7ma Unidad

SOLUCIONES💧

¿Que es una solución?

Una solución química es la mezcla homogénea de una o más sustancias disueltas en otra sustancia en mayor proporción.

Una solución química es compuesta por soluto y solvente. El soluto es la sustancia que se disuelve y el solvente la que lo disuelve.

Las soluciones químicas pueden presentar los tres estados de la materia: líquida, física y gaseosa. A su vez, sus solutos y sus solventes también pueden presentar esos tres estados.

Tipos de soluciones químicas

Los tipos de soluciones químicas se dividen en grado de solubilidad del soluto en el solvente llamada también disoluciones.

Las disoluciones pueden ser diluidas, concentradas o saturadas:

• Las soluciones diluidas presentan un bajo porcentaje de soluto en relación al solvente.
• Las soluciones concentradas tienen un gran porcentaje de soluto en el solvente.
• Las soluciones saturadas son aquellas que no admiten más soluto en el disolvente.

Factores que Afectan a la Disolución 

• Temperatura • Presión • Agitación • Polaridad • Tamaño de partícula • Además se debe tomar en cuenta: • Interacción DisolventeDisolvente • Interacción Soluto- Soluto • Interacción DisolventeSoluto.

Entre las reglas de solubilidad mas conocidas,se encuentran:

1.- Las sales de sodios, potasio y amonio son solubles. Los nitratos, nitritos, cloratos y acetatos son solubles; el nitrito de plata es relativamente poco soluble.

2.- Los óxidos e hidróxidos metálicos son insolubles, excepto los de metales alcalinos (sodio, potasio y también amonio) y el de bario; los óxidos e hidróxidos de estroncio y calcio son relativamente poco solubles.

3.- Los sulfuros son insolubles, excepto los alcalinos, alcalinotérreos (calcio, estroncio, bario) y magnésico.

4.- Los cloruros, bromuros y yoduros son solubles, excepto los de plata, mercurio (I) y plomo; el yoduro de mercurio (II) es también insoluble.

5.- Los fluoruros son insolubles, excepto los alcalinos y los de plata, bismuto, hierro (III) y estaño (IV).

6.- Los sulfatos son solubles excepto los de plomo, barios y estroncio; los sulfatos de calcio y plata son relativamente poco solubles.

7.- Los cromatos son insolubles excepto los alcalinos y los de calcio, magnesio y cinc.

8.- Los carbonatos, sulfitos, arseniatos, arsenitos, boratos y oxalatos son insolubles, excepto los de metales alcalinos. (Las sales insolubles de estos aniones son solubles en ácidos).

Porcentaje (%p/p, %p/v, %v/v)

Definición de Porcentaje Peso a Peso:

El Porcentaje Peso a Peso (% P/P), Fracción en Peso, Tanto por ciento en Peso, Fracción Másica o Concentración Centesimal es una medida de la concentración que indica el peso de soluto por cada 100 unidades de peso de la solución:

El Porcentaje Peso a Peso de una disolución viene determinada por la siguiente fórmula: 

% (P/P) =	Peso de soluto	· 100
	Peso de la disolución .

Ejemplos de Porcentaje en Peso: 

• Ejemplo 1: Calcular la concentración en porcentaje de peso de 180 gramos de alcohol etílico (CH₃CH₂OH) disueltos en 1,5 litros de agua.: 

• Peso del soluto = 180 gramos
• Peso del disolvente = 1500 gramos (peso de 1,5 litros de agua)
• Peso de la disolución = 180 + 1500 = 1680 gramos
• % en peso = (peso de soluto / peso de disolución) · 100 = (180 / 1680) · 100 = 10,7%

• Ejemplo 1: Calcular los gramos necesarios de cloruro de sodio (NaCl) para que esté en 12% en peso en una disolución con 1 litro de agua: 

• Peso del soluto = x
• Peso del disolvente = 1000 gramos (peso de 1 litro de agua)
• Peso de la disolución = x + 1000
• % en peso = 12 % = (peso de soluto / peso de disolución) · 100 = (x / x + 1000) · 100
• Despejamos la incógnita: 
• 12 = (x / x + 1000) · 100
• 12 · (x + 1000) = x · 100 
• 12x + 12.000 = 100x
• 12.000 = 100x - 12x
• 12.000 = 88x
• x = 12.000 / 88 = 136 gramos
• Necesitamos por lo tanto 136 gramos de NaCl para tener una concentración 12% en Peso

Ejercicios Porcentaje en Peso:

Ejercicio 1: Calcular el volumen de agua necesaria para obtener una disolución de 100 gramos de NaCl 15% en Peso.

Ejercicio 2: Calcular el porcentaje en peso de una disolución de 200 gramos de ácido sulfúrico (H₂SO₄) en una disolución con 2 litros de agua.

