Universidad Gran Mariscal de Ayacucho

Facultad de Ingeniería

Escuela de Ingeniería Ambiental y de los Recursos Naturales

Núcleo Maturín

23/11/05

INDICE

INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN

En la vida diaria se encuentran situaciones que necesitan la preparación de sustancias o soluciones, no solo a nivel industrial sino también en nuestros hogares, pero para poder empezar los estudios de soluciones es necesario saber que estas son mezclas homogéneas que se forman de la combinación de dos o más sustancias, que se conocen como soluto y solvente. Normalmente el solvente es el que esta en mayor proporción y generalmente define el estado de la solución (sólida, líquida o gaseosa). El soluto está en menor proporción que el solvente y en una solución puede existir más de un soluto.

El propósito principal de este trabajo es dar a conocer cada uno de los pasos a seguir en la realización de soluciones por unidades físicas y químicas y por diluciones. Para prepara una solución hay que disolver una cierta cantidad de soluto en el solvente, pero hay que tener en cuenta la solubilidad que presenta el solvente, porque de acuerdo a esto podemos tener soluciones saturadas, sobresaturadas e insaturadas.

Cualitativamente, se puede decir que una solución de agua con sal está formada por dos sustancias, pero para expresar que cantidad de sal y de agua hay en la solución es necesario recurrir a las llamadas unidades de concentración, las cuales expresan de manera cualitativa y cuantitativa la constitución de la solución, de allí el empleo de las unidades físicas y químicas.

Por otro lado, de las soluciones también se puede determinar las concentraciones del soluto o del solvente, cuyo procedimiento se realiza por medio de las titulaciones.

OBJETIVO GENERAL

Describir los diferentes procesos de preparación de soluciones, empleando las unidades de concentraciones físicas y químicas.

Descubrir mediante el proceso de titulación la concentración de soluciones de un acido y base cuya concentración no se conoce.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Conocer las unidades de concentraciones de soluciones en sus aspectos físicos y químicos.

Determinar las cantidades de soluto y de solventes requeridas para preparar una solución de volumen específico.

Hallar la concentración de una solución, conociendo una determinada cantidad de soluto o de solvente.

Preparar soluciones y diluciones expresándolas en sus unidades de concentraciones físicas y químicas.

Prepara por dilución una solución de ácido sulfúrico (H2SO4) 0,1 N a partir de una solución 1 N del mismo ácido.

Describir el proceso de titulación.

Observar el punto final de la titulación.

MARCO TEÓRICO

Tanto a nivel industrial como doméstico es muy común encontrar circunstancias que requieran la preparación de soluciones o disoluciones. En los hogares se preparan frecuentemente soluciones de sal, azúcar, té, café, jugos, etc. En las industrias se preparan medicinas, alimentos, productos de limpieza, anticongelantes y otros.

Las soluciones son mezclas homogéneas de dos o más sustancias. Para su preparación se necesita mezclar una sustancia con otra, la sustancia presente en mayor cantidad suele recibir el nombre de disolvente o solvente, y a la de menor cantidad se le llama soluto y es la sustancia que se encuentra disuelta. Tanto el soluto como el solvente pueden ser un gas, un líquido o un sólido, de modo que las soluciones también se presentan en cualquiera de estos estados físicos.

El agua con gas es un ejemplo de un gas (dióxido de carbono) disuelto en un líquido (agua). Las mezclas de gases, como ocurre en la atmósfera, son soluciones. Las soluciones verdaderas se diferencian de las soluciones coloidales y de las suspensiones en que las partículas del soluto son de tamaño molecular, y se encuentran dispersas entre las moléculas del solvente. Observadas a través del microscopio, las soluciones aparecen homogéneas y el soluto no puede separarse por filtración. Las sales, ácidos y bases se ionizan al disolverse en agua. Algunos metales son solubles en otros en estado líquido y solidifican manteniendo la mezcla de átomos. Si en dicha mezcla los dos metales pueden solidificar en cualquier proporción, se trata de una solución sólida.

