y gaseoso.
Solvente: Es el que disuelve al soluto e interviene en mayor cantidad pudiendo ser sólido, líquido y gaseoso.
CLASES DE SOLUCIONES
I. DE ACUERDO AL ESTADO FÍSICO
Las soluciones pueden ser:
Sólidas, líquidas y gaseosas, cabe señalar que el estado de la solución, no está determinado por el estado de sus componentes, sino por el solvente.
Ejemplo:
Sol Gaseosa Aire
Sol Líquida Alcohol 70 º
Sol Sólida Acero
II. DE ACUERDO A LA CONCENTRACIÓN DEL SOLUTO
2.1 Físicas
a. Soluciones Diluídas
Que contiene poco soluto en relación a la cantidad del solvente.
Ejemplo:
0,4 g de NaOH en 100 mL de H2O
b. Soluciones Concentradas
Que contiene mucho soluto con relación a la cantidad del solvente.
Ejemplo:
Acido sulfúrico al 98 % en peso.
c. Soluciones Saturadas
Es la que contiene disuelta la máxima cantidad posible de soluto a una temperatura dada.
Ejemplo:
5 g de azúcar en 100 mL de H2O
d. Soluciones sobresaturadas
Es aquella que contiene disuelto un peso mayor que el indicado por su solubilidad a una temperatura dada, constituyen un sistema inestable.
Ejemplo:
50 g de azúcar en 250 mL de H2O (Jarabe)
2.2 Químicas
a. Soluciones Acidas:
Son aquellas que presentan mayor proporción de Iones “H+” que los iones “OH-”
Ejemplo:
Solución acuosa de HCl
b. Soluciones Básicas:
Son aquellas que presentan mayor proporción de iones “OH-” que los iones “H+”
Ejemplo:
Solución acuosa de NaOH
c. Soluciones Neutras:
Son aquellas que presentan las mismas proporciones de los iones “H+” y “OH-”
Ejemplo:
Solución acuosa de NaCl
SOLUBILIDAD (S)
Es la cantidad máxima del soluto que se solubiliza en 100 g de solvente a una temperatura dada:
SOLUCIONES VALORADAS
Son aquellas soluciones de concentración conocida.
CONCENTRACIÓN
Es la cantidad de soluto disuelto por unidad de masa o volumen de solución. La concentración de una solución valorada se puede expresar en
A. UNIDADES FÍSICAS DE CONCENTRACIÓN
A.1 Porcentaje en masa (%M)
%Msto =
Msoluto : masa del soluto
Msolución: masa de la solución
%Msto = Porcentaje en masa del soluto
A.2 Porcentaje en Volumen
%Vsto = porcentaje en volumen del soluto
Vsto = volumen del soluto
Vsol = volumen de la solución.
A.3 Masa del Soluto en Volumen de Solución
C =
C = concentración de la solución (g/ml, g/, mg/, etc.)
Msto: masa del soluto
Vsol: volumen de la solución
Cuando la expresión se expresa en mg/ se denomina como “Partes por millón” (p.p.m.).
1 p.p.m. =
B. UNIDADES QUÍMICAS DE CONCENTRACIÓN
B.1 Molaridad (M)
Es el número de moles del soluto disuelto en un litro de solución.
M = =
M = molaridad (mol/)
nsto = Número de moles del soluto
Vsol = Volumen de la solución en litros.
msto = masa del soluto en gramos
sto = masa molar del soluto
B.2 Normalidad (N)
Es el número de equivalentes de soluto disuelto en un litro de solución.
N = =
Nº Eq-gsto = número de equivalente gramos del soluto
Vsol = volumen de la solución en litros
msto = masa del soluto en gramos
P.E.sto = Peso equivalente del soluto
Peso equivalente de algunas funciones:
P.E. = = Masa molar
FUNCIÓN
Acido
Base
Sal Nº de “H” ionizables
Nº de “OH” de la fórmula
Carga total del catión
Ejemplos:
1. Acido Sulfúrico (H2SO4)
= 98
= 2
P.E. =
2. Hidróxido de sodio (NaOH)
= 40
= 1
P.E. =
+1
3. Carbonato de sodio (Na2CO3)
= 106
= 2
P.E.
