RAMÓN MONREAL VERA ROMEROCOLEGIO DE CIENCIAS Y

HUMANIDADESPLANTEL ORIENTE

UNAMMÉXICO NOVIEMBRE DEL 2013

Soluciones

SOLUCIONES

Definición y

Solución o Disolución

Una solución (o disolución) es una mezcla de dos o más componentes, perfectamente homogénea ya que cada componente se mezcla íntimamente con el otro (niveles moleculares o de iones), manteniendo sus propiedades específicas.

Disolver

Es la acción de mezclar dos componentes semejantes para formar un medio homogéneo (una fase), donde las partículas de ambas sustancias se dispersan entre sí.

Soluto.- Sustancia que está en menor proporción.

Solvente.- Sustancia que está en mayor proporción

Tipos de Soluciones

Sólidas aleaciones

Líquidas Sal y Agua Agua y Alcohol CO2 y Agua

Gaseosa Aire

Concentración

Medida de la cantidad de soluto presente en una cantidad dada de disolvente (masa o volumen) o de disolución (masa o volumen)

Proporción que existe entre el soluto y el solvente.

Formas de Expresar Concentración

Porciento Masa Volumen

Masa – Volumen Molaridad

(Moles – Volumen) Normalidad

(Equivalentes químicos – Volumen)

CONCENTRACIÓNDE

SOLUCIONES

Porciento en Masa

Porciento en masa Es el porciento de Masa ocupado por el soluto

con respecto a la Masa total de solución, ejemplo:

Se tienen 60 % en Masa de cobre en una aleación metálica.

Interpretación: Por cada 100 unidades de Masa de la aleación

contienen 60 unidades de Masa de cobre.

Porciento en Masa Por cada 100 unidades de Masa de la aleación

contienen 60 unidades de Masa de cobre. Si usamos g, sería: Por cada 100 g de la aleación contienen 60 g

de cobre. Si usamos Kg, sería: Por cada 100 Kg de la aleación contienen

60 Kg de Cobre.

Cálculo del Porciento en Masa

Se tiene una mezcla de una aleación que contiene 30 g de cobre, 40 gramos de plata y 65 gramos de oro. Calcular el porciento en masa de cada uno de los componentes.

Sustancia Masa Porciento

Cobre 30 g

Plata 40 g

Oro 65 g

Cálculo del Porciento en Masa

Se obtienen el total de la masa de la mezcla: 30 g de Cu + 40 g Ag + 65 g Au = 135 g Mezcla

Sustancia Masa Porciento

Cobre 30 g

Plata 40 g

Oro 65 g

Mezcla

Cálculo del Porciento en Masa

Se obtienen el porciento de Cobre, a través de regla de tres, observa que son la misma, pero planteadas en forma diferente:

Sustancia Masa Porciento

Cobre 30 g

Plata 40 g

Oro 65 g

Mezcla 135 g

Cálculo del Porciento en Masa

La que conviene utilizar es la que tiene la x en el lado izquierdo y en el numerador (parte superior):

Sustancia Masa Porciento

Cobre 30 g

Plata 40 g

Oro 65 g

Mezcla 135 g

Despejando x:

x= 22.22 %

Cálculo del Porciento en MasaSustancia Masa Porciento

Cobre 30 g

Plata 40 g

Oro 65 g

Mezcla 135 g

Se realiza el mismo procedimiento para la plata:

x = 29.62 %

Cálculo del Porciento en MasaSustancia Masa Porciento

Cobre 30 g 22.22 %

Plata 40 g 29.62 %

Oro 65 g

Mezcla 135 g

Se realiza el mismo procedimiento para el oro:

x = 48.14%

Cálculo del Porciento en MasaSustancia Masa Porciento

Cobre 30 g 22.22 %

Plata 40 g 29.62 %

Oro 65 g 48.14 %

Mezcla 135 g

Se suman los porcentajes para verificar los resultados, la suma debe de dar el valor de 100% o muy cercano:22.22 % + 29.62 % + 48.14 % = 99.98 %

Correcto

Cálculo del Porciento en MasaSustancia Masa Porciento

Cobre 30 g 22.22 %

Plata 40 g 29.62 %

Oro 65 g 48.14 %

Mezcla 135 g 99.98 %

CONCENTRACIÓNDE

SOLUCIONES

Porciento en Volumen

Porciento en volumen Es el porciento de volumen ocupado por el

soluto con respecto al volumen total disolución, ejemplo:

Se tienen 35 % en Volumen de alcohol en una solución acuosa.

