QUÍMICA GENERAL I UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO”

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1 QUÍMICA GENERAL I UNIVERSIDAD NACIONAL “SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO”
DEPARTAMENTO ACADÉMICO CIENCIAS QUÍMICA GENERAL I Mag. Miguel RAMÍREZ GUZMAN

2 CONTENIDO Definición de solución. El agua. Proceso de solvatación.
Clasificación de las soluciones. Factores que afectan la solubilidad. Pasos para preparar una solución. Formas de expresar las concentraciones. Concentraciones físicas. Concentraciones químicas. Diluciones. Ejemplos: E

3 Solución Una solución es una mezcla homogénea compuesta por un soluto disuelto en un solvente. El soluto es el componente presente en menor cantidad. El solvente es el componente presente en mayor cantidad. M. Ramírez G.

4 Solución Por ejemplo, una cuchara de azúcar disuelta en un vaso con agua forma una solución acuosa en donde el azúcar es el soluto y el agua el solvente o disolvente. Se da el nombre de solución acuosa a toda solución en donde el solvente es el agua. M. Ramírez G.

5 El Agua Es una de las sustancias más importantes y también la más abundante de todas las sustancias inorgánicas. Es la sustancia que forma el mayor porcentaje del cuerpo. El agua es un excelente disolvente. M. Ramírez G.

6 Solución Soluto Solvente Solución M. Ramírez G.

7 Proceso de solvatación
M. Ramírez G. Burns, R. (1996)

8 Solvatación M. Ramírez G.

9 Clasificación de las soluciones
mezclas homogéneas de dos sustancias: SOLUTO SOLVENTE SEGÚN EL ESTADO FISICO DEL SOLVENTE SÓLIDA LÍQUIDA GASEOSA M. Ramírez G.

10 1. Dependiendo de la naturaleza del solvente:
a) Solución Líquida: cuando el solvente es líquido así: Sólido en líquido: Ejemplo: NaCl en agua Líquido en líquido: Ejemplo: alcohol en agua Gas en líquido: Ejemplo: CO2 en agua M. Ramírez G.

11 b) Solución Sólida: cuando el solvente es sólido:
Sólido en sólido: Ejemplo: las aleaciones Líquido en sólido: Ejemplo: mercurio en oro (amalgama) Gas en sólido: Ejemplo: hidrogeno en paladio M. Ramírez G.

12 c) Solución Gaseosa: cuando el solvente es gas:
Gas en gas: Ejemplo: el aire Líquido en gas: Ejemplo: vapor de agua en aire Sólido en gas: Ejemplo: yodo sublimado en el aire M. Ramírez G.

13 2. Dependiendo del número de componentes:
Binaria Ternaria Cuaternaria M. Ramírez G.

14 Clasificación de las soluciones líquidas
a) Dependiendo del disolvente: Acuosas No acuosas b) Dependiendo de la naturaleza del sóluto: Electrolíticas: conducen la corriente eléctrica. No electrolíticas: no conducen la corriente eléctrica. M. Ramírez G.

15 c) De acuerdo a la cantidad de soluto, pueden ser:
Diluidas: La cantidad de soluto es poco en comparación a la cantidad de solvente. Concentradas.- La cantidad de soluto es apreciable en comparación con la cantidad de solvente. M. Ramírez G.

16 Saturada.- Cuando en la solución no se puede disolver más soluto.
Sobresaturada: Cuando la solución acepta más soluto que la saturada. M. Ramírez G.

17 Factores que afectan la solubilidad
Propiedades del soluto y el solvente: Los compuestos iónicos (NaCl) y los polares (Azúcar), son solubles en los solventes polares (H2O). Los compuestos no polares (Aceites y Mantecas) son solubles en solventes no polares (Gasolina) “Lo semejante disuelve lo semejante” Temperatura: En Soluciones de sólidos en un líquido generalmente la solubilidad aumenta al aumentar la temperatura. M. Ramírez G.

18 Factores que afectan la velocidad de disolución
Tamaño de la partícula: A menor tamaño de partícula del soluto mayor velocidad de disolución. Velocidad de agitación: La velocidad de disolución del soluto aumenta por la agitación. Temperatura: A mayor temperatura mayor velocidad de disolución. M. Ramírez G.

19 Pasos para preparar una solución
Seleccionar soluto completamente soluble Pesar el soluto Aforar en balón Disolver el soluto M. Ramírez G.