Algunos líquidos, como el agua y el alcohol, pueden disolverse entre ellos en cualquier proporción. En una solución de azúcar en agua, puede suceder que, si se le sigue añadiendo más azúcar, se llegue a un punto en el que ya no se disolverá más, pues la solución está saturada.

Con respecto a lo anterior mencionado podemos decir que existen tres tipos de soluciones, las soluciones saturadas, que son aquellas donde ya no se puede disolver más soluto en una cantidad de solvente; las soluciones insaturadas, que son aquellas que contiene menos cantidad de soluto que puede ser disuelta por el solvente; y las soluciones sobresaturadas, que son las que contienen mayor cantidad de soluto que puede ser disuelta por el solvente.

La solubilidad de un compuesto en un solvente concreto y a una temperatura y presión dadas se define como la cantidad máxima de ese compuesto que puede ser disuelta en la solución. En la mayoría de las sustancias, la solubilidad aumenta al aumentar la temperatura del solvente. En el caso de sustancias como los gases o sales orgánicas de calcio, la solubilidad en un líquido aumenta a medida que disminuye la temperatura. En general, la mayor solubilidad se da en soluciones cuyas moléculas tienen una estructura similar a las del solvente. Por ejemplo, el etanol (C2H5OH) y el agua (HOH) tienen moléculas de estructura similar y son muy solubles entre sí.

Cuando se añade un soluto a un solvente, se alteran algunas propiedades físicas del solvente. Al aumentar la cantidad del soluto, sube el punto de ebullición y desciende el punto de solidificación. Así, para evitar la congelación del agua utilizada en la refrigeración de los motores de los automóviles, se le añade un anticongelante (soluto), como el 1,2-etanodiol (HOCH2CH2OH). Por otra parte, al añadir un soluto se rebaja la presión de vapor del solvente.

Otra propiedad destacable de una solución es su capacidad para ejercer una presión osmótica. Si separamos dos soluciones de concentraciones diferentes por una membrana semipermeable (una membrana que permite el paso de las moléculas del solvente, pero impide el paso de las del soluto), las moléculas del solvente pasarán de la solución menos concentrada a la solución de mayor concentración, haciendo a esta última más diluida.

La concentración es la cantidad de cuerpo o soluto disuelto por peso o volumen que hay en una cantidad de solvente o solución. En una solución su concentración puede expresarse de varias formas, en unidades Físicas y en unidades Químicas.

La concentración en unidades físicas expresan los gramos de soluto, contenida en un determinado volumen de solución, expresado en mililitros. Las formulas utilizadas para hacer estos análisis desde el punto de vista porcentual son:

%p/v = Peso de Soluto (grs.) x 100

Volumen de solución (ml)

%p/p = Peso de Soluto (grs.) x 100

Peso de Solución

%v/v = Volumen de Soluto x 100

Volumen de Solución (ml)

Las unidades Químicas más utilizadas para determinar la concentración en las soluciones son:

Molaridad (M): es el número de moles de soluto por litro de solución.

M = Nº de moles de soluto

Litros de solución

Modalidad (m): es el número de soluto por kilogramos de solvente.

m = Nº de moles de soluto

Kilogramos de solvente

Normalidad (N): es el número de equivalentes de soluto por litro de solución. Esta unidad de concentración se usa con frecuencia para describir soluciones que intervienen en operaciones de análisis volumétrico.

N = Nº de equivalente de soluto

Litros de solución

Otra forma de preparar soluciones es por medio de un proceso que se conoce como Dilución, el cual consiste en el aumento del volumen de una sustancia de concentración conocida añadiéndole más solvente.

Cuando la solución se diluye a un nuevo volumen, aún contiene el mismo número de moles de soluto. La concentración ha disminuido, pero el producto es igual al mismo número de moles por lo tanto:

V1 x C1 = V2 x C2

Los estudios cuantitativos de las reacciones ácido- base se llevan a cabo por medio de un procedimiento llamado titulación. La titulación es un procedimiento analítico volumétrico que permite averiguar cuánto de soluto esta presente en una solución. También se utiliza para medir cuánta cantidad de una solución se necesita para reaccionar exactamente con otra solución de concentración y volumen conocidos. Para ello se va añadiendo gota a gota la solución desconocida o `problema' a la otra solución (solución valorada) desde un recipiente cilíndrico denominado bureta, hasta que la reacción finaliza. Según el tipo de reacción que se produzca, la volumetría será, por ejemplo, volumetría ácido-base, de oxidación-reducción o de precipitación.

