Informe # 12 Preparación de Soluciones PDF

Preview

Summary

Las soluciones en química, son mezclas homogéneas de sustancias en iguales o distintos estados de agregación. La concentración de una solución constituye una de sus principales características. Bastantes propiedades de las soluciones dependen exclusivamente de la concentración. Su estudio resulta de...

Description

PREPARACIÓN DE SOLUCIONES

KAROLAY GARCIA MORELO DANIELA PEÑA RICARDO LAURA OSORIO BARCENAS LUIS DEL TORO ARCOS IVAN DAVID SALGADO

DOC. JAVIER MARTÍNEZ

UNIVERSIDAD DE CORDOBA FACULTAD DE CIENCIAS AGRICOLAS INGENIERIA AGRONOMICA QUIMICA GENERAL

MONTERIA – CÓRDOBA 2020

1

INTRODUCCIÓN Las soluciones en química, son mezclas homogéneas de sustancias en iguales o distintos estados de agregación. La concentración de una solución constituye una de sus principales características. Bastantes propiedades de las soluciones dependen exclusivamente de la concentración. Su estudio resulta de interés tanto para la física como para la química. Algunos ejemplos de soluciones son: agua salada, oxígeno y nitrógeno del aire, el gas carbónico en los refrescos y todas las propiedades: color, sabor, densidad, punto de fusión y ebullición dependen de las cantidades que pongamos de las diferentes sustancias. En la práctica vimos que la sustancia presente en mayor cantidad suele recibir el nombre de solvente, y a la de menor cantidad se le llama soluto y es la sustancia disuelta. En casos, el soluto puede ser un gas, un líquido o un sólido, y el solvente puede ser también un gas, un líquido o un sólido. El agua con gas es un ejemplo de un gas (dióxido de carbono) disuelto en un líquido (agua).

En el presente informe se tratará de dar respuesta al cuestionario que tiene relación con la preparación de una solución, y como ésta se debe medir en términos de volumen y masa, por lo tanto, es indispensable conocer la cantidad de soluto disuelto por unidad de volumen o masa de disolvente, es decir su concentración. Durante cualquier trabajo experimental, el uso de soluciones se hace indispensable, por lo que es necesario conocer los procedimientos para su elaboración.

2

1. OBJETIVOS Generales

1.1 Identificar las principales formas de expresar la concentración de las soluciones 1.2 Realizar los cálculos necesarios para determinar la cantidad de reactivos que serán utilizados en la preparación de disoluciones 1.3 Preparar diferentes soluciones 1.4 utilizar algunos aparatos de medición de volúmenes, tales como la probeta y el matraz volumétrico.

Específicos

1.1 Preparar soluciones a partir de soluciones concentradas. 1.2 Determinar las características del soluto y del solvente. 1.3

Aplicar los conocimientos necesarios para la preparación de disolventes, teniendo en cuenta los cálculos matemáticos para conseguir las cantidades exactas.

3

2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Soluciones, preparación y valoración Solubilidad La solubilidad es la capacidad que tiene una sustancia para disolverse en otra, la solubilidad de un soluto es la cantidad de este. Algunos líquidos, como el agua y el alcohol, pueden disolverse entre ellos en cualquier proporción. En una solución de azúcar en agua, puede suceder que, si se le sigue añadiendo más azúcar, se llegue a un punto en el que ya no se disolverá más, pues la solución está saturada. La solubilidad de un compuesto en un solvente concreto y a una temperatura y presión dadas se define como la cantidad máxima de ese compuesto que puede ser disuelta en la solución. En la mayoría de las sustancias, la solubilidad aumenta al aumentar la temperatura del solvente. En el caso de sustancias como los gases o sales orgánicas de calcio, la solubilidad en un líquido aumenta a medida que disminuye la temperatura. Propiedades físicas de las soluciones Cuando se añade un soluto a un solvente, se alteran algunas propiedades físicas del solvente. Al aumentar la cantidad del soluto, sube el punto de ebullición y desciende el punto de solidificación. Así, para evitar la congelación del agua utilizada en la refrigeración de los motores de los automóviles, se le añade un anticongelante (soluto). Pero cuando se añade un soluto se rebaja la presión de vapor del solvente. Otra propiedad destacable de una solución es su capacidad para ejercer una presión osmótica. Si separamos dos soluciones de concentraciones diferentes por una membrana semipermeable (una membrana que permite el paso de las moléculas del solvente, pero impide el paso de las del soluto), las moléculas del solvente pasarán de la solución menos concentrada a la solución de mayor concentración, haciendo a esta última más diluida. Estas son algunas de las características de las soluciones:

