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FUNDACIÓN EDUCACIONAL

COLEGIO DE LOS SS.CC.MANQUEHUE

DEPTO. DE CIENCIAS

Departamento de Ciencias

Profesores: Jorge Henríquez H.

Magdalena Loyola P.

Nivel: II° medio

SOLUCIONES

Objetivo General

Conocer la composición, tipos de concentración y propiedades coligativas de las disoluciones que son importantes en la comprensión de nuestro medio circundante.

Solución

El concepto de solución adquiere vital importancia en la vida de los seres, debido a que son una de las formas más comunes en que se presenta la materia. Vivimos en una solución de gases, los mares son complejas soluciones de gases y sólidos en agua.

Muchos de los líquidos que bebemos habitualmente, incluyendo el agua potable son soluciones, así como algunos combustibles, gas licuado, bencina, son también soluciones, el acero las joyas, las monedas, se les conoce como soluciones sólidas, en nuestro organismo se encuentran también soluciones como la orina, el suero sanguíneo.

Por esto las soluciones son importantes en nuestro medio ambiente, además de ser condición indispensable para que ocurran reacciones químicas.

¿Cómo definir solución?

Es una mezcla homogénea de 2 o más sustancias

Esta homogeneidad de la solución se manifiesta en el hecho de que al tomar una muestra de cualquier parte de la solución y comprarla con otra muestra de la misma solución, esta presenta las mismas propiedades.

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Como las soluciones son mezclas, deben estar constituidas por al menos 2 sustancias, la que se encuentra en mayor proporción y disuelve al otro se llama solvente y la sustancia disuelta se llama soluto.

Los tres estados de la materia pueden combinarse en formas diferentes para formar mezclas binarias (2 componentes).Puesto que todos los gases son solubles entre si; por lo tanto el aire y todas las otras mezclas gaseosas constituyen soluciones, sin embargo los sólidos y líquidos, no se disuelven en los gases.

Las aleaciones son mezclas de sólidos en sólidos, por ejemplo: el bronce, el oro con la plata el cobalto con níquel.

Un ejemplo clásico de una solución de un líquido en un sólido, es el mercurio, en el oro o en la plata, estas soluciones se llaman amalgamas que tienen su mayor uso en el trabajo dental, para reparar las caries.

De acuerdo con esto podemos ver los tipos de soluciones que existen, atendiendo al estado físico, en que se presentan.

Tipos de solución:

FASE DEL SOLUTO SOLUCIÓN EJEMPLOGaseosas Gas

LíquidoSólido

Todas las mezclas de gases.Bebidas gaseosasHidrógeno en paladio

Líquidos Gas LíquidoSólido

Bebidas alcohólicasAmalgamas, mercurio en oro.

SOLUBILIDAD

A medida que se disuelve mayor cantidad de soluto en un solvente, aumenta la concentración de la solución. En muchos casos, sin embargo, el aumento de concentración alcanza un límite, más allá del cual no aumenta, porque es imposible ya disolver mayor cantidad de soluto. En este punto la solución se halla saturada. La concentración de una solución saturada se conoce como la solubilidad de la sustancia; en otras palabras; la medida de la solubilidad de una sustancia es simplemente la concentración de su solución saturada.

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El equilibrio en las solucionesCuando una sustancia se disuelve en otra, es necesario que sus moléculas se dispersen, lo cual se logra si la atracción entre las moléculas de solvente y el soluto es mayor que la que existe entre las moléculas de soluto entre sí.Durante la disolución tienen lugar dos procesos opuestos a una temperatura determinada, las moléculas del sólido abandonan la superficie de los cristales a una velocidad constante, tendiendo a aumentar la concentración de la solución y por otra parte algunas de las moléculas disueltas chocan con las superficies de los cristales y debido a que el sólido tiene atracción hacia sus propias moléculas, estas cristalizan.El proceso de cristalización aumenta en velocidad a medida que aumenta la concentración de la solución, produciéndose un equilibrio dinámico, cuando la velocidad de retorno a la fase cristal iguale exactamente a la velocidad de desprendimiento de moléculas de soluto de dicha fase.Durante el equilibrio dinámico, no pudiendo aumentar la concentración de la solución, esta se halla saturada.

Factores de los cuáles depende la solubilidad

a. Naturaleza del disolvente (solvente)

La solubilidad de una sustancia puede variar mucho según el solvente empleado. Así por ejemplo, la cantidad de bromo que puede disolver el bromoformo es 66,7 veces mayor que la que puede disolver el agua.

