miércoles, 14 de septiembre de 2011

T P Nº 16: Soluciones: Concentraciones Cuantitativas Químicas

Objetivos del práctico.
Realizar los cálculos para la preparación de las soluciones con distintas concentraciones.

M= nº molessoluto / Volumensolución

N= nºEq-gsoluto / Volumen solución

 Ejercicio Nº 1: a) Escriba las fórmulas de las siguientes sustancias: ácido sulfúrico, hidróxido de aluminio, fosfato de sodio, hidróxido de zinc, ácido nítrico, carbonato de potasio, nitrato de calcio.
b) Para cada una de las sustancias anteriores, calcule la masa molar y el equivalente-gramo.
c) Para cada sustancia mencionada calcule la cantidad de moles que hay en 100 gramos de la misma.
Ejercicio Nº 2: Se necesita preparar 0,5 litros de 0,1 Normal de carbonato de sodio. Calcular los gramos de la sal para prepararla.
                                                                 
Ejercicio Nº 3: Calcular la masa en gramos de ácido sulfúrico para preparar 250 ml de una solución 2 Molar.
           
Ejercicio Nº 4: Calcular la masa en gramos de hipoclorito de sodio para preparar 3 litros de concentración M/50.

Ejercicio Nº 5: 450 ml de una solución contiene  0,8 moles. Calcular los moles que contiene un litro.

Ejercicio Nº 6: Se preparan 200 ml de una solución de ácido sulfúrico 0,1 Molar a partir de una solución madre de concentración 1M. Calcular el volumen de la solución madre que se debe medir.

Ejercicio Nº 7:¿ Cuantos gramos se necesitan de  sulfato de cobre (II) de concentración 4 g/L , para preparar 200 ml de solución?

 Ejercicio Nº 8: Se prepara 1,5 litros de una solución con 20 gramos de nitrato de sodio. Expresar el resultado en: a) g/L;  b) %m/v; c) gsoluto/mlsolución; d) molsoluto/litrosolución

Ejercicio Nº 9: Se tiene ácido carbónico en una concentración de 70,33 g%g, con una densidad igual a 1,4216 g/ml. Calcular la molaridad y la normalidad de la solución.

Ejercicio Nº 10: La etiqueta de una solución de ácido sulfúrico dice: concentración 98 g%g; densidad: 1,84 g/ml. Expresar la concentración en a) g/L; b) M; c) N

Ejercicio Nº 11: Se disuelven 2 gramos de Na0H en agua hasta obtenerse 750 cm3 de disolución. Calcular la concentración en mol/L. (MNa0H= 40 g/moL.)

FIRMA DEL ALUMNO:

martes, 13 de septiembre de 2011

Soluciones: concentraciones cuantitativas químicas

MASA ATOMICA
Para estudiar las relaciones de masa de los átomos y las moléculas, que ayudan a explicar la composición de los compuestos y la manera como se efectúan los cambios de composición.
La masa de un átomo depende del número que contiene de electrones, protones y neutrones.
Los átomos son partículas extremadamente pequeñas, por lo que no es posible pesar un solo átomo, pero podemos determinar su masa en relación a otro.
Por acuerdo internacional la masa atómica o Peso atómico es la masa de un átomo en unidades de masa atómoca uma.
Una uma se define como la doceava parte de un átomo de carbono -12.
Se ha demostrado que, en promedio, un átomo de hidrógeno tiene sólo 8,400% de la masa de carbono-12 (0,084 x 12= 1,008 uma).

MASA MOLAR Y NÚMERO DE AVOGADRO
La unidad de masa atómoca es una escala relativa de las masas de los elementos; por lo que es conveniente tener una unidad especial para describir una gran cantidad de átomos. Los químicos miden las moléculas o átomos en moles.
El mol es la cantidad de sustancia que contiene tantas unidades elementales (átomos, moléculas u otras partículas como átomos hay exactamente en 12 gramos de carbono-12.
El número de átomos se determina experimentalmente y se denomina 
Número de Avogadro. El valor es    NA= 6,0221367 . 1023
El número generalmente se redondea a 6,022.1023.

Así un  mol de átomos de carbono tiene una masa de 12 gramos y contiene 6,022.1023 átomos; un mol de hidrógeno pesa 1,004 gramos y tiene 6,022.1023 átomos de hidrógeno.