Definición de Porcentaje Volumen a Volumen (%V/V):

El Porcentaje Volumen a Volumen (% V/V), Porcentaje en Volumen, Fracción en Volmen, Tanto por Ciento en Volumen o Fracción Volumétrica es una medida de la concentración que  indica el volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de la solución:

El Porcentaje Volumen a Volumen de una disolución viene determinada por la siguiente fórmula:

% (V/V) =	Volumen de soluto	· 100
	Volumen de la disolución .

Ejemplos de Porcentaje en Volumen: 

• Ejemplo 1: Calcular la concentración en porcentaje de volumen de 180 cm³ de vinagre disueltos en 1,5 kg de agua.: 

• volumen del soluto = 180 cm³ = 0,18 litros
• volumen del disolvente = 1,5 litros (volumen de 1,5 kg de agua)
• Volumen de la disolución = 0,18 + 1,5 = 1,68 litros
• % en volumen = (volumen de soluto / volumen de disolución) · 100 = (0,18 / 1,68) · 100 = 10,7%

• Ejemplo 2: Calcular el volumen necesario de un tinte líquido para que esté en 12% en volumen en una disolución con 1 kg de agua: 

• volumen del soluto = x
• volumen del disolvente = 1 litro (volumen de 1 kg de agua)
• Volumen de la disolución = x + 1
• % en volumen = 12 % = (volumen de soluto / volumen de disolución) · 100 = (x / x + 1) · 100
• Despejamos la incógnita: 
• 12 = (x / x + 1) · 100
• 12 · (x + 1) = x · 100 
• 12x + 12 = 100x
• 12 = 100x - 12x
• 12 = 88x
• x = 12 / 88 = 0,136 litros
• Necesitamos por lo tanto 0,136 litros de tinte para tener una concentración 12% en Peso

Ejercicios Porcentaje en Peso:

Ejercicio 1: Calcular el volumen de alcohol etílico que hay en una botella de 750 ml de wisky cuya etiqueta indica que su concentración en volumen es del 40%.

Ejercicio 2: Calcular el porcentaje en volumen de una disolución de 200 cm³ de ácido sulfúrico (H₂SO₄) en una disolución con 2 kg de agua.

La Fracción Molar:

La Fracción Molar es una forma de medir la concentración que expresa la proporción en que se encuentra una sustancia respecto a los moles totales de la disolución.

La Fracción Molar de una disolución viene determinada por la siguiente fórmula:

Fracción molar (Xi) =	ni (moles de sustancia)
	nt (moles totales de la disolución) .

La Fracción Molar es una unidad de concentración adimensional. La suma de todas las fracciones molares de las sustancias presentes en una disolución es igual a 1:

∑xi = x1 + x2 + … +  xn = 1

Ejemplos de Cálculo de Fraccion Molar:

• Ejemplo 1: Calcular la fracción molar de cada una de las sustancias de la disolución de: 10 moles de metanol, 1 mol de etanol y 8 moles de agua. 
• n_t = moles totales de la disolución = n_metanol + n_etanol + n_etanol = 10 + 1+ 8 = 19
• x_metanol = n_metanol / n_t = 10 / 19 = 0,53
• x_etanol = n_etanol / n_t = 1 / 19 = 0,05
• x_agua = n_etanol / n_t = 8 / 19 = 0,42
• Podemos comprobar que la solución es correcta ya que la suma de las tres es igual a 1: 
• x_metanol + x_etanol + x_agua = 0,53 + 0,05 + 0,42 = 1

Molaridad

La Molaridad (M) o Concentración Molar es el número de moles de soluto que están disueltos en un determinado volumen.

La Molaridad de una disolución viene determinada por la siguiente fórmula:

Molaridad (M) =	n (nº de moles de soluto)	·
	Volumen de disolución .

 
La Molaridad se expresa en las unidades (moles/litro).

Ejemplos de Molaridad:

• Ejemplo 1: calcular la molaridad de una disolución que contiene 2,07·10^-2 moles de soluto en 50 ml de disolvente:
• molaridad = M = n / V = 2,07·10^-2 moles / 0,05 litros = 0,414 molar

• Ejemplo 2: calcular el número de moles de soluto en 5 litros de una disolución 0,4 M:
• molaridad = M = n / V → n = M · V
• n = (0,4 moles / litro) · 5 litros = 2 moles

• Ejemplo 3: calcular la molaridad de una disolución de 100 gramos de metanol CH₄O en 1 litro de disolvente.
• peso molecular del CH₄O = PM = 32 gramos / mol
• moles de soluto = n = 100 gramos / (32 gramos · mol^-1) = 3,125 moles
• molaridad = M = n / V = 3,125 moles / 1 litro = 3,125 molar