La titulación por Neutralización tiene dos variantes: alcalimetría que es la valoración de una base por un ácido y acidimetría el proceso contrario. Si se prepara una cantidad de ácido o base con una concentración conocida, se puede medir cuánta cantidad de la otra solución se necesita para completar la reacción de neutralización, y a partir de ello determinar la concentración de dicha solución. La titulación tiene su fundamento en un principio general según el cual un equivalente gramo de una sustancia reacciona totalmente con equivalente gramo de otra. De acuerdo a esto, el trabajo de valoración consiste básicamente, en agregar a la solución problema el volumen necesario de solución valorante hasta que las cantidades de sustancias presentes en ambas soluciones sean equivalentes.

Como el punto de equivalencia en la neutralización se alcanza en general sin experimentar cambios visibles, se hace necesario añadir un reactivo auxiliar llamado indicador. Los indicadores son sustancias que tienen colores muy diferentes en medios básicos y ácidos y se utilizan para determinar el final de la reacción, entre los indicadores más comunes tenemos el papel Tornasol el cual se vuelve azul cuando la solución en la cual es colocado es básica y rojo cuando la solución es ácida. En general los indicadores cambian de color dentro de un cierto intervalo de pH. Otro indicador es el denominado indicador universal que es una mezcla especial de varios indicadores.

Cuando un indicador se agrega a una solución que está siendo titulada y el indicador sólo cambia de color, se ha alcanzado lo que llamamos punto final. Para hacer una titulación ácido- base, se estima el pH. En el punto de equivalencia, se selecciona un indicador que cambie de coloren el intervalo de tiempo apropiado, y se agregan unas cuantas gotas del indicador a la solución que esta siendo titulada.

MARCO EXPERIMENTAL

Práctica Nº 1

Las Unidades de Concentraciones Físicas.

Experimento Nº 1

Preparación de alcohol al 20% v/v

Materiales:

• Cilindro Graduado de 10 ml.

• Alcohol.

• Matraz Aforado de 50 ml.

• Agua destilada.

Procedimiento:

- Previo a la realización de la práctica se realizaron los cálculos pertinentes para determinar la cantidad de soluto (alcohol) necesario para preparar la solución. Se nos da el porcentaje de la solución madre, 20% v/v y el volumen de la misma, 50 ml. De la ecuación %v/v se despejo el volumen.

• Se procedió a curar el vaso precipitado con la sustancia a usar (alcohol), y el matraz aforado con agua destilada.

• Con el cilindro graduado se midieron 10 ml de alcohol, que se trasvasaron al matraz aforado de 50 ml.

• Por ultimo se enraso o completó con agua destilada hasta la línea de aforo del matraz (50 ml).

Experimento Nº 2

Preparación de una solución de NaCl al 10% p/p

Materiales y Equipos:

• Cápsula de Petri.

• Vaso Precipitado.

• Matraz Aforado de 100 ml.

• Sal.

• Piceta con agua destilada.

• Balanza Analítica.

• Espátula.

Procedimiento:

- Primeramente se realizaron los cálculos para determinar la cantidad de soluto (sal) necesario para preparar la solución. Con los datos que se nos da y de la ecuación de % p/v, se despejo el peso del soluto.

• En la balanza analítica se procedió a pesar primeramente, la cápsula de petri (se taró para eliminar ese peso), y luego con ayuda de la espátula se añadió sobre la cápsula 10 g de sal.

• Se trasvaso la sal a un vaso precipitado, el cual contenía una mínima porción de agua para comenzar a realizar la mezcla.

• Posteriormente se trasvaso el soluto disuelto al matraz aforado. El vaso precipitado se lavó tres veces y esa agua se añadió al matraz aforado.