RELACIÓN ENTRE “N” Y “M”
N = M x
Observación
Si se conoce la densidad y el % en masa % Msto, la molaridad se obtiene:
M =
B.3 Molalidad (m):
Es el número de moles por masa de solvente en kilogramos.
m = =
sto = Nº de moles del soluto
mste = masa del solvente en kg
msto = masa del soluto en gramos
sto = masa molar del soluto
B.4 Fracción molar (fm)
Es la fracción de moles de soluto en relación a las moles totales.
fmsto =
de igual manera para el solvente
fmste =
DILUCIÓN DE UNA SOLUCIÓN
Consiste en preparar soluciones de menor concentración a partir de soluciones concentradas añadiendo agua; en la cual el número de moles permanece constante.
Sean:
Solución inicial Solución final
M1 = M2 =
Luego:
1 = M1 . V1 y 2 = M2 . V2
Pero se sabe que:
1 = 2
Por lo tanto:
M1 . V1 = M2 . V2
ó también
N1 . V1 = N2 . V2
Ejemplo:
¿Qué volumen de agua en litros debe agregarse a 3 litros de HNO3 6M, para obtener una solución 4M?
Solución
Datos:
Inicio: M1 = 6
V1 = 3 L
Dilución: M2 = 4
V2 = 3 + Vagua
En la ecuación de dilución:
M1 . V1 = M2 . V2
6 . 3 = 4 . (3 + Vagua)
Vagua = 1.5 litros
MEZCLA DE SOLUCIONES DEL MISMO SOLUTO
Son mezclas de dos o más soluciones de igual o diferente concentraciones de un mismo soluto.
Donde:
C1, C2 y C3 = molaridad o normalidad
V1, V2 y V3 = volumenes (ml,)
Luego:
sol(1) + sol(2) = sol(3)
M1.V1 + M2.V2 = M3.V3
También puede ser:
Eq-g(1) + Eq-g(2) = Eq-g(3)
N1.V1 + N2.V2 = N3.V3
Ejemplo:
Si se añade 3 litros de HCl 6 M, a 2 litros de HCl 1,5 M. Hallar la normalidad resultante.
Solución:
Solución 1: M1 = 6; V1 = 3 L
Solución 2: M2 = 1,5; V2 = 2 L
Solución resultante: M3 = ?; V3 = 5 L
M1.V1 + M2.V2 = M3.V3
6 . 3 + 1,5 . 2 = M3.5
M3 = 21 / 5 = 4,2 M
NEUTRALIZACIÓN O TITULACIÓN ACIDO – BASE
Es el proceso completo de la adición de un ácido o una base a una base o un ácido y la determinación del punto final o punto de equivalencia, en la cual el ácido o la base a sido totalmente neutralizado.
En una neutralización siempre debe cumplirse que:
ACIDO + BASE SAL + AGUA
Donde se cumple:
Eq – g(Acido) = Eq-g (Base)
Luego:
Nacido . Vacido = Nbase . Nbase
Ejemplo
¿Qué volumen de ácido sulfúrico (H2SO4) será necesario para neutralizar 30 ml de NaOH 2 N?
ESTADO LÍQUIDO
Los líquidos, como los gases, son fluidos. Esto indica que, aunque las moléculas sean mantenidas juntas por fuerzas de atracción, estas fuerzas no son lo suficientemente fuertes para mantenerlas, rígidamente en su lugar.
Entre sus moléculas las Fuerza de Repulsión, son similares en intensidad a las Fuerzas de Cohesión, por ello pueden adquirir la forma del recipiente que los contiene sin variar su volumen: son ISOTROPICOS, porque sus propiedades físicas son iguales en todas las direcciones; son relativamente incomprensibles al aumentar su temperatura, se evapora más rápidamente observándose que la superficie tiende a enfriarse.
I. PROPIEDADES
1. Evaporación
Este proceso se lleva a cabo cuando algunas moléculas de la superficie líquida pasan lentamente a vapor.
2. Viscosidad
Es una cualidad inversa a la fluidez. Se define como la resistencia experimentada por una porción de un líquido cuando se desliza sobre otra, debido a las fuerzas internas de fricción.
Imaginemos que se tiene 2 gotas sobre un plano; una de agua y otra de aceite, al indicar el plano observamos que la gota de agua resbala más rápidamente que la gota de aceite; se de debe precisamente a la viscosidad. Para analizar matemática y físicamente este fenómeno, usemos un poco la imaginación.
