PREPARACIÓN DE SOLUCIONES ACUOSAS

PREPARACIÓN DE SOLUCIONES ACUOSAS David Bastidas, Oscar Ossa Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad del Valle, Cali, Marzo 2011

Resumen En este laboratorio denominado denominado “preparación “preparación de soluciones soluciones acuosas” se llevaron llevaron acabo cuatro experimentos los cuales pretendían darnos mecanismos para lograr conocer la cantidad real de soluto o solvente presente en una disolución. Se estudiaron unas expresiones de cómo se podría expresar una solucion en términos de unas variables, las cuales a través de este laboratorio nos ayudaron a resolver los problemas expuestos en la guía. En el primer experimento se identifico la concentración de NaCl en una solucion acuosa (agua), en el segundo y tercero se utiliza una de las expresiones para identificar y encontrar soluciones denominada Moralidad (M) esta se utiliza para hallar las moles de soluto en los dos casos además se completo el desarrollo de estos problemas con análisis dimensional, el cuarto y último punto de la practica se utilizo una fórmula para para diluc dilución ión,, así de pudo pudo halla hallarr una sustan sustancia cia de menor menor concen concentra tració ción n de una una de mayor  mayor  concentra concentración ción.. En todos todos los pasos se tiene que tuvo en cuenta el adecuado adecuado manejo manejo de cifras significativas significativas tema muy importante en la química. Palabras claves: concentración, disolución, soluto, solvente, dilución

1. Intr Introd oduc ucci ción ón

mencionan algunas maneras de expresar la concentración de disoluciones:

En este laboratorio se trata de entender y apren aprender der técni técnicas cas para para la prepa preparac ración ión de disolucio disoluciones nes acuosas, acuosas, además además de conocer  conocer  las maneras de expresar sus concentraciones.

-

Número ro de Mole Moless de Molaridad (M): Núme soluto por un litro de solución. Esta dada de la siguiente manera: Fórmula 1

Una disolu disolución ción es una una mezcla mezcla homogéne homogénea a de dos o más sustancias, en la cual está presente uno o varios solutos (los de menor  prop propor orci ción ón)) y un solv solven ente te (el (el de mayo mayor  r  proporción) [3], siendo una disolución acuosa aque aquelllla a en la que que su solv solven ente te es en su mayoría agua [4].

-

[6]

Porcentaje (%):

%(p/p)=

* 100

Formula 2 [6]

Es el peso del soluto por 100 unidades sobre el peso de la solucion.

Las disolucio disoluciones nes tienen tienen una concentra concentración ción,, que que es la medi medida da de cant cantid idad ad de solu soluto to presente en una cantidad de solvente (o en una solucion solucion)) [7]. Se pued uede expr expre esar sar de disti stintas tas manera neras. s. A con contin tinuació ación n se

%(v/v)=

1

Formula 3

[6]

Es el volumen del soluto por 100 unidades sobre el volumen de la solucion.

* 100

%( p/v)=

formula 4

y la sal disuelta en ella, dando como resultado 198.3 g. (Erlenmeyer con agua y sal) = 198.3 g

[6]

Entonces:

Es el peso del soluto por 100 unidades sobre el volumen de la solucion.

(198.3 g) – (98.45 g) = 99.8 g Esta ecuación solo es válida cuando se trabaja (p/p) o (v/v) porque se trabaja con las mismas unidades.

Siendo  p, el peso y v, el volumen. En el momento de que se necesite convertir  unidades, se utiliza el análisis dimensional que es un método que ayuda a garantizar  que las soluciones a los problemas tengan las unidades adecuadas: [8] Unidad dada*

Entonces se puede reemplazar así: 99g H2O + 1g NaCl = 100g de esta solucion Ahora podemos utilizar la formula 2 para averiguar la solucion de cada sustancia

= unidad deseada

* 100

%(p/p)= En la práctica se tiene que reducir la concentración de una solucion. Esto se hace por medio de la práctica de la dilución, ésta se define como el paso de una solucion de mayor concentración (solucion madre), a una de menor concentración [1]. La dilución está definida por la siguiente ecuación [2]:

M 1V 1 = M 2V    2 

%NaCl =

*100 = 1.002%

%H2O = Se requiere hallar cuántos gramos de NaHCO3 se requieren para preparar 50 mL de una solución a 0.20 M: Se determina la cantidad de soluto (en moles) necesaria para que una solución de 50 mL tenga una concentración de 0.20M, por medio de la formula 1:

[6]

Fórmula 5 

Siendo en esta fórmula, M 1 y M 2 , la molaridad de las disoluciones y V 1 y V 2 , el volumen que ocupan las disoluciones dadas [5].