• Por ultimo se enraso hasta la línea de aforo agradándole agua destilada. Se tapo el matraz y se homogeneizo la mezcla agitando el recipiente.

Experimento Nº 3

Soluciones preparas de las concentraciones anteriores de 3% y 5%

Materiales:

• Matraz Aforado de 100 ml.

• Pipeta.

• Piceta con agua destilada.

Procedimiento:

- Se realizaron los cálculos para determinar las cantidades de solución necesarias para preparar las disoluciones de alcohol al 3% y sal al 5%.

• Con ayuda de la pipeta se sustrajo las cantidades necesarias para preparar alcohol al 3% y sal al 5% respectivamente, es decir, que de alcohol se sustrajo 3,33ml y de sal 2ml.

• Se colocó las cantidades de sal y alcohol en distintos matraces, y por ultimo se enraso o completó hasta la línea de aforo.

Práctica Nº 2

Las Unidades de Concentraciones Químicas

Experimento Nº 1

Preparación de 200ml de una solución de H2SO4 a 1N, al 97% y D= 1,84 kg/lt

Materiales y Equipos:

• Campana de Extracción.

• Pipeta.

• Pro pipeta.

• Matraz Aforado de 200ml.

• Vaso de Precipitado.

• H2SO4.

Procedimiento:

- Se procedió a efectuar los cálculos de las cantidades necesarias de H2SO4 necesarias para preparar 200ml de solución.

• Primeramente se encendió la campana de extracción por ser un trabajo con ácidos, y todo el proceso fue realizado aquí.

• Se curó cada instrumento con la sustancia a usar, la pipeta con H2SO4 y el matraz con agua destilada.

• Se extrajeron 5ml de H2SO4 concentrado con la pipeta, usando también la pro pipeta por ser la sustancia un ácido.

• Se tomo el matraz y se le añadió un poco de agua antes de agregarle los 5ml de H2SO4, ya que se torna muy caliente.

• Luego se le agrego agua hasta la línea de aforo.

Experimento Nº 2

Preparación de 500ml de solución de H2SO4 por dilución a 0,1N

Materiales:

• Matraz Aforado de 500ml.

• Cilindro Graduado de 50ml.

• Agua destilada.

Procedimiento:

- Primeramente se realizó el cálculo para saber que cantidad de la sustancia previamente preparada tenía que ser utilizada para está nueva solución a 0,1N.

• Luego del matraz aforado donde se encontraba la solución preparada, se trasvaso 50ml al cilindro graduado (el cual fue previamente curado con la misma sustancia).

• En el matraz aforado de 500ml se agregó un poco de agua destilada y posteriormente se procedió a trasvasar la solución del cilindro graduado al matraz.

• Por ultimo se enraso o completo hasta la línea de aforo añadiendo agua y se identificaron los matraces con las sustancias respectivamente (H2SO4, 1N y H2SO4, 0,1N).

Práctica Nº 3

Titulación Ácido- Base

Experimento Nº 1

Titulación ácido- base

Materiales:

• Bureta.

• Soporte Universal.

• Matraz Aforado de 250ml (4).

• Vaso de precipitado.

• Solución problema (H2SO4 1N).

• Solución Titulación NaOH 1N.

• Cilindro graduado de 25ml.

• Indicador mixto e indicador de fenolftalina.

Procedimiento:

• Se procedió a curar el cilindro graduado con la solución anteriormente preparada. Se midió 25ml de H2SO4 0,1N en el cilindro graduado y luego se trasvaso al matraz aforado, este procedimiento se repitió tres veces más, para tener así cuatro enveses con la solución problema y hacer los respectivos análisis y evitar un cierto grado de error.

• Posteriormente se le añadió a dos (2) matraces 3 gotas de indicador mixto. La solución tomó una coloración rojiza o rosada. Y a los otros dos (2) se le añadió el indicador de fenolftalina, en este caso la solución no cambió de color.

• Se curó la bureta con 10ml de solución valorante (NaOH, 1N), luego se procedió a curarla para sacarle el aire contenido en la válvula de la bureta, colocando un vaso de precipitado para recibir el Ano que sale, por ultimo se le añadió 25ml de solución titulante para realizar las respectivas titulaciones.