Supongamos un líquido entre dos capas paralelas, como se muestra en la figura
Una fuerza tangencial o de corte F se aplica a la capa superior y se deja que la inferior permanezca estacionaria. Para la mayoría de los líquidos, se ha descubierto que la fuerza por unidad de área F/A necesaria para impulsar a una capa de líquido en relación a la capa siguiente, es proporcional a la relación del cambio de velocidad al cambio en la distancia perpendicular al flujo v/y, que se denomina gradiente de velocidad, matemáticamente:
n =
Donde:
n = Cte de Proporcionalidad llamada coeficiente de viscosidad
A = Area de la capa de líquido
F = fuerza tangencial o de corte
y = Cambio de distancia perpendicular
v = cambio de velocidad
Los líquidos que obedecen a esta relación se conocen como líquidos newtonianos.
UNIDADES:
F =
Por lo tanto la unidad que tomaría “n” será:
n =
Experimentalmente se ha determinado la viscosidad de H2O igual a:
nH2O = 0.01 poise = 10-2 poise =
1 centipoise (cp)
Entones el centipoise se usará como unidad de viscosidad.
VISCOSIDAD DE ALGUNOS LÍQUIDOS EN cp:
T(ºC) H2O C2H5OH C6H6 CCl4 CHCl3 Hg
20º 1,002 1,200 0,65 0,9692 0,571 1,554
Los factores moleculares que afectan a la viscosidad de un líquido son el tamaño molecular, la forma y las interacciones entre las moléculas.
Durante la medición de la viscosidad de un fluído, es esencial que la temperatura permanezca constante, puesto que su elevación provoca una disminución de la viscosidad de un líquido.
3. Tensión Superficial (t)
Podríamos definir la tensión superficial como una medida del trabajo que se debe hacer para llevar una molécula del interior de un líquido a la superficie.
Por tal razón, los líquidos con mas fuerzas intermoleculares (Dipolo-Dipolo y Puente de Hidrógeno) tendrán una mayor tensión superficial.
Gráficamente, podemos representar la atracción de las moléculas de la superficie de un líquido hacia el interior.
Tensión superficial para algunos líquidos en Dinas/cm
T(ºC) H2O C2H5OH C6H6 CCl4
20 72,75 22,3 28,9 26,9
II. CARACTERÍSTICAS
1. Los líquidos están caracterizados por tener volumen propio
2. Se usan como disolventes
3. Son poco comprensibles (necesitan alta presión)
4. Fluyen rápidamente
5. Se difunden más lentamente que los gases
ESTADO SÓLIDO
Es aquel estado físico de agregación de partículas (átomos, iones o moléculas), tal que la fuerza de cohesión entre ellas, es lo suficientemente intensa para definir un sistema condensado de gran estabilidad, este sistema es tal que en la estructura formada, las partículas no se pueden desplazar libremente y sólo están dotadas de un movimiento vibratorio.
Este estado se define para cada sustancia a condiciones precisas de presión y de temperatura.
I. DIAGRAMA DE FASE:
El diagrama de fase es una representación gráfica de las relaciones que existen entre los estados SOLIDO, LIQUIDO y GASEOSO, de una sustancia, en función de la temperatura y presión que se le aplique.
Por ejemplo para el diagrama de fase del agua, las áreas de la figura de arriba, representan los estados sólido, líquido y gaseoso, en términos de la presión y temperatura.
Si tomamos la presión media de 380 mmHg, observamos que a –15ºC el agua es sólida a 15ºC es líquida y a 100º C es gas.
Las curvas que separan las áreas (fases) son curvas de equilibrio entre las fases:
AB representa la LINEA DE EQUILIBRIO entre las fases SOLIDA-GAS
AC representa la LINEA DE EQUILIBRIO entre las fases LIQUIDO-GAS
AD representa la LINEA DE EQUILIBRIO entre las fases SOLIDA Y LIQUIDA
Las tres líneas se cortan en el punto A a este punto se llama el PUNTO TRIPLE donde COEXISTEN LOS TRES ESTADO EN EQUILIBRIO.