Despejando moles de soluto:

2. Datos, cálculos y resultados

Moles de soluto

Se pesó el erlenmeyer con una precisión de ± 0.1 g, obteniendo 98.45 g, después de esto, se añadió al erlenmeyer  1 g NaCl (sal) con una precisión de ± 0.1 g. Se procedió a medir  99ml de agua en una probeta con una precisión de ± 0.1 mL, posteriormente se llenó el erlenmeyer con el agua de la probeta, y se pesó el erlenmeyer con el agua

= M * Litros de solución

Se pasó las unidades de mL a L, así: 50 mL *

= 0.5 * 10-1 L

Reemplazando los valores:

2

Moles de soluto

=

Reemplazando los valores se obtiene:

(0.20 M) (0.5 * 10-1) = 0.1 *

10 mol. -1

Moles de soluto

Ahora, se determina cuántos gramos de NaHCO3 hay en 0.01 mol de NaHCO 3, conociendo, primero que todo, cuántos gramos tiene 1 mol de NaHCO 3, así:

(0.100 M) (2.5 * 10-2 L) = 2.5

* 10-3 mol.

Ahora se determina cuantos gramos de CuSO4. 5H2O hay en 2.5 * 10-3 moles de CuSO4. 5H2O, conociendo primero que todo, cuantos gramos tiene un mol de CuSO4.5H2O, así:

Na = (22.99 g) H = (1.008 g)

Cu = (63.55G)

C = (12.01 g)

S=

O = (3) (16.00 g)

(32.07g)

O= 9 (16.00g)

Sumando:

H =10 (1.008g)

(22.99 g) + (1.008 g) + (12.01 g) + (48.00 g) = 84.00 g

=

Sumando:

1 mol de NaHCO3

(63.55g) + (32.07g) + (144.00g) + (10.08) = 249.7g

Por medio del análisis dimensional, se determinó los gramos de 0.1 * 10 -1 mol de NaHCO3. 0.1 * 10-1 mol NaHCO3 *

249.7g

1mol de CuSO4. 5H2O

Por medio del análisis dimensional se va a determinar los gramos de 2.5 * 10-3 mol de CuSO4. 5H2O

= 8.4 * 10-1 g

NaHCO3

Esa es la masa que se necesita para hacer la solución de 50 mL a 0.20 M de NaHCO 3 que disolvió en 50 ML de agua.

2.5 * 10-3mol CuSO4. 5H2O *

En la tercer parte del laboratorio se determina la cantidad de moles de soluto, como en el anterior punto, necesarias para preparar 25.0mL de una solucion 0.100M de CuSO4 para esto se utiliza la formula 1:

Por último se realizo una dilución a partir de una solucion 0.100 M de CuSO4 para obtener 25 g de una solucion 0.020 M de CuSO4.

=

=6.2 * 10-1 g CuSO4. 5H2O

Se debe utilizar la formula 1: Moles de soluto

Para encontrar las moles de soluto cuando tiene 25.0 mL (2.5 * 10 -2 L) de una solucion de 0.20M de CuSO4

Despejando moles de soluto: Moles de soluto

= M * Litros de solución

Moles de soluto

10-4 mol.

Se pasó las unidades de mL a L, así: 25.0 mL *

= M * Litros de solución

= 2.5 * 10-2 L 3

=

(0.20 M) (2.5 * 10-2L) = 5 .0*

Tomamos los valores de la solucion resuelta en el anterior ejercicio sobre la preparación de la solucion de 0.100 M de CuSO 4 en concreto las moles de soluto (2.5 * 10 -3) Reemplazamos en la

(agua), es ligeramente menor al volumen estipulado en los cálculos de la guía. Por medio de cálculos simples, al despejar la formula de molaridad (formula 1), se puede determinar la cantidad del soluto presente en una disolución, dada, la concentración y el volumen. Con el uso del análisis dimensional, y con el correcto uso de cifras significativas (2 cifras significativas).

fórmula 5:

M 1V 1 = M 2V    2  M 1 = 0.100 M  V 1 =?

M 2  = 0.020M 

En la dilución, se hizo el cálculo para determinar cuánto volumen se tenía que trasvasar al matraz con solvente para que quedara con concentración 0.020 M. El resultado se expresó con tres cifras significativas porque en entre los productos de la operación la de cantidad menor o igual de cifras significativas son 3, siendo todos estos productos de tres cifras significativas. La disolución se trasvasó al matraz porque éste es un instrumento volumétrico exacto, ideal para medir volúmenes exactos, y la porción de de solución que se diluye, por  medio de pipeta, otro instrumento volumétrico exacto, se miden los 5 mL de la disolución madre.

V 2 = 2.5 * 10-2

Entonces:

(0.100M) (V1) = (0.020M) (0.025L)

(V1) =

= 5,000 * 10-3 L

3. Discusión de resultados En la primer parte, donde se hizo una solucion de 100 mL a 1.0% de NaCl, cuando se pesó el erlenmeyer junto con el agua y la sal ya disuelta, se obtuvo que el peso de la solución, restando el peso del erlenmeyer, es poco inferior a 100 g. Esto es debido a que, cuando se necesita exactitud en una medición hay que utilizar los instrumentos de medición que son específicos para tal fin. En realidad fue que al medir los 99 mL de agua en la probeta, ésta es un instrumento volumétrico pero su exactitud no es totalmente confiable, por ende, el volumen medido en ella no es totalmente exacto. Entonces al decir que 99 mL de agua son 99 g de agua, en este caso no aplica, ya que la medición del volumen del agua no es exactamente 99 mL, es menor. Por eso fue que al hacer el chequeo de la concentración de la solución, ésta no es 1.0 M, es ligeramente más densa, ya que el solvente

4.

