Liceo Marta Donoso Espejo Disoluciones Químicas: Unidades de concentración químicas Profesora: Edelmira González D. Profesor: Sr. Edmundo Olave S.M. Universidad de Chile

UNIDADES QUIMICAS Otra forma de expresar las concentraciones es por métodos químicos, estos se diferencian de los métodos FÍSICOS porque toman en cuenta la composición del soluto y en algunos casos la del disolvente (como en la fracción molar). Entre los métodos químicos más utilizados tenemos: la molaridad, la molalidad, la normalidad, y la fracción molar

Conceptos Mol: Latín “moles” que significa montón Cantidad de materia que contiene 6,02 x 1023 partículas elementales (602.000. 000.000. 000.000. 000.000) Constante de Avogadro Establece una relación entre el numero de entidades y la cantidad de sustancia. 1mol = 6,02 x 1023 átomos 1mol = 6,02 x 1023 moléculas 1mol = 6,02 x 1023 iones

Ejemplo Calcular el número de átomos en 2,3 moles de Zn 1 mol 6,02 x 1023 átomos 2,3 mol x átomos de Zn X = 1,38 x 1024 átomos de Zn

MM = g n Masa Molar (MM) Masa molar de la sustancia (g/mol) Masa en gramos de un elemento, correspondiente a 1 mol del mismo 1 mol del contiene 6,023 · 1023 átomos de H masan 1 g del elemento H MM = g n Masa molar de la sustancia (g/mol) Masa de la sustancia (g) Cantidad de sustancia (mol)

Entonces… Para calcular la cantidad de sustancia n = g MM

EJEMPLO ¿Cuàntos moles hay en 28.7 g de Na2SO4 ? Datos Cálculos Respuesta g= 28.7 g Càlculo de masa molar del Na2SO4. ∴ en 28,7 g n= ? Na = 2 x 23 = 46 hay 0.202 moles S ´= 1 x 32 = 32 Fórmula O = 4 x 16 = 64 = 142 g/mol n= g/MM n= 28,7 g = 0.202 moles 142 g/mol

MOLARIDAD (M) Este método es muy útil para expresar concentraciones cuando se utiliza equipo volumétrico tales como probetas, buretas o pipetas, sólo se necesita masar cierta cantidad de soluto que corresponda a la concentración deseada y se adiciona suficiente disolvente hasta completar un volumen determinado en un matraz volumétrico aforado. La molaridad de una solución se define como la cantidad de soluto disuelto en moles por litro de solución.

V(L solución) M= moles soluto EJEMPLO EJEMPLO: Calcule la molaridad de una solución que se preparó pesando 28.7 g de Na2SO4 y añadiendo suficiente agua hasta aforar un volumen de 500 ml.

Datos Cálculos m=28.7g - Cálculo de los litros V= 500 ml Litros= 500 ml/1000 MM=142g/mol L = 0.5 M= ? - Calculo de moles n= 28.7 g = 0.202 moles 142 g/mol - M = 0.202 moles = 0.404 mol/L 0.5 L Respuesta Fórmula ∴ la molaridad de la solución n = g/MM es 0.404 M M=n/V

EJEMPLO 2 ¿Cuántos gramos de Kl hay en 360 ml de una solución 0.550 M?. Datos Fórmulas g=? V=360 ml n = M x V M=0.550 M g = n X MM MM = 166 g/mol Cálculos - Calculo de moles n = 0.550 moles/L X 0.360 L n = 0.198 moles - Por tanto, g = 0.198 moles X 166.0 g/mol g = 32.9 gramos de KI Respuesta ∴ hay 32.9 gramos en 360 ml de solución al 0.55 M

Molalidad (m) La principal ventaja de este método de medida respecto a la molaridad es que como el volumen de una disolución depende de la temperatura y de la presión, cuando éstas cambian, el volumen cambia con ellas. Gracias a que la molalidad no está en función del volumen, es independiente de la temperatura y la presión, y puede medirse con mayor precisión. Es menos empleada que la molaridad pero igual de importante.