Interpretación: Por cada 100 unidades de volumen de la

mezcla contienen 35 unidades de volumen de alcohol.

Porciento en volumen Por cada 100 unidades de volumen de la

mezcla contienen 35 unidades de volumen de alcohol.

Si usamos ml, sería: Por cada 100 ml de la mezcla contienen 35 ml

de alcohol. Si usamos ml, sería: Por cada 100 litros de la mezcla contienen

35 litros de alcohol.

Cálculo del Porciento en Volumen

Se tiene una mezcla de gases que contiene60 litros Oxígeno, 40 Litros de Dióxido de Carbono y 80 Litros de Nitrógeno. Calcular el porciento en volumen de cada uno de los componentes.

Sustancia Volumen Porciento

Oxígeno 60 L

Dióxido de Carbono 40 L

Nitrógeno 80 L

Cálculo del Porciento en Volumen

60 L O2 + 40 L CO2 + 80 L N2 = 180 L Mezcla

Se obtienen el total del volumen de la mezcla.

Sustancia Volumen Porciento

Oxígeno 60 L

Dióxido de Carbono 40 L

Nitrógeno 80 L

Total 180 L

Cálculo del Porciento en Volumen

Se obtiene el porciento de cada componente, pero en este ejemplo usaremos factores de conversión

Porciento de Oxígeno = 33.33 %

Sustancia Volumen Porciento

Oxígeno 60 L 33.33

Dióxido de Carbono 40 L

Nitrógeno 80 L

Total 180 L 100 %

Se obtiene el porciento de cada componente, pero en este ejemplo usaremos factores de conversión

Porciento de Dióxido de Carbono = 22.22 %

Cálculo del Porciento en VolumenSustancia Volumen Porciento

Oxígeno 60 L 33.33 %

Dióxido de Carbono 40 L 22.22 %

Nitrógeno 80 L

Total 180 L 100 %

Se obtiene el porciento de cada componente, pero en este ejemplo usaremos factores de conversión

Porciento de Nitrógeno = 44.44 %

Cálculo del Porciento en VolumenSustancia Volumen Porciento

Oxígeno 60 L 33.33 %

Dióxido de Carbono 40 L 22.22 %

Nitrógeno 80 L 44.44 %

Total 180 L 100 %

Se suman los porcentajes para verificar los resultados, la suma debe de dar el valor de 100% o muy cercano:33.33 % + 22.22 % + 44.44 % = 99.99 %

Correcto

Cálculo del Porciento en MasaSustancia Volumen Porciento

Oxígeno 60 L 33.33 %

Dióxido de Carbono 40 L 22.22 %

Nitrógeno 80 L 44.44 %

Total 180 L 100 %

CONCENTRACIÓNDE

SOLUCIONES

Concentración Masa -

Volumen

Concentración Masa - Volumen

Es la razón entre la cantidad de masa del Soluto y el volumen de la solución.

Donde la M (masa) puede ser: g, dg, cg, mg, Dag, Hg y Kg.

Donde V (volumen) puede ser: L, dl, cl, ml, Dal, Hl y Kl

Concentración Masa - Volumen

S , Ejemplo se tienen 40 g de NaCl y se disuelven

en 8 litros de solución. Calcular su concentración

Interpretación: Por cada litro de solución contiene 5 gramos de NaCl

Concentración Masa - Volumen

Interpretación: Por cada litro de solución contiene 2.5 gramos de NaCl

¿Cuánta sal habría en 2 litros?Como en cada litro hay 2.5 gramos en dos litros habrá el doble o sea 5 gramos.

¿Cuánta sal habría en 0.5 litros?Como en cada litro hay 2.5 gramos en .5 litros(½ litro) habrá la mitad 1.25 gramos.

CONCENTRACIÓNDE

SOLUCIONES

Concentración Molaridad

Concentración Molaridad

Es la razón entre la cantidad de moles del Soluto y el volumen de la solución.