4

Las partículas de soluto tienen menor tamaño que en las otras clases de



mezclas. 

Presentan una sola fase, es decir, son homogéneas.



Si se dejan en reposo durante un tiempo, las fases no se separan ni se observa sedimentación, es decir las partículas no se depositan en el fondo del recipiente.



Son totalmente transparentes, es decir, permiten el paso de la luz.



Sus componentes o fases no pueden separarse por filtración

Concentración de una solución La concentración de una solución lo da el número de moléculas que tenga que tenga el soluto de una sustancia y el número de moléculas que tiene el resto de la sustancia. Existen distintas formas de decir la concentración de una solución, pero las dos más utilizadas son: gramos por litro (g/l) y molaridad (M). Los gramos por litro indican la masa de soluto, expresada en gramos, contenida en un determinado volumen de disolución, expresado en litros. Así, una solución de cloruro de sodio con una concentración de 40 g/l contiene 40 g de cloruro de sodio en un litro de solución. La molaridad se define como la cantidad de sustancia de soluto, expresada en moles, contenida en un cierto volumen de solución, expresado en litros, es decir: M = n/V. El número de moles de soluto equivale al cociente entre la masa de soluto y la masa de un mol (masa molar) de soluto. Por ejemplo, para conocer la molaridad de una solución que se ha preparado disolviendo 70 g de cloruro de sodio (NaCl) hasta obtener 2 litros de solución, hay que calcular el número de moles de NaCl; como la masa molar del cloruro de sodio es la suma de las masas atómicas de sus elementos, es decir, 23 + 35,5 = 58,5 g/mol, el número de moles será 70/58,5 = 1,2 y, por tanto, M = 1,2/2= 0,6 M (0,6 molar).

COMPONENTES Y TIPOS DE SOLUCIONES. Los componentes de una solución son el soluto y el solvente. El soluto se encuentra en menor cantidad dentro de la solución y es la fase de menor proporción. Es la sustancia que se disuelve hasta un tamaño de magnitud 5

atómico, molecular o iónico de (10-8 a 10-7 cm). El solvente es la sustancia que disuelve al soluto, se encuentra en mayor cantidad y es la fase de mayor proporción.5 Las soluciones pueden presentarse en los tres estados ordinarios de la materia: Sólido, líquido y gaseoso. Clasificación de las soluciones

POR SU ESTADO

POR SU CONCENTRACION

SOLUCION NO-SATURADA;

es aquella

en

donde la fase dispersa y la dispersante no están en equilibrio a una temperatura dada; es decir, ellas pueden admitir más soluto hasta alcanzar su

SÓLIDAS

grado de saturación. Ej.: a 0 ºC 100 g de agua disuelven 37,5 NaCl, es decir, a la temperatura dada, una disolución que contengan 20g NaCl en 100g de agua, es no saturada.

SOLUCION SATURADA: en estas disoluciones hay un equilibrio entre la fase dispersa y el medio dispersante, ya que a la temperatura que se tome

LIQUIDAS

en consideración, el solvente no es capaz de disolver más soluto. Ej. una disolución acuosa saturada de NaCl es aquella que contiene 37,5 disueltos en 100 g de agua 0 ºC.