La masa molar se define como la cantidad (en gramos o kilogramos) de un mol de unidades de átomos o moléculas de una sustancia. Es numéricamente igual a la masa atómica (uma).
La masa molar se calcula sumando las masas atómicas de los elementos que componen la molécula. Así, en el caso de la molecular de agua H2O, su masa molecular seria:
Mol H2O= (2 x 1,008 + 16,00) g= 18,008 g
(La molécula de agua contiene 2 átomos de hidrógeno por lo que se multiplica por 2 y un átomo de oxígeno)

La masa atómica del sodio es 22,99 uma; y su masa molar es 22,99 gramos.
La masa atómica del fósforo es 30,97 uma y su masa molar es 30,97 gramos.

Entonces tenemos que:
1 mol de átomos = 6,022.1023. átomos
Los conceptos de masa molar y número de Avogadro permiten efectuar conversiones entre masa y moles de átomos, entre número de moles y masa; y calcular la masa de un solo átomo.
1 mol de X                 = 1                    1 mol de X                 = 1                             
1 masa molar de X                          6,022.1023 átomos de X

Donde X es el símbolo del elemento.

EJEMPLOS
 1) El Helio es un gas valioso para la industria y en investigaciones, también para inflar globos. ¿Cuántos moles de Helio hay en 6,46 gramos de He?

1 mol de He= 4,003 g

1 mol de He  =   x mol de He                      x= 1 mol . 6,46 g    = 1,61 mol               
4,003 g                   6,46 g                                   4,003 g

Por lo tanto hay 1,61 moles en 6,46 gramos de Helio.

2) El azufre (S) es un elemento no metálico ¿Cuántos átomos hay en 16,3 gramos de S?
1 mol de S= 32,07 g

16,3 g de S  .   1 mol de S   . 6,022.1023 át. de  S  =     3,06.1023 át.de S          
                            32,07 g                  1 mol de S

Por lo tanto hay  3,06.1023   átomos de S   en 16,3 gramos de S.  

3) Calcular la masa molar del gas metano (CH4).

Mol C= 12,00 g
Mol de H x 4= 4, 04
Masa molar de CH4= 12,00 g + 4,04 g= 16,04 gramos

MOLARIDAD

En química, la concentración Molar (también llamada Molaridad) es una medida de la concentración de un soluto en una disolución, o de alguna especie molecular, iónica, o atómica que se encuentra en un volumen dado.
Definición: La concentración molar o molaridad  (M) se define como el número de moles presentes en un litro de solución. Siendo el número de moles la masa molar por mol.
M= nº moles soluto     donde,    nº moles=  masa (g)/mol  por lo tanto se puede expresar como,
            Volumen

M= masa soluto                                               M=      g          =   mol                           
        Mol. Volumen                                                g/mol. Litro      Litro

Ejemplo: Una disolución de ácido sulfúrico de concentración 2 mol/L, significa que la misma contiene 2 moles de H2S04 por cada litro de disolución.

Unidades
Las unidades SI para la concentración Molar son mol/m3. Sin embargo, la mayor parte de la literatura química utiliza tradicionalmente es mol/L.

EJEMPLOS
Si se preparan tres soluciones de la forma que se indica a continuación: se pesan 80 gramos de glucosa (solución A), 150 gramos (solución B) y 200 gramos de glucosa (solución C), se agrega agua hasta 1 litro, en cada recipiente y se agita hasta disolución completa.

Fórmula empírica de glucosa: C6H12O6
Mol glucosa= 6 x 12 + 12 x 1 + 6 x 16=  72 + 12 + 96=  180 gramos

Solución A: Concentración molar
M=   80              g  =     0,44 mol/L          
      180 g/mol. 1 L                               
    
Concentración %p/v            1000 mL sc…………. 80 g glucosa
                                              
                                               100 mL sc……………X= 8 g                        8%p/v

La solución A que fue preparada disolviendo 80 g de azúcar en 1 L de solución es una solución al 8% en volumen, ó 0,44 M.
La solución B que fue preparada disolviendo 150 g de azúcar en 1 L de solución es una solución al 15% en volumen, ó 0,83 M.
La solución C que fue preparada disolviendo 200 g de azúcar en 1 L de solución es una solución al 20% en volumen, ó 1,11 M.
Las tres soluciones son distintas, pues si bien tienen los mismos componentes difieren en su concentración; la solución A es la más diluída, la solución C es la más concentrada.

NORMALIDAD

Definición: La concentración Normal o Normalidad  (N) se define como el número de equivalentes- gramo presentes en un litro de solución. Siendo el equivalente en gramos  la masa molar por mol.
N= nº equivalentes-gramo
V (L) solución

donde,    nº equivalentes-gramo=  masa (g)/ equivalente-gramo; por lo tanto se puede expresar como,


N=  masa                                       N=      g          =   Eq-g                           
        Eq-g. Volumen                          g/Eq-g. Litro   Litro

Un equivalente gramo expresa la cantidad de gramos de la sustancia indicada por el peso equivalente.