• Se procedió a realizar la titulación en el primer matraz que contenía la solución problema con un indicador mixto. Se dejo caer gota a gota la solución titulante de Ano en el interior del matraz, se sostuvo con la mano derecha el matraz el cual se agitaba constantemente y con la mano izquierda se manipulaba la llave de la bureta, este procesó se realizó hasta que la solución tuvo un cambio de color el cual paso de rosado a un morado claro o violeta, este proceso consumió 2,5ml de la solución titulante.

• El proceso anterior se repitió en el segundo matraz que contenía el mismo indicador, esta titulación consumió 2,5ml de la solución valorada.

• Luego se tomó el tercer matraz que contenía la solución problema y el indicador de fenolftalina, y se empezó a realizar la titulación, como en los anteriores casos, dejando caer gota a gota la solución valorada en el matraz el cual se agitaba ligeramente, se realizó este proceso hasta que la solución problema presentó el cambio de color, el cual paso de cristalino o transparente a verde claro, esta titulación consumió 2,5ml de Ano.

• Con el cuarto matraz se realizó el mismo procedimiento que en los anteriores, tuvo un cambio de color de transparente a verde y consumió 2,5ml de la solución valorada.

• Por ultimo se realizaron los cálculos para determinar la concentración de la solución problema.

RESULTADOS

Práctica Nº 1

Experimento Nº 1

Concentración en unidades físicas

% v/v = ml soluto x 100% ! ml soluto = % v/v x ml. solución

ml solución 100%

ml. soluto = 20% x 50ml de solución ! ml. Soluto = 10ml de alcohol.

100%

Son 10ml de alcohol para 50ml de solución

Experimento Nº 2

Peso de la cápsula de Petri: 28,5786.

% p/v = gr. Soluto x 100 ! gr. Soluto = % p/v x ml. solución

ml. solución 100%

gr. Soluto = 10% x 100ml solución ! gr. Soluto = 10gr de NaCl

100%

Son 10gr de NaCl para 100ml de solución.

Experimento Nº 3

Dilución al 3%

C1 x V1 = C2 x V2

C1 = 20% = 0,2 V2 = 0,2 x 50ml = 3,33ml de alcohol

100ml 3%

Dilución al 5%

C1 x V1 = C2 x V2

C1 = 10% = 0,1 V2 = 0,1 x 100ml = 2ml de NaCl

100ml 5%

Práctica Nº 2

Experimento Nº 1

Concentración en unidades químicas

Cálculos para preparar 200ml de H2SO4 a 1N

Primeramente se calcula el peso molecular de nuestro compuesto

P.M. ( H2SO4) = (2x1) + (32x1) + (16x4) = 98g/mol

Luego se calcula el peso equivalente del soluto con el peso molecular entre el número de moléculas de hidrogeno presente en el compuesto.

P.E sto= 98g/mol= 49g/equiv.

2 equiv. /mol

Después de la ecuación de normalidad se despeja la masa de la solución para hallar su valor.

N = Nº equivalente sto ! N = Masa sol.

Lt de solución P.E sto x Lt. De solución

N = Masa sol

P.Esto x Lt. solución

Msol = 1N x 49g/equiv. x 0,2lts. = 9,8g

De la ecuación de densidad se halla el volumen de la solución

D. solución = Masa sol. ! Volumen sol. = Masa sol.

Volumen sol. Densidad sol.

Vsol = 9,8g = 5,3ml

1,84 g/ml

Por ultimo, de la ecuación de % p/v se despeja el peso del soluto que se va a necesitar para la solución.

% p/v = Peso del soluto x 100 ! Peso del soluto = % p/v x Volumen sol.

Volumen de solución 100

Psto = 97% x 5,32ml = 5,15ml

100

Se necesitan 5,15ml de H2SO4 1N para preparar una solución de 200ml

Experimento Nº 2

Preparación de 500ml de solución de H2SO4 por dilución a 0,1N

Para preparar una solución por dilución de H2SO4 se toman en cuenta los valores de la solución madre o de la que se extrae para su preparación. Ahora bien los datos que se nos dan son los siguientes:

V1 = 500ml de solución

C1 = 0,1N

C2 = 1N

V2 = ¿?

