Unidades físicas de concentración

Química. Porcentaje referido a masa, volumen. Mezcla homogénea, heterogénea. Disolución. Componentes: Solvente, soluto. Soluciones saturadas, no saturadas, sobresaturadas

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Carrera:

Ingeniería Electrónica

Laboratorio de Química General

Tema:

Preparación de soluciones; Unidades físicas de concentración

FUNDAMENTOS TEORICOS

I. UNIDADES FISICAS DE CONCENTRACION

a)- Porcentaje referido a masa:

La concentración de una solución puede expresarse como partes de masa del soluto por 100 partes de masa de solución .Esta método se conoce como el porcentaje de soluto de una solución.

Se expresa de la siguiente formula:

Porcentaje de soluto = Masa de soluto X 100

Masa de solución

Pero la masa de solución es el total de la suma de la masa de solvente y de la masa de soluto.

Comentarios:

Para saber de ese, se expresa, cuantos gramos de soluto en 100 gramos de la solución .Además lo que he leído, cada método de porcentaje tiene una ventaja sobre los demás, dependiendo del uso final de la solución.

Por ejemplo:

En una solución de 400gr de masa (H20 + Na2So4).El porcentaje de masa de soluto es 2.5% ¿Cuántos gramos de soluto de Na2So4 deberían haber?

Porcentaje de soluto = 2.5%

Masa de solución = 400gr

Masa de soluto = ?

2.5% = M x 100%

400gr

M = 2.5

4gr

M = 4gr x 2.5

M = 10.0 gr.

Rpta: existe 10 gramos de Na2So4

b)- Porcentaje referido al volumen.

Aquí la concentración de la solución se manifiesta en “X” ml del volumen de soluto por 100ml de volumen de solución.

Se expresa de la siguiente formula:

Porcentaje de volumen = Volumen del soluto x 100

Volumen de solución

Observaciones:

Es casi lo mismo que el anterior, pero aquí solo se trabaja en volúmenes en “ml”.

Es mejor usarla en el caso de soluciones donde ambos componentes son líquidos, pues es muy tedioso hallar la masa de la solución, y la masa del soluto (en caso de un líquido o un gas)

Por ejemplo:

En una solución de 825ml de H2O + CO2 existe una concentración de 4% ¿cuanto CO2 hay?

Porcentaje de Volumen = 4%

Volumen de solución = 825ml

Volumen de soluto (CO2) = ?

4% = Volumen soluto x 100%

825ml

Volumen soluto = 4 x 825ml

100

Volumen soluto = 33ml

Rpta.: existe 33ml de CO2

c)- Porcentaje de masa por volumen:

Se expresa cuantos gramos de soluto existen en 100ml de una solución.

Para saber, se expresa de la siguiente fórmula:

Porcentaje de masa por volumen = Masa de soluto x 100

Volumen solución

Comentarios:

Es útil cuando el soluto es sólido pues es difícil hallar se volumen. como la mayoría de las soluciones son de solutos sólidos (sales) y solventes líquidos , este método es el mas eficaz.

Por ejemplo:

Se mezcla 727 ml (agua con 23gr de NaCl). ¿Cual es su concentración?

Porcentaje de masa por volumen = ?

Masa de soluto = 23gr

Volumen solución = 727ml

Porcentaje de masa por volumen = 23gr x 100

727ml

Porcentaje de masa por volumen = 3.16gr %

ml

Rpta: la concentración de la solución es de 3.16 % o 3.16gr de NaCl por 100ml de H2O

d)- Partes por millón:

En disoluciones diluidas, una ppm equivale a un microgramo/mililitro.
Veamos por qué:

En una disolución diluida la cantidad de soluto es muy pequeña, por tanto, un mililitro de disolución (soluto + disolvente (agua)) tendrá una masa muy próxima a un mililitro de agua, es decir, un gramo.

Así, 1 microgramo/mililitro será equivalente a 1 microgramo/gramo, que por definición es una parte por millón o ppm.

Microgramo (um) es la millonésima parte de un gramo, es decir, 1um = 0,000001 = 10^(-6) gramos.

Mililitro (ml) es la milésima parte de un litro, es decir,
1mL = 0,001 =10^(-3) litros. 1 ml es lo mismo que 1 centímetro cúbico, cm3 o cc.

Para calcular el ppm se expresa de la siguiente formula:

Partes por millón (ppm) = Masa de soluto x 1 millón

Masa de solución

Comentarios:

Me parece que por una medida de 1 millón es muy grande, justamente es más aplicable a soluciones muy diluidas, donde la cantidades soluto es mínima. Y por lo tanto la densidad de la solución es muy cercana a la del solvente.

Por ejemplo:

Una muestra de 825ml de agua contiene 3.5mg de iones fluoruro (F-). Calcule las PPM de ion fluoruro en la muestra.