20 Aforar en balón M. Ramírez G.

21 Formas de expresar las concentraciones
La concentración es la magnitud física que expresa la cantidad de un elemento o un compuesto por unidad de volumen. Cada sustancia tiene una solubilidad que es la cantidad máxima de soluto que puede disolverse en una disolución, y depende de condiciones como la temperatura, presión, y otras sustancias disueltas. M. Ramírez G.

22 Curvas de solubilidad M. Ramírez G.

23 Formas de expresar las concentraciones
En química, para expresar cuantitativamente la proporción entre un soluto y el disolvente en una disolución se emplean distintas unidades: porcentaje en peso, porcentaje en volumen, fracción molar, partes por millón, molaridad, normalidad, molalidad, etc. M. Ramírez G.

24 Formas de expresar las concentraciones
Concentración Expresiones relativas diluido concentrado cuantitativas Porcentuales % en masa % (m/m) % volumen-volumen % (v/v) % masa-volumen % (m/v) Partes por millón (ppm) Unidades Químicas Molaridad Normalidad Molalidad M. Ramírez G.

25 Formas de expresar las concentraciones
A) Concentraciones Físicas: Porcentaje en peso %W: Ejemplo: ¿Cuántos gramos de una sal deberán disolverse en 315 mL de agua para darnos una solución al 25% en masa? M. Ramírez G.

26 Wsol = Wsto + Wste = Wsto + 315 Empleando la formula:
El solvente es agua: Vste = 315 mL Wste = 315 g Masa de la solución: Wsol = Wsto + Wste = Wsto + 315 Empleando la formula: Reemplazando valores y calculando Wsto: 25(Wsto + 315) = Wsto x 100 Wsto = 105 g M. Ramírez G.

27 Porcentaje en Volumen %V:
Ejemplo: Determinar el porcentaje en volumen de una solución preparada con 50 g de etanol en 250 mL de solución. Densidad del etanol 0,79 g/mL. M. Ramírez G.

28 Empleando la formula respectiva:
La masa de alcohol debe estar en unidades de volumen. Usaremos la densidad del alcohol: ρ = 𝐦 𝐕 V = 𝐦 𝛒 = 𝟓𝟎 𝐠 𝟎,𝟕𝟗 𝐠/𝐦𝐋 = 63,3 mL M. Ramírez G.

29 Reemplazando valores en la ecuación:
%V = 𝟔𝟑,𝟑 𝐦𝐋 𝟐𝟓𝟎 𝐦𝐋 x 100 Determinando el porcentaje de la solución: %V = 25,3% M. Ramírez G.

30 B) Concentraciones Químicas:
Molaridad (M): Donde: Moles de soluto Volumen de la solución en litro M. Ramírez G.

31 Recordando la fórmula de molaridad:
Ejemplo: Se disolvieron 68 gramos de nitrato de plata en suficiente agua hasta completar 200 mL de solución. Determinar la molaridad de la solución. Nitrato de plata: AgNO3 MA: Ag = 108; O = 16; N = 14 Recordando la fórmula de molaridad: M. Ramírez G.

32 Calculando la masa molecular del nitrato de plata:
1(108) + 1(14) + 3(16) = 170 Calculando el número de moles de AgNO3: n = 0,4 mol M. Ramírez G.

33 Pasando el volumen de la solución a litros:
V = 200 mL = 0,2 L Reemplazando en la fórmula de la molaridad: La concentración molar será: C = 2,0 M M. Ramírez G.

34 Para determinar # Eq-g:
Normalidad (N): Vsol en litros Para determinar # Eq-g: Y para determinar el peso equivalente Peq: M. Ramírez G.

35 KOH : hidróxido de potasio
Ejemplo: ¿Cuántos gramos de KOH se necesitan para preparar 80 mL de solución de KOH al 0,25 N? KOH : hidróxido de potasio MA: K = 39; O = 16; H = 1 Recordando la fórmula: M. Ramírez G.

36 Reemplazando las demás fórmulas:
Despejando la masa del soluto: Determinando el peso molecular de KOH: M. Ramírez G.

37 Pasando el volumen a litros:
Determinando el Peq: Pasando el volumen a litros: V = 80 mL = 0,08 L Reemplazando en la ecuación de la masa: m = 0,25 N x 56 g/eq-g x 0,08 L La masa de soluto será: m = 1,12 g de KOH M. Ramírez G.