Para preparar soluciones de una determinada molalidad en un disolvente, no se emplea un matraz aforado como en el caso de la molaridad, sino que se puede hacer en un vaso de precipitados y pesando con una balanza analítica, previo peso del vaso vacío para poderle restar el correspondiente valor. La molalidad (m) es el número de moles de soluto por kilogramo de solvente. m = n Kg. de solvente

EJEMPLO: Se agregan 5 gramos de HCl a 35 grs EJEMPLO: Se agregan 5 gramos de HCl a 35 grs. de agua ¿cuál es la concentración de la solución o la molalidad? Datos Cálculos m=5 g - Cálculo de los Kg. g. solv= 35 g. Kilogramos= 35 g/1000 g = 0.035 kg MM=36.5 g/mol n= ? - n = 5g = 0.137 moles 36.45 g/mol - m = 0.137 moles = 3.914 mol/Kg. 0.035 Kg. Fórmulas Respuesta n= g/MM ∴ la molalidad de la solución m=n/Kg.solv. es de 3.914 m

Normalidad (n) Normalidad (N):  Es el número de equivalentes gramo de soluto contenidos en un litro de solución. N= n°eq-g soluto V(L) N° eq = g soluto PE soluto PE = MM soluto n° de e

PE = 74 g = 37 g - n° equiv. = 0.74 g = 0.02 2 37 g EJEMPLO Una solución contiene 0,74 g de Ca(OH) 2 por cada 500 ml . Calcula su normalidad. Datos m=0,74 g V= 500 ml N= ? Fórmulas N= nº equiv ; nº equiv = g V PE PE = MMsoluto n° de e Cálculos PE = 74 g = 37 g - n° equiv. = 0.74 g = 0.02 2 37 g 16

V a Litros = 500 mL / 1000 mL = 0.5 L N= 0.02 = 0.04 N 0.5L Respuesta ∴ la 〚〛es de 0.04 Normal

Fracción Molar (X) X soluto = n soluto n soluto + n solvente Expresa la cantidad de moles de cada componentes en relación a la totalidad de los moles de la disolución. X soluto = n soluto n soluto + n solvente X solvente = n solvente X soluto + X solvente = 1

EJEMPLO Una solución está formada por 324 g de H2O y 120 g de CH3COOH. Calcula la fracción molar de cada uno. Datos m solu= 120 g CH3COOH.(MM = 60 g/mol) m solv= 324 g H2O (MM = 18 g/ mol) X solu= ? X solv= ? Fórmulas X= n solu o n solv n totales n= g/Mm Cálculos - n solu= 120 g = 2 moles - n solv = 324 g = 18 moles 60 g/mol 18 g/mol

X solu = 2 = 0.1 moles 2 + 18 X solv = 18 = 0.9 moles Respuesta ∴ la fracciòn molar es: Fracción molar del soluto 0.1 mol Fracción molar del solvente 0.9 mol Fracción molar de la solución 1 mol

EJERCICIOS PROPUESTOS Calcular la molaridad de cada una de las soluciones siguientes: 1,50 g de KBr en 1,60 L de solución 2,78 g de Ca(N03 )2 en 150 ml de solución 2,50 g de Co (NO3)2 en 80 ml de solución Calcule la cantidad en gramos de soluto que se necesita para preparar las siguientes soluciones acuosas: 500 ml de solución de NaBr 0,110 M 250 ml de solución de CaS 0,140 M 720 mI de solución de Na2SO4 0,155 M El amoniaco acuoso concentrado comercial tiene 29 % de NH3 en masa y tiene una densidad de 0,90 g/ml. ¿Cuál es la molaridad de esta solución?. Una solución de ácido sulfúrico que contiene 571,6 g de H2SO4 por litro de solución tiene una densidad de 1,329 g/ml. Calcular: el porcentaje en peso y la molaridad del ácido sulfúrico en solución.

