LAB-8 SOLUCIONES Y DILUCIONES

UNIVERSIDAD DE PANAMÁ

FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS

QUÍMICA GENERAL (QM 104)

LABORATORIO Nº 8 

SOLUCIONES Y DILUCIONES

       

1.    INTRODUCCIÓN

En nuestro diario vivir nos encontramos con soluciones expresadas en diferentes concentraciones, ya sea en suplementos vitamínicos, abonos líquidos, medicamentos, bebidas y preparación de alimentos entre otros.  Una disolución está formada por dos o más componentes en los cuales su presentación física generalmente es homogénea.

Una solución está formada principalmente por el soluto, el cual se encuentra en menor cantidad y, por el solvente, el cual se encuentra en mayor cantidad.  Estos componentes pueden estar en los diferentes estados de la materia; sin embargo nos dedicaremos a los estados sólido y líquido.  Las cantidades de soluto y solvente presentes en una solución pueden expresarse en términos de concentración.

En esta experiencia el estudiante se familiarizará con la preparación de soluciones o disoluciones y diluciones en diferentes unidades de concentración, tanto físicas como químicas, como lo son: porcentaje (p/p, m/v, v/v), partes por millón (ppm), proporciones, macros, normalidad y molaridad.

2.    OBJETIVOS

GENERAL

·         Conocer las diferentes formas de expresar la concentración de soluciones.

ESPECÍFICOS:

·         Preparar diluciones a partir de soluciones de concentración conocida.

·         Expresar las soluciones en términos de concentración conociendo las cantidades de soluto y solvente.

3.    CONCEPTOS PREVIOS

¨      soluto                                 solvatación

¨      solvente                             dilución

4.    MATERIALES Y REACTIVOS

-Cristalería (vasos químicos de 250mL, policial, matraz volumétrico de 100mL, probeta (50mL, 100mL, 150mL), pipeta volumétrica ).

-Reactivos (NaCl, , Alcohol desnaturalizado).

5.    MARCO TEÓRICO

Las soluciones o disoluciones están formadas por dos componentes principalmente, ellos son el soluto y el solvente.  El soluto es el que se encuentra en menor cantidad y el que se disuelve.  Por otro lado, el solvente es el que se encuentra en mayor cantidad y es sobre el cual se disuelve.  Generalmente las soluciones están formadas por sustancias en estado líquido y sólido, pero no significa que son las únicas que existen, ya que podemos encontrar una combinación de estados.  Una mezcla de alcohol y agua es un ejemplo de líquido en líquido y  el gas en la soda es un ejemplo de gas en líquido entre otros.

La solubilidad es una medida en que el soluto de una solución se disolverá en el solvente.  El proceso de disolución comprende de tres tipos de interacciones a saber: solvente-solvente, soluto-soluto y soluto-solvente.  Las mismas son determinantes en la disolución de los componentes.

De acuerdo a la solubilidad las soluciones pueden ser de tres tipos: solución saturada, insaturada y sobresaturada.  Una solución es saturada cuando contiene la cantidad de soluto exacta que puede disolver el solvente y además está en equilibrio.  Por otro lado, una solución insaturada es aquella que contiene menos de la cantidad de soluto que el solvente pueda disolver.  Finalmente una solución sobresaturada es aquella que contiene mayor cantidad de soluto que en la solución saturada.

Los tres factores que determinan la solubilidad de una sustancia son el tamaño de la partícula, la temperatura y la presión.  En la medida que las partículas del soluto son más pequeñas, mayor es la superficie de contacto para que las moléculas del solvente puedan disolverlas. 

En cuanto a la presión y temperatura se puede decir que ambos no son taxativos, ya que la solubilidad de algunas sustancias es mayor con el aumento de la temperatura o viceversa, dependiendo de las energías de formación.  De igual forma ocurre con la presión, unas sustancias se disuelven más fácilmente a presiones mayores que otras a presiones menores.

Cuando hablamos de concentración de la solución nos estamos refiriendo a la cantidad de soluto que existe disuelto en una determinada cantidad de solución a una temperatura específica.  Las mismas pueden ser expresadas a través del porcentaje (%) en peso/peso (p/p) y  peso/volumen (p/v); partes por millón (ppm), la molaridad (M), la normalidad (N) y la molalidad (m) principalmente.  A continuación veremos las ecuaciones para cada una de ellas.