En general, una sustancia tiende a disolverse en solventes que son químicamente análogos a ella; el naftaleno es un hidrocarburo muy soluble en bencina, sustancia que es una mezcla de hidrocarburos.

b. Temperatura

La solubilidad de los gases suele disminuir al aumentar la temperatura de la disolución. El aire disuelto que contiene el agua potable tiende a escapar en burbujas cuando se calienta el agua.Para los cuerpos sólidos puede decirse que la mayoría es más soluble en caliente que en frío. El modo como varía la solubilidad en función de la temperatura se aprovecha en la industria para separar a las sales unas de otras cuando se encuentran mezcladas o para liberarlas de sus impurezas.

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c. Presión

En lo que respecta a los líquidos y sólidos, la presión no influye esencialmente en su solubilidad.Por su parte los gases aumentan su solubilidad con la elevación de la presión.La ley de Henry establece que la solubilidad de un gas es directamente proporcional a la presión del gas sobre el líquido.

d. Área de superficie de contacto

Esta variable es aplicable a solutos en estado sólido, en la medida que un sólido se encuentra más disgregado o muy dividido permite aumentar la superficie de contacto. De esta manera, también su solubilidad aumenta por unidad de tiempo.

Concentración de las soluciones

Los términos diluido y concentrado se utilizan frecuentemente para expresar concentraciones relativas pero carecen de un significado cuantitativo exacto.

Una solución con una mayor cantidad de soluto que otra se dice que está más concentrado. Contrariamente aquella con la menor cantidad de soluto se dice que está más diluido.

La concentración absoluta de una solución nos dice qué tanto soluto está disuelto en un cantidad dada de solvente o en una solución dada.

Por esto se hace necesario determinar algún sistema de unidades, que nos diga la cantidad de soluto presente en una solución y de esta forma saber su concentración.

Unidades de concentración de soluciones

Para expresar con exactitud la concentración de las soluciones se utilizan unidades de carácter físico y químico.

Unidades físicas

Porcentaje Masa/Masa (%m/m ) Porcentaje masa/volumen (%m/v) Porcentaje volumen/volumen (%v/v)

Unidades Químicas Molaridad (M): Moles de soluto por

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litros de solución. Molalidad (m): Moles de soluto por Kg

de solvente. Fracción Molar (Xi): Moles de soluto o

solvente en los moles totales de solución.

EJERCICIOS RESUELTOS…

1. %m/m

Expresa la cantidad de gramos de soluto contenidos en 100 g de solución.

¿Cuántos gramos de ácido nítrico se necesitan para preparar 60 g de solución al 80% m/m?

Solución: Una solución al 80% m/m contiene 80 g de soluto por cada 100 g de solución. En 60 g de solución estarán contenidos:

2. % m/v

Expresa la cantidad de gramos de soluto contenidos por cada 100 mL de solución.

¿Qué cantidad de azúcar se necesita en la preparación de 24 mL de solución al 80%m/v?

Solución: Una solución al 80%, contiene 80 g de soluto por cada 100 mL de solución. En 24 ml están contenidos los siguientes gramos.

3. % v/v

Expresa la cantidad de mL contenidos en 100 mL de solución

1,2 mL de ácido oleico se disuelven en 28,8 mL de benceno ¿cuál es el %v/v de la solución?

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Solución: 30 mL de solución contienen 1,2 mL de ácido oleico, 100 mL contienen.

4. Molaridad (M)

Representa el número de moles de soluto por litro de solución.

Calcular la M de 250 mL de solución que contienen 20 g de hidróxido de sodio (M.M.=40 g/mol).

Solución: Como no se conoce el número de moles (n) es necesario

calcularlo.

Por lo tanto:

5. Molalidad (m): Es el número de moles de soluto por Kg de solvente.

La concentración de una solución molar varía con la temperatura, pues al cambiar ésta varía el volumen de la solución. En cambio esto no ocurre con las soluciones molales, en las cuales la relación entre solvente y soluto está establecida en masa.

Se disuelven 2,45 g de H2SO4 corresponden a

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Por lo tanto la molalidad será:

6. Fracción Molar (Xi)

La fracción molar se define como el número de moles de uno de los componentes de la disolución dividido por el número de moles totales de esta disolución.

La fracción molar del soluto de la disolución se escribe como:

La fracción molar no tiene unidades.

Ejemplo: Una disolución se prepara disolviendo 200,4 g de etanol puro (M.M. =46 g/mol) en 143,9 g de agua (M.M. =18g/mol) determine la fracción molar del etanol y la del agua.

En una disolución de etanol en agua se tiene que:

GUÍA DE EJERCICIOS PROPUESTOS

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1. En 81 g de solución de HNO3 están contenidos 16 g de HNO3. ¿Cuáles es el % m/m de la solución?