De la ecuación:

V1 x C1 = V2 x C2, Se despeja el V2, y nos queda:

V2= 500ml x 0,1N = 50ml

1N

Para preparar una solución por dilución de 500ml a 0,1N se necesitan 50ml de la sustancia (H2SO4 1N).

Práctica Nº 3

Experimento Nº 1

Titulación ácido- base

Matraz	Indicador	Color Inicial	Color Final	Ml de consumo
Nº 1	Mixto	Rosado claro	Morado claro	2,5ml
Nº 2	Mixto	Rosado claro	Morado claro	2,5ml
Nº 3	Fenolftalina	Transparente	Verde claro	2,5ml
Nº 4	Fenolftalina	Transparente	Verde claro	2,5ml

El análisis para determinar la concentración de la solución problema se hace sumando los ml de consumo de la solución patrón, 2,5ml + 2,5ml + 2,5ml +2,5ml = 10ml consumidos de la solución valorada, se hizo un promedio de los resultados y se estableció que se consumió 2,5ml de la solución Luego de la ecuación,

C1 x V1 = C2 x V2, se despeja la C2, y nos queda:

C2 = C1 x V1, entonces: C2 = 1N x 2,5ml = 0,1N

V2 25ml

ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS

Prácticas Nº 1 y 2

Tanto en las concentraciones en unidades físicas y químicas existen ecuaciones que nos permiten realizar las diferentes evaluaciones, para determinar las cantidades de soluto necesarias para prepara una solución. Mediante el despeje de estas ecuaciones se pudo hallar las cantidades de solutos necesarias para prepara las distintas soluciones y los volúmenes requeridos para preparar diluciones partiendo de una solución madre. Vemos que ha mayores volúmenes se necesitaran mayores concentraciones de soluto.

Práctica Nº 3

En esta experiencia el punto de equivalencia se logró identificar cuando la solución problema cambio de color, gracias al indicador que se le añadió. En los dos primeros matraces que contenían un indicador mixto el cambio de color que se observó fue de rosado a morado claro. En los dos matraces que contenían como indicador la fenolftalina el cambio que tuvieron fue de transparente a verde claro.

Para poder determinar la concentración de la solución problema se hizo un promedio de lo que consumió cada solución problema de la solución madre y las análisis respectivos, el cual nos indico que nuestra solución estaba bien hecha, en cuanto a concentraciones, pues nos dio los valores esperados.

CONCLUSIÓN

Los procesos para preparar soluciones no son tan complejos como se podía pensar, solo hay que tener presente las características de la solución a preparar, es decir, su solubilidad, que cantidad de soluto se requiere, etc. Para facilitar estos estudios los científicos crearon formulas, tanto para las unidades físicas como para las químicas y para el proceso de dilución. Es necesario conocer cuales son las ecuaciones para cada caso, tener cuidado en la realización de los análisis y podremos estar seguros que nuestros resultados son bastante confiables

También se pudo observar y analizar con detenimiento cada uno de los pasos a seguir en el proceso de titulación. Las titulaciones se realizan agregando cuidadosamente un reactivo de concentración conocida a una solución de la sustancia hasta que la reacción entre ambas esta completa, la cual se conoce por ciertos cambios que se presentan en la solución problema, es decir, que hay que llegar al punto de equivalencia entre las dos soluciones.

Los procesos de preparación de soluciones no son complejos solo hay que tomar en cuenta cada una de las instrucciones que se nos da, para evitar así posibles errores.

BIBLIOGRAFÍA

• CHANG, Raymond: Química. Cuarta Edición. Mc Graw. México, 1992.

• sherman, alan: conceptos básicos de química. primera edición. cecsa, méxico 1999.

• Internet.

• www.geoogle.com

Medición Acido, base. titulaciones.

• www.elrincondelvago.com

titulaciones de quimica organica.