Concentración de las Soluciones

UNIDADES QUIMICAS DE CONCENTRACION

*MOLARIDAD (M): expresa el número de moles de soluto disueltos por litros de solución. El término molaridad se aplica fundamentalmente cuando el soluto está compuesto por moléculas neutras que no se disocian en iones.

X

N° de moles sto.

M = ---------------------

V (L) soluc.

...............m (g) sto.
N° de moles sto. = ------------------------------

.................................Peso molecular sto. (P.M)

X

Peso Molecular (P.M) = N° átomos x Peso Atómico

X

Ejemplo.- Calcular el volumen de solución que se puede preparar con 52 gramos de Acido Fosforico, si la concentracion de la solucion es 0,25 mol/L.

X

Datos.

V = ?

m sto. = 52 gr

M = 0,25 mol/L.

de la formula:

N° de moles sto.
M = -------------------------

V(L) soluc.

x

despejamos el V(L) soluc. = N° de moles sto. / M

La formula del acido fosforico es H3PO4

X

Los pesos atomicos (ver tabla periodica) son:

H: 1 g/mol

P: 31 g/mol

O: 16 g/mol

X

para calcular el peso molecular debemos multiplicar el peso atomico por el numero de atomos en la formula.

H: 1 g/mol * 3 = 3 g/ mol
P: 31 g/mol * 1 = 31 g / mol
O: 16 g/mol * 4 = 64 g / mol

X

Al sumar obtenemos el peso molecular PM H3PO4 = 98 g / mol

X

Ahora podemos calcular

...............m (g) sto.

N° de moles sto. = ------------------------------
.................................Peso molecular sto. (PM)

X

..............................52 gr

sustituimos N° de moles sto. = ------------- = 0,53 mol

................................. .98 g/mol

X

y por ultimo calculamos el volumen

X

V(L) soluc. = N° de moles sto. / M

x

V(L) soluc. = 0,53 mol sto. / 0.25 mol/L

x

V(L) soluc. = 2.12 L .

*MOLALIDAD (m): expresa el número de moles de soluto por kilogramo de solvente.

X

N° de moles sto.

m = ---------------------------
m (Kg) de ste.

X

Ejemplo.- Cuantos gramos de nitrato de sodio deben disolverse en 250 mL de agua para preparar una solución 1,6 molal. d (H2O) = 1 g / mL.

Datos.-
m sto = ¿
V ste = 250 mL
m = 1,6 mol/ Kg

X

Al ver la formula anterior podemos notar que en el denominador tenemos la masa del solvente en kilogramos y en los datos tenemos el volumen; para ello utilizamos la densidad del agua (solvente).

X

Como la d = m / v, al despejar la masa tenemos m = d * v. Sustituyendo:

x

m ste = 1 g / mL * 250 mL = 250 g

x

y ahora realizamos la conversion de gramos a kilogramos

x

Kg ste. = 250 g* 1 Kg / 1000g

x

Kg ste = 0.25 kg

x

De la formula de molalidad despejamos el numero de moles de soluto

x

N° de moles sto. = m * m (Kg) de ste.

x

N° de moles sto. = 1,6 mol / kg * 0,25 Kg = 0,4 mol

x

Teniendo los moles podemos calcular la masa del soluto, pero necesitamos el peso molecular.

x

La formula del nitrato de sodio es NaNO3 y su PM es 85 g / mol, ya que los pesos atomicos son:

Na: 23 g/mol
N: 14 g/mol
O: 16 g/mol

x

Por ultimo de la formula

...............m (g) sto.

N° de moles sto. = ------------------------------
.................................Peso molecular sto. (P.M)

x

despejamos m (g) sto. = Nº de moles sto. * Peso molecular sto. (P.M)

x

m (g) sto. = 0,4 mol * 85 g / mol

x

m (g) sto. = 34 g

x

*NORMALIDAD (N): expresa el número de equivalente gramo por litro de solución. Esta unidad de concentración se usa con frecuencia para describir soluciones que intervienen en operaciones de análisis volumétricos.

Equivalente (Eq) de sto.

N = -----------------------------------------
V (L) de soluc.

.................................gramos sto.

Eq de sto. = -------------------------------

..............................Peso equivalente (Peq.) Sto.

Para resolver problemas sobre normalidad es necesario tomar en cuenta el tipo de sustancia química que se utiliza para determinar su número de equivalentes- gramos, así tenemos:

a) PESO EQUIVALENTENTE DE UN ÁCIDO: es la cantidad en gramos de ese ácido que contiene un ion-gramo de hidrógeno desplazable. Es decir, se divide el peso molecular entre la cantidad de hidrógenos que contenga el ácido.