Ejemplo 4: calcular el volumen de una disolución 0,4 molar que contiene 10 gramos de nitrato de sodio NaNO3. peso molecular del NaNO3 = PM = 85 gramos /mol moles de soluto = n = 10 gramos / 85 gramos · mol-1 = 0,118 moles molaridad = M = n / V → V = n / M volumen = 0,118 moles / (0,4 moles · litro-1) = 0,295 litros Explicacion de Molaridad Molalidad La Molalidad (m) o Concentración Molal es el número de moles de soluto que están disueltos en 1 kilogramo de disolvente. La Molalidad de una disolución viene determinada por la siguiente fórmula:  Molalidad (m) =    n (nº de moles de soluto) ·  Kilogramos de disolvente .   La molalidad se expresa en las unidades (moles/Kg). La ventaja de usar la molalidad en lugar de molaridad (moles soluto / volumen  disolución) es debido a que el volumen de una disolución varía con la temperatura y de la presión. Como la molalidad no tiene en cuenta el volumen, puede medir la concentración con mayor preción. En el laboratorio, para medir la molalidad se emplea un vaso de precipitados y pesando con una balanza analítica, previo peso del vaso vacío para restárselo. Ejemplos de de Molalidad: Ejemplo 1: calcular la molalidad de una disolución de ácido sulfúrico H2SO4 siendo la masa del disolvente de 600 gramos y la cantidad de ácido de 60 gramos. Datos: peso molecular del H2SO4 = 98 gramos / mol. En primer lugar calculamos el número de moles y a partir de ahí obtenemos la molalidad:  n de H2SO4 = masa / peso molecular =60 gramos / 98 gramos · mol-1 = 0,61 moles  m = n / masa disolvente = 0,61 moles / 0,6 kg = 1,02 molal La Normalidad (N) o Concentración Normal de una disolución es el número de Equivalentes Químicos (EQ) o equivalentes-gramo de soluto por litro de disolución: Normalidad (N) =  nº EQ (equivalentes-gramo)  Litros de disolución . Cálculo del nº de Equivalentes Químicos (EQ): EQ de un ácido = Peso molecular / nº de H+→ EQ de H2SO4 = 98 / 2 = 49 gramos EQ de una base = Peso molecular / nº de OH- → EQ de NaOH = 40 / 1 = 40 gramos EQ de una sal = Peso molecular / carga del catión o anión → EQ de Na2CO3 = 106 / 2 = 53 gramos Normalidad La Normalidad (N) por lo tanto mide la concentración de una disolución de manera similar a la Molaridad (M). De hecho N = M cuando en los casos anteriores el nº de  H+ , OH- o la carga de los iones es igual a 1. Ejemplos de Normalidad: Ejemplo 1: Calcular la normalidad y la molaridad de 50 gramos de Na2CO3 en 100 ml de disolución: Normalidad (N): Peso molecular del Na2CO3 = 106 Equivalente del Na2CO3 = peso molecular / nº de carga del catión de la sal = 106 / 2 = 53 nº de Equivalentes en 50 g de Na2CO3 = 50 / 53 = 0,94 N = nº de Equivalentes / litros de disolución = 0,94 / 0,1 = 9,4 N Molaridad (M): Moles de soluto = masa soluto / peso molecular = 50 / 106 = 0,47 moles M = moles soluto / litros disolución = 0,47 / 0,1 = 4,7 M (M = N/2 en este caso) Ejemplo 2: Calcular la normalidad de 20 gramos de hidróxido de berilio Be(OH)2 en 700 ml de disolución: Peso molecular del Be(OH)2 = 43 En una disolución el hidróxido de berilio se disocia de la siguiente forma: Be(OH)2 → Be+2 + 2 OH- Equivalente del Be(OH)2 = peso molecular / nº de OH- = 43 / 2 = 21,5 nº de Equivalentes en 20 g de Be(OH)2 = 20 / 21,5 = 0,93 N = nº de Equivalentes / litros de disolución = 0,93 / 0,7 = 1,33 N Diluciones La dilución consiste en rebajar la cantidad de soluto por unidad de volumen de disolución. Se logra adicionando más diluyente a la misma cantidad de soluto: se toma una poca porción de una solución alícuota y después esta misma se introduce en más disolvente.

Propiedades Coligativas

Coloides y Suspensiones

Una suspensión es una mezcla heterogénea que contiene partículas grandes que se asientan por gravedad. La arena en agua es un ejemplo de una suspensión. Una solución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias donde una sustancia está disuelta en la otra. Un ejemplo de una solución es el agua salada. Los coloides son mezclas homogéneas donde las partículas son lo suficientemente pequeñas para permanecer suspendidas. 

Los coloides se diferencian de las suspensiones químicas, principalmente en el tamaño de las partículas de la fase dispersa. ... Además, al reposar, las fases de una suspensión química se separan, mientras que las de un coloide no lo hacen. La suspensión química es filtrable, mientras que el coloide no es filtrable.

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