5. Cuántos gramos de CuSO4. 5 H2O (M = 250) se requieren para preparar 150 mL de disolución de CuSO4 (M= 160) 0,24 Molar? 6. ¿Qué masa de soluto se necesita para producir?: a.- 2,50 litros de disolución 1,20 M de NaOH. b.- 50 mL de disolución 0,01 M de AgNO3 c.- 400 mL de disolución 1 M de hidróxido de zinc (Zn(OH)2). 7. Se prepara una solución que contiene 69 g. de ión Sodio (PE=23 g/equiv) en 3000 cc ¿Cuál es la normalidad de la solución? 8.- Determinar los g. de cromo (PE= 26 g/equiv) que hay que disolver para obtener 500 cc. De solución al 0,25 N. 9. Una solución de litio (PE= 7 g/equiv) se encuentra al 15%m/v. ¿Cuál es la Normalidad? 10. 25 g de éter etílico (C2H5OC2H5) se han mezclado con 1 g de ácido esteárico C17 H35COOH. ¿Cuál es la fracción molar de cada componente y de la solución? 11. 50 moles de agua han disuelto 2 moles de soluto. ¿Cuál es la fracción molar de cada componente y de la solución? 12. Una solución de agua (H2O) disuelta en alcohol (C2H5OH) esta al 20%m/m. ¿Cuál es la fracción molar de cada componente y de la solución?

Desarrollo 1) A) Datos: Moles= g/Mm a=1,50 g. V=1,60 L moles= 1,5/119 Cálculos: M=0,0126 = 0,0079 moles/L. 1,60 Respuesta: La molaridad de la solución es de 0.0079 moles/L.

B) Datos: a=2,78 g. V=150 ml = 0,15 L. Mm= 164 M=n n=g v Mm n= 2,78 164 n= 0,017 Cálculos: M=n v M= 0,017 0,15 M= 0,113 Respuestas: La molaridad de la solución es 0,113

C) Datos: a=2,5g V=80 ml = 0,08 L Mm= 183 g/mol Cálculos: M=moles n=g/Mm v n=2,5/183 n= 0,014 moles M=0,014/0,08 M= 0,17 moles/l. Co = 59 g/mol N=14 g/mol O x 3=48 g/mol Respuesta: La molaridad de la solución es 0,17 moles/L.

2) A) Datos: a=m ? V=500ml =0,5 L M=0,110 Mm=103 Cálculos: M=n v n=M x V n=0,110x0,5 n=0,055 moles Moles = a/Mm a= n x Mm a=0,055x103 a= 5,665 g Respuesta: Se necesita 5,665 g para preparar la solución de NaBr

Cálculos: M=n v n=M x v n= 0,140 mol/ L x 0,25 L n= 0,035 moles B) Datos: a= ? V=250ml = 0,25 L M=0,140 mol/L Mm=72 g/mol Moles= a/Mm a=Mm x n a= 0,035x72 a=2,52 g Respuesta: Se necesita 2,52 gramos para preparar la solución de CaS

C) Datos: a=m=? V=720 ml = 0,72 L M=0,155 Mm=142 g/mol Moles: a/Mm a= n x Mm a= 0,1116 x 142 a= 15,8472 g Cálculos: M=n v n=M x v n= 0,72 mol/L x 0,155 L n= 0,1116 moles Respuesta: Se necesita 15,8472 gramos para preparar la solución Na2SO4

3) Datos: % m/m = 29 % d= 0,9 g/ml M=? Mm=17 g/mol Cálculos: % m/m= gr. de soluto x100 d=masa gr. de solución vol.. 29 = x (0,90 x 1000) x= 29 x 900 = 261 gramos soluto 100 Moles= 261 g 17 g/mol Moles = 15,35 M= 15,35 = 15,35 moles/L 1 Respuesta: La molaridad de la solución de amoníaco es 15,35 moles/L

4) Datos: a=m= 571,6 g v= 1 L. D=1,329 gr/ml % m/m=? M=? Mm=98 Cálculos: %m/m= gr. soluto x100 d x v = 571,6 x100 (1,329 x 1000) = 43 % Moles= a Mm moles= 571,6 g 98 g/mol moles= 5,83 M=n v M= 5,83 Moles 1L M=5,83 moles/L Respuesta: El % en m/m es 43 % y la molaridad del ácido sulfúrico en solución es5,83 moles/L.