SOLUCION SOBRE SATURADA: representan un tipo de disolución inestable, ya que presenta disuelto más soluto que el permitido para la

GASEOSAS

temperatura dada. Para preparar este tipo de disoluciones se agrega soluto en exceso, a elevada temperatura y luego se enfría el sistema lentamente. Estas soluciones

6

son inestables, ya que al añadir un cristal muy pequeño del soluto, el exceso existente precipita; de igual manera sucede con un cambio brusco de temperatura.

Las soluciones en las cuales el agua es el solvente se denominan soluciones acuosas. Las soluciones acuosas son comunes en la naturaleza y de suma importancia en todos los procesos vitales, áreas científicas y diversidad de procesos industriales. Una solución o mezcla homogénea se forma si se presenta interacción molecular apropiada entre el soluto y el solvente. El mecanismo con que se efectúa un proceso de interacción molecular es la solvatación o solubilidad. La solubilidad es la cantidad mínima de soluto que puede contener una determinada cantidad de solvente en ciertas condiciones de presión y temperatura. CONCENTRACIÓN DE UNA SOLUCIÓN

Cuando hablamos de concentración, esto indica la cantidad de soluto disuelto en una determinada cantidad de solvente, y puede ser expresada en términos Cualitativos y Cuantitativos. UNIDADES FÍSICAS. - La relación entre soluto y solvente se expresa generalmente en

partes de soluto en peso o volumen, por cada 100 partes en peso o volumen de solvente o de solución; estas unidades son las siguientes: CONCENTRACIÓN PORCENTUAL MASA SOBRE MASA (% M/M). - Se define como la

cantidad en gramos de soluto contenido en 100 g de solución. CONCENTRACIÓN PORCENTUAL MASA SOBRE VOLUMEN (%M/V). - Se define como la

cantidad en gramos de soluto contenido en 100 cm3 de solución. CONCENTRACIÓN PORCENTUAL VOLUMEN SOBRE VOLUMEN (%V/V). - Se define como la

cantidad en cm3 de soluto contenido en 100 cm3 de solución. CONCENTRACIÓN EN PARTES POR MILLON (p.p.m). - Corresponde a la cantidad en miligramos de soluto disueltos en un litro de solución o a la cantidad de miligramos de soluto disueltos en un kilogramo de solución. Esta unidad de expresión de la concentración de una solución se emplea, preferiblemente, para soluciones en que la cantidad de soluto es muy baja.

UNIDADES QUÍMICAS.- Existen cuatro modos de expresar la concentración utilizando unidades de medida, propias de las teorías químicas, en tres de ellas se utiliza el mol como unidad (molaridad M, molalidad m y fracción molar X) y en la última se utiliza el peso equivalente como unidad de concentración (normalidad N MOLARIDAD (M). - Expresa la concentración en moles de soluto disueltos en un litro de solución.5 MOLALIDAD (m).- Expresa la concentración en moles de soluto contenidos en un kilogramo de solvente 7

FRACCIÓN MOLAR (X).- Es el número de moles de soluto o de solvente respecto al número total de moles de la solución. El porcentaje molar (%mol) de un compuesto no es más que la cantidad de moles de un compuesto expresado en base 100 o simplemente la fracción molar por cien. NORMALIDAD (N).- Expresa la concentración de una solución en equivalentes-gramo de soluto por litro de solución. Equivalente-gramo es la cantidad de sustancia que reacciona con 1,008g de hidrogeno, es decir, con un átomo-gramo de este elemento.

3. MATERIALES Y REACTIVOS 

Balanza analítica



Vidrio de reloj



2 Matraces volumétricos de 100 mL



1 Matraces volumétricos de 50 mL



2 Pipetas graduadas de 10 mL



Frasco lavador



Pera



Ácido clorhídrico



Espátula



Agitador de vidrio



Embudo pequeño



1 Beaker 100mL

.