38 Molalidad (m): Donde: Moles de soluto Masa de solvente en kg
M. Ramírez G.

39 Recordando la fórmula:
Ejemplo: Una disolución del alcohol etílico; C2H5OH; en agua es 1,54 molal. ¿Cuántos gramos de alcohol etílico estarán disueltos en 2,5 kg de agua? MA: O=16; C=12; H=1 Recordando la fórmula: Además: M. Ramírez G.

40 Combinando las fórmulas, tenemos:
Despejando Wsto Determinando la masa molecular del alcohol etílico: Reemplazando valores en la ecuación anterior: Wsto = 177 g de alcohol etílico M. Ramírez G.

41 Diluciones Cuando una solución se diluye se aumenta la cantidad de solvente, mientras que la cantidad de soluto permanece constante. nsto (1) = nsto (2) # Eq-gsto (1) = # Eq-gsto (2) C1.V1 = C2.V2 También puede ser útil para mezclar dos o más soluciones de diferente concentración. M. Ramírez G.

42 Teniendo en cuenta que la cantidad de soluto es la misma, se tiene:
Ejemplo: Se agregan 800 mL de agua a 200 mL de una solución de HCl 6N. ¿Cuál es la normalidad de la solución resultante? Teniendo en cuenta que la cantidad de soluto es la misma, se tiene: # Eq-g (1) = # Eq-g (2) M. Ramírez G.

43 Calculando los Eq-g (1):
# Eq-g (1) = N x V = 6 x 0,2 = 1,2 Para la solución inicial, tenemos: V1 = 0,2 L; C1 = 6N; # Eq-g (1) = 1,2 Para la solución final, tenemos: V2 = 0,2 + 0,8 = 1L # Eq-g (2) = 1,2 C2 = ?? M. Ramírez G.

44 # Eq-gsto (1) = # Eq-gsto (2)
Entonces se cumple: C1 x V1 = C2 x V2 Reemplazando valores: 6 x 0,2 = C2 x 1 C2 = 1,2 N M. Ramírez G.

45 Bibliografía Brown, T. et al. (1991) Química: La Ciencia Central. 5ta ed. Estados Unidos de América: Prentice Hall. Burns, R. (1996) Fundamentos de Química. 2da. ed. Estados Unidos de América: Prentice Hall. DiSpezio, M. et al. (1999) Science Insights: Exploring Earth and Space. 1era ed. Estados Unidos de América: Prentice Hall. M. Ramírez G.

46 Para practicar cálculos de soluciones
1. Preparar una disolución añadiendo agua a 32,86 g de C2H5OH hasta un volumen total de 100,0 mL. Si la densidad de C2H5OH puro es 0,7851 g/mL, ¿cuál será la concentración de la disolución, expresado en porcentaje de C2H5OH en volumen? Recordando la formula: M. Ramírez G.

47 Calculando el volumen del alcohol puro:
El volumen de la solución es: Calculando la concentración en %(v/v): M. Ramírez G.

48 2. Prepara un disolución disolviendo 127 g de alcohol etílico, C2H5OH, en agua suficiente para hacer 1,35 litros de disolución. ¿Cuál es la molaridad de esta? M. Ramírez G.

49 Determinamos la masa de CuSO4:
3. Deseamos preparar 0,15 litros de disolución de CuSO4 0,24 M. ¿Qué masa necesitamos de CuSO4.5H2O cristalizado? Determinamos la masa de CuSO4: = 0,24 mol/L x 0,15 L x 159,5 g/mol M. Ramírez G.

50 La cantidad de agua que aporta a la solución es despreciable.
CuSO CuSO4.5H2O 159,5 g/mol ,5 g/mol 2,26 x 10 – 4 g X g X = 3,53 x 10 – 4 g CuSO4.5H2O La cantidad de agua que aporta a la solución es despreciable. M. Ramírez G.

51 A) ¿Cuál es la molalidad de la disolución?
4. Tenemos una disolución que contiene 410,3 g de H2SO4 en 1,0 litro de disolución a 20ºC. Si la densidad de la disolución es de 1,243 g/mL. A) ¿Cuál es la molalidad de la disolución? B) ¿Cuál es la molaridad de la disolución? A) Recordando la formula de molalidad: M. Ramírez G.

