CONCENTRACIONES :
Para expresar la composición de la solución se utilizan unidades como: porcentaje en masa (%m/m), porcentaje masa – volumen (% m/v), porcentaje Volumen – volumen (% v/v), molalidad (m) y molaridad (M).
Porcentaje en masa (٪m/m): Corresponde a la relación porcentual entre la masa del soluto disuelto y la masa de la disolución expresada en gramos.
٪m/m = Masa de soluto × 100
Masa de la solución
Porcentaje en volumen (٪v/v): Indica la relación porcentual del volumen del soluto disuelto respecto al volumen de la disolución expresadas ambas en mililitros.
٪ v/v = Volumen de soluto × 100
Volumen de la solución
Porcentaje masa en volumen (٪m/v): Corresponde a la relación porcentual entre la masa del soluto (en gramos) y el volumen de la disolución (mililitros).
٪m/v = masa de soluto × 100
Volumen de la solución
1.- Porcentaje de masa de soluto en masa de solución, % m/m: Representa
la cantidad en gramos de soluto que hay en 100 gramos de solución.
masa de soluto
% m/m = _____________________ X 100 % (1)
masa de soluto + disolvente
Ejemplo: Se disuelven 50.0 gramos de alcohol etílico (CH3CH2OH) en
150.0 g de agua. ¿Cuál es el porcentaje en masa de la solución?
Respuesta: De acuerdo a la expresión (1), la
relación se completa como sigue:
50.0 g CH3CH2OH
% m/m = ____________________ X 100 % = 25.0 %
(150.0 + 50.0) g solución
Finalmente la concentración de la solución: [c] = 25.0 % m/m.
Ejercicios:
1.1.- Una solución de ácido
clorhídrico (HCl) acuosa, tiene una concentración de 37.9 % m/m. ¿Cuántos
gramos de esta solución contendrán 5.0 g de ácido clorhídrico?. (Rsta: 13.2 g).
1.2.- Se desea preparar una
solución de hidróxido de sodio (NaOH) al 19 % m/m, cuyo volumen sea de 100 mL
(la densidad de la solución es de 1.09 g/mL). ¿Cuántos gramos de agua y de NaOH
se deben usar?. (Rsta: 20.7 g de NaOH y 79.3 g de agua).
1.3.- ¿Qué concentración en % m/m
tendrá una solución preparada con 20.0 g de NaCl (cloruro de sodio, sal común)
y 200.0 g de agua?. (Rsta: 9.09 % m/m).
1.4.- Se requieren 30.0 g de
glucosa para alimentar a una rata de laboratorio. Si se dispone de una solución
de glucosa (C6H12O6)al 5.0 % m/m, ¿Cuántos gramos de esta solución serán
necesarios para alimentar a las ratas?. (Rsta: 600 g).
1.5.- Una solución acuosa es de
35.0 % m/m ¿Cuánta agua hay que agregar a 80.0 g de esta solución para que se
transforme en una de 20.0 % m/m?. (Rsta: 60.0 g de agua).
2.- Porcentaje de masa de soluto en volumen de solución, % m/v :
Expresa la cantidad en gramos de soluto que hay en 100 mL de solución.
masa soluto
% m/v = __________________ X 100 % (2)
volumen solución
Ejemplo: Se mezcla 30.0 g de
Cloruro de potasio (KCl) en agua, formándose una solución de 150 mL. ¿Cuál es
la concentración porcentual de masa en volumen de la solución?.
Respuesta: De acuerdo a la
expresión (2), se debe reemplazar la masa de soluto y el volumen total de la
solución obtenida:
30.0 g KCl
% m/v = ______________ X 100 % = 20.0 %
150 mL solución
Finalmente la concentración de la
solución: [c] = 20.0 % m/v.
Ejercicios:
2.1.-
Se prepara una solución acuosa con 55.0 g de KNO3 (nitrato de potasio),
disolviendo la sal hasta completar 500 mL de solución. Calcule su concentración
en % m/v. (Rsta: 11.0 % m/v).
2.2.- Se obtiene una solución de [c] = 33.5 % m/v.
a)
¿Qué significa 33.5 % m/v?
b)
¿Qué densidad posee la solución si
100.0 mL de ella pesan 111.0 g?
(Rsta: 1.11 g/mL).
c)
¿Cuántos gramos de soluto habrá en
40.0 mL de solución? (Rsta: 44.4 g).
d)
Si se agrega agua a estos 40.0 mL
de solución hasta completar 100.0 mL.
¿Cuál será el % m/v de la solución resultante?. (Rsta: 13.4 % m/v).
2.3.-
Se mezclan 40.0 mL de una solución de
CuSO4 (sulfato de cobre), cuya concentración es de 67.0 % m/v, con 60.0 mL de
otra solución de la misma naturaleza, cuya concentración es de 25.0 % m/v.
¿cuál es la concentración de la nueva solución obtenida de la mezcla?. (Rsta:
41.8 % m/v).
2.4.- Al mezclar 13.5 g de NaOH con
56.8 g de agua se obtiene una solución cuya densidad es de 1.15 g/mL. Determine
el % m/v de la solución resultante. (Rsta: 22.1 % m/v).
2.5.-
En una reacción química se producen 350 mg de clorhidrato de anilina (C6H8NCl).
Si las aguas madres alcanzan un volumen de 150.0 mL, ¿cuál será la
concentración del clorhidrato en la solución resultante de la reacción?. (Rsta:
0.23 % m/v).
3.- Porcentaje de volumen de soluto en volumen de solución, % v/v:
Expresa los cm3 o mL de soluto que hay en 100 cm3 o mL de solución. Se utiliza
para determinar la concentración de una solución formada por solutos y
disolventes líquidos.
volumen soluto
% v/v = ______________________ X
100 % (3)
volumen soluto + disolvente
Ejemplo: Se disuelven 50.0 mL de alcohol etílico (CH3CH2OH) en 150.0 mL
de agua. ¿Cuál es el porcentaje en volumen de la solución?
Respuesta: De acuerdo a la expresión (3), la
relación se completa como sigue:
50.0 mL CH3CH2OH
% v/v = ____________________ X 100 % = 25 %
(150.0 + 50.0) mL solución
Finalmente la concentración de la solución: [c] = 25.0 % v/v.
Ejercicios:
3.1.-
Se prepara una solución acuosa con 55.0 mL de metanol (CH3OH), cuyo volumen
total es de 500 mL. Calcule su concentración en % v/v. (Rsta: 11.0 % v/v).
3.2.- Se obtiene una solución de [c] = 33.5 % v/v.
a)
¿Qué significa 33.5 % v/v?
b)
¿Qué densidad posee la solución si
100.0 mL de ella mazan 111.0 g? (Rsta: 1.11 g/mL).
c)
¿Cuántos mL de soluto habrá en
40.0 mL de solución? (Rsta: 13.4 mL).
d)
Si se agrega agua a estos 40.0 mL
de solución hasta completar 150.0 mL. ¿Cuál será el % v/v de la solución
resultante?. (Rsta: 8.93 % v/v).
3.3.-
A partir de una solución acuosa de alcohol etílico (CH3CH2OH) al 65.0 % p/p, de
densidad 1.35 g/mL, se debe preparar otra solución, cuya concentración sea 12.0
% v/v del alcohol. Las densidades del agua y del alcohol etílico son
respectivamente 1.00 g/mL y 0.79 g/mL. Determine el volumen de la solución
alcohólica de la que se dispone, para
obtener 100 mL de la solución deseada. (Rsta: 10.8 mL).
PESO MOLECULAR
Del latín pensum, el peso es la fuerza con que la Tierra atrae a un cuerpo. El término también se utiliza para referirse a la magnitud de dicha fuerza. La masa, por otra parte, es la magnitud física que expresa la cantidad de materia que contiene un cuerpo.
Esa es la diferencia entre el peso y la masa. La masa no depende de la posición del cuerpo en el espacio ni de la fuerza gravedad. El kilogramo y el newton son las unidades en el sistema internacional de unidades del peso y la masa, respectivamente.
Esta diferenciación entre ambos conceptos implica que la noción de peso molecular sea imprecisa. Lo correcto es hablar de masa molecular, una magnitud que se mide en unidades de masa atómica (uma)
Calcule la masa molar de los siguientes compuestos.
KOH (hidróxido de potasio)
| K | 1 x 39.10 = | 39.10 |
| O | 1 x 16.00 = | 16.00 |
| H | 1 x 1.01 = | 1.01 + |
| 56.11 g |
Cu3(PO4)2 (sulfato de cobre II)
| Cu | 3 x 63.55 = | 190.65 |
| P | 2 x 30.97 = | 61.04 |
| O | 8 x 16 = | 128 + |
| | 379.69 g |
Al2(SO3)3 (sulfito de aluminio)
| Al | 2 x 26.98 = | 53.96 |
| S | 3 x 32.06 = | 96.18 |
| O | 9 x 16 = | 144 + |
| | 294.14 g |
En el caso de los compuestos también podemos establecer una relación entre moles, moléculas y masa molar.
1 MOL = 6.022 x1023 MOLÉCULAS = MASA MOLAR (gramos)
|
Ejemplos:
¿Cuántas moles de NaOH (hidróxido de sodio) hay en 1.0 Kg de esta sustancia?
En primer lugar debemos calcular la masa molar del NaOH
| Na | 1 x 22.99 = | 22.99 |
| O | 1 x 16.00 = | 16.00 |
| H | 1 x 1.01 = | 1.01 + |
| | 40.00 g |
La secuencia de conversión sería:
| 1.00 Kg NaOH | ( | 1000 g
1 Kg | ) | = 1000 g NaOH |
| 1000 g NaOH | ( | 1 mol
40.00 g | ) |
= 25.0 mol NaOH
|
¿Cuál es la masa de 5.00 moles de agua?
Calculamos la masa molar del H2O.
| H | 2 x 1.01 = | 2.02 |
| O | 1 x 16 = | 16 + |
| | 18.02g |
MORALIDAD
Molaridad (M): La molaridad se define como el número de moles de soluto que se encuentra disueltos en un litro de solución. La fórmula general es:
Molaridad = moles de soluto o M = n
Litro de solución V
Una propiedad intensiva importante de las sustancias es la densidad, que se define como la cantidad de masa en una unidad de volumen, por lo que permite conocer la masa de un volumen determinado de sustancia y viceversa. La formula general es:
d = masa (g)
Volumen (ml)
Se prepara una solución
disolviendo 30.0 g de yoduro de potasio (KI) en agua hasta completar 100 mL
(0.100 L) de solución. Determinar la molaridad de la solución.
Respuesta: De acuerdo a la expresión
(4) se debe calcular la cantidad de materia o mol de KI que constituyen 30 0 g
de la sal. Lo primero es determinar la Masa molecular o Masa molar del KI (MKI),
observando la tabla periódica de los elementos químicos:
MKI
= masa atómica del K (Mk) + masa atómica del I (MI)
MKI
= 39.102 g/mol + 126.904 g/mol = 166.006
g/mol
Esto
quiere decir que un mol de KI masa 166.006 g. Por lo tanto, para calcular la
cantidad de moles que constituyen 30.0 g de KI :
masa KI 30.0 g KI
n° moles KI = = = 0.181
mol KI
MKI 166.006 g
Entonces para calcular la molaridad utilizando
la expresión (4):
0.181
mol de KI
M = =
1.81 M
0.100
L
Finalmente la concentración molar de la
solución es: [c] = 1.81 M
Ejercicios :
4.1.- ¿Cuál es la concentración
molar de una solución de HCl (ácido clorhídrico) que contiene 73.0 g de soluto
en 500 cm3 de solución?. Dato: 1.0 cm3 = 1.0 mL. (Rsta: 4.0
M).
4.2.- Calcule el número de mol de
soluto en las siguientes soluciones:
a)
2.5
L de BaCl2 (cloruro de bario), 2.0 M. (Rsta: 5.0 mol).
b)
5.0
L de NaI (yoduro de sodio), 0.53 M. (Rsta: 2.65 mol).
4.3.- 3.50 L de una solución,
contienen 41.7 g de MgCl2 (cloruro de magnesio). Calcule la
molaridad de esta solución. (Rsta: 0.125 M).
4.4.- Se dispone de dos frascos que
contienen respectivamente una disolución 0.75 M de ácido sulfúrico (H2SO4)
y 3.00 M de ácido sulfúrico, ¿Qué volumen habrá que emplear de c/u sin añadir
agua, para obtener 0.120 L de solución 1.5 M. Suponga que hay aditividad de
soluciones. (Rsta: 0.08 L y 0.04 L, respectivamente).
4.5.- Se desea preparar 500 mL de
solución de ácido clorhídrico (HCl) 0.10 M a partir de un ácido comercial cuya
densidad es 1.19 g/mL y su concentración 37.0 %p/p. Calcule el volumen del
ácido que necesite para preparar esta solución. (Rsta: 4.17 x 10-3 L).