PROCEDIMIENTO

Calcular el volumen necesario para preparar 100 mL de solución de ácido clorhídrico 0.1M. Con ayuda de una pipeta, tomar el volumen de ácido clorhídrico calculado y adicionarlo a un matraz aforado de 100 mL, aforar con agua y agitar suavemente. 8

Mediante el uso del método de dilución y partiendo de la solución de ácido clorhídrico 0.1M diseñe en detalle el procedimiento que se debe seguir para preparar 100 mL de solución 0.01 M. Preparar 100g de una solución al 10% en peso de NaCl Pese un beaker de 100 mL. Anote el peso. Agregue al beaker porciones de NaCl hasta que el peso adicional corresponda a 10g. Ahora se miden 90mL de agua con la probeta (asumir la densidad del agua 1g/mL) y se agregan al beaker con el NaCl para formar la solución agite con una varilla de vidrio para ayudar el proceso de dilución. Haga los cálculos respectivos para determinar las cantidades de sustancias a utilizar. 4.1. ANALISIS Y RESULTADO. Tendremos en cuenta que una solución es una mezcla homogénea de dos o más sustancia que no reaccionan entre sí, donde el componente mayoritario se llama solvente y el minoritario soluto. Al inicio del video preparan una solución a partir de un soluto solido de concentración 10% peso en volumen y un colorante vegetal como soluto la expresión 10%P/V significa que por cada 100mL de solución se encuentra se encuentran disueltos 10g de soluto en este caso se preparó un volumen de 100 mL de solución por lo que se debió pesar 10g de colorante, los elementos que se usaron para preparar esa solución son: -

Balanza Papel aluminio Espátula Vaso de precipitado Matraz de 100Ml Varilla de vidrio Iceta con agua Embudo Colorante vegetal

Lo primero que se realiza es pesar la cantidad de colorante que se ha calculado, luego el proceso de disolución se realiza en un vaso de precipitado y revolviendo con la varilla de vidrio si es necesario, para esto colocamos el soluto pesado en el vaso y agregamos un volumen de agua inferior al volumen final que debe tener la solución, algunas veces la disolución de una sustancia es exotérmica por lo que se notara que el vaso de precipitado se calienta como consecuencia del calor liberado en el proceso de disolución, otras veces la disolución es endotérmica y es necesario calentar el vaso de precipitado para que todo el soluto se disuelva bien, una vez hecho esto se debe llevar la solución al volumen final deseado, que en el 9

caso del video son 100mL para esto se emplea un matraz aforado, se transfiere la solución al matraz aforado con la ayuda de un embudo, luego se enlaza con agua destilada con cuidado para no pasar la marca que indica el volumen. Para homogeneizar la mezcla se tapa el matraz y se mezcla por inversión suavemente, se almacena la solución en un frasco seguro con el embudo.

Como segundo ejemplo se preparará una solución a partir de un soluto líquido. En este caso prepararon una solución de etanol a 5% volumen en volumen, para visualizar más fácilmente le agregaron al alcohol un colorante azul, la expresión 5%V/V significa que por cada 100mL de solución se encuentra disuelto 5mL de soluto, en este caso prepararon 50mL de esta solución por lo que se debe tomar 2,5mL de alcohol.

Los elementos que se usaron para esta solución fueron:

-

Vaso de precipitado Matraz de 50mL Iceta con agua Embudo Pipeta Propipeta

Para tomar la alícuota necesaria de acuerdo a los cálculos se emplea una pipeta de vidrio, utilizando las válvulas de la propipeta se aspira los 2,5mL de soluto necesario para preparar esta solución y se transfiere directamente al matraz, para enrazar la solución al volumen final se procede de igual manera que el ejemplo anterior, se agrega agua con un embudo y se enraza cuidadosamente en el aforo del matraz, finalmente se transfiere la solución resultante a un frasco seguro y correctamente rotulado. Al final explican las reglas que se debe tener dentro del laboratorio para evitar problemas, en este video las sustancia empleadas fueron inocuas por lo que no fue necesario el uso de otros elementos. .

