1. I.E.D. LICEO FEMENINO MERCEDES NARIÑO
JORNADA TARDE
GRADO ONCE
ASIGNATURA: Química FECHA:
GUÍA 2: SOLUCIONES GRADO:
SOLUCIONES
OBJETIVO GENERAL:
Reconocer el concepto, clasificación, componentes, propiedades y ejemplos de las soluciones químicas.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
1. Comprender que las soluciones químicas son parte de la vida cotidiana.
2. Desarrollar habilidades en la resolución de problemas sobre concentración de soluciones.
3. Explicar el concepto de solubilidad mediante la resolución de problemas propuestos.
4. Conocer los distintos factores que afectan la solubilidad.
5. Determinar las principales características de las propiedades coligativas de las soluciones.
OBJETIVOS PROCEDIMENTALES:
1. Explicar cuándo se considera que una solución se encuentra saturada, insaturada o sobresaturada.
2. Describir los factores que afectan la solubilidad.
3. Interpretar la información que se presenta en las gráficas de solubilidad.
4. Analizar y resolver ejercicios sobre concentración de soluciones.
TALLER DE CONCEPTOS PREVIOS
1. Nombre algunos ejemplos de soluciones que usted conozca.
2. ¿Cuál es la importancia que tienen las soluciones en la naturaleza, en la industria y en la vida del hombre?
3. Diseñe un mapa conceptual que incluya los siguientes términos: materia, homogénea, heterogénea, sustancias puras, mezclas,
elementos, compuestos, soluciones, estados de agregación, soluto, solvente.
ELEMENTOS CONCEPTUALES
Hay soluciones de sustancias gaseosas, líquidas y sólidas casi en cualquier parte. El aire es un ejemplo de solución de gases como el nitrógeno,
oxígeno, dióxido de carbono, entre otros. El agua de mar es una solución rica en iones cloruro, iones sodio, iones sulfato, y muchos otros. Hay
también productos que se comercializan en forma de solución como las bebidas gaseosas, enjuagues bucales, jarabes, colonias, aerosoles, vinagre,
blanqueadores y gran variedad de productos químicos industriales. Además, las soluciones tienen gran importancia en la vida del hombre ya que la
mayoría de las reacciones químicas ocurren, no entre sólidos, líquidos o gases puros, sino entre iones y moléculas disueltos en agua o en otros
disolventes, ejemplos de esto se encuentran en:
Los procesos químicos de laboratorio. * Procesos biológicos, geológicos, entre otros. * Las raíces de las plantas que extraen del suelo los
nutrientes y éstos son transportados en forma de solución. * Medicamentos. * Fluidos corporales (sangre, sudor, lágrimas, orina).
Por lo tanto, las soluciones son fundamentales para todas las formas de vida. Así, se define solución como una mezcla homogénea de dos o
más componentes y en la cual se observa una sola fase obtenida cuando una sustancia se dispersa en otra a nivel molecular y sus componentes
individuales no se pueden separar por medios mecánicos simples. Los componentes de una solución son el soluto y el solvente:
Soluto: Es la sustancia que se disuelve en otra. Solvente: Es el medio en el que se disuelve el soluto, es el componente que se encuentra en mayor
cantidad. Ej.: En una solución donde se ha mezclado azúcar + agua el azúcar es el soluto y el agua es el solvente.
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2. Características que presentan las soluciones se resumen a continuación:
SOLUCIONES
Son
Se clasifican según
Mezclas
homogéneas
de Estado físico Cantidad soluto
Condición
1 o varios solutos
eléctrica
en Sólidas Saturadas
Un solvente Líquidas Insaturadas
conductoras No conductoras
gaseosas Sobresaturadas
electrolitos No electrolitos
Otro de los aspectos importantes de las soluciones es su concentración. Así, la concentración es la cantidad de soluto disuelto por unidad o
cantidad de solución. La concentración de las soluciones se puede establecer mediante expresiones cualitativas y cuantitativas. Las expresiones
cualitativas incluyen los siguientes términos:
- Solución insaturada: Cuando el solvente contiene menor cantidad del soluto que puede disolver. 1
- Solución sobresaturada: Cuando el solvente contiene mayor cantidad del soluto que puede disolver. 2
- Solución saturada: Cuando el solvente contiene todo el soluto que puede disolver. 3
Cuando se estudian las soluciones, se debe tener presente otro concepto: La solubilidad, que son los gramos de soluto que se pueden disolver en
una cantidad dada de solvente a una temperatura determinada. Generalmente se expresa en gramos de soluto por cada 100 g de solvente tal y
como se muestra en la siguiente gráfica.
