Se denomina
FASE a aquella porción de materia que tiene las mismas propiedades en toda su
extensión. Una fase puede ser un pedazo de hierro, un balde con arena, una copa
de agua.
Una fase
puede estar constituida por uno ( agua ultrapura ) o varios compuestos ( agua
con sal y vinagre ). Cuando dos o más fases se encuentran en la misma porción
de materia tenemos un sistema heterogéneo ( agua y arena ), si es una sóla la
fase, tendremos un sistema homogéneo.
Entonces si
tenemos en un cubo de metal, agua, arena, limaduras de hierro y hielo,
tendremos 4 fases distintas, pero sólo 3 elementos, ya que el agua y el hielo
corresponden al mismo elemento, pero en distinto estado de agregación.
El término
solución se aplica genéricamente a toda mezcla homogénea que tenga composición
variable. Las soluciones se diferencian de: las mezclas corrientes porque éstas
son heterogéneas, sus componentes se distinguen a simple vista o con el
microscopio; de los compuestos, por su composición constante; y de las otras
clases de dispersiones (suspensiones y coloides), por el tamaño. El agua de
mar, el agua carbonatada, el aire, la gasolina, las monedas, los líquidos que
fluyen en nuestro organismo acarreando gran variedad de nutrientes
indispensables, sales y otros
minerales,
son ejemplos de soluciones.
Decimos que
en una solución tenemos como mínimo dos componentes: un solvente ( o sustancia
que se encuentra en mayor cantidad ) y un soluto que suele estar en menor
cantidad.
Así podemos
establecer diferentes clasificaciones de las soluciones:
a)
Por la cantidad de soluto que
se tiene:
b)
Por el estado físico del
disolvente
Es necesario
en Química, conocer las concentraciones
de una solución.
Para
expresar la concentración de una solución debe indicarse la cantidad de soluto
que contiene la solución en una determinada cantidad de solvente o de solución.
Concentración C = cantidad de soluto / cantidad
de solvente o de solución
Las
expresiones solución y disolución son equivalentes, las expresiones solvente y
disolvente también son equivalentes.
1.
Expresiones de la concentración en unidades físicas:
- a) % m / m :
gramos de soluto en 100 gramos de solución
- b) % m / m
de solvente: gramos de soluto en 100 gramos de solvente
- c) % m / V :
gramos de soluto en 100 cm3 de solución
- d) % m / V
de solvente: gramos de soluto en 100 cm3 de solvente
- e) % V / V :
cm3 de soluto en 100 cm3 de solución
- f) % V / V
de solvente: cm3 de soluto en 100 cm3 de solvente
g) fracción
molar de soluto: números de moles de soluto / número de moles totales ( soluto
+ solvente ) La suma de las fracciones
molares en una solución es 1.
h)
Molaridad: número de moles de soluto en un litro de solución.
i) Normalidad: número de equivalentes por litro
de solución. El número de equivalentes son los moles / cantidad de partículas
intercambiadas en la reacción química ( número de H+ , OH-
o e- ).
Las
expresiones a) y b) son independientes de la temperatura. Las restantes
dependen de la temperatura ya que el volumen varía al variar T.
DILUCIONES
La manera
más directa de preparar una solución es la de mezclar los reactivos ( soluto y
solvente ) puros.
Pero es muy
común en los laboratorios tener una
solución madre ( más concentrada ) y por dilución llevarla a la concentración
requerida. O a veces por mezcla de dos soluciones de concentración conocida,
poder llevarla a la requerida.
REGLA 1: Los
volúmenes NO SE SUMAN ( salvo que sean soluciones muy diluídas, y esté
explícito en el ejercicio ).
REGLA 2: El
volumen final de una dilución siempre ES MAYOR que el
volumen inicial.
Consideremos
dos casos:
a)
Dilución de una solución madre
con más solvente.
Debemos
considerar que si sólo hay agregado de solvente, el número de moles de soluto o la masa de soluto no
cambia.
Entonces
Masa de
soluto inicial = masa de soluto final
Si dividimos
por el PM en ambas ecuaciones
Número de
moles iniciales = número de moles finales
Como Molaridad es el número de
moles por litro de solución, si multiplicamos por el volumen de la solución
tendremos los moles iniciales ( o finales )
Mi Vi = Mf Vf
Si ponemos
un ejemplo: deseamos preparar 1 litro de
una solución 0,15 M, partiendo de una solución 5 M. Qué volumen de esta última
necesitamos?
