REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN SUPERIOR INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DE CUMANA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA CUMANÁ – ESTADO SUCRE
CUMANÁ
LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL
Preparado por: T.S.U. César Daniel Franco Álvarez.
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Cumaná, Junio de 2007 ÍNDICE
Contenido Introducc Introducción. ión...... .......... .......... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......... ....
Pág. 2
Las Las uni unidad dades es de cocnt cocntrac ració ión.. n..... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...
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Dete Determ rmin inac ació iónn de de la la con conce cent ntra raci ción ón de una una sol soluc ució ión… n……… ………… ………… ………… ……..
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Determinación de la cantidad de soluto necesaria para la preparación de solu soluci cion ones es…… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………. ….....
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Cons Consid ider erac acio ione ness fina finale les… s……… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… …….… .…
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Tablas 01. Resumen de las unidades de concentración, clasificadas en base a su exac xactitud y pre precisió sión, fin finalidad dad e inst nstrume rumenntos para para su medición………............ medición………................................... .............................................. .............................................. ............................ .....
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02. Resu Resume menn de las las fórm fórmul ulas as y ecua ecuaci cion ones es requ requer erid idas as para para la determ determina inació ciónn de la concen concentra traci ción ón de soluc solucion iones es en uni unidad dades es de concentración físicas…………………………………………………...
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03. Resu Resume menn de las las fórm fórmul ulas as y ecua ecuaci cion ones es requ requer erid idas as para para la determ determina inació ciónn de la concen concentra traci ción ón de soluc solucion iones es en uni unidad dades es de concentración químicas…………………………………………………
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04. Resu Resume menn de las las fórm fórmul ulas as