Donde n (número de moles) puede ser: mol (medida

de partículas). Donde V (volumen) puede ser: L, dl, cl, ml,

Dal, Hl y Kl

Concentración Molaridad

S ,

Recuerda que para obtener el n (número de moles) se parte de la masa molecular expresada en gramos ( 1 mol) y en base a los gramos podremos saber la cantidad de moles que tenemos.

Concentración Molaridad

Ejemplo se tienen 60 g de NaOH y se disuelven en 8 litros de solución.Calcular su concentración

Primero la masa molecular de NaOHElemento

Masa Atómica

Num. De Átomos

Masa total del elemento

Sodio 23 1 23 uma

Oxígeno 16 1 16 uma

Hidrógeno 1 1 1 uma

Total 40 uma

Concentración Molaridad

Como la masa molecular del NaOH es de 40 uma. Una mol es igual a 40 g, como nuestra masa es de 60 gramos, por lo tanto, tenemos: 1 mol (40)+.5 mol (20g)=1.5 mol (60 g)

Concentración Molaridad

Forma de Calcular el número de moles: Regla de tres:

Interpretación: El número de moles a calcular es a 60

gramos, como, 1 mol es a 40 gramos, despeje:

Concentración Molaridad

Forma de Calcular el número de moles: Factores de Conversión:

Como la masa molecular es de 40 uma, 1 mol tiene 40g, por lo tanto:

El número de moles a calcular es de 60 gramos, como, 1 mol es 40 gramos, despeje:

= 1.5 mol de NaCl

Concentración Molaridad

Calculo de Concentración: n = 1.5 mol de NaCl V = 8 litros

Se interpreta: Existen 0.187 moles de NaCl por cada litro

Se lee: Una solución 0.187 Molar

CONCENTRACIÓNDE

SOLUCIONES

Concentración Normalidad

Concentración Normalidad

Es la razón entre la cantidad de equivalentes químicos de Soluto y el volumen de la solución.

Donde e.q. (equivalentes químicos). Donde V (volumen) puede ser: L, dl, cl, ml, Dal,

Hl y Kl

Concentración Normalidad

S ,

Recuerda que para obtener el eq (número de equivalentes químicos) se parte de la masa molecular expresada en gramos ( 1 mol) y en base a los gramos podremos saber la cantidad de moles, posteriormente se multiplica el número de partes activas por el número de moles y se obtiene los equivalentes químicos.

Concentración Normalidad

Ejemplo se tienen 294 g de H2SO4 y se disuelven en 6 litros de solución.Calcular su concentración

Primero la masa molecular de H2SO4Element

oMasa Atómica

Num. De Átomos

Masa total del elemento

Hidrógeno 1 2 2 uma

Azufre 32 1 16 uma

Oxígeno 16 4 64 uma

Total 98 uma

Concentración Normalidad

Como la masa molecular del H2SO4 es de 98 uma.

Una mol es igual a 98 g, como nuestra masa es de 294 gramos, por lo tanto, tenemos: 𝑥𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠=

298𝑔98𝑔

1𝑚𝑜𝑙=3𝑚𝑜𝑙

Concentración Normalidad

Cálculo de los equivalentes Químicos: H2SO4 El ácido sulfúrico tiene 2 hidrógeno,

por lo tanto tiene 2 partes activas. Como son 3 mol, como tiene 2 partes activas

por molécula, por lo tanto tiene 6 equivalentes químicos.

e.q. = 6 mol partes activas = 6 e.q.

Concentración Normalidad

Calculo de Concentración (H2SO4 ):

e.q. = 6 moles de partes activas (H+) V = 60 litros

Se interpreta: Existen 0.1 equivalente Químico de H2SO4 por cada litro

Se lee: Una solución 0.1 Normal

Concentración Normalidad

Ejemplo se tienen 156 g de Al(OH)3 y se disuelven en 60 litros de solución.Calcular su concentración

Primero la masa molecular de Al(OH)3Elemento

Masa Atómica

Num. De Átomos

Masa total del elemento

Aluminio 27 1 27 uma

Oxígeno 16 3 48 uma

Hidrógeno 1 3 3 uma

Total 78 uma

Concentración Normalidad

Como la masa molecular del H2SO4 es de 78 uma.

Una mol es igual a 78 g, como nuestra masa es de 156 gramos, por lo tanto, tenemos: 𝑥𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠=

156𝑔78𝑔

1𝑚𝑜𝑙=2𝑚𝑜𝑙

Al(OH)3

Concentración Normalidad

Cálculo de los equivalentes Químicos: Al(OH)3 El hidróxido de aluminio tiene 3

iones hidróxido, por lo tanto tiene 3 partes activas.