P. M (g/mol) del ácido
Peq de un ácido = --------------------------------------
N° de Hidrógenos sustituidos (eq/mol)

EJEMPLO: calcular el número de equivalente del ácido sulfúrico (H2SO4) sabiendo que su peso molecular es 98 g/mol.

98 g/mol
P eq = ----------------- = 49 g/eq.
2 eq/mol

b) PESO EQUIVALENTE DE UNA BASE: es la cantidad de base que contiene un ion-gramo de grupos oxidrílos neutralizables. Es decir, se divide el peso molecular entre la cantidad de grupos oxidrilos (-OH) que contenga la base.

P.M. (g/mol) de la base
Peq de una base = ----------------------------------
N° de oxidrilos (-OH) (eq/mol)

EJEMPLO: calcular el número de equivalente del hidróxido de calcio Ca(OH)2 sabiendo que su peso molecular es 74 g/mol.

74 g/mol
Peq = -------------- = 37 g/eq.
2 eq/mol

c) PESO EQUIVALENTE DE UNA SAL: es el número de moles de cambio que puede formar una sal al disociarse. Es decir, el numero total de cargas presente al disociarse una sal.

P. M (g/mol) de la sal
Peq de una sal = ---------------------------
N° de cargas (eq/mol)

EJEMPLO: calcular el número de equivalente del cloruro de aluminio (AlCl3) sabiendo que su peso molecular es 97 g/mol.

97 g/mol
Peq = ------------ = 32.3 g/eq ($)
3eq/mol

x

Ejemplo.- Cuantos gramos de cloruro de aluminio deben disolverse para preparar 3000 mL de solucion 2,26 normal.

x

Datos.-

m sto = ¿

V ste = 3000 mL

N = 2,26 eq/ L

x

Como tenemos la normalidad y el volumen de la solución, despejamos de la formula de normalidad los equivalentes de soluto:

x

Eq. de sto. = N *V (L) de soluc.

x

Sustituimos los valores y tenemos: Eq. de sto. =2,26 eq/L* 3L

x

Eq. de sto. = 6.78 eq

x

Ahora despejamos la masa del soluto de la formula de equivalentes de soluto

x

m (g) sto. = Eq. de sto.* Peso equivalente (Peq.) Sto.

x

m (g) = 6,78 eq * 32,3 g/eq ($) calculado anteriormente

x
m (g) = 218,99 g

x

*FRACCION MOLAR (Xn): Expresa la relación entre el numero de moles de un componente y el numero total de moles presentes en una solución.

x

N° de moles sto

Xsto = ------------------

N° de moles totales

x

N° de moles solv
Xsolv = ---------------------
N° de moles totales
x

N° de moles totales = N° de moles sto + N° de moles solv

x

X total = 1

x

Ejemplo.- Calcular las fracciones molares de una mezcla de 12.6 gramos de benceno (C6H6) y 5.2 gramos de etanol (C2H5OH). Pesos Atomicos: C = 12g/mol; H = 1 g/mol y O = 16g/mol

x

Datos.-

x

g sto = 5.2 g

g ste = 12.6 g

Xsto = ?

Xste = ?

x

Para poder calcular las fracciones molares, debemos tener los moles y para calcular los moles necesitamos los pesos moleculares.

X

PM sto (etanol) = [(12* 2) + (1*6) + (16*1)] g/mol = 46 g/mol

x

PM ste (benceno) = [(12* 6) + (1*6)] g/mol = 78 g/mol

X

Ahora calculamos los moles:

x

g sto 5.2 g

mol sto = ---------- = ------------ = 0,11 mol

PM sto 46 g/mol

x

g ste 12.6 g
mol ste = ---------- = ------------ = 0,16 mol
PM sto 78 g/mol

x

Ya podemos calcular los moles totales

x

mol totales = mol sto + mol ste

x

mol totales = (0,11+0,16) mol = 0,27 mol

x

Para finalizar calculamos las fracciones molares de ambos componentes de la solucion:

x

N° de moles sto 0,11mol
Xsto = ------------------ = ------------- = 0,41
N° de moles totales 0,27 mol
x
N° de moles solv 0,16 mol

Xsolv = --------------------- = --------- = 0,59

N° de moles totales 0,27 mol

x

Al sumar las dos fracciones molares, podemos verificar que es uno.