(R=19,75% m/m)

2. Con 40 g de solvente se preparan 50 g de solución ¿cuál es el % m/m de la solución?

(R= 20 % m/m)3. Si se disuelven 20 g de alcohol en 30 g de agua ¿cuál es % m/m de la

solución?(R= 40 % m/m)

4. Una solución de ácido clorhídrico (HCl) Tiene una concentración de 37 % m/m de HCl ¿Cuántos g de esta solución contendrán 5 g de HCl puro?

(R= 13,5 g de solución)

5. Se desea preparar 100 g de solución de hidróxido de sodio (NaOH) al 19 % m/m ¿Cuántos g de NaOH y de H2O debe usar?

(R= 19 g de NaOH y 81 g de H2O)

6. En 12,5 mL de solución existen 2 g de soluto. Calcule el % m/v de la solución.(R= 16 % m/v)

7. ¿Qué cantidad de yodo se necesita para preparar 50 mL de solución al 30 % p/v?

(R= 15 g)

8. Se requiere preparar 200 mL de solución al 25 % m/v ¿Cuántos g de soluto se necesitan?

(R= 50 g)

9. Se disuelven 30 g de azúcar en 100 cc de agua, obteniéndose 115 cc. Calcule:a) %m/m (R= 23% m/m)b) % m/v (26, 1 % m/v)

10. Se disuelven 20 mL de alcohol (d= 0,8 g /cc) en 60 g de agua. determine el % m/m.

(21 %m/m)

11. Se disuelven 30 mL de alcohol puro (d= 0,8 g/cc) en 120 mL de agua. Determine:

a. %m/m ( 16,6 % m/m)

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b. %m/v ( 16 %m/v)

12. Se tiene una solución al 12 % m/m de cierta sustancia en agua, la densidad de la solución = 1,10 g /cc, calcula el % m/v.

(13,2 % m/v)13. Se tiene una solución de cloruro de sodio (NaCl) en agua al 10 %m/v la

densidad de la solución=1,20 g /cc. Calcule el % m/m.(R= 8,3 %m/m)

14. Se tiene una solución de K2SO4 en agua al 15%m/m, la densidad= 1,5 g/cc. Calcular:

a. g de K2SO4 disueltos en 150 g de solución(R=22,5 g)

b. g de K2SO4 disueltos en 100 g de agua(R=17,6 g)

c. g de solución en que están contenidos 25 g de K2SO4

(R=166,6 g)d. % m/v (R=22,5

%m/v)15. Se desea preparar 100 mL de solución 0,2 M de ácido sulfúrico (H2SO4).

Calcule la cantidad de ácido necesario (M.MH2SO4 = 98 g/mol)(R= 1,96 g)

16. ¿Cuántos g de ácido cítrico (M.M = 192 g/mol) se necesitan para preparar 1500 mL de solución al 2M?

(R= 576 g)17. ¿Cuántos g de HCl (M.M. = 36 g /mol) hay en 200 mL de una solución 0,15

M?(R= 1,095 g)

18. ¿Cuántos moles de soluto se necesitan para preparar 100 mL de solución 0,1 M?

(R=0,01 mol)19. Calcule la M de una solución que en 20 mL contiene 0,0425 g de amoniaco

(NH3)(MMNH3= 17 g/mol) (R=0,25 M)

20. Se necesita preparar 200 mL de solución de naftaleno 0,1 M ¿Cuántos moles son necesarios?

(R= 0,02 mol)21. Cuántos litros de solución 0,5 M pueden prepararse con 392 g de de ácido

sulfúrico (H2SO4)(R=8 L)

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22. ¿Cuántos g de HCl son necesarios para preparar 100 mL de solución 0,1 M?

(R=0,365 g)23. Se mezclan 2mL de solución de ácido nítrico (HNO3) 0,2 M con 2 mL de

solución 0,1 M y con 4 mL de solución 0,05 M ¿Cuál es la molaridad de la solución formada?

(R= 0,1M)24. Se disuelven 800 cc de alcohol (M.M= 64 g/mol) en 1360 g de agua.

Determine la M (dalcohol= 0,5 g/cc)(R = 4,6M)

25. Determinar la molaridad de una solución que se encuentra al 5% m/v de NaCl.

(R=0,85 mol/L)26. Se disuelven 1g de azúcar (C12H22O11) en suficiente agua hasta completar

50 mL de solución. Calcular:a. %m/v (R= 2%m/v)b. M (R=0,059 M)

27. Determinar cuántos g de KCl (M.M= 74,6 g/mol) se necesitan para obtener 200 mL de una solución 0,6 M.

(R= 8,9 g de KCl)

28. Se prepara una disolución de 10 moles de agua; 1 mol de hidróxido de sodio y 2 moles de azúcar ¿Cuál es la fracción molar de NaOH?

