Transcript Concentración de Soluciones
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Soluciones
• La concentración de una
solución expresa la relación de
la cantidad de soluto en una
solución respecto a la cantidad
de solvente en la misma.
La concentración de una
solución puede expresarse en
forma cualitativa (utilizando los
términos diluida o
concentrada) o especificar en
forma cuantitativa
(determinando que cantidad de
soluto tiene disuelto y en que
cantidad de solvente), es decir
conocer las cantidades relativas
de los diversos componentes.
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Soluciones
• Las concentraciones
expresadas en términos
cuantitativos toman en
cuenta de manera muy
precisa las proporciones
entre las cantidades de
soluto y solvente que se
están utilizando en una
solución. En la industria, los
procedimientos químicos,
en la farmacia, la ciencia,
etc., ésta manera de
expresar las
concentraciones
(cuantitativamente) es muy
utilizada ya que en todos
ellos es necesario
mediciones muy precisas
de las concentraciones de
los productos.
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Soluciones
• Hay diferentes maneras de
expresar la concentración
cuantitativamente. Las más
comunes se basan en la masa, el
volumen, o ambos.
a) Podemos indicar la cantidad
(masa o volumen) de una de las
sustancias (soluto) respecto a la
cantidad (masa o volumen) de la
otra (solvente).
b) Indicar la cantidad (masa o
volumen) de una sustancia
(soluto o solvente) respecto a la
cantidad (masa o volumen) del
sistema total (solución).
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Soluciones2
En términos cuantitativos, la concentración de
las soluciones puede expresarse como:
a) Porcentaje masa-masa (% m/m)
Se define como la masa de soluto (medida en
gramos) por cada 100 gramos de masa de la
solución. Podemos expresarla en forma
matemática como sigue:
Por ejemplo, si se disuelven 20 gramos de
azúcar en 80 gramos de agua, el porcentaje en
masa será:
20 gr de azúcar + 80 gr de agua = 100 gr de
solución
%masa = (20 gr de azúcar/100 gr de solución)
x 100
%masa = 20%
Esta es una de las medidas más simples y
útiles; lo único que se necesita saber acerca
de los componentes son sus masas, que se
determinan experimentalmente, y cuya suma
es siempre igual a la masa de la solución.
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Soluciones
•
•
b) Porcentaje volumen-volumen (% V/V)
Expresa el volumen de soluto (medido en
mililitros) disueltos en cien mililitros de
volumen de la solución. Se suele usar para
mezclas líquidas o gaseosas, en las que el
volumen es un parámetro importante a tener
en cuenta. Es decir, el porcentaje que
representa el soluto en el volumen total de la
solución. Suele expresarse simplificadamente
como «% v/v». En forma matemática se
expresa como:
Por ejemplo, si se tiene una solución del 20%
en volumen (20% v/v) de alcohol en agua
quiere decir que hay 20 mililitros de alcohol
por cada 100 mililitros de solución.
La graduación alcohólica de las bebidas se
expresa precisamente así: un vino de 12
grados (12°) tiene un 12% (v/v) de alcohol, un
tequila de 38° tiene un 38%(v/v) de alcohol.
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Soluciones
•
El alcohol comercial de uso doméstico, por ejemplo, generalmente no viene en
una presentación pura (100% alcohol), sino que es una solución de alcohol en
agua en cierta proporción, donde el alcohol es el soluto (la sustancia que se
disuelve) y el agua es el disolvente (la sustancia que disuelve el soluto). Cuando la
etiqueta del envase dice que este alcohol está al 70% V/V (de concentración)
significa que hay un 70% de alcohol, y el resto, el 30%, es agua. El jugo de naraja
comercial suele tener una concentración de 60% V/V, lo que indica que el 60%,
(el soluto), es jugo de naranja, y el resto, el 40% (el disolvente), es agua. La
tintura de yodo, que en una presentación comercial puede tener una
concentración 5%, significa que hay un 5% de yodo, (el soluto), disuelto en un
95% de alcohol, (el solvente).
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Soluciones2
c) Porcentaje masa en volumen: %m/V
Corresponde a los gramos (gr) de soluto
disueltos en 100 ml de la solución. La
definición puede reducirse a la siguiente
fórmula:
donde m es la masa del soluto expresada en
gramos y V es el volumen de la solución en
mililitros.
Ejemplo: 7.5 gr de un soluto se disuelven en
agua suficiente como para completar 150
ml de solución. Calcule el % m/V.
Respuesta: se resuelve con una regla de tres
simple diciendo:
Si en 150 ml de solución hay 7.5 gr de soluto,
en 100 ml de solución ¿cuantos gr de soluto
habrá?