Si aplicamos
la formula sabiendo que Vf 1 litro, Mf= 0,15 M y Mi = 5 M tenemos que
1000
cm3 *
0,15 M = 5 M * Vi
Despejando
Vi, obtenemos el resultado buscado que es de 30 cm3.
b)
Si tenemos dos soluciones de
distinta concentración, para llegar a una mezcla
Moles de solución A + moles de solución B = moles finales
Y como hicimos en el ejercicio anterior
VAi * CAi + VBi
* CBi = Vf Cf
Definimos el
factor de dilución como la relación entre el volumen inicial / volumen final, y
se expresa 1/10 o también 1+9. En estos ejemplos estamos diciendo que la
solución inicial fue diluida con solvente utilizando 9 veces el volumen inicial
de solución.
EJERCICIOS
1) ¿Qué cantidad de
glucosa, C6 H12 O6 , se precisa para preparar 100 cm3 de disolución 0,1M?
2)
Una disolución de hidróxido de
sodio al 25% en peso tiene una densidad de 1,275 g/cm3. Calcular su molaridad y la fracción molar del
soluto.
3)
Se mezclan 2 litros de
disolución de ácido clorhídrico 6 M con 3 litros de disolución de ácido
clorhídrico 1 M. ¿Cuál es la molaridad de la disolución resultante? Suponga
volúmenes aditivos.
4)
Se toman 40 mL de ácido
clorhídrico concentrado (36% en peso y 1,18 g/mL de densidad) y se le añade
agua hasta completar un litro de disolución.
¿Qué concentración molar resulta?.
4)
5)
En el laboratorio se dispone
de una disolución de ácido nítrico al 53%, de densidad 1,3 g/mL. Calcular el
volumen de ésta última que se ha de tomar para preparar 200 mL de otra
disolución 2 M en el mismo ácido.
6)
La glucosa, uno de los
componentes del azúcar, es una sustancia sólida soluble en agua. La disolución
de glucosa en agua (suero glucosado) se usa para alimentar a los enfermos
cuando no pueden comer. En la etiqueta de una botella de suero de 500 cm3 aparece: “Disolución de glucosa en agua,
concentración 55 g/L”.
a) ¿Cuál es
el disolvente y cuál el soluto en la disolución?
b) Ponemos
en un plato 50 cm3 . Si dejamos que se evapore el agua, ¿Qué cantidad de
glucosa quedará en el plato?
c) Un
enfermo necesita tomar 40 g de glucosa cada hora ¿Qué volumen de suero de la
botella anterior se le debe inyectar en una hora?
7)
Se mezclan en un mismo
recipiente 50 mL de una disolución de sal común en agua de concentración 20
g/L, y 100 mL de otra disolución de sal común en agua de concentración 30 g/L.
a) ¿Qué
cantidad de sal tenemos en total?
b) ¿Cuál es
la concentración de la nueva disolución?
8)
Se disuelven 5 g de ácido
clorhídrico en 95 de agua. Sabiendo que la densidad de la solución es 1,030
g/cm3, hallar
a.
% en masa
b.
Molaridad
c.
Fracción molar de HCl.
9)
Calcule la molaridad de una
solución de K2CO3 q ue contiene 22 %
en peso de la sal y tiene una densidad de 1,24 g/ml.
10)
Que cantidad de agua de mar
2,47 p/v se debe evaporar para obtener 1Kg de sal
11)
Que cantidad de solución de
BaCl2 al 1,8% p/v se debe tomar para preparar 500cm3 de solución al 0,4
%p/v y cuánta agua destilada debe agregarse.
12)
¿Cuál es el % p/p por ciento
de bromuro de potasio en una disolución en que hay 0.298 g de bromuro de
potasio, 0.854 gramos de cloruro de sodio y 80 gramos de agua?.
13)
Se toman 200 mL de una
disolución de MgCl2 de concentración 1 M y se mezclan con 400 cm3 de otra,
también de MgCl2, 2,5 M. Finalmente se añade al conjunto 400 mL de agua.
Suponiendo que los volúmenes son aditivos y la densidad final es 1,02 g/mL.
a) ¿Cuál será la molaridad resultante?
b) ¿Cuál
será la molalidad final?
14)
Un ácido
clorhídrico comercial contiene un 37% en peso de ácido, con una densidad de
1,19g/ml. ¿Que cantidad de agua debe añadirse a 20 ml de este acido para que la
disolución resultante sea 1M? (suponga volúmenes aditivos).
