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UNIDAD 3:

SOLUCIONES

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Las soluciones son mezclas homogéneas. Estas constan de doso más componentes en una única fase, por ejemplo agua consal de cocina, o azúcar en agua

Para estudiar o trabajar con soluciones debemos conocer lascantidades relativas de los diferentes componentes queforman dicha mezcla. Para ello hay diferentes formas deexpresar lo que se conoce como ¨la concentración de loscomponentes de una solución¨.

La concentración se puede expresar en dos formas diferentes:a) usando cantidades físicas: porcentaje masa en masa (% m/m),porcentaje masa en volumen (% m/v), partes por millón p.p.m.b) usando cantidades químicas: molaridad.

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CONCENTRACIONES BASADAS CONCENTRACIONES BASADAS EN CANTIDADES FÍSICASEN CANTIDADES FÍSICAS

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Usando cantidades físicas:Las cantidades físicas que comúnmente se usan sonmasa y volumen.

% m/m (porcentaje masa en masa): Son los gramos desoluto que hay disueltos en 100 gramos de solución. Tambiénse lo conoce como % p/p (porcentaje peso en peso)

% m/v (porcentaje masa en volumen): Son los gramos desoluto que hay disueltos en 100 ml de solución.

Las últimas dos formas de expresar la concentración estánrelacionadas por medio de la densidad de la solución (cuandoesta esta expresada en g/ml). La densidad es δ= masa/volumen

% m/m x δ = % m/v Ecuación 3.1

p.p.m. (partes por millón): Son los miligramos de soluto quehay disueltos en 1 litro (1000 ml) de solución

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Por ejemploejemplo, si tenemos una solución de δ=1,2 g/ml yesta tiene una concentración del 15 % m/m , ¿Cuál es suconcentración en % m/v?

Mediante la ecuación 3.1: % m/m x δ = % m/v

15 x 1,2 = 18Entonces la misma solución tiene una concentración

18 % m/v

Esto significa que la solución tiene 15 gramos de soluto porcada 100 gramos de solución (%m/m) y otra forma deexpresarlo es decir que tiene 18 gramos de soluto por cada100 ml de solución (%m/v)

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Ejemplos de cálculo

• ¿Cuanto cloruro de sodiodebemos pesar parapreparar 450 g de unasolución 14,5 % m/m?

• Respuesta:por cada 100 g de solucióndebemos pesar 14,5 g deNaCl.100 g-----------14,5 g450 g-----------65,25 g

Debemos pesar 65,25 g deNaCl y agregarle 384,75 gde agua.

• ¿Cuanto cloruro de sodiodebemos pesar parapreparar 320 ml de unasolución 4,5 % m/v?

• Respuesta:por cada 100 ml desolución debemos pesar4,5 g de NaCl.100 g-----------4,5 g320 g-----------14,4 g

Debemos pesar 14,4 g deNaCl y agregarle aguahasta los 320 ml.

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¿Qué cantidad de cianuro hay en 5000 litros de una soluciónque tiene una concentración de 12,5 ppm de cianuro?

Apliquemos la definición de p.p.m.

Miligramos de soluto que hay en 1000 ml (1 litro) de solución

Por lo tanto:

1 litro-------------------12,5 mg5000 litros------------------X= 62500 mg

O sea que en esa solución hay un total de 62,5gramos de cianuro

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CONCENTRACIONES BASADAS CONCENTRACIONES BASADAS EN CANTIDADES QUÍMICASEN CANTIDADES QUÍMICAS

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Usando cantidades químicas:

Las cantidades químicas que comúnmente se usanson los moles.

Molaridad (M): Son los moles de soluto que hay disueltosen 1000 mililitros (1 litro) de solución.