1.    Porcentaje (%) (p/p) = 100  x  g soluto / (g soluto + g solvente)

2.    Porcentaje  (%) (p/v) = 100  x  g soluto / mL solución

3.    Partes por millón (ppm) =  mg soluto / L solución

4.    Molaridad (M)  =  mol soluto / L solución  

                              M    = g soluto  / (PM soluto  x  L solución)

5.    Normalidad (N) =  g soluto  /  (Peq  x  L solución) 

         donde  Peq =  PM soluto / # eq ( #H⁺ , #OH^- , #e^- o  valencia)

6.    Proporciones: está dada por las proporciones de los solutos a disolver en el solvente que estará definido como el volumen de solución.

7.    Macros: está definido para soluciones que desean ser concentradas, ya que sus constituyentes se encuentran en pequeñas cantidades y se hace difícil su mensura..

8.    Molalidad (m)= mol soluto / Kg solvente =g soluto / ( PM soluto x Kg solvente)

6.    TÉCNICA OPERATORIA

A.           PREPARACIÓN DE SOLUCIONES

1.    Soluciones en Porcentaje (m/m)

·         Prepare 10g de  MgSO₄ al 12% en NaCl.

·         Identifique el soluto y el solvente. Utilice la ecuación para calcular la masa.

Cálculos:

%(m/m)=       g_soluto     x   100  /(g_soluto  +  g_solvente)

Reemplazando los valores:

                         12%  =              gramos_MgSO4    x    100

                            10g

Despejando:              (10g) (12%)  =  gramos_MgSO4

 100%

                                       1,2    =  gramos_MgSO4

·         Para calcular los gramos de NaCl lo obtenemos por diferencia:

Gramos de la mezcla =  gramos de soluto  +  gramos de solvente

                                               10g        =            1,2              +   gramos de NaCl

Despejamos:                  10g  -  1,2g  =        gramos de NaCl

                                              8,8g      = gramos de NaCl

·         Pese en una balanza con sensibilidad de 0,1g :    1,2g de MgSO₄ y mézclelo con 8,8g de NaCl.  Mezcle ambos compuestos. 

El rótulo debe decir : MgSO₄ 12%  /  NaCl

2.    Soluciones en Porcentaje (m/v)

a.    Prepare 150mL de NaCl al 0,75%

·         Identifique el soluto y el solvente. Utilice la ecuación para calcular la masa requerida.

Cálculos:

      %(m/v)=       g_soluto     x   100  / mL solución

Reemplazando:                          0,75 %  =              gramos NaCl   x    100

                                                                                              150mL

Despejando:             (150mL) (0,75%)  =  gramos NaCl

                                               100%

                 1,125    =  gramos de NaCl

·     Pese en una balanza con sensibilidad de 0,01g:    1,125g de NaCl y disuélvalo en un vaso químico utilizando un policial, trasváselo a una probeta de 150mL ó 200mL (también puede utilizar un vaso químico de 250mL) y llévelo a un volumen de 150mL de agua.  Envasar y rotular NaCl 0,75%.

b.      Prepare la solución de NaCl al 4% sabiendo que se requieren 3mL por muestra para un análisis, son cinco grupos de estudiantes y cada grupo analizará 3 muestras.

·      Identifique el soluto y el solvente.  Calcule el volumen requerido de la solución.  Utilice la ecuación para calcular la masa.

Cálculos:

-Para obtener el volumen necesario= mL de NaCl x Grupos x muestras

                                                                 =   3mL   x    5     x    3

                                                                 =  45 mL de solución de NaCl

-Para preparar los 45mL de NaCl al 4% partimos de la siguiente ecuación para calcular los gramos:

      %(m/v)=       g_soluto     x   100  / mL solución

Reemplazando:                              4 %  =              gramos NaCl   x    100

                                                                                              45mL

Despejando:                   (45mL) (4 %)  =  gramos NaCl

                                         100%

                                                    1,8    =  gramos de NaCl

·      Pese en una balanza de sensibilidad mínima de 0,1g:     1,8g de NaCl y disuélvalo en un vaso químico utilizando un policial, trasváselo a una probeta de 50mL y complete el volumen hasta los 45mL.  Envasar y rotular NaCl 4%

3.    Soluciones en Porcentaje (v/v)

c.    Prepare 100mL de Etanol al 95%

·    Identifique el soluto y el solvente. Utilice la ecuación para calcular el volumen requerido.