10

5. CONCLUSIONES

5.1 Con el contenido del presente informe, se concluye que se conocieron las diferentes formas de expresar las concentraciones de una solución, estas se pueden dar en relaciones de porcentaje de la cantidad de soluto sobre la cantidad de solución ya sea dada en volumen o en peso o peso-volumen. También existen otras formas de expresarlas que son: la molaridad (M) en relación de moles del soluto en litros de la solución. La molalidad (m) que se expresa en relación moles del soluto sobre kilogramos del solvente. La normalidad (N) que está en relación de equivalente en gramos por litros de solución. Para finalizar, es bueno indicar dos situaciones muy importantes con respecto a la solubilidad: Si dos solutos son solubles en un mismo solvente, dependiendo de las cantidades (pequeñas) pueden disolverse ambos sin ninguna dificultad, pero en general la sustancia de mayor solubilidad desplaza de la solución a la de menor solubilidad, ejemplo: al agregar azúcar o sal a una bebida, inmediatamente se produce el escape del gas disuelto en ella. Si un soluto es soluble en dos solventes inmiscibles (no se mezclan) entre sí, el soluto se disuelve en ambos solventes distribuyéndose proporcionalmente de acuerdo a sus solubilidades en ambos solventes. En este laboratorio se han visto varios aspectos del tema de las soluciones, el cual es un tema muy extenso y muy importante para la vida de todos los seres humanos en este planeta. Este tema es muy importante porque sin los conocimientos que se tienen acerca de las soluciones, no se podría hacer más cosas con la materia prima, o con otros materiales, no se podría hacer materiales 11

indispensables para nuestras vidas como el plástico, que existen muchos tipos de este material que se usa prácticamente para todo, bueno y así como este material existen muchos otros.

6. CUESTIONARIO

6.1. ¿Qué se entiende por densidad, y cuáles son sus unidades? En física y química, la densidad es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia o un objeto sólido. Unidades de medida sistema internacional 

Kilogramo por metro cúbico – (kg/m³)



Gramo por centímetro cúbico – (g/cm³)



Kilogramo por litro – (kg/L) o kilogramo por decímetro cúbico. La densidad del agua es aproximadamente 1 kg/L – (1000 g/dm³ igual a 1 g/cm³ igual a 1 g/mL).



Gramo por mililitro – (g/mL), que equivale a (g/cm³).



Para los gases suele usarse el gramo por decímetro cúbico – (g/dm³) o gramo por litro (g/L), así se consigue hacer más simple la constante universal de los gases.

Unidades de medida anglosajón 

Onza por pulgada cúbica – (oz/in³)



Libra por pulgada cúbica – (lb/in³)



Libra por pie cúbico – (lb/ft³)



Libra por yarda cúbica – (lb/yd³)



Libra por galón – (lb/gal) 12



Libra por bushel americano – (lb/bu)



Slug por pie cúbico.

6.2. ¿Por qué para poder calcular el peso equivalente de un reactivo, se debe indicar la reacción química en la cual participará éste? Porque es necesario conocer el peso atómico de el mismo y por lo cual todo se podrá realizar sabiendo la fórmula de la reacción a la cual pertenece.

6.3. ¿Qué se entiende por equivalente químico? Un equivalente químico es una mol de la función química con que actúa una sustancia. Así, en los ácidos y bases Brönted-Lowry, un equivalente ácido/base será una mol de protones e iones hidroxilo respectivamente. Por ejemplo: -Unas mol de HCl produce una mol de protones, es decir, un equivalente ácido.

6.4. ¿Por qué las soluciones preparadas de una concentración conocida se deben guardar en frascos tapados? Las soluciones y todos los reactivos se deben tapar con el fin de evitar su contaminación, ya que si se dejan al aire libre estarían expuestas a todo tipo de partículas que pueden bajar su pureza y en algunos casos los recipientes tienen que ser de características especiales.

6.5. ¿Qué cuidados se debe tener en la preparación y conservación de una so...