Como son 2 mol, como tiene 3 partes activas por molécula, por lo tanto tiene 6 equivalentes químicos.

e.q. = 6 mol partes activas = 6 e.q.

Concentración Normalidad

Calculo de Concentración (Al(OH)3 ):

e.q. = 6 moles de partes activas (-OH) V = 60 litros

Se interpreta: Existen 0.1 equivalente Químico de Al(OH)3 por cada litro

Se lee: Una solución 0.1 Normal

CONCENTRACIÓNDE

SOLUCIONES

Cálculo de pH

Cálculo del Potencial de Hidrógeno

El potencial de Hidrógeno (pH) es el que mide el nivel de acidez de uma solución.

pH = - logaritmo [H+] La palabra de potencial, se refiere a potencia

de la concentración de los iones hidrógeno, que se refiere al exponente del valor de la concentración.

Logaritmos = Exponente

Cálculo del Potencial de Hidrógeno

Concentración de iones Hidrógeno

pH

[H+]= 0.1 = 10-1

1

[H+]= 0.01 = 10-2

2

[H+]= 0.001 = 10-

3

3

[H+]= 0.0001 = 10-

4

4

[H+]= 0.00001 = 10-

5

5

[H+]= 0.000001 = 10-6 6[H+]= 0.0000001 = 10-7 7

Cálculo del Potencial de Hidrógeno

Para obtener el pH de una solución se obtiene a través de la normalidad, ya que los equivalentes químicos son la concentración de iones Hidrógeno, en el caso de los ácidos.

[H+] = Normalidad del ácido

Cálculo del Potencial de Hidrógeno

Para obtener el pOH de una solución se obtiene a través de la normalidad, ya que los equivalentes químicos son la concentración de iones Hidróxidos, en el caso de los Bases.

[-OH] = Normalidad del Base

Cálculo del Potencial de Hidrógeno

Conclusión: Si tenemos un ácido su normalidad será igual a la

concentración de iones Hidrógeno, obteniendo el pH.

[H+] = Normalidad del ácido Si tenemos una base su normalidad será igual a la

concentración de iones hidróxido, obteniendo el pOH.

[-OH] = Normalidad del Base

Cálculo del Potencial de Hidrógeno

La suma del pH + pOH = 14

Recuerda que la escala va de 0 a 14

Concentración H+ pH

pOH

Concentración -

OH

0.001 = 10-3 3 11 0.00000000001 = 10-11

0.00001 = 10-5 5 9 0.000000001 = 10-9

0.00000001 = 10-8 8 6 0.000001 = 10-6

0.0001 = 10-4 4 10 0.0000000001 = 10-10

0.00000000001 = 10-11

11 3 0.001 = 10-3

Cálculo del Potencial de Hidrógeno

Cuando la concentración es diferente de la unidad, el exponente nos da un valor aproximado de pH, para obtener un valor preciso se hace uso de los logaritmos:

Solución de HCl de concentración de 0.002 N (.002 normal)

[H+] = 0.002 N pH = - log [H+] = - log [0.002] = 2.6989

Cálculo del Potencial de Hidrógeno Ejemplo ÁCIDO:

Solución de 0.2 N de HCl, entonces [H+] =0.2N siendo su pH = -log [0.2] = 0.6990 y su pOH =14 – 0.6990= 13.3010

Ejemplo BaseSolución de 0.7 N de KOH, entonces [-OH] =0.7N siendo su pOH = -log [0.7] = 0.1549 y su pH =14 – 0.1549= 13.8450

Cálculo del Potencial de Hidrógeno

[H+] pH -log[] pOH [-OH]

Ácido

0.0004 2.3979

-log[0.004]

-log[0.00008] 4.0969

0.00008

0.0000005

6.3010

-log[0.0000005]

-log{0.00045} 3.3467

0.00045

1

2

ÁcidosPrimer Paso: se toma la concentración de iones hidrógeno Segundo Paso: se sustituye en la formula, se resuelve y se obtiene el pH

Cálculo del Potencial de Hidrógeno

[H+] pH -log[] pOH [-OH]