3.5mg x 1ml x 1gr x 1 000 000 (ppm)

825ml 1gr 1 000mg

3 500 000 (ppm)

825 000

4.24 PPM

Rpta: Hay 4.24 partes por millón

II. TIPOS DE MEZCLA:

Las mezclas son más uniones de dos o más sustancias de forma arbitraria donde no se produce cambios ni reacciones químicas en la estructura interna de sus moléculas.

Hay dos tipos de mezcla: homogénea y heterogénea

a)- Mezcla homogénea:

  • Se mezcla de tal forma que es difícil distinguir a simple vista cual es cual.

  • Se separan por método físicos: evaporación, tamización, sedimentación; etc.

Por ejemplo:

Café + leche

NaCl + H2O

b)- Mezcla heterogénea:

  • No hay una mezcla total de ambas sustancias y por tanto es facil su distinción.

  • Es posible se pararlos por métodos mecánicos: por selección manual, etc.

Por ejemplo:

Viruta + arena

Agua + aceite

Comentarios:

Según algunas informaciones necesariamente el soluto debe disgregarse completamente hasta que se difundan sus partículas en el solvente.

Por lo tanto, opino que las soluciones son solo mezclas homogéneas, y por eso que el proceso de disolución se nos pedía “HOMOGENIZAR”.

III. COMPONENTES DE UNA DISOLUCION:

Los solventes de una disolución son: solvente y soluto.

a)- solvente:

Es una sustancia que representa la mayor parte de una solución .En esta se empieza a disolver el soluto. En su mayoría son líquidos.

b)- Soluto:

Es un componente de la solución, pero no siempre es solidó, es la parte menos abundante que hay en la solución. Casi siempre son sales.

Por ejemplo:

H2O + NaCl

H2O + acido cubrico

Esmalte + tiner

III. CLASIFICACION DE SOLUCIONES POR SU CONCENTRACION:

a)- Soluciones saturadas:

Es una solución que contiene tanto soluto como puede disolverse en el disolvente utilizando los medios normales.

b)- Soluciones no saturadas:

Una solución no saturada es aquella en la que la concentración de soluto es menor que la concentración de una solución saturada.

c)- Soluciones sobresaturadas:

Son aquellas en la que la concentración de soluto es realmente mayor que la de una solución saturada bajo las mismas condiciones.

Comentarios:

La mayor parte de experimento hecho en laboratorio no fueron soluciones saturadas ni sobresaturadas, fueron soluciones no saturadas. Pero ¿cual fue su estado de concentración?

Existe dos términos: “concentrada y diluida”, que por un lado no son muy precisos, pero si nos dan una idea general de la concentración.

IV. CLASIFICACION DE LAS SOLUCIONES POR EL ESTADO FISICO DE SUS COMPONENTES:

Si bien las soluciones acuosas son las más comunes, están muy lejos de ser el único tipo de solución. Los disolventes pueden ser el agua o cualquier otro liquido. Los solutos pueden ser sólido, líquidos o gases.

Los tipos de soluciones más comunes son:

  • Un gas en un líquido.

  • Un líquido en un sólido.

  • Un sólido en un líquido.

Soluto + Solvente

Ejemplo

Gas

Líquido

Bebidas carbonadas

Líquido

Líquido

Anticongelantes

Sólido

Líquido

Pastas dentales

Parte experimental

a) Materiales:

-Fiola

-Vaso de precipitado

-Pipeta

-Luna de reloj

-Balanza de precisión

-Baqueta

-Espátula

-Pipeta graduada

b) Reactivos:

-Cloruro de sodio

-Etanol

-Agua destilada

c) Procedimiento:

Primer experimento:

Preparar 100gr de solución de NaCl al 1,5% en peso

  • La sal a utilizar (NaCl) debe ser deshidratada previamente en una estufa a 150° por 120 minutos.

  • Calcular la masa requerida de NaCl y de H2O para preparar la solución.

  • Colocar la masa de NaCl en un vaso precipitado de 250 ml y agregar la cantidad de agua calculada (considerar la densidad del agua a la temperatura del laboratorio para realizar los cálculos).

  • Agite hasta homogenizar y etiquete la solución.

  • Utilice una porción suficiente para determinar la densidad experimental de la solución.

  • Segundo experimento

    Preparar 100ml de una solución de etanol al 1,5% v/v

  • Calcular el volumen de etanol y de agua necesaria para preparar la cantidad de solución requerida.

  • Tomar el volumen de agua y etanol por separado con ayuda de una pipeta y depositarlo en ese orden en un vaso de precipitado.

  • homogenizar la solución en una fiola, etiquetar y guardar.

  • Tercer experimento:

    Preparar 100ml de solución de NaCl al 1,5% en p/v

  • Calcular la masa de NaCl necesario.

  • Pesar y depositarla en un vaso de precipitado disolver con 30ml de agua aproximadamente.

  • Transvasar la solución a una fiola de 100ml, lavar repetidas veces el vaso de precipitado con pequeñas porciones de agua que se pasan a la fiola y luego proceder a enrasar con agua destilada.