1.

Solucion de Preguntas

a. Sí el menisco queda por debajo del aforo, es razonable pensar que hace falta una cantidad de volumen en la solución, ese faltante puede ser: o de solvente o de soluto. Dependiendo de cuál esté faltando, se podrá decir cuál está más concentrado que el otro.

b. Cuando el menisco sobrepasa el aforo, hablamos de un exceso se solucion, o habrá un exceso de soluto 4

en la solucion, ó un exceso de solvente. Igualmente en el punto anterior, la decisión de cuál esté más concentrado, depende de cuál solución, esté presente o más soluto o más solvente.

recipiente 1 mL de agua y en otro, 1 mL de etanol y luego éstos se combinan, se supondría lógicamente que el volumen ocupado por una cuerpo más el volumen de otro es la suma algebraica de los dos, pero no lo es. El volumen ocupado por la solucion de agua y etanol es inferior a 2 mL. Esto se debe a que en la mezcla de líquidos, las masas son aditivas, mas no los volúmenes.

c. Al quedar burbujas dentro de una solución, éstas incrementarán el volumen de dicha solución, porque las burbujas ocupan un volumen dentro de la disolución, y al haber gotas de agua en el cuello del matraz que no han bajado a la disolución, no se puede determinar su concentración, solo se sabe que la solución en ese momento está más concentrada que la disolución que se planeó hacer con todo el solvente, porque una parte de ese solvente no está presente en la disolución.

La explicación a esto es que al adicionar  el volumen de etanol al agua, el grupo – OH del etanol, interacciona fuertemente con el H+ de las moléculas del agua, mediante una unión fuerte, que se denomina puente de hidrógeno [9] Esa unión fuerte que hay entre las moléculas de agua y etanol, hacen que el volumen molar (es la cantidad de volumen que ocupa 1 mol [9]) del agua se disminuya. Al disminuir su volumen molar, el volumen que ocupa una mol de agua se hace menor, el volumen total disminuirá

d. La concentración variará de acuerdo a punto de ebullición del soluto y del solvente, pues si el solvente se evapora más rápido que el soluto, la solucion quedará más concentrada, porque parte del solvente se ha ido, se ha evaporado quedando casi el mismo soluto sobre menos solvente.

5. Conclusiones:

1.

Y si por el contrario, el soluto es que se evapora más rápido que el solvente, la concentración de la solución va a disminuir, ya que a menor soluto presente, menor será la concentración.

2. 3. 4.

No siempre esa intuición o razonamiento nos llevan a la respuesta correcta, eso pasa cuando se mide, por ejemplo, en un 5

Se puede concluir según lo expuesto en este trabajo que a mayor cantidad de soluto en una solucion esta será mayor concentrada, esta cantidad de soluto depende de la masa molar  entre mayor sea esta mayor  concentración producirá, claro que esto también depende de las propiedades del solvente, para determinar esta concentración de debe realizar un completo estudio utilizando las formulas de las soluciones necesarias para hallar este

2.

tipo de concentraciones, cantidad de soluto y de solvente y sus correspondientes volúmenes.

[7] CORRALES, F. Manual de experimentos de laboratorio para química I y II, editorial EUNED, pág. 115

También se puede concluir que la moralidad es uno de los métodos para hallar solutos y solventes mas utilizados en química y más específicamente por la estequiometria

[8] BROWN, T; BURSTEN, B; BURDGE, J. Química la ciencia central, 9 edición, editorial Pearson. Pág. 24-25 [9] UNO MÁS UNO.....¿¿¿IGUAL A DOS??? [En línea] [Fecha de consulta: 30 marzo 2011] disponible en: http://www.ucm.es/info/analitic/Asocien cia/Uno-mas-uno.pdf 

De soluciones, esta moralidad permite interconvertir el volumen de una disolución y el número de moles en el soluto. 3.

Otra conclusión es que cuando se agrega un disolvente a una disolución diluida, podemos calcular las moralidades y los volúmenes de ambas disoluciones, concentrada y diluida, si tres de las cantidades son desconocidas.

6. Bibliografía [1] ATKINS, W; JONES, L. Principios de la química: Los caminos del descubrimiento, 3ª edición, editorial Panamericana. Sección G4F55. [2] BROWN, T; BURSTEN, B; BURDGE, J. Química la ciencia central, 9ª edición, editorial Pearson. pág. 138 [3] BROWN, T; BURSTEN, B; BURDGE, J. Química la ciencia central, 9 edición, editorial Pearson. Pág. 120 [4] BROWN, T; BURSTEN, B; BURDGE, J. Química la ciencia central, 9 edición, editorial Pearson. Pág. 119 [5] BROWN, T; BURSTEN, B; BURDGE, J. Química la ciencia central, 9 edición, editorial Pearson. Pág. 147 [6] Guía de laboratorio general

6