II. CARACTERÍSTICAS
1. Los sólidos no presentan expansión.
2. Tienen forma definida
3. Conservan su volumen (invariable)
4. Los sólidos son incomprensibles, debido a sus fuerzas de atracción.
5. Los sólidos tienen alta densidad al igual que los líquidos.
Como hemos podido notar, valiéndonos de un diagrama de estados de agregación es posible determinar el comportamiento de cualquier sustancia, conociendo los valores de la presión y la temperatura; así como también responder a ciertas preguntas como son:
¿Qué es el punto triple?
Es el punto donde las tres fases están en mutuo equilibrio.
¿Qué es la temperatura crítica?
Es la temperatura en donde las densidades del gas y líquido se igualan.
¿Qué es la presión crítica?
Es la presión que se debe aplicar a un gas en su temperatura crítica para que pueda licuarse.
III. TIPOS DE SÓLIDOS
1. Sólidos Cristalinos
Son cuerpos que tienen la agrupación ordenada de las partículas que forman el sólido y presentan:
- Punto de fusión definido
- Una estructura interna ordenada, de formas geométricas uniformes.
- Son Anisotropicos. Es la cualidad de poseer diferentes valores para las propiedades físicas que tenga la sustancia; esta diferencia de valores se debe a la dirección en la cual se ha realizado la medición. Por ejemplo: la conductividad eléctrica, la porosidad, resistencia al corte, el índice de refracción, dilatación.
- Las propiedades que posee un sólido cristalino dependen de su ordenamiento geométrico y del tipo de enlace entre las partículas.
Por ejemplo: S8, Gráfito, Diamante, H2O (hielo), NaCl, azúcar.
2. Sólidos Amorfos
Son cuerpos cuya agrupación de sus partículas no guarda ningún ordenamiento uniforme y no presentan estructuras geométricas definidas.
- No poseen punto de fusión definidos, se ablandan gradualmente hasta empezar a fluir.
- Son Isotropicos; es decir las sustancias presentan los mismos valores para sus propiedades físicas no importa la dirección en la que se ha realizado la medición. Los gases y los líquidos también son isotrópicos.
Por ejemplo: Caucho, vidrio, polímeros sintéticos, pléxigas, azufre amorfo, etc.
Los Siete Sistemas Cristalinos
1. Cúbico (Sal Común)
2. Tetragonal (Circon: Silicato Anhidro de Circonio)
3. Ortorombico (Azúfre)
4. Romboedrico (Antimonio)
5. Hexagonal (Cuarzo: SiO2)
6. Monoclinico (Micas: H2KAl3(SiO4)3)
7. Triclinico (Feldes Patos:
KAlSi3O6)
PROBLEMAS RESUELTOS Y PROPUESTOS
I. SOLUCIONES
1. Hallar la molaridad y la normalidad de una solución, si se disuelven 49g de H2SO4 en 250 ml de solución
(P.A. H = 1 S = 32 O = 16)
a) 1N y 2 M b) 4N y 2 M
c) 2N y 4 M d) 0,5 N y 1 M
e) 0,2 N y 0,4 M
Resolución:
H2SO4 = 98
Luego:
M =
M =
M = 2M
Y la normalidad:
N = x M = 2 x 2 = 4 N
N = 4 N Rpta. b
2. Se prepara una disolución añadiendo 184 g de etanol (C2H5OH) cuya densidad es 0,8 g/mL a 144 g de agua. Determine el porcentaje volumétrico de alcohol en la solución.
Rpta...
3. Determine la masa de ácido sulfúrico que se deberá disolver en agua para formar 500 mL de solución 2 M.
Rpta. …..
4. Determine la normalidad de una solución preparada disolviendo 112 L de HCl(g) a condiciones normales en suficiente agua para producir 500 mL de solución.
Rpta........
5. Se tiene una solución acuosa de H2SO4 al 49 % en masa, si la densidad de la solución es 1,6 g/mL. Determine la normalidad de la solución.
Rpta................
6. Se mezclan 20 ml de H2SO4 1,2 M; 40 mL de H2SO4 0,8 M y 60 mL de H2SO4 0,2 M. A la solución resultante se agrega 200 mL e agua. Determine la molaridad de la solución final.
7. Para neutralizar 30 mL de una solución 0,1 N de álcali se necesitaron 12 mL de una solución de ácido. Determine la normalidad del ácido.
Categoría:
SOLUCIONES - UNIDADES DE CONCENTRACION
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