Por lo tanto la respuesta es 5% m/V.
Se debe notar que el volumen que se debe
utilizar no es el del solvente, sino el de la
solución.
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Soluciones
Las unidades de concentración usadas
hasta ahora no involucran ningún
concepto químico (como el mol ); por
esa razón se denominan unidades de
concentración físicas. Las unidades que
describiremos a continuación implican
conceptos químicos y, por tanto, se
denominan unidades de concentración
químicas.
d) Molaridad: se define como el número
de moles de soluto disueltos en un litro
de solución y se representa con la letra
M, es decir: M= n/V.
donde M es la molaridad, n es el
número de moles de soluto y V, el
volumen de la solución.
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Soluciones
El número de moles de soluto (n) se calcula
dividiendo la cantidad de soluto (masa)
expresada en gramos entre el peso molecular del
soluto.
n= m /P.M.
Donde:
n= numero de moles
m= masa del soluto (expresada en gramos)
P:M.= peso molecular o peso atómico del soluto.
El peso molecular (P.M.) de una sustancia
cualquiera se calcula sumando los pesos
atómicos de cada uno de los elementos que la
componen.
Por ejemplo, el peso molecular del agua (H2O) es
18 gr/mol, ya que el peso atómico del oxígeno es
16 y del hidrógeno es 1 pero como son dos
hidrógenos obtenemos 18. Otro ejemplo el peso
molecular (P.M.) del ácido sulfúrico (H2SO4) es 98
gr/mol, esto es porque el azufre tiene un peso
atómico de 32, el oxígeno 16 (multiplicado por 4)
y el hidrogeno 1 (multiplicado por 2) suman un
total de 98.
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Soluciones
•
•
Para expresar concentraciones muy
pequeñas, trazas de una sustancia
muy diluida en otra, es común
emplear las relaciones “partes por
millón” (ppm). Es de uso
relativamente frecuente en la
medición de la composición de la
atmósfera terrestre. Así el aumento
de dióxido de carbono en el aire
debido se suele dar en dichas
unidades.
Por ejemplo, 1 ppm de CO2 en aire
podría ser, en algunos contextos, una
molécula de CO2 en un millón de
moléculas de componentes del aire.
Otro ejemplo: hablando de trazas en
disoluciones acuosas, 1 ppm
corresponde a 1 mg soluto/ kg
disolución o, lo que es lo mismo, 1
mg soluto/ Litro de solución -ya que
en estos casos, el volumen del soluto
es despreciable, y la densidad del
agua es 1 kg/litro.
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Soluciones2
Fracción molar (X): Es la relación
del número de moles de soluto
al número total de moles.
Debido a que la cantidad definida
arriba es una fracción, sus valores
deberán estar entre 0 y 1.
Obviamente, los valores extremos
(0 y 1) implicarán componentes
puros y no soluciones. Por otra
parte, también es posible definir
las fracciones molares para las
otras sustancias presentes en la
solución, en particular, para el
solvente. La suma de las
fracciones molares de todos los
componentes de la solución
deberá ser igual a 1, es decir
X(soluto) + X(solvente) = 1.
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Soluciones
•
Ejemplo: Si tenemos 171 g de sacarosa
(fórmula: C12H22O11, y peso molecular 342
g/mol) disueltos en 27 gramos de agua
(fórmula H2O y peso molecular: 18 g/mol),
¿cuáles son las fracciones molares de cada
uno?
Primero calculamos el número de moles del
soluto (sacarosa) y del solvente (agua) a partir
de los pesos moleculares y de las masas de
cada uno de ellos.
Moles de soluto = 171 gr/342 gr/mol = 0.5
moles de sacarosa.
Moles de solvente = 27 gr/18 gr/mol = 1.5
moles de agua.
Total de moles en la solución = 0.5 moles de
sacarosa + 1.5 moles de agua = 2 moles
Por lo tanto, la fracción molar para la sacarosa
es 0.5 moles de sacarosa/2 moles de solución =
0.25
La fracción molar para el agua es 1.5 moles de
agua/2 moles de solución = 0.75
Observe que si sumamos la fracción mol del
agua y de la sacarosa obtenemos el valor de 1.
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Soluciones
•
Por ejemplo para calcular la molaridad de
una solución que contiene 196 gramos de
ácido sulfúrico (H2SO4) en 0.5 litro de
solución se tiene:
a) Primero calculamos el número de
moles (n) de ácido sulfúrico que hay en
la solución
n = m/P.M.
n = 196 gr/98 gr/mol
n = 2 moles
b) Como la molaridad es:
M = Número de moles/litro de solución
Obtenemos:
M = 2 moles/0.5 litros de solución
M = 4 molar
Por lo tanto la concentración del ácido
sulfúrico es 4 molar
Soluciones
• La concentración de una
solución expresa la relación de
la cantidad de soluto en una
solución respecto a la cantidad
de solvente en la misma.