CÁLCULO DEL PESO EQUIVALENTE: Para calcular el peso equivalente de una sustancia se debe considerar si la misma es un ácido, una base o hidróxido, una sal o un elemento.
Peso eq= masa molar/ nº z  ; siendo z los H+; OH-; o las cargas de los iones de las sales en solución acuosa.
a.    Para  ácido sulfúrico: H2S04 (ac)   ..........   S042- (ac)     + 2 H+ (ac)  
        Masa molar: 98g/mol               Peso equivalente=:Mol / 2 = 98 / 2= 49 g/ Eq-g

b.    Para hidróxido de aluminio: Al (0H)3 (ac) ...............  Al3+(ac) + 3OH-(ac)
Masa molar: 78g/mol              Peso equivalente: Mol / 3 = 78 / 3= 26 g/Eq-g

c.       Para una sal de sulfato crómico:  Cr2 (S04)3 (ac) ........... 3 S042- + 2 Cr3+ (ac)
Masa molar: 296 g/mol         Peso equivalente: Mol / Nro. de oxid. total del catión (2x3+)             
                                           Peso equivalente: 296 / 6= 49,3 g/Eq-g
Unidades

Las unidades de normalidad que se utiliza tradicionalmente es Eq-g/L.

EJEMPLO
Se disuelven 20 gramos de Na0H en agua hasta obtenerse 750 cm3 de disolución. Calcular la concentración Normal.
 Mol Na0H= 40 g/moL.                    Peso equivalente: 40/1= 40 g/Eq-g

N=  masa                  = 20 gramos                =  0,66 Eq-g/L                                         
        Eq-g. Volumen       40 g/Eq-g . 0,75 L

DILUCIONES

La dilución es el procedimiento que se sigue para preparar una disolución menos concentrada a partir de una más concentrada.
Para diluir una solución es preciso agregar disolvente a dicha solución y éste procedimiento nos da
por resultado la dilución de la solución, y por lo tanto el volumen y concentración cambian, aunque el soluto no.
Por lo tanto dos soluciones de concentraciones distintos pero que contienen el mismo soluto están relacionadas y se lo expresa mediante la siguiente ecuación:
V1 . C1 = V2 . C2
Donde:
V1: Volumen de la solución inicial
C1: Concentración de la solución inicial
V2: Volumen de la solución diluída
C2: Concentración de la solución diluída

EJEMPLOS

1.    Realizar los cálculos e indicar los procedimientos de laboratorio para lograr las siguientes diluciones.

a.    Se debe preparar 500 mL de HCl al 5% v/v, partiendo de una solución madre o inicial que posee una concentración de 70%v/v.
V1:?                C1:70%v/v     V2: 50 mL                   C2:5%v/v  

V1 . C1 = V2 . C2                      V1 = V2 . C2  =   50 mL . 5 %v/v  = 3,57 mL
                                                                            C1                    70%v/v
Rta: Se deben medir 3,57 mL de  la solución madre para preparar la nueva solución.

b.    Se debe preparar una solución acuosa de NaCl con un volumen de 250 mL y una concentración al 3% p/v, partiendo de una solución madre o inicial que posee una concentración de NaCl al 30%p/v.
V1:?                C1:30%p/v     V2: 250 mL                C2:3%v/v  

V1 . C1 = V2 . C2                      V1 = V2 . C2  =   250 mL . 3 %v/v  = 25 mL
                                                                         C1                    30%v/v
Rta: Se deben medir 25 mL de  la solución madre para preparar la nueva solución.

c.    Se debe preparar una dilución de Cr2O7K2 con un volumen de 100 mL y una concentración de 50 ppm, partiendo de una solución madre o inicial que posee una concentración de 1000 ppm.
V1:?                C1:1000 ppm       V2: 100 mL                     C2:50 ppm  

V1 . C1 = V2 . C2                      V1 = V2 . C2  =   100 mL . 50ppm  = 5 mL
                                                                               C1                    1000 ppm

Rta: Se deben medir 5 mL de  la solución madre para preparar la nueva solución.

2.    Si se tiene tan solo 10 mL de una solución de NaCl a 20% y se la quiere llevar a una concentración de 5%p/v ¿Qué volumen de agua debemos agregar para producir la solución?

V1: 10 mL                        C1:20%       V2: ‘?                 C2: 5%  

V1 . C1 = V2 . C2                      V2 = V1 . C1  =   10 mL . 20%  = 40 mL
                                                                       C2                    5%
Volumen agua= volumen solución final – volumen de soluto= 40 mL – 10 mL= 30 mL

Rta: Se deben agregar 30 mL de agua para preparar la nueva solución.