(R= 0,077)29. ¿Cuál es la fracción molar del agua en una disolución al 60% en masa de

etanol en agua? (M.M etanol= 46 g/mol; M.M. agua =18g/mol)(R=0,63)

30. Suponga que se mezclan 3,65 L de NaCl 0,105 M, con 5,11 L de NaCl 0,162 M, Suponga que los volúmenes son aditivos, es decir, el volumen final después de la mezcla es 8,76 L ¿Cuál será la molaridad de la solución final?

(R= 0,138 M)31. Calcular la molaridad de una solución de H2SO4 de densidad 1,198 g/cc y

que contiene 27% de H2SO4. (M.M=98 g /mol).(R=3,3 mol/L)

32. ¿Cuántos g de HNO3 (M.M= 63 g/mol) se deben disolver en 500 g de solvente si se desea obtener una solución 0,2 m?

(R=25,2 g)33. ¿Cuántos g de HNO3están contenidos en 5,315 g de solución, 1m?

(R=0,315 g)34. Calcular los g de naftaleno (M.M=128 g/mol) necesarios para disolver en

500 g de solvente si se desea obtener una solución 0,2 m.(R=12,8 g)

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35. Sobre 32 g de naftaleno se agrega solvente hasta completar 282 g de solución. Calcular la molalidad de la solución resultante.

(R= 1m)36. ¿Cuál es la molalidad de una solución de NaOH (M.M= 40 g/mol) al

20%m/m?(R=6,25 m)

37. Se disuelven 44,83 ml de benceno (d=0,87 g/cc; M.M= 78 g/mol) en 200 ml de éter di-etílico d=0,71 g/cc. Calcule la molalidad de la solución.

(R=3,52 m)38. Una solución de alcohol etílico (C2H5OH) en agua tiene una concentración

1,54 m. ¿Cuántos g de alcohol están disueltos en 2500 g de agua?(R=192,5 g)

39. Se tiene una solución que contiene 410,3 g de H2SO4 por litro de solución a 20ºC. Si la densidad de la solución es de 1,243 g/ml ¿Cuál es la m y la M de la solución?

(R= 5,02m; 4,183 M)

40. Al disolver 30 g de azúcar (M.M= 342 g/mol) en 100 cc de agua se obtuvieron 115 cc de solución. Expresa la concentración de la solución en:

a. %m/m(R=23,07%m/m)

b. 5%m/v(R=26,08%m/v)

c. M (R=0,76 M)d. M (R=0,88 m)

41. El ácido sulfúrico comercial tiene una densidad de 1,81 g/cc, correspondiéndole una concentración de 88,6 %m/m. Calcule la concentración en %m/v, M y m.

(R=160%m/v; 16,3 M; 79,3 m)

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Dilución de una solución

La dilución de una solución se aplica cuando esta tiene una concentración alta, por lo cual a partir de esta se puede preparar otra solución de concentración menor, este procedimiento es bastante común en los trabajos de laboratorio.Cuando una solución se diluye, es decir, se le añade más solvente, el número de moles de soluto (n), no varía. Por lo tanto si esto lo quisiéramos transformar a una relación matemática tendríamos.

Solución original Solución FinalPuesto que el nº de moles de soluto = VM; se tiene:

Donde el subíndice 1 se refiere a la solución antes de la dilución y el subíndice 2 a la solución después de la dilución.

Ejemplo:¿Qué volumen de solución 0,1 M se puede preparar partiendo de 60 mL de HCl de concentración 6M? ¿Qué tanta agua se debe agregar para hacer la dilución?

Solución Original 1 Solución Final 2V= 60 mLConcentración 6 MV1 * M1 = V2 * M2

60 ml * 6M = x * 0,1 M

X= 3600 mL=3,6 L

V = xConcentración 0,1 M

Por lo tanto, para obtener una solución 0,1 M, los 60 mL de HCl de concentración 6 M deben diluirse a 3,6 L. Para hacer esto es necesario agregar 3,540 mL de agua (3600mL -60mL) para obtener un volumen total de 3,6 L.

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Bibliografía para consultar

Brown, Le May, Bursten; “Química la ciencia central”, 9º edición, 2004. Balochi, Bouyssieres, Díaz, Martínez; “Curso de química General”,

Universidad de Santiago de Chile, 2000. Chang Raymond , “Química General”, 7º edición, 2002.