En este caso se presenta el comportamiento de una sal como KNO3, que a nivel general
muestra que a medida que se incrementa la temperatura también lo hace la solubilidad de
la misma y de forma particular establece, por ejemplo, que a una temperatura de 30 °C, 100
g de agua disuelven 60 g de KNO3 (la solución en ese punto estaría saturada), sin embargo, si
a esa misma temperatura se adicionan a los 100 g de agua, 100 g de la sal esto resultaría en
una solución sobresaturada y si se llegase a añadir 40 g de sal a 100 g de agua a una
temperatura de 60 °C se presentaría una solución insaturada.
La solubilidad depende de algunos factores que se muestran a continuación:
Cuanto más semejantes sean estructuralmente el soluto y el solvente, más rápido se efectúa la disolución. Además, la velocidad de la disolución de
un sólido en un líquido puede acelerarse por:
a) Agitación. B) Pulverización del sólido. C) Calentando el solvente.
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3. Las expresiones cuantitativas de la concentración de soluciones incluyen unidades y magnitudes que se presentan en la Tabla Nº 1:
Tabla N° 1. Expresiones cuantitativas de la concentración de las soluciones químicas.
EXPRESIÓN SÍMBOLO ECUACIÓN UNIDADES
Molaridad M M = Moles soluto_ Moles / Litro
Litros solución
Normalidad N N = equivalentes-gramo soluto Equivalente / Litro
Litros solución
Molalidad m m = ___moles soluto___ Moles / kilogramo
Kilogramos solvente
Partes por millón ppm ppm = miligramos soluto_ Miligramo / kilogramo
Kilogramo solución
ppm = miligramos soluto Miligramo / Litros
Litros solución
Fracción molar XA XA = _______moles soluto__________ ----
moles soluto + moles de solvente
Porcentaje peso a peso %P/P %P/P = masa soluto_ X 100 %
masa solución
Porcentaje peso a volumen %P/V %P/V = __masa soluto__ X 100 %
Mililitros solución
Porcentaje volumen a volumen %V/V %V/V = mililitros soluto X 100 %
Mililitros solución
TALLER CÁLCULOS CONCENTRACIÓN SOLUCIONES
 El ácido sulfúrico concentrado que se utiliza en el laboratorio es H2SO4 al 98% P/P. calcule la molalidad y la molaridad de la solución. La densidad
de la solución es 1.83 g/ml.
 Calcule la cantidad de agua (en gramos) que se debe agregar a:
a) 5 gramos de urea (NH2)2CO para preparar una solución al 16.2 % P/P.
b) 26.2 gramos de MgCl2 para preparar una solución al 1.5 %P/P.
 Una muestra de 2.6 L de agua (H2O) contiene 192 µg de plomo (Pb). ¿Esta concentración de plomo excede el límite de seguridad de 0.050 ppm
de plomo por litro de agua potable? Explique.
PROPIEDADES COLIGATIVAS DE LAS SOLUCIONES
Una solución que conste de 2 o más componentes carece de las propiedades físicas constantes de una sustancia pura como los puntos de fusión,
densidad y otros. En las soluciones algunas propiedades dependen de la concentración de las especies y no de su naturaleza. Tales propiedades se
conocen como propiedades coligativas y son:
®disminución de la presión de vapor. ®disminución del punto de congelación. ®aumento del punto de ebullición. ®presión osmótica.