3.    Hasta donde debe diluirse una solución que posee una concentración de 40 mg de sulfato de cobre por cada mL de solución para poder obtener una concentración de 16 mg de sulfato de cobre por cada mL?
V2:’?               C1:40 mg/mL       C2:16 mg/mL  

V1 . C1 = V2 . C2                      V2 = V1 . C1  =   1 mL . 40 mg  = 2,5 mL
                                                              C2                    16 mg

Rta: Por cada mL de la solución inicial se debe agregar 1,5 mL de  agua para preparar la nueva solución.
Si tengo 20 mL de la solución inicial, debo agregar, 30 mL de agua:
 1mL Sc1----------1,5 mL agua
20 mL Sc1-------- x= 30 mL agua

Por lo que obtendré 50 mL de solución con la nueva concentración (16mg SO4Cu/mL)




miércoles, 7 de septiembre de 2011

Diluciones

La dilución es el procedimiento que se sigue para preparar una disolución menos concentrada a partir de una más concentrada.
Para diluir una solución es preciso agregar disolvente a dicha solución y éste procedimiento nos da
por resultado la dilución de la solución, y por lo tanto el volumen y concentración cambian, aunque el soluto no.
Por lo tanto dos soluciones de concentraciones distintos pero que contienen el mismo soluto están relacionadas y se lo expresa mediante la siguiente ecuación:
V1 . C1 = V2 . C2
Donde:
V1: Volumen de la solución inicial
C1: Concentración de la solución inicial
V2: Volumen de la solución diluída
C2: Concentración de la solución diluída

EJERCICIOS MODELO

1.    Realizar los cálculos e indicar los procedimientos de laboratorio para lograr las siguientes diluciones.

a.    Se debe preparar 500 mL de HCl al 5% v/v, partiendo de una solución madre o inicial que posee una concentración de 70%v/v.
V1:?                C1:70%v/v     V2: 50 mL                   C2:5%v/v  

V1 . C1 = V2 . C2         V1 = V2 . C2  =   50 mL . 5 %v/v  = 3,57 mL
                                                              C1                    70%v/v
Rta: Se deben medir 3,57 mL de  la solución madre para preparar la nueva solución.

b.    Se debe preparar una solución acuosa de NaCl con un volumen de 250 mL y una concentración al 3% p/v, partiendo de una solución madre o inicial que posee una concentración de NaCl al 30%p/v.
V1:?                C1:30%p/v     V2: 250 mL                C2:3%v/v  

V1 . C1 = V2 . C2           V1 = V2 . C2  =   250 mL . 3 %v/v  = 25 mL
                                                              C1                    30%v/v
Rta: Se deben medir 25 mL de  la solución madre para preparar la nueva solución.

c.    Se debe preparar una dilución de Cr2O7K2 con un volumen de 100 mL y una concentración de 50 ppm, partiendo de una solución madre o inicial que posee una concentración de 1000 ppm.
V1:?                C1:1000 ppm       V2: 100 mL                     C2:50 ppm  

V1 . C1 = V2 . C2          V1 = V2 . C2  =   100 mL . 50ppm  = 5 mL
                                                              C1                    1000 ppm

Rta: Se deben medir 5 mL de  la solución madre para preparar la nueva solución.
2.    Si se tiene tan solo 10 mL de una solución de NaCl a 20% y se la quiere llevar a una concentración de 5%p/v ¿Qué volumen de agua debemos agregar para producir la solución?

V1: 10 mL                        C1:20%       V2: ‘?                 C2: 5%  

V1 . C1 = V2 . C2                 V2 = V1 . C1  =   10 mL . 20%  = 40 mL
                                                             C2                    5%
Volumen agua= volumen solución final – volumen de soluto= 40 mL – 10 mL= 30 mL

Rta: Se deben agregar 30 mL de agua para preparar la nueva solución.

3.    Hasta donde debe diluirse una solución que posee una concentración de 40 mg de sulfato de cobre por cada mL de solución para poder obtener una concentración de 16 mg de sulfato de cobre por cada mL?
V2:’?               C1:40 mg/mL       C2:16 mg/mL  

V1 . C1 = V2 . C2                      V2 = V1 . C1  =   1 mL . 40 mg  = 2,5 mL
                                                                 C2                    16 mg

Rta: Por cada mL de la solución inicial se debe agregar 1,5 mL de  agua para preparar la nueva solución.
Si tengo 20 mL de la solución inicial, debo agregar, 30 mL de agua:
 1mL Sc1----------1,5 mL agua
20 mL Sc1-------- x= 30 mL agua
Por lo que obtendré 50 mL de solución con la nueva concentración (16mg SO4Cu/mL)