5) Datos: a=? V=150 ml = 0,15 L. Mm CuSO4 x 5H2O = 250 g/mol Mm CuSO4 =160 g/mol Cálculos: M=n v n=m x v n= 0,24 x 0,15 n=0,036 Moles= g Mm g= n x Mm g= 0,036 x 160 g= 5,76 160 5,76 250 x x= 5,76 x 250 160 Respuesta: Se necesitan 9 gramos de CuSO4 x 5H2O para preparar la solución. X= 1440 160 x= 9 gr.

6) A) Datos: V=2,5 M=1,20 Mm=40 a=? Moles=g Mm g= n x Mm g= 3 x 40 g = 120 gramos. Cálculos: M=n V n= m x V n= 1,20 x 2,5 n= 3 moles Respuesta: Se necesitan 120 gramos de NaOH para preparar 2,5 L. De disolución 1,20 M.

B) Datos: v=50 ml = 0,05 L. M= 0,01 Mm= 170 g/mol a=? Cálculos: M=n V n= M xV n= 0,01mol/L x 0,05 L n= 0,0005 moles Moles= g Mm g = n x Mm g= 0,0005moles x 170 g/mol g= 0,085 gramos. Respuesta: Se necesitan 0,085 gramos de AgNO3 para preparar 0,05 litros de disolución 0,01 M.

C) Datos: V= 400 ml = 0,4 L. M=1 Mm= 99,39 a=? Cálculos: M= n L n= m x V n= 1 x 0,4 n= 0,4 moles Moles= g MM g= n x MM g= 0,4 x 99,39 g = 39,76 gr.. Respuesta: Se necesita 36,76 gramos de Zn(OH)2 para preparar 0,4 l. De disolución 1 M.

7) Datos: a= 69 g. PE=23 gr/equiv. V=3000 cc = 3 L. N=? Cálculos: N= n° equiv. v N= 3 3 N= 1 N° equiv.= a PE n° equiv.= 69 23 n° equiv. = 3 Respuesta: La Normalidad (N) de la solución es 1 normal.

8) Datos: a=? PE= 26 gr/equiv. V= 500 ml = 0,5 L. N=0,25 Cálculos: N=n° equiv. V n° equiv= N x V n° equiv= 0,25 x 0,5 n° equiv=0,125 N° equiv.=a PE a= n° equiv x PE a=0,125 x 26 a=3,25 gr. Respuesta: Se necesita pesar 3,25 gramos de cromo para preparar una solución 0,25 N.

Cálculos: N=n° equiv. V N=2,14 1 9) Datos: PE= 7 g/equiv. % m-v= 15 % N=? N° equiv.= a PE n° equiv.=15 7 n° equiv.=2,14 %m/v= gr.soluto ml soluto gr.soluto=15 x 100 100 gr.soluto= 15 Respuesta: La Normalidad (N) de una solución de litio al 15 % de m/v es de 2,14

10) Datos: a solu= 1 g ( MM=284) a solv= 25 g (MM=74) x solu=? x solv=? Cálculos: n= a MM n= 1 284 n= 0,00035211 n= 25 74 n= 0,3378378 Respuesta: - Fracción molar de soluto 0,1 mol - Fracción molar del solvente 0,9 mol - Fracción molar de la solución 1 mol n= 0,0035211 0,3413589 n= 0,0103149 n= 0,3378378 0,3413589 n= 0,989685

11) Datos: moles de soluto= 50 moles de solvente= 2 a soluto=? a solvente=? Cálculos: a soluto= 50 (50+2) a soluto=50 52 a soluto= 0,9615384 a solv= 2 (50+2) a sol= 2 52 a solv= 0,0384615 Respuesta: Fracción molar de soluto 0,9615384 Fracción molar de solvente 0,0384615 Fracción molar de la solución es 1

Cálculos: %m/m=g.soluto x100 g.solución g soluto= m/m x g solución 100 g soluto=20 x 100 g soluto= 20 g 12) Datos: Mm H2O= 18 Mm C2H5OH = 46 % m/m= 20% Respuesta: La fracción molar de soluto 0,2 La fracción molar de solv. 0,8 La fracción molar de la solución es 1 x soluto= n° soluto n°solu+n°solv = 20 20+80 X soluto= 20 = 0,2 100 x solv.=80 = 0,8