  • Homogenizar, etiquetar y guardar.

  • Utilice una porción suficiente para determinar la densidad experimental..

    Cuarto experimento

    Preparar 100ml de solución de NaCl que contenga 5000 ppm de sal:

  • Calcular la masa de NaCl requerida.Pesar.

  • Depositar la masa calculada en un vaso de precipitado y disolver con 30ml de agua

  • Transvasar la solución a una fiola de 100ml y lavar repetidas veces el vaso de precipitado con pequeñas porciones de agua y pasarlo a la fiola.Finalmente enrasar la fiola con agua destilada.

  • CALCULOS MATEMICOS

    a)- En la primera parte:

    -Necesitó saber la cantidad de soluto y solvente:

    P/P % = Masa de soluto x 100%

    Masa de solución

    1,5 % = Masa de soluto x 100%

    100 gr.

    Masa de soluto = 1,5 gr.

    Masa del solvente = 100 gr. - 1,5 gr. = 9,8 gr.

    -Hallando la densidad:

    * = M (vaso + soluto) - M (vaso)

    V

    = (44,9 - 29,6) gr.

    (16) ml.

    = 0,95 gr.

    b)- En la segunda parte:

    -Hallando la medida de componentes:

    V/V % = V(soluto) x 100%

    V(solución)

    1,5% = V (soluto) x 100%

    100ml.

    V (soluto) = 1,5 ml.

    V (soluto) = 100 ml. - 1,5 ml. = 98,5 ml.

    -Hallando la densidad:

    * = M (vaso + soluto) - M (vaso)

    V

    = (52,1 - 29,6) gr.

    (23) ml.

    = 0,97 gr.

    c)- En la tercera parte:

    -Hallando las cantidades disueltas:

    P/V % = M (soluto) x 100%

    V(solución)

    1,5% = M (soluto) x 100%

    100 ml.

    M (soluto) = 1,5 gr.

    V (solución) = 100 ml.- 1,5 ml. = 98,5 ml.

    -Buscando la densidad:

    * = M (vaso + soluto) - M (vaso)

    V

    = (54 - 29,6) gr.

    (24,5) ml.

    = 0,995 g/ml.

    d)- En la última parte:

    -Hallando la medida de cada componente:

    PPM = # de miligramos de soluto

    # de litros de solución

    15000(ppm/l) = # de miligramos de soluto

    0,1 L.

    # mg. (soluto) = 1500 mg. o 1,5 gr.

    Solvente = 100 ml. - 1,5 ml. = 98,5 ml.

    -Ahora la densidad:

    * = M (vaso + soluto) - M (vaso)

    V

    = 56,5gr - 29,6gr.

    27 ml.

    = 0,996 g/ml.

    TABLA DE RESULTADOS

    SOLUCION

    Cantidad de Soluto

    (gr. o ml)

    Cantidad de solvente

    (gr. o ml)

    Densidad de

    solución

    NaCl al 1,5%

    P/P

    1,5

    98,5

    0,95

    Etanol al 1,5

    V/V

    1,5

    98,5

    0,97

    NaCl al 1,5%

    P/P

    1,5

    98,5

    0,9959

    NaCl 1500ppm

    1,5

    98,5

    0,9967

    -Hay variación con respecto a la Densidad de las soluciones de salmuera. Se debe a la inexactitud de mediciones.

    -Durante la experimentación se cometió el error de tratar de hallar la concentración por P/V a la 2da parte (H2O y Etanol)

    -En el ultimo se menciona “5000 ppm “lo cual no concuerda con el resultado de trabajar 1,5 gr.

    5000ppm = M (soluto)

    0,1 L

    Concentración = 1500 mg. = 15000ppm.

    0,1 L

    M (soluto) = 500mgr = 0,5 gr.

    CONCLUSONES:

    -Siempre harán diferencia por error de medición, especialmente en el caso de volúmenes.

    -Existen diferentes tipos o modo de hallar la concentración, el método dependerá de la finalidad que se dará a la solución y también del estado físico de sus componentes.

    -Cuando ocurre la disolución, la densidad de la solución comienza a variar.

    Por ejemplo la diferencia que existe en echarle sal o etanol es notoria, y sin embargo estamos hablando de 1,5 gr. no de cantidades excesivas

    RECOMNEDACIONES:

    -En la sección de parte por millones es diferente a la usada en el laboratorio. Sin embargo la aplicaron es la misma.

    -Puesto que todas nuestras soluciones son no saturadas llegamos a la conclusión que es el tipo de solución mas usada.

    -Todas las soluciones deben ser mezclas homogéneas. Por tanto al momento de homogenizar, se debe procurar volver todo el soluto.

    BIBLIOGRAFIA:

    -Raymon Chang: “Química”

    -Romero Accinelli: “Química“(2da parte)

    -Enciclopedia Encarta 2005: “Fundamentos de Química”