La concentración de una
solución puede expresarse en
forma cualitativa (utilizando los
términos diluida o
concentrada) o especificar en
forma cuantitativa
(determinando que cantidad de
soluto tiene disuelto y en que
cantidad de solvente), es decir
conocer las cantidades relativas
de los diversos componentes.
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Soluciones
• Las concentraciones
expresadas en términos
cuantitativos toman en
cuenta de manera muy
precisa las proporciones
entre las cantidades de
soluto y solvente que se
están utilizando en una
solución. En la industria, los
procedimientos químicos,
en la farmacia, la ciencia,
etc., ésta manera de
expresar las
concentraciones
(cuantitativamente) es muy
utilizada ya que en todos
ellos es necesario
mediciones muy precisas
de las concentraciones de
los productos.
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Soluciones
• Hay diferentes maneras de
expresar la concentración
cuantitativamente. Las más
comunes se basan en la masa, el
volumen, o ambos.
a) Podemos indicar la cantidad
(masa o volumen) de una de las
sustancias (soluto) respecto a la
cantidad (masa o volumen) de la
otra (solvente).
b) Indicar la cantidad (masa o
volumen) de una sustancia
(soluto o solvente) respecto a la
cantidad (masa o volumen) del
sistema total (solución).
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Soluciones2
En términos cuantitativos, la concentración de
las soluciones puede expresarse como:
a) Porcentaje masa-masa (% m/m)
Se define como la masa de soluto (medida en
gramos) por cada 100 gramos de masa de la
solución. Podemos expresarla en forma
matemática como sigue:
Por ejemplo, si se disuelven 20 gramos de
azúcar en 80 gramos de agua, el porcentaje en
masa será:
20 gr de azúcar + 80 gr de agua = 100 gr de
solución
%masa = (20 gr de azúcar/100 gr de solución)
x 100
%masa = 20%
Esta es una de las medidas más simples y
útiles; lo único que se necesita saber acerca
de los componentes son sus masas, que se
determinan experimentalmente, y cuya suma
es siempre igual a la masa de la solución.
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•
b) Porcentaje volumen-volumen (% V/V)
Expresa el volumen de soluto (medido en
mililitros) disueltos en cien mililitros de
volumen de la solución. Se suele usar para
mezclas líquidas o gaseosas, en las que el
volumen es un parámetro importante a tener
en cuenta. Es decir, el porcentaje que
representa el soluto en el volumen total de la
solución. Suele expresarse simplificadamente
como «% v/v». En forma matemática se
expresa como:
Por ejemplo, si se tiene una solución del 20%
en volumen (20% v/v) de alcohol en agua
quiere decir que hay 20 mililitros de alcohol
por cada 100 mililitros de solución.
La graduación alcohólica de las bebidas se
expresa precisamente así: un vino de 12
grados (12°) tiene un 12% (v/v) de alcohol, un
tequila de 38° tiene un 38%(v/v) de alcohol.
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Soluciones
•
El alcohol comercial de uso doméstico, por ejemplo, generalmente no viene en
una presentación pura (100% alcohol), sino que es una solución de alcohol en
agua en cierta proporción, donde el alcohol es el soluto (la sustancia que se
disuelve) y el agua es el disolvente (la sustancia que disuelve el soluto). Cuando la
etiqueta del envase dice que este alcohol está al 70% V/V (de concentración)
significa que hay un 70% de alcohol, y el resto, el 30%, es agua. El jugo de naraja
comercial suele tener una concentración de 60% V/V, lo que indica que el 60%,
(el soluto), es jugo de naranja, y el resto, el 40% (el disolvente), es agua. La
tintura de yodo, que en una presentación comercial puede tener una
concentración 5%, significa que hay un 5% de yodo, (el soluto), disuelto en un
95% de alcohol, (el solvente).
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c) Porcentaje masa en volumen: %m/V
Corresponde a los gramos (gr) de soluto
disueltos en 100 ml de la solución. La
definición puede reducirse a la siguiente
fórmula:
donde m es la masa del soluto expresada en
gramos y V es el volumen de la solución en
mililitros.
Ejemplo: 7.5 gr de un soluto se disuelven en
agua suficiente como para completar 150
ml de solución. Calcule el % m/V.
Respuesta: se resuelve con una regla de tres
simple diciendo:
Si en 150 ml de solución hay 7.5 gr de soluto,
en 100 ml de solución ¿cuantos gr de soluto
habrá?
Por lo tanto la respuesta es 5% m/V.