Cálculos:

                                                     %(v/v)=       mL_soluto     x   100  / mL solución

Reemplazando:                         95 %  =              mL Etanoll   x    100

                                                                                  100mL

Despejando:             (100mL) (95%)  =  mL Etanol

                                               100%

                                                  95    =  mL Etanol

·    Mida 95mL en una probeta de 100mL y complete el volumen con agua hasta la marca de 100mL.  Envasar y rotular Etanol 95%..

d.    Prepare 150mL de Etanol al 40%

·   Identifique el soluto y el solvente. Utilice la ecuación para calcular el volumen requerido.

Cálculos:

                                                      %(v/v)=       mL_soluto     x   100  / mL solución

Reemplazando:                          40 %  =              mL Etanol   x    100

                                                                                              150mL

Despejando:             (150mL) (40%)  =  mL Etanol

                                               100%

                                                       60    =  mL  Etanol

·         Mida 60mL en una probeta de 150mL o 200mL y complete el volumen con agua hasta la marca de 150mL.  Envasar y rotular Etanol 40%.

4.    Soluciones en ppm

e.    Prepare 100mL que contengan 3456ppm de NaCl.

·         Identifique el soluto y el solvente. Haga las transformaciones correspondientes de masa y volumen.

Cálculos:                                                ppm =       mg_soluto     / L solución

Reemplazando:                          3456mg/L  =     mg NaCl  

                                                                                   0,100L

Despejando:             (0,100L) (3456mg/L)  =  mg NaCl

                                                       345,6    =  mg NaCl

Como la balanza analítica mide en gramos transformamos recordando la equivalencia donde:  1g= 1000mg                     g= 345,6mg  x   1g/1000mg

                                                           g= 0,3456 g NaCl

·         Pese en una balanza con sensibilidad de 0,0001g:    0,3456g de NaCl y disuélvalo en un vaso químico utilizando un policial con 50mL de agua, trasváselo a un matraz volumétrico de 100mL y afore.  Selle con papel parafilm y homogenice.  Envasar y rotular 3456 ppm NaCl.

5.    Soluciones y diluciones en Molaridad

a.    Prepare 100mL de Ba(OH)₂  0,0500M

·         Identifique el soluto y el solvente. Utilice la ecuación para calcular la masa requerida.  Si los pesos moleculares son los siguientes: Ba= 137 g/mol;  O= 16 g/mol;  H =1,0 g/mol.  Recuerde que la Molaridad está expresada en mol/L.

Cálculos:                                                                               M =       g_soluto / PM  x  L solución

Reemplazando:                                               0,05000 mol/L  =         g Ba(OH)₂

                                                                                                           171 g/mol  x  0,100 L

Despejando:             (0,100 L) (171 g/mol) (0,0500 mol/L)  =  g Ba(OH)₂

                                                                                     0,855    =  g Ba(OH)₂

·   Pese en la balanza analítica 0,8550 g de  Ba(OH)₂   disuélvalo en 20 mL de agua destilada, trasváselo a un matraz volumétrico de 100 mL y afore.  Rotule.

b.    Prepare 100mL de Ba(OH)₂ 0,01500 M a partir de Ba(OH)₂ 0,0500 M

·   Esta preparación se trata de una dilución a partir de una solución de mayor concentración (madre), por lo tanto se utilizará la ecuación C1 x v1 = C2 x V2

·     Calculemos el volumen que se requiere de la solución madre (Ba(OH)₂ 0,0500 M 

                    Cálculos:                   Madre            Hija

C1  X  V1 = C2  X  V2

,0500M)  x  V1   =   (0,0150 M)  x  (100 mL)

             Despejando:                           V1    =  (0,0150 M)  x  (100 mL)

                                                                                              0,0500 M

                                                             V1   =   30 mL

·         Mida con una pipeta volumétrica o bureta 30 mL de la solución madre Ba (OH)₂  0,0500M y viértalos a un matraz volumétrico de 100 mL y afore con agua destilada.  Rotule

6.    Soluciones y diluciones en Normalidad

a.    Prepare 100mL de Ba(OH)₂ 0,0500N.

