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Soluciones concentraciones

  1. Prof. y Lic. José Lobo Gómez LAS SOLUCIONES Las disoluciones son mezclas homogéneas de 2 o más sustancias. En las soluciones la sustancia que se encuentra en mayor proporción se denomina solvente o disolvente, mientras que la otra u otras sustancias que se encuentran en menor proporción se conoce como soluto. Al hacer referencia a las soluciones, se piensa en una sustancia sólida que esta disuelta en una liquida, como sal en agua. Sin embargo, tanto el soluto como el disolvente pueden encontrarse en cualquier estado de agregación, observándose deferentes tipos de soluciones: Soluto Disolvente Ejemplo Sólido Sólido Aleaciones( Bronce: Cobre en estaño) Líquido Soluciones salinas Líquido Líquido Bebidas alcoholicas Sólido Amalgama ( mercurio en oro) Gas Sólido CO2 en carbon Líquido Soda ( CO2 en agua) Gas Aire ( oxígeno, CO2 en N2) CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIÓNES Las propiedades de una disolución dependen de la naturaleza de sus componentes y también de la proporción en la que éstos participan en la formación de la disolución. La concentración de una disolución es la cantidad de soluto disuelta en una cantidad unidad de disolvente o de disolución. Existen diferentes formas dé expresar la concentración de una disolución. Las que se emplean con mayor frecuencia suponen el comparar la cantidad de soluto con la cantidad total de disolución, ya sea en términos de masas, ya sea en términos de masa a volumen o incluso de volumen a volumen, si todos los componentes son líquidos. En este grupo se incluyen las siguientes: g/L %p/p %p/v Molaridad Normalidad GRAMOS POR LITROS ( g/L) Indica la masa en gramos disuelta en cada litro de disolución. Tiene la ventaja de ser una concentración expresada en unidades directamente medibles para el tipo de disoluciones más frecuentes en química (las de sólidos en líquidos). La balanza expresa la medida de la masa de soluto en gramos y los recipientes de uso habitual en química indican el volumen de líquido contenido en litros o en sus submúltiplos. Su cálculo es, pues, inmediato: g/l = n°de gramos de soluto/volumen de la disolución en litros Problema Ejemplo Se disuelven 0,5 g de cloruro de sodio en una determinada cantidad de agua, de tal modo que resulten 300 cm³ de solución. Expresar la concentración de la solución en gramos de soluto por litro de solución.
  2. Prof. y Lic. José Lobo Gómez PORCENTAJE PESO/PESO (% p/p) Expresa la masa en gramos de soluto disuelta por cada cien gramos de disolución. Su cálculo requiere considerar separadamente la masa del soluto y la del disolvente: % p/p = masa de soluto (g) . 100 masa de disolución (g) siendo la masa de la disolución la suma de la del soluto y la del disolvente. Para el estudio de ciertos fenómenos físico-químicos resulta de interés expresar la concentración en términos de proporción de cantidad de soluto a cantidad de disolvente. Por ejemplo: Si se disuelven 5 gramos de sal común en 95 gramos de agua, se obtiene una solución al 5 % p/p Problemas 1 – Si a 25 gramos de agua se le agregan 5 gramos de sal común. Expresar la concentración en % p/p 2 – Realice los cálculos para preparar 80 gramos de una solución salina al 5 % p/p 3 – Expresar la concentración en % p/p. La concentración de 20 gramos de una solución acuosa que contiene 7 gramos de sal 4 -- ¿Cuántos gramos de solución de ácido clorhídrico al 35 % p/p se podrían prepara a partir de HCl? PORCENTAJE PESO/VOLUMEN (% p/v) Expresa la cantidad de soluto por cada 100 ml de solución (volumen). Es muy usada en soluciones de sólidos en líquidos. % p/v = masa de soluto ( g) .100 volumen de disolución( ml) Por ejemplo una solución de azúcar en agua al 8% p/v , es aquella que contiene 8 gramos de azúcar por cada 100 ml de solución Problemas 1 – Calcula el % p/v de una solución con 18 g de sal disuelta en 250 ml de solución 2 – ¿Qué cantidad de solución salina al 25 % p/v hay que utilizar para que, al evaporarla, se obtengan 10 gramos de sal sólida? 3 – La etiqueta de una botella de jugo de limón de 250 ml indica que, en ese volumen, contiene 25 g de jugo natural. ¿Cual es su composición en % p/v? 4 --¿Cuántos g de sal se necesitan para preparar 2 Litros de solución al 15 % p/v? 5 -- Al hacer un análisis de sangre para glucosa en un paciente, se encuentra que una muestra de 5 mL de sangre contiene 0.00812 g de glucosa. Calcular el porcentaje p/v de la glucosa en la muestra de sangre.