PRESIÓN DE VAPOR:
La presión de vapor de un solvente se debe a la tendencia de las moléculas a escapar del líquido, es la presión que ejerce el vapor formado por
especies volátiles, cuando el número de moléculas que pasa a la fase líquida a la de vapor es exactamente igual al número de moléculas que pasa
en el mismo tiempo de la fase de vapor a la fase líquida. En 1887 Francois Marie Raoult propuso una ley que afirma: “la presión de vapor de un
solvente en una solución es igual a la presión de vapor del solvente puro multiplicada por la fracción molar del solvente en solución”
P = P A * XA
P = presión de vapor de la solución; PA = presión de vapor del solvente puro; XA = fracción molar del solvente
PUNTO DE EBULLICIÓN:
En una solución el punto de ebullición de un soluto no volátil es mayor que el punto de ebullición del solvente puro. La diferencia entre el punto de
ebullición de la solución con el solvente puro se conoce como elevación del punto de ebullición y se designa como ΔTe. En soluciones diluidas, la
elevación del punto de ebullición es directamente proporcional al número de moles de soluto en un peso dado de solvente. De esta forma, la
ecuación correspondiente es:
ΔTe = Ke * m
ΔTe = elevación temperatura de ebullición; Ke = constante ebulloscópica molal; m = molalidad
PUNTO DE CONGELACIÓN:
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4. El punto de congelación de una solución generalmente es más bajo que el punto de congelación del solvente puro. La diferencia entre estas dos
temperaturas se conoce como depresión en el punto de solidificación y se designa con ΔTs. Se expresa con la siguiente ecuación:
ΔTs = Ks * m
ΔTs = variación en la temperatura de solidificación; Ks = constante crioscópica molal del solvente; m = molalidad
PRESIÓN OSMÓTICA:
Uno de los primeros premios Nobel que se entregaron fue a Jacobus Henricus Van´t Hoff en 1901, por descubrir la propiedad de presión osmótica
en las soluciones. Así, con el paso del tiempo se logró establecer que cuando el solvente y la solución están separados por una
membrana semipermeable que permite el paso de las moléculas del solvente, se desarrolla una presión osmótica de la
solución. Se llama así, a la presión que se debe ejercer sobre un lado de la membrana para igualar la velocidad del movimiento
de las partículas del solvente en ambos lados y se puede medir con un osmómetro. Además, la presión osmótica es
proporcional a la concentración molar de la solución y a la temperatura, por lo que cuanto mayor sea el número de partículas,
iones o moléculas contenidas en una solución mayor es su presión osmótica. Y se expresa mediante la
siguiente ecuación: π = n * R *T
V
π = presión osmótica; n = número de moles; R = 0.082 atm * L / mol * K; T = temperatura (K); V = volumen (L)
COMPRENSIÓN DE LECTURA
1) Establecer 5 características de las soluciones químicas.
2) ¿Cuáles son los factores que afectan la solubilidad de las sustancias?
3) Explique ¿qué es la presión de vapor?
CONSULTA PARA LA CASA
a) Realice una tabla de la siguiente manera, en la cual incluya ejemplos de soluciones según el estado físico de las especies.
ESTADO DEL SOLUTO ESTADO DEL SOLVENTE ESTADO SOLUCIÓN EJEMPLO
Gas Gas Gas aire
Gas Líquido Líquido
Gas Sólido Sólido
Líquido Gas Gas No
Líquido Líquido Líquido
Líquido Sólido Sólido
Sólido Gas Gas No
Sólido Líquido Líquido
Sólido Sólido Sólido
b) Describa cómo la temperatura afecta la solubilidad de las sustancias.
c) Consulte los términos: soluciones diluidas y soluciones concentradas.
d) Mediante un gráfico explique el concepto de presión osmótica.
e) Revisa el siguiente video: http://www.youtube.com/watch?v=ljkH5Mrn97k&feature=related
TALLER
1) Para una práctica de laboratorio se cuenta con 2 soluciones, la primera de ácido sulfúrico (H2SO4) A y la segunda de hidróxido de sodio (NaOH) B,
con las siguientes características:
V1 = 1 L V1 = 1 L
C1 = 6 M C1 = 4 M
A continuación se solicita realizar la siguiente operación (el solvente utilizado fue agua):
a) Preparar 250 ml de H2SO4 3 M
b) Preparar 500 ml de NaOH 2 M
Determine: (incluir cálculos)
1. Concentración inicial de H2SO4 (en M): ___________________________________________________________
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5. 2. Concentración inicial de NaOH (en M): ____________________________________________________________
3. Volumen H2SO4 en L (concentrado): ______________________________________________________________
4. Volumen de NaOH en L (concentrado): ____________________________________________________________
5. Volumen de H2SO4 en ml que se deben tomar de la solución concentrada para la preparación de a): _________
6. Volumen de NaOH en ml que se deben tomar de la solución concentrada para la preparación de b): _________
7. Volumen de agua en ml que se deben adicionar para la preparación de a): ______________________________
8. Volumen de agua en ml que se deben adicionar para la preparación de b): ______________________________
9. Concentración final en M de H2SO4 (preparación a): _________________________________________________
10. Concentración final en M de NaOH (preparación b): _________________________________________________
11. ¿Qué material de laboratorio se necesitaría para realizar la preparación a y b? y ¿por qué?
2) Complete la siguiente tabla de concentración de soluciones (incluir cálculos):
SUSTANCIA GRAMOS ml de solución M m ppm %P/V XA
HCl 0.0018 500
H2SO4 0.02 200
NaOH 0.10 1000
Ca(OH)2 1.40 300
KMnO4 1.50 850
3) Explique el significado de la siguiente expresión: a 50 °C, la solubilidad del KBr en 100 gramos de agua es 116 gramos.
4) Con la información presentada en la tabla, explique si las siguientes soluciones son saturadas o insaturadas:
a. 37.3 gramos de NaCl en 100 gramos de agua a 60 °C.
b. 100 gramos de AgNO3 en 100 gramos de agua a 20 °C
c. 30 gramos de KBr en 100 gramos de agua a 20 °C
d. 5 gramos de KMnO4 en 100 gramos de agua a 60 °C
e. 1 gramo de BaSO4 en 100 gramos de agua a 60°C
Tabla 2. Valores de la solubilidad de algunas sustancias en gramos de soluto en 100 gramos de agua a 20 °C y a 60 °C.
SOLUTO SOLUBILIDAD
20 °C 60 °C
NaCl 36 37.3
KBr 67 85.5
KMnO4 64 22.2
AgNO3 225 525
BaSO4 0.00024 0.00036
5) Observe detenidamente la siguiente gráfica y de acuerdo con la información presentada responda (sustente sus respuestas):
4 son lene el círculo
I. Describa el comportamiento de KNO3 y de NaCl presentado en la gráfica.
II. A 40 °C ¿Cuál es el valor de solubilidad para el KCl?
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6. Tipo I. Preguntas de selección múltiple con única respuesta.
III. De los nitratos y cloruros presentes en la gráfica, la sal que a 20 °C presenta mayor solubilidad es:
A. NaNO3
B. CaCl2
C. Pb(NO3)2
D. KClO3
IV. Los nitratos de sodio y potasio se utilizan como abonos. Se ha determinado que las plantas sólo utilizan el 50 % del nitrógeno aportado en
el abono, esto supone que el exceso de nitrógeno se pierde, siendo arrastrado hacia los ríos, contaminando las aguas destinadas al
consumo humano. La temperatura óptima para disolver 100 gramos de nitrato de sodio y nitrato de potasio hasta una solución saturada
necesaria para la fabricación del abono es respectivamente:
A. 20 °C y 40 °C
B. 32 °C y 52 °C
C. 10 °C y 20 °C
D. 20 °C y 60 °C
V. Para una receta de cocina se necesitan 50 ml de solución saturada de cloruro de sodio a temperatura ambiente (20 °C). para esta receta
se debe agregar:
A. 180 g
B. 18 g
C. 36 g
D. 360 g
Responda las siguientes preguntas de acuerdo con la información presentada: Tipo I. Preguntas de selección múltiple con única respuesta.
La presión de vapor de una sustancia se define como la presión que ejerce el gas de esa sustancia cuando se encuentra en equilibrio con la fase
líquida o sólida. La siguiente gráfica ilustra la presión de vapor de 4 líquidos a diferentes temperaturas, los cuales son utilizados como solventes
para la obtención y/o purificación de algunos compuestos orgánicos empleados en la preparación de desinfectantes.
Presión de vapor (mmHg)
900
800
700 éter dietílico
600
500 cloroformo
400 tetracloruro de carbono
300
200 agua
100
0
-20 0 20 40 60 80 100
Temperatura (°C)
1) Del gráfico puede afirmarse que el líquido con mayor tendencia a evaporarse es el:
A. Éter dietílico.
B. Cloroformo.
C. Tetracloruro de carbono.
D. Agua.
2) Teniendo en cuenta que el punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido es igual a la presión externa,
puede afirmarse que a una presión atmosférica de 600 mmHg, la sustancia con mayor temperatura de ebullición es el:
A. Éter dietílico
B. Cloroformo
C. Tetracloruro de carbono
D. Agua
EXPERIENCIA EN CASA
Realiza la siguiente experiencia en casa. Indicaciones y aclaraciones se realizarán en clase.
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7. EXPERIENCIA EN CASA
Las soluciones las podemos encontrar en una gran variedad de productos que tenemos en nuestra casa, incluso, en la cocina preparamos
constantemente múltiples soluciones y allí podemos poner en práctica y evidenciar lo que hemos visto en la teoría.
1.- ¿Qué preguntas podemos responder al realizar esta experiencia?
¿Qué relación tiene lo visto en la teoría con la actividad experimental que realizó en casa?
EXPERIMENTO 1: ¿En qué vaso se disuelve más rápido la sal y por qué?
EXPERIMENTO 2: ¿La arena se disuelve de la misma forma que la sal, por qué?
EXPERIMENTO 3: ¿De qué forma la temperatura afecta la difusión de la tinta en el agua?
2.- ¿De qué materiales y de qué sustancias necesitamos disponer para llevar a cabo la actividad propuesta?
MATERIALES SUSTANCIAS
Vasos transparentes NaCl (sal de cocina)
Cuchara Tinta
Olla Agua
Encendedor
3.- ¿Cómo debemos proceder en la práctica?
EXPERIMENTO 1:
Tomar 4 vasos transparentes y adicionar a cada uno 300 ml de agua. Marcar cada vaso como 1, 2, 3 y 4. El vaso 1 se dejará únicamente con agua
(referencia), en el vaso 2 adicionar 1 cucharada de NaCl (sal de cocina), en el vaso 3 adicionar 2 cucharadas de NaCl (sal de cocina), y en el vaso 4
adicionar 3 cucharadas de NaCl (sal de cocina). Registre primero sus observaciones en el momento de adicionar la sal y después de 5 minutos.
Después de pasado este tiempo realice proceso de agitación vigorosa por varios segundos con la cuchara y anote sus observaciones. Posteriormente
tome la preparación del vaso 4, pásela a una olla y caliente durante algunos minutos, registre sus observaciones.
EXPERIMENTO 2:
Repita el mismo procedimiento anterior, con las mismas cantidades pero esta vez en lugar de utilizar NaCl (sal de cocina) va a emplear arena.
Registre sus resultados. Anote las diferencias con respecto al experimento 1.
EXPERIMENTO 3:
Tome 4 vasos transparentes, marcar como vaso 1, 2, 3 y 4, respectivamente. Al vaso 1 adicione 500 ml de agua a temperatura ambiente, al vaso 2
agregue 500 ml de agua a temperatura ambiente más 3 cucharadas de sal de cocina (NaCl), al vaso 3 añada 500 ml de agua que previamente había
permanecido en la nevera (bien fría) y en el vaso 4 coloque 500 ml de agua caliente. Después de ubicar los 4 vasos, a cada uno de estos adicione de 3
a 5 gotas de tinta. Observe cuidadosamente cada vaso a medida que va adicionando la tinta, registre sus resultados durante el momento de la adición
y después de pasados 5 minutos. Anote las diferencias entre los resultados obtenidos en cada vaso.
4.- ¿Cómo debemos presentar esta actividad?
Informe en forma V HEURÍSTICA, buena presentación, a mano y debe incluir: nombres, título, problema, hipótesis, variables, marco teórico,
resultados, análisis de resultados, conclusiones, bibliografía. Las indicaciones serán aclaradas en clase.
BIBLIOGRAFÍA:
*BRICEÑO, O.; RODRÍGUEZ, L. (1994). Química. ED. Educativa. Capítulo 10. Páginas 396 – 433.
*CHANG, R. (2002). Química. 7° edición. ED. Mc Graw Hill. Capítulo 12. Páginas 467 – 505.
*CÁRDENAS, F.; GÉLVEZ, C. (1997). Química y ambiente. ED. Mc Graw Hill. Unidad 8. Páginas 187 – 213.
CIBERGRAFÍA:
*http://www.google.com.co/search?q=soluciones+quimicas&hl=es&prmd=imvnsb&source=lnms&tbm=isch&ei=N_EyTHaN4bKgQeTrdytDg&sa=X&
oi=mode_link&ct=mode&cd=2&sqi=2&ved=0CBEQ_AUoAQ&biw=1024&bih=673
*http://www.google.com.co/search?q=tabla+solubilidad+sustancias&hl=es&biw=1093&bih=416&prmd=imvns&source=lnms&tbm=isch&ei=sXhET
9iKM8fJgQfX5ezEBA&sa=X&oi=mode_link&ct=mode&cd=2&ved=0CA4Q_AUoAQ
*http://es.scribd.com/doc/25086067/QUIMICA-RAYMOND-CHANG
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