Ácido

0.0004 2.3979

-log[0.004]

-log[0.00008] 4.0969

0.00008

0.0000005

6.3010

-log[0.0000005]

-log{0.00045} 3.3467

0.00045

1

2

BasesPrimer Paso: se toma la concentración de iones hidróxido Segundo Paso: se sustituye en la formula, se resuelve y se obtiene el pOH

Cálculo del Potencial de Hidrógeno

[H+] pH pOH [-OH]

0.0004 2.3979 14-2.3979

14-4.0969 4.0969 0.00008

0.0000005

6.3010 14-6.3010

14-3.3467 3.3467 0.00045

Se obtiene los resultados faltantes por pH +POH = 14

Cálculo del Potencial de Hidrógeno

Para calcular las Concentraciones faltantes se utiliza el pH o el pOH, ya que el potencial se refiere a la potencia o sea al exponente, veamos:

pH = 3.4 la [H+] = 10-3.4 Recuerda que es con signo –

pOH= 5.2 la [- OH] = 10-5.2

Cálculo del Potencial de Hidrógeno

Uso de la Calculadora: Busca la función 10x que

se encuentra arriba de la tecla log, como es una segunda función, aprieta primero la tecla [shift] y después la tecla [log], escribe el numero y aprieta la tecla de igual para obtener el resultado

Cálculo del Potencial de Hidrógeno

Realiza un ejemplo: pH = 1.23 Aprieta:

1. tecla [shift]

2. Tecla [log]

3. Abre paréntesis [(]

4. Signo -

5. Teclea el número 1.23

6. Cierra paréntesis [)]

7. Tecla [=], para obtener el resultado

1 23

45 6

7

Cálculo del Potencial de Hidrógeno Uso de la Calculadora: Aparecerá en la pantalla de la siguiente manera

antes de apretar el igual

Al apretar la tecla [=]

En notación científica puede aparecer así:

CONCENTRACIÓNDE

SOLUCIONES

Resumen de Fórmulas

Para los amantes de la

Memoria

Fórmulas Masa.-Cantidad de materia y sus unidades

gramos y kilogramos Volumen.- Espacio que ocupa un cuerpo y sus

unidades ml y litros Masa Molecular.-Es la suma de las masas

atómicas de una molécula. Masa Molar = los gramos por mol (es equivalente

a la masa molecular expresada en gramos) y sus unidades son g/mol.

Fórmulas Número de moles representa la cantidad de

partículas (moléculas, iones, átomos o electrones) y se calcula:

Masan = ----------------- Masa Molar

Número de equivalentes químicos representa la cantidad de partículas activas de una sustancia (iones hidrógeno o hidróxido) y se calcula:

E.Q. = n x Número de partes activas

Fórmulas Numero de partes activas es el número de

hidrógenos de un ácido o el número de hidróxidos de una base.

Ejemplos: HNO3 tiene una parte activa

H2SO4 tiene dos partes activas

H3PO4 tiene tres partes activas

KOH tiene una parte activa

Ca(OH)2 tiene dos partes activas

Al(OH)3 tiene tres partes activas

Fórmulas Porciento Masa

Componentes A,B y C 100 %

% de A = gr A -------------------------------- gr totales de la mezcla

100 % % de A = gr B --------------------------------

gr totales de la mezcla 100 %

% de A = gr C -------------------------------- gr totales de la mezcla

Fórmulas Porciento Volumen

Componentes A,B y C 100 %

% de A = ml A -------------------------------- ml totales de la mezcla

100 % % de A = ml B --------------------------------

ml totales de la mezcla 100 %

% de A = ml C -------------------------------- ml totales de la mezcla

Fórmulas Concentración Masa – Volumen:

Masa de la sustancia M

Concentración = -------------------------------- =----- Litros de Solución V

Concentración Moles – Volumen:

Moles de la sustancia n

Molaridad = --------------------------------=--------- Litros de Solución V

Concentración Equivalentes Químicos – Volumen:

Equivalentes Químicos de la sustancia eq

Normalidad = --------------------------------------------------= ---------- Litros de Solución V

Fórmulas [H+] = Normalidad del Ácido [-OH] = Normalidad de la Base pH = - log [H+] pOH = - log [-OH] pH +pOH = 14 [H+] = 10-pH

[-OH] = 10-pOH