Ejemplo:Ejemplo: Cuantos moles de soluto hay en 360 ml de unasolución 0,36 molar

Usando la definición de molaridad (moles de soluto que hayen 1000 ml de solución):

1000 ml----------------0,36 moles de soluto 360 ml----------------X= 0,1296 moles de soluto

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EJEMPLOS COMBINANDOEJEMPLOS COMBINANDOCONCENTRACIONES BASADAS CONCENTRACIONES BASADAS

EN CANTIDADESEN CANTIDADESFÍSICAS Y QUÍMICASFÍSICAS Y QUÍMICAS

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Dada una solución 0,25 M de CaCl2 y de densidad 1,05 g/ml,calcular la concentración en % m/m, ppm, % m/v

1) Calculo del % m/v: 1000 ml-------------------0,25 moles de CaCl2

100 ml-------------------0,025 moles de CaCl2

1 mol de CaCl2-----------------111 gramos0,025 moles de CaCl2--------2,775 gramos

En la primera regla de 3 calculamos los moles que hay en 100 ml

En la segunda regla de 3 calculamos cuantos gramos hay en esos100 ml, y eso es el % m/v (gramos de soluto en 100 ml desolución)

La solución es 2,775 % m/v

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2) Cálculo de las p.p.m.

En 100 ml tenemos 2,775 gramos o sea 2775 mg, por lo tanto:

100 ml---------------------2775 mg1000 ml---------------------27750 mg

La solución tiene 27750 p.p.m de CaCl2

3) Cálculo del % m/m:

Recordemos la ecuación 3.1: % m/m x δ = % m/v

De esta despejamos (% m/m) = (% m/v)/ δ

% m/m = 2,775 / 1,05 = 2,643

La solución es 2,643 % m/m

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DILUCIONESDILUCIONES

Diluir: Es el procedimiento que consiste en agregar solvente auna solución o en mezclar dos o más soluciones diferentes.

Solvente puroSolución 1

Solucióndiluida.El gris oscurodiluido setransformaen gris claro

Solución 1 Solución 2

NuevaSoluciónMezcla de lassoluciones 1 y 2:Azul más amarilloda el VERDE

Agregado de solvente puroAgregado de solvente puro

A 500 ml de una solución 2,5 M se le agregan 420 ml de agua,calcular la nueva concentración molar de la solución resultante.

Del dato de molaridad: 1000 ml-----------------2,5 moles 500 ml-----------------1,25 moles

En la solución original tenemos 1,25 moles de solutoLe agregamos 420 ml de solvente, por lo tanto el volumentotal de la solución resultante será de 920 ml.

En la solución resultante tenemos: 920 ml---------1,25 moles1000 ml----------1,36 moles

La solución resultante tiene una concentración de 1,36 Molar

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El mismo problema puede resolverse usando una ecuación, laecuación para el cálculo de diluciones

Donde V1 es el volumen de la solución originalC1 es la concentración de la solución originalV2 es el volumen de la solución resultante (suma del

volumen de la solución original más el volumen del solvente queagregamos)

C2 es la concentración de la solución resultante en lasmismas unidades que C1

V1 x C1 = V2 x C2 Ecuación 3.2

Aplicando la ecuación 3.2: 500 ml x 2,5 M = 920 ml x C2

Despejamos C2: C2 = 1,36 M

La concentración de la solución diluida es 1,36 Molar

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Los problemas de diluciones sepueden resolver por cualquiera de

los dos métodos que fueronexplicados previamente.

Al agregar solvente puro, laconcentración de una solución diluidaSIEMPRE DEBE SER MENOR a laconcentración de la solución original(sin diluir)

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Mezcla de solucionesMezcla de soluciones

Calcular la concentración de cada uno de los iones en lasolución que resulta de mezclar 300 ml de una solución deNaCl al 5 % m/v con 450 ml de una solución de NaBr 0,03M.

Los datos nos dicen: 100 ml-------------- 5 g de NaCl300 ml--------------15 g de NaCl

1000 ml---------------0,03 moles de NaBr 450 ml---------------0,0135 moles de NaBr

En la solución 1 tenemos 15 gramos de NaClEn la solución 2 tenemos 0,0135 moles de NaBr

NaCl5%

NaBr0,03 M

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En la solución 1 tenemos 15 gramos de NaClEn la solución 2 tenemos 0,0135 moles de NaBr

Transformamos los gramos de NaCl en moles

58,5 gr de NaCl---------------1 mol de NaCl15,0 gr de NaCl---------------0,26 moles de NaCl

En la solución 1 tenemos 0,26moles de NaClEn la solución 2 tenemos 0,0135 moles de NaBr

Recordando la unidad 1:

En 0,26 moles de NaCl tengo 0,26 moles de Na+ y 0,26 moles de Cl-

En 0,0135 moles de NaBr tengo 0,0135 moles de Na+ y 0,0135moles de Br-

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En la solución resultante tenemos un volumen de 750 ml, dondehay 0,26 moles de Na+ y 0,26 moles de Cl- provenientes de lasolución 1 y hay 0,0135 moles de Na+ y 0,0135 moles de Br-

provenientes de la solución 2

Calculo de las concentraciones de cada uno de los iones

Na+ En total tengo 0,26 moles + 0,0135 = 0,274 moles de Na+

750 ml --------------0,274 moles de Na+

1000 ml---------------x = 0,365 moles de Na+

Cl-

750 ml --------------0,26 moles de Cl-

1000 ml---------------x = 0,347 moles de Cl-

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750 ml --------------0,0135 moles de Br-

1000 ml---------------x = 0,018 moles de Br-Br-

En la solución resultante tenemos las siguientes concentracionesde iones

Na+ 0,365 MCl- 0,347 MBr- 0,018 M

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SOLUBILIDADSOLUBILIDAD

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SolubilidadSolubilidad

Se define solubilidad como la máxima cantidad de solutoque se puede disolver en una cierta cantidad de solvente auna temperatura dada

Ejemplo: La solubilidad en agua de la sustancia A es de 25gramos por cada 100 mililitros a 25ºC

Esto quiere decir que en 100 mililitros de solución a 25ºC novoy a poder disolver más de 25 gramos de la sustancia A

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TIPOS DE SOLUCIONESTIPOS DE SOLUCIONES

Saturadas: No puede disolverse más soluto, la cantidad desoluto que hay disuelta es igual a la solubilidad.

Concentradas: Tienen una cantidad de soluto disuelta cercanaa la solubilidad, pero todavía puede disolverse un poco más desoluto.

Diluidas: Tienen una cantidad de soluto disuelta lejana a lasolubilidad, por lo tanto puede disolverse todavía una grancantidad de soluto en la misma.

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Curvas de Solubilidad

Son gráficos en donde en el eje y se coloca la solubilidad yen el eje x se coloca la temperatura

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Temperatura en ºC

Solubilidad(gramos deB en 100 mlde solución)

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Problemas usando curvas de solubilidad

Dada la curva de solubilidad anterior, calcular cuanto sólidoprecipitará al enfriar 350 ml de una solución saturada a 70ºC(solubilidad 135 gramos de B en 100 ml de solución) hasta los25ºC (solubilidad 20 gramos de B en 100 ml de solución)

¿Cuánto soluto hay disuelto en 350 ml de una solución saturada deB a 70ºC?

100 ml de solución----------------135 gramos de B350 ml de solución----------------472,5 gramos de B

¿Cuánto soluto puede quedar disuelto en 350 ml de una soluciónsaturada de B a 25ºC?

A 70ºC

A 25ºC 100 ml de solución----------------20 gramos de B350 ml de solución----------------70 gramos de B

Ejemplo 1

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A 70ºC tengo disueltos 472,5 gramos de B y a 20ºC solo voy apoder tener disueltos 70 gramos de B, por lo tanto van aprecipitar 402,5 (= 472,5-70) gramos de B al enfriar la soluciónde 70ºC a 25ºC

Precipitan 402,5 gramos de Bal enfriar de 70ºC a 25ºC

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Ejemplo 2Dada una sustancia J, cuyas solubilidades a 20ºC y a 50ºC son 3 y8 gramos por litro respectivamente, calcular cuánto soluto esnecesario agregar a 320 ml de una solución saturada a 20ºC paraobtener una solución saturada a 50ºC.

Primero calculo la cantidad de soluto que hay en la soluciónsaturada a 20ºC

1000 ml _____________ 3 gramos 320 ml _____________ X = (320 x 3) / 1000 X = 0,96 gramos

A 20 ºC tengo 0,96 gramos de J disueltos en los 320 ml de lasolución

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Luego calculo la cantidad de soluto que debería tener disuelta a50ºC para tener una 320 ml de una solución saturada a esatemperatura

1000 ml _____________ 8 gramos 320 ml _____________ X = (320 x 8) / 1000 X = 2,56 gramos

Finalmente por diferencia entre lo que debería tener disuelto y loque tengo obtengo la cantidad de soluto que debo agregar:

Necesito 2,56 gramos Tengo disueltos 0,96 gramos

Debo agregar (2,56 - 0,96) = 1,60 gramos de J