Se debe notar que el volumen que se debe
utilizar no es el del solvente, sino el de la
solución.
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Soluciones
Las unidades de concentración usadas
hasta ahora no involucran ningún
concepto químico (como el mol ); por
esa razón se denominan unidades de
concentración físicas. Las unidades que
describiremos a continuación implican
conceptos químicos y, por tanto, se
denominan unidades de concentración
químicas.
d) Molaridad: se define como el número
de moles de soluto disueltos en un litro
de solución y se representa con la letra
M, es decir: M= n/V.
donde M es la molaridad, n es el
número de moles de soluto y V, el
volumen de la solución.
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Soluciones
El número de moles de soluto (n) se calcula
dividiendo la cantidad de soluto (masa)
expresada en gramos entre el peso molecular del
soluto.
n= m /P.M.
Donde:
n= numero de moles
m= masa del soluto (expresada en gramos)
P:M.= peso molecular o peso atómico del soluto.
El peso molecular (P.M.) de una sustancia
cualquiera se calcula sumando los pesos
atómicos de cada uno de los elementos que la
componen.
Por ejemplo, el peso molecular del agua (H2O) es
18 gr/mol, ya que el peso atómico del oxígeno es
16 y del hidrógeno es 1 pero como son dos
hidrógenos obtenemos 18. Otro ejemplo el peso
molecular (P.M.) del ácido sulfúrico (H2SO4) es 98
gr/mol, esto es porque el azufre tiene un peso
atómico de 32, el oxígeno 16 (multiplicado por 4)
y el hidrogeno 1 (multiplicado por 2) suman un
total de 98.
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Soluciones
•
•
Para expresar concentraciones muy
pequeñas, trazas de una sustancia
muy diluida en otra, es común
emplear las relaciones “partes por
millón” (ppm). Es de uso
relativamente frecuente en la
medición de la composición de la
atmósfera terrestre. Así el aumento
de dióxido de carbono en el aire
debido se suele dar en dichas
unidades.
Por ejemplo, 1 ppm de CO2 en aire
podría ser, en algunos contextos, una
molécula de CO2 en un millón de
moléculas de componentes del aire.
Otro ejemplo: hablando de trazas en
disoluciones acuosas, 1 ppm
corresponde a 1 mg soluto/ kg
disolución o, lo que es lo mismo, 1
mg soluto/ Litro de solución -ya que
en estos casos, el volumen del soluto
es despreciable, y la densidad del
agua es 1 kg/litro.
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Fracción molar (X): Es la relación
del número de moles de soluto
al número total de moles.
Debido a que la cantidad definida
arriba es una fracción, sus valores
deberán estar entre 0 y 1.
Obviamente, los valores extremos
(0 y 1) implicarán componentes
puros y no soluciones. Por otra
parte, también es posible definir
las fracciones molares para las
otras sustancias presentes en la
solución, en particular, para el
solvente. La suma de las
fracciones molares de todos los
componentes de la solución
deberá ser igual a 1, es decir
X(soluto) + X(solvente) = 1.
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•
Ejemplo: Si tenemos 171 g de sacarosa
(fórmula: C12H22O11, y peso molecular 342
g/mol) disueltos en 27 gramos de agua
(fórmula H2O y peso molecular: 18 g/mol),
¿cuáles son las fracciones molares de cada
uno?
Primero calculamos el número de moles del
soluto (sacarosa) y del solvente (agua) a partir
de los pesos moleculares y de las masas de
cada uno de ellos.
Moles de soluto = 171 gr/342 gr/mol = 0.5
moles de sacarosa.
Moles de solvente = 27 gr/18 gr/mol = 1.5
moles de agua.
Total de moles en la solución = 0.5 moles de
sacarosa + 1.5 moles de agua = 2 moles
Por lo tanto, la fracción molar para la sacarosa
es 0.5 moles de sacarosa/2 moles de solución =
0.25
La fracción molar para el agua es 1.5 moles de
agua/2 moles de solución = 0.75
Observe que si sumamos la fracción mol del
agua y de la sacarosa obtenemos el valor de 1.
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•
Por ejemplo para calcular la molaridad de
una solución que contiene 196 gramos de
ácido sulfúrico (H2SO4) en 0.5 litro de
solución se tiene:
a) Primero calculamos el número de
moles (n) de ácido sulfúrico que hay en
la solución
n = m/P.M.
n = 196 gr/98 gr/mol
n = 2 moles
b) Como la molaridad es:
M = Número de moles/litro de solución
Obtenemos:
M = 2 moles/0.5 litros de solución
M = 4 molar
Por lo tanto la concentración del ácido
sulfúrico es 4 molar