52 Calculando las moles de soluto:
Calculando la masa en kg de solvente: Wsol = mL x 1,243 g/mL Wsol = 1243 g Wste = 1243 g – 410,3 g = 832,7 g m = 5,03 M. Ramírez G.

53 B) Para determinar la molaridad de la solución, solo reemplazamos los datos:
CM = 4,19 M M. Ramírez G.

54 Calculamos la masa de la disolución:
5. Una disolución de ácido sulfúrico concentrado tiene una densidad de 1,836 g/mL y una pureza de 98%. ¿Qué masa de ácido hay en 100 mL de dicha disolución concentrada? Calculamos la masa de la disolución: Wsol = 1,836 g/mL x 100 mL Wsol = 183,6 g Calculando la masa de H2SO4 puro: Wsto = 183,6 g x 0,98 Wsto = 179,93 g H2SO4 M. Ramírez G.

55 Calculamos la masa de la disolución de H2SO4:
6. Calcular de una disolución de H2SO4 del 96% y densidad 1,84 g/mL. ¿Qué volumen de este ácido contendrá 100 g de H2SO4? Calculamos la masa de la disolución de H2SO4: Determinamos el volumen de la disolución que contendrá 100 g de H2SO4: Vsol = 56,6 mL M. Ramírez G.

56 Recordando la fórmula de molaridad:
7. El ácido sulfúrico concentrado que suele venderse comercialmente es del 95% en peso en H2SO4. Si su densidad es 1,834 g/mL, ¿cuál es su molaridad?. Recordando la fórmula de molaridad: Adecuando los datos: CM = 17,8 M M. Ramírez G.

57 La fórmula para disoluciones es:
8. ¿Cuál será la concentración molar de una disolución de HNO3 preparada por dilución a 500 mL de 32,0 mL de un ácido concentrado de d = 1,42 g/mL y una riqueza del 69,5%? La fórmula para disoluciones es: C1 x V1 = C2 x V2 Primero tenemos que determinar la concentración inicial (C1): C1 = 15,7 M V1 = 32,0 mL M. Ramírez G.

58 De la fórmula despejando C2 y reemplazando datos:
V2 = 500 mL De la fórmula despejando C2 y reemplazando datos: C2 = 1,0 M M. Ramírez G.

59 De la fórmula de molaridad, determinamos la masa de soluto:
9. Calcula el volumen necesario de HCl concentrado de 36,0% (d = 1,18 g/mL) para preparar 1,00 litros de disolución 2,00 M. De la fórmula de molaridad, determinamos la masa de soluto: Wsto = CM x V x M Wsto = 2,0 mol/L x 1,0 L x 36,5 g/mol Wsto = 73 g HCl Calculando el volumen de la solución: Vsol = 171,8 mL M. Ramírez G.

60 De la fórmula de molaridad, determinamos la masa de soluto:
10.Se dispone de una disolución de H2SO4 98% en peso (d = l,836 g/mL). Calcula el volumen de ácido necesario para preparar l00 mL de disolución 2,00 M. De la fórmula de molaridad, determinamos la masa de soluto: Wsto = CM x V x M Wsto = 2,0 mol/L x 0,1 L x 98,0 g/mol Wsto = 19,6 g H2SO4 Calculando el volumen de la solución: Vsol = 10,89 mL M. Ramírez G.

61 Para mezclar soluciones, se tiene que tener en cuenta el soluto:
11. Mezclamos 3,65 litros de NaCl 0,105 M con 5,11 litros de NaCl 0,162 M. Suponiendo que los volúmenes son aditivos, es decir, que el volumen después de la mezcla es 8,76 litros, ¿cuál será la concentración molar de la disolución final?. Para mezclar soluciones, se tiene que tener en cuenta el soluto: n1 + n2 = n3 C1 x V1 + C2 x V2 = C3 x V3 M. Ramírez G.

62 Despejamos C3 y reemplazamos datos:
C3 = 0,14M M. Ramírez G.

63 Recordando la fórmula de normalidad:
12. ¿Cuál es la normalidad de una solución preparada disolviendo 16 g de BaCl2 en agua suficiente para obtener 450 mL de solución? Recordando la fórmula de normalidad: Determinando el Peqsto: M. Ramírez G.

64 Determinando la normalidad de la solución:
Calculando # Eq-gsto: Determinando la normalidad de la solución: CN = 0,342 N M. Ramírez G.

65 GRACIAS M. Ramírez G.