·         Identifique el soluto y el solvente. Utilice la ecuación para calcular la masa requerida.  Si los pesos moleculares son los siguientes: Ba= 137 g/mol;  O= 16 g/mol;  H =1,0 g/mol.  Recuerde que este compuesto tiene 2 OH-^, por lo tanto 2 equivalentes y la Normalidad está expresada como eq/L

Cálculos:                  Peq = PM /eq

                                    Peq Ba(OH)₂ =  171 g/mol  /2 eq/mol

                                               =  85,5g/eq

        N  = g_soluto / Peq  x  L solución

Reemplazando:                                               0,05000 eq/L  =         g Ba(OH)₂

                                                                                                           85,5 g/eq  x  0,100 L

Despejando:             (0,100 L) (85,5 g/eq) (0,0500 eql/L)  =  g Ba(OH)₂

                                                                                     0,4275    =  g Ba(OH)₂

·     Pese en la balanza analítica 0,4275 g de  Ba(OH)₂   disuélvalo en 20 mL de agua destilada, trasváselo a un matraz volumétrico de 100 mL y afore.  Rotule

b.    Prepare 100mL de Ba(OH)₂ 0,0100 N a partir de Ba (OH)₂ 0,0500 N.

·         Esta preparación se trata de una dilución a partir de una solución de mayor concentración (madre), por lo tanto se utilizará la ecuación C1 x V1 = C2 x V2

·         Calculemos el volumen que se requiere de la solución madre (Ba(OH)₂ 0,0500 N 

Cálculos:                                          Madre            Hija

C1  X  V1 = C2  X  V2

(0,0500M)  x  V1   =   (0,0100 M)  x  (100 mL)

Despejando:                                                V1    =  (0,0100 M)  x  (100 mL)

                                                                                              0,0500 M

                                                                       V1   =   20 mL  

·         Mida con una pipeta volumétrica o bureta 20 mL de la solución madre Ba (OH)₂  0,0500M y viértalos a un matraz volumétrico de 100 mL y afore con agua destilada.  Rotule.

7.    Soluciones en Proporciones

a.    Prepare 500mLde solución 3:2:7 en Ba(OH)₂ 0,0500M, etanol 15% y H₂O 

·         Hagamos los cálculos para la siguiente ecuación:

                  3X  +  2X  +  7X  =  500 mL

                                         12X =  500

                                             X  =  500 / 12  =   41,7

·         El factor X = 41,7 ahora resolvamos los volúmenes para cada solución multiplicando por el factor las veces que corresponda según la proporción.

Ba(OH)₂  =  3X =  3  x  41,7  =  125,1 mL

Etanol 15% =  2X  =  2  x  41,7  =   83,4 mL

Agua       =  7X  =  7  x  41,7  =   291,9 mL

·                Mezcle en un vaso químico de 600mL o 1 L las soluciones. Rotule.

8.    Soluciones en Macro

a.    Para el siguiente mix de nutrientes prepare 500mLde solución macro 7X.

2348 ppm KCl;  1256 ppm NaCl;  4567 ppm Mg SO₄

·         Para preparar esta solución macro haremos un cuadro

Sal	ppm (mg/L)	*mg/500 mL	**7X  (mg)	***gramos
KCl	2348	1174	8218	8,218
NaCl	1256	628	4396	4,396
Mg SO4	567	284	1988	1,998

*Para calcular los mg en 500mL sólo hay que dividir entre dos porque es la mitad de 1L (1000mL).

**Para calcular los mg en la solución 7X sólo hay que multiplicar por 7.

***Para transformar los miligramos a gramos recuerden la equivalencia: 1g=1000mg

·      En 200mL de agua destilada adicione una por una las sales y disuélvala, luego trasvase al matraz volumétrico de 500mL (también se puede utilizar un matraz erlenmeyer,  afore y rotule.

BIBLIOGRAFÍA.

ANDER, P.; SONNESSA, A.  1982.  Principios de química.  Introducción a los conceptos teóricos.  Limusa.  México.  845 p.

CHANG, R.  1994.  Química.  4° Edición.  McGraw-Hill.  México.  1091 p.

MORTIMER, G.  1983.  Química.  Segunda edición.  Nueva Editorial Iberoamericana.  México.  770 p..