Concentraciones de Soluciones

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 (M_KI), observando la tabla periódica de los elementos químicos:

                     M_KI = masa atómica del K (M_k) + masa atómica del I (M_I)

                     M_KI = 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

                              M_KI                   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).