  3. Prof. y Lic. José Lobo Gómez PORCENTAJE VOLUMEN/VOLUMEN (% p/v) Expresa el volumen de soluto en milílitros, que hay en 100 mL de solución % v/v= ml (soluto) x 100 ml (solución) Ejemplo: 300 ml de una cierta solución acuosa contienen 60 ml de etanol (CH3CH2OH). Calcula el porcentaje volumen / volumen MOLARIDAD Es la forma más frecuente de expresar la concentración de las disoluciones en química. Indica el número de moles de soluto disueltos por cada litro de disolución; se representa por la letra M. Una disolución 1 M contendrá un mol de soluto por litro, una 0,5 M contendrá medio mol de soluto por litro, etc. El cálculo de la molaridad se efectúa determinando primero el número de moles y dividiendo por el volumen total en litros: Calculo: m ( g de soluto) M (mol/ L) = MM ( g/mol) V (volumen de solución en L) m = M x V x MM Problemas 1 – Se preparan 5 Litros de solución con 10 moles de ácido sulfúrico. ¿Cuál es su concentración molar? 2 – Se tienen 2 moles de NaCl para preparar una solución de 0,5 M. ¿Cuántos litros de ella se pueden preparar? 3 – En 300 ml de una solución acuosa hay 58 g de Na2SO4 disueltos en 700 ml de solución. Calcule su concentración molar 4 – ¿Cuántos g de ácido sulfúrico se necesitan para preparar 5 L de una solución 2 M? 5 – ¿Cuál es la molaridad de una solución de 9,5 g de MgCl2 en 250 ml de solución? 6 – ¿Cuál es la molaridad de una solución que contiene 1,6 g de NaOH en 250 ml de solución? NORMALIDAD Expresa el número de equivalentes de soluto por litro de solución. La normalidad se representa con la letra N. El nº de equivalentes se obtiene dividiendo la masa del soluto por su peso equivalente: Eq =. m . Peq El peso Equivalente se obtiene dividiendo la masa molecular por la valencia que actua:
  4. Prof. y Lic. José Lobo Gómez Peq =. MM . n n depende si se trata de un ácido, hidróxido o sal: * Ácido: Es el nº de hidrógenos disociados. HCl H+ + Cl- Peq = 36 g/mol 1 eq/mol H2SO4 2 H+ + SO4 2- Peq = 98 g/mol . 2 eq/mol * Hidróxido: Es el nº de grupos oxhidrilos disociados NaOH Na+ + OH- Peq = . 40 g/mol . 1eq/mol Fe (OH)3 Fe+3 + 3 OH- Peq = . 78 g/mol . 3 eq/mol * Sal: Es el nº cationes que libera por su carga. Na2CO3 2 Na+ + CO3 2- Peq = 106 g/mol . 2 eq/mol Al 2 (SO4)3 2 Al3+ + 3 SO4 2- Peq = 342 g/mol . 6 eq/mol Resumiendo: m . N = Peq . V m = N x V x Peq Problemas 1 – Se desean preparar 250 cm3 de una solución 0,5 N de hidróxido ferrico. Calcular los gramos empleados 2 – En 2 L de solución de hidróxido de calcio se hallan disueltos 37 g de hidróxido. Hallar la normalidad de esta solución. 3 – Hallar la normalidad de una solución que contiene 4,9 g de ácido sulfúrico en 500 ml de solución.
  5. Prof. y Lic. José Lobo Gómez 4 – Se disuelven 0,5 g de cloruro de sodio en una cantidad de agua de tal modo que resultan 200 ml de solución. Expresar la concentración normal. 5 -- ¿Cuántos g de CaCl2 se necesitan para preparar 1 L de solución 0,1 N? DILUCIONES Se puede calcular la concentración de una solución cuando se debe diluir desde un volumen V1 de concentración conocida N1, hasta un volumen V2 de normalidad N2. N1 x V1 = N2 x V2 Se desea preparar 500 cm³ de solución 0,2 N de un ácido, partiendo de una solución 0,5 N del mismo. Calcular el volumen de solución que se necesita. Respuesta: 200 cm³ Problemas de Integración 1 – Se prepara una solución con 21,3 g de nitrato de aluminio en 0,5 L de solución. Expresar las siguientes concentraciones: a) g/L b) % p/v c) La molaridad d) La normalidad 2 – Se disuelven 5 g de Carbonato de Sodio en agua hasta completar 250 cm3 de solución. Calcular: a) % p/v b) Molaridad c) Normalidad 3 – Se tiene 500 ml de una solución de cloruro de sodio al 2 % p/v. Calcular: a) la masa del soluto b) Molaridad c) Normalidad 4 – En 500 ml de una solución acuosa hay 58 g de sulfato de sodio disueltos. Calcular: a) % p/v b) Molaridad c) Normalidad
  6. Prof. y Lic. José Lobo Gómez CALCULO DE CONCENTRACIONES CON DENSIDAD Se mezclan 5,00 g HCI con 35,00 g de agua, formándose una disolución cuya densidad es de 1,060 g/cm³. Calcular: a) % p/p. b) La concentración en gramos por litro. c) La Molaridad Desarrollo: a) % p/p: Se trata de calcular el número de gramos de soluto por cada cien gramos de disolución, es decir: % p/p = g de HCl.100/(g de HCl + g de H2O) = 5,00.100/(5,00 + 35,00) = = 12,5 % de HCl b) g/l: Puesto que los datos están referidos a masas y no a volúmenes, es necesario recurrir al valor de la densidad y proceder del siguiente modo: 1. Se calcula la masa de un litro de disolución: masa =volumen.densidad = 1000 cm³.1,060 g/cm³ = 1 060 g 2. A partir del valor del tanto por ciento en peso se determina la masa en gramos del soluto contenida en la disolución: masa de HCl = 12,5.1060 g/100 = 132,5 g La cantidad resultante representa la concentración en gramos de soluto (HCI) por litro de disolución. c) Molaridad: molaridad = (g de soluto /g/mol )/ V de solución ( L) = Sustituyendo resulta: M = (132,5 g /36,47 g /mol de HCl) / 1 L = 3,63 M PROBLEMAS CON DENSIDAD 1) Hallar la normalidad de una solución de H2SO4 de 98 % P/P y densidad 1,84 g/cm³. Respuesta: 36,8 2) ¿Qué volumen de solución 0,1 N de KOH se necesitan tomar para tener 2,8 g de base?. Respuesta: 500 cm³ 3) Una solución acuosa de ácido sulfúrico al 11 % P/P tiene una densidad de 1,08 g/cm³. Expresar su concentración en: a. % p/v. b. Molaridad. R: 1,21 M c. Normalidad. R: 2,42 N 4) Una solución acuosa de ácido sulfúrico con 20 % p/p tiene una densidad de 1,14 g/ml. Calcular la molaridad y la normalidad 5) Una solución de acido carbonico H2CO3 al 7% p/p tiene una densidad de 1,06 g/ml. Calcular: a) Molaridad b) Normalidad. 6) Calcular la Molaridad de una solución de acido nítrico HNO3 al 68,1 % p/p y de densidad 1,405 g/ml. Resp: 15,19 M
  7. Prof. y Lic. José Lobo Gómez 7) La concentración de una solución es de 20 % m/v y su densidad 1,1 gr/cm3 . Calcular su concentración en % p/p. Rta: 21,4 % p/p. 8) El acido ascórbico (vitamina C) es una vitamina soluble en agua. Una solución que contiene 80,5 g de acido ascórbico (C6H8O6) disueltos en 210 g de agua tiene una densidad de 1,22 g/ml. Calcular: a) % p/p b) Molaridad. 9) El suero fisiológico es una disolución de NaCl en agua al 0,90 %, cuya densidad es 1,005 g/ml. Calcular la M El ácido nítrico concentrado comercial contiene 65% m/m y su densidad es 1,4 g/mL. Calcular: %p/v, M y N. Rta: 91.01%p/v, 14.42 M y 14.42 N. Molaridad y Osmolaridad La concentración de una solución depende de la cantidad de soluto que se tiene en la solución, para referirse al número de partículas de soluto en la solución se emplea otro término llamado osmolaridad. La osmolaridad se define como el número de moles de partículas (iones o moléculas) por litro de solución, esto se expresa como osm/L. Por ejemplo una solución 1 osm/L es aquella que contiene 1 mol de soluto por litro de solución. Por ejemplo si se tiene una solución de 1 mol/L de NaCl, como este compuesto se disocia en dos iones (Na y Cl) en la solución habrá un total 2 moles, por lo que su concentraron en osmoles será de 2 osm/L. Pero para una molécula que no se disocia como la glucosa una solución 1 mol/L de la misma sera tambien de 1 osm/L. Como la concentración de los líquidos corporales es pequeño se suele emplear el termino miliosmol/L (1/1000 osmol/L). Los líquidos corporales tiene una concentración de 300 mosmol/L, una solución que tenga una osmolaridad similar se le llama isoosmótica, por ejemplo la solución fisiológica de NaCl al 0,9% es isoosmótica con los líquidos corporales. Difusión y Osmosis La difusión se define como el lento movimiento de moléculas individuales de una región de mayor concentración a una de menor concentración. En el proceso de difusión las moléculas tienen a alcanzar una distribución homogénea en todo el espacio que les es accesible, lo que se alcanza al cabo de cierto tiempo. En Biología es especialmente importante el fenómeno de difusión a través de membranas, ya que la presencia de las membranas biológicas condiciona el paso de disolvente y solutos en las estructuras celulares. La presencia de una membrana separando dos medios diferentes impone ciertas restricciones al proceso de difusión de solutos, que dependerán fundamentalmente de la relación entre el diámetro de los poros de la membrana y el tamaño de las partículas disueltas. La ósmosis es una forma especial de difusión, en la que el solvente agua se mueve a través de una membrana semipermeable, de una zona de potencial hídrico alto a una zona de potencial hídrico bajo. Supongamos que tenemos dos soluciones de de sal común de diferente concentración separadas por una membrana semipermeable para que las dos soluciones no se mezclen. Al cabo de cierto tiempo se observa que la membrana semipermeable permite el paso del agua pero no de la sal.
  8. Prof. y Lic. José Lobo Gómez El agua tiende a atravesar la membrana, pasando de la disolución más diluida (mayor potencial hídrico) a la más concentrada (menor potencial hídrico), o sea, en el sentido de igualar las concentraciones. PROPIEDADES DE LAS DISOLUCIONES La presencia de moléculas de soluto en el seno de un disolvente altera las propiedades de éste. Así, el punto de fusión y el de ebullición del disolvente cambian; su densidad aumenta, su comportamiento químico se modifica y, en ocasiones, también su color. Algunas de estas propiedades de las disoluciones no dependen de la naturaleza del soluto, sino únicamente de la concentración de la disolución, y reciben el nombre de propiedades coligativas. Propiedades coligativas Entre las propiedades coligativas de las disoluciones se encuentra el aumento del punto de ebullición (aumento ebulloscópico) y la disminución del punto de congelación (descenso crioscópico) con respecto a los valores propios del disolvente puro. Este aumento del rango de temperaturas correspondiente al estado líquido, fue descrito por el físico-químico francés Raoult (1830-1901), quien estableció que las variaciones observadas en los puntos de ebullición y de congelación de una disolución eran directamente proporcionales al cociente entre el número de moléculas del soluto y el número de moléculas del disolvente, o lo que es lo mismo. Las propiedades coligativas son las propiedades físicas que presentan las soluciones, y que dependen del número de partículas de soluto en una cantidad de disolventes. Ellas son: a) Disminución de la Presión del Vapor b) Ascenso Ebulloscópico c) Descenso Crioscópico o Disminución del Punto de Fusión. d) Osmosis.
  9. Prof. y Lic. José Lobo Gómez Disminución de la presión de vapor En la evaporación las moléculas de un líquido pasan a la fase gaseosa. Si el recipiente esta cerrado las moléculas del vapor chocan contra la fase líquida y ejercen una fuerza que se denomina presión de vapor. La presión de vapor del líquido puro disminuye si agregamos al líquido un soluto Ascenso ebulloscópico La temperatura de ebullición de un líquido es aquélla a la cual su presión de vapor iguala a la atmosférica. Al añadir un soluto no volátil en un disolvente para formar una solución, se observa un aumento en la temperatura de ebullición. Por ejemplo, a nivel del mar, el agua pura hierve a 100ºC, pero si agregamos sal, la solución resultante hierve a mayor temperatura. Así, a presión normal, una solución de sal común al 20 % p/v hierve a 102,2 ºC. Descenso crioscópico La temperatura de congelación de las disoluciones es más baja que la temperatura de congelación del disolvente puro. Por ejemplo una solución al 30% p7v de sal común congela a – 9ºC, temperatura mas baja que el 0ºC, a la que congela el agua pura. Esta propiedad se denomina descenso crioscópico. En las regiones donde nieva, se acostumbre volcar sal en los caminos con nieve, aprovechando el descenso crioscópico. De esta manera se reduce la formación de hielo disminuyendo los riesgos de accidentes. Presión osmótica La presión osmótica es la propiedad coligativa más importante por sus aplicaciones biológicas. La ósmosis (del griego: empujar), es el pasaje espontáneo del disolvente de una solución a una más concentrada; cuando ambas soluciones se encuentran separados por una membrana semipermeable pura. La presión mínima que hay que aplicar a una solución que esta separada del solvente por una membrana semipermeable para evitar el flujo del disolvente.
  10. Prof. y Lic. José Lobo Gómez Hay, por tanto, una presión de fluido que se ejerce del disolvente hacia la disolución y que recibe el nombre de presión osmótica. La presión osmótica, π, de una disolución depende de su concentración y se atiene a una ley semejante a la de los gases perfectos. Dicha ley fue establecida por Van't Hoff en 1897 y se expresa en la forma: π V = n R T o lo que es lo mismo: π = n.R.T/V = M.R.T Siendo M la concentración molar, R la constante de los gases y T la temperatura absoluta de la disolución. Si comparamos la presión osmótica de dos disoluciones podemos definir tres tipos de disoluciones: Soluciones isotónicas son aquéllas que manifiestan la misma presión osmótica que la disolución de referencia Soluciones hipotónicas son aquéllas que manifiestan menor presión osmótica que la disolución de referencia Soluciones hipertónicas son aquéllas que manifiestan mayor presión osmótica que la disolución de referencia La membrana del eritrocito puede considerarse como una membrana semipermeable, que permite el paso del agua, pero no de las sales. En un medio isotónico (de igual presión osmótica), el eritrocito permanece inalterable. Si el eritrocito se introduce en agua destilada o en un medio hipotónico el agua atravesará la membrana hacia el citoplasma, con lo que aumenta el volumen celular, distendiendo la membrana hasta que llega un punto en que ésta se rompe. Este fenómeno se conoce con el nombre de hemólisis. Si el eritrocito se pone en un medio hipertónico (de mayor presión osmótica), el agua sale del eritrocito hacia el exterior, con lo cual su volumen disminuye, y la membrana se retrae, de forma que ofrece al microscopio un aspecto estrellado.
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