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Disoluciones y cálculos de concentraciones

El documento aborda el concepto de disoluciones, definiendo los términos soluto, disolvente y tipos de disoluciones según el estado físico y proporción. Además, se presentan diferentes métodos para calcular la concentración de disoluciones y se incluyen ejemplos prácticos para ilustrar esos cálculos, como la cantidad de sal necesaria para preparar una disolución específica. También se explican conceptos de solubilidad y fracción molar para relacionar componentes en una mezcla.

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Disoluciones y cálculos de concentraciones
Disoluciones Una disolución es una mezcla homogénea (los componentes no se pueden distinguir a simple vista) de dos o más sustancias en proporciones variables. • Debemos distinguir entre: • Soluto: sustancia que se disuelve. • Disolvente: sustancia en la que se disuelve el soluto. • Disolución: conjunto formado por el disolvente y el soluto. • Si hay dudas sobre quién es el soluto y quién el disolvente, se considera disolvente al componente que está en mayor proporción. Disolución Molecular: partículas de soluto son moléculas (azúcar en H2O) Disolución Iónica: las partículas de soluto son iones (NaCl en H2O)
Clasificación de disoluciones Atendiendo al estado físico inicial del soluto y del disolvente: (Recordar que la disolución, suele presentar el mismo estado físico que el estado disolvente). Estado físico Soluto Disolvente Disolución Ejemplos Sólido Sólido Aleaciones metálicas (acero) Líquido Sólido Líquido Amalgama (Hg más metal) Gas Sólido Hidrógeno ocluído (Pd y Pt) Sólido Líquido Azúcar en agua Líquido Líquido Líquido Alcohol en agua Gas Líquido Amoniaco en agua Sólido Gas ≈ Suspensiones (Humo) Líquido Gas Gas ≈ Suspensiones (aerosoles) Gas Gas Aire
 Según sea la proporción de soluto respecto a la de disolvente: • Saturada: la disolución no admite más soluto, depositándose el exceso en el fondo del recipiente. • Diluida: La cantidad de soluto es muy pequeña respecto a la de disolvente. • Concentrada: la proporción de soluto respecto a la del disolvente es grande. Sólo son posibles si el soluto es muy soluble. Solubilidad Máxima cantidad de soluto disuelto en una cantidad dada de disolvente, a una temperatura fija. Depende de varios factores: • Naturaleza del soluto y del disolvente • Temperatura del proceso (por lo general, la solubilidad aumenta con la T) • Agitación
Concentración de disoluciones Cantidad de soluto Concentración Cantidad de disolución (o disolvente) • Expresa la relación o cociente entre la cantidad de soluto y la cantidad de disolución o disolvente. • Existen varias formas de expresar la concentración, según sean las unidades empleadas para medir las cantidades de soluto, de disolución o de disolvente: g soluto Concentración en g/L Concentración en g L L disolución Tanto por ciento en Peso (%) % en peso g soluto 100 g disolución
Tanto por ciento en volumen (%) % en volumen ml soluto 100 ml disolución Molaridad Molaridad moles de soluto L disolución Molalidad molalidad moles de soluto Kg disolvente Fracción molar: representa el tanto por uno de uno de los componentes en la disolución y es adimensional. Se trata del cociente entre el nº de moles de un componente y el nº total de moles en la disolución moles sol moles disolvente Xs Xd moles sol moles disolvente moles sol moles disolvente La suma de fracciones molares siempre es igual a la unidad →Xs+Xd = 1
Ejercicio 4: Calcula la cantidad de sal que contendrán los 150 cm3 de disolución de sal común de concentración 15 g/L g/L Solución: Según la definición de concentración en gramos litro dada, la disolución a preparar contendrá 15 g de sal común en 1 litro de disolución. Calculo la cantidad de sal que contendrán los 150 cm3 de disolución: 15 g sal 150 cm3 disolución 2,25 g de sal 3 1000 cm disolución Para preparar la disolución sigo los siguientes pasos: • Se pesan 2,25 g de sal. • En un vaso se echa una cantidad de agua inferior a 150 cm3 y se disuelve la sal en el agua. • Se completa con agua hasta los 150 cm3
Ejercicio 5: Tenemos una disolución de HCl de concentración 35 % (d = 1,18 g/cm3). Determinar el volumen que se debe tomar si se desea que contenga 10,5 g de HCl % peso 100g disolución 1cm3disol 10.5 g HCl 24.4 cm3disolución 35. g disolución 1.18g disol % volumen Ejercicio 6: ¿Qué porcentaje en volumen tendrá una disolución obtenida disolviendo 80 ml de metanol en 800 ml de agua?. Suponer los volúmenes aditivos Volumen disolución 80 800 880 ml 80 ml alcohol % volumen 100 9.1% 880 ml disolución
Ejercicio 7: Se dispone de ácido nítrico del 70 % (d = 1,41 g/cm3) y se desea preparar 250 cm3 de una disolución 2,5 M. Indicar cómo se procedería Molaridad Solución: Primero calculamos la cantidad de soluto (HNO3) necesario para preparar 250 cm3 de disolución de concentración 2,5 M 2,5 moles HNO3 250 cm3 disol . 0,625 moles HNO3 3 1000 cm disol . 63,0 g HNO3 0,625 moles HNO3 39, 4 g HNO3 1 mol HNO3 Calculamos ahora el volumen de ácido del 70% que contenga esa cantidad de HNO3 100 g ácido 1cm3 ácido. 39,4 g HNO3 39,9 cm3 ácido 70 g HNO3 1 ,41 g ácido Para preparar la disolución deberemos medir 39,9 cm3 de ácido del 70 %, echar agua (unos 150 cm3) en un matraz aforado de 250 cm3 y verter el ácido sobre el agua. A continuación añadir más agua hasta completar los 250 cm3
Ejercicio 8: Se disuelven 23g de alcohol etílico (C2H6O) en 36g de agua. Halla la fracción molar de cada componente. Solución: Calculamos las masas molares de cada componente (soluto y disolvente) Ms (C2H6O) = (2·12 + 6·1 + 16) g/mol = 46 g/mol Md (H2O) = (2·1 + 16) g/mol = 18 g/mol Calculamos el número de moles de cada componente: 1 mol 1 mol 23 g alcohol 0.5 moles alcohol; 36 g agua 2 moles agua 46 g 18 g Calculamos el número de moles de cada componente: 0 .5 2 Xs 0 .2 Xd 0. 8 0. 5 2 0 .5 2 X2 X d 0.2 0.8 1
Ejercicio 9: Se dispone de una botella de ácido nítrico del 70% (d = 1,41 g/cm3) y se desea preparar 250 cm3 de una disolución 2,5 M. Indicar cómo se procedería Solución: Primero calculamos la cantidad de soluto (HNO3) necesario para preparar 250 cm3 de disolución de concentración 2,5 M Masa molecular: M (HNO3) = (1 + 14 + 16 · 3) = 63 u 3 2.5 moles HNO3 63 g HNO3 250 cm dlon 39 .4 g HNO3 1000 cm3 dlon 1 mol HNO3 Calculamos ahora el volumen de ácido del 70% que contenga la cantidad determinada de HNO3 100 g ácido 1cm3ácido 39.4 g HNO3 39.9 cm3ácido 70 g HNO3 1.41 g ácido
Continuación Una vez calculadas las cantidades necesarias, procedemos a preparar la disolución: • En primer lugar deberemos medir 39,9 cm3 del ácido del 70 % • A continuación echar agua (unos 150 cm3) en un matraz aforado de 250 cm3 y verter el ácido sobre el agua. • Por último añadir más agua con cuidado (con ayuda de una pipeta) hasta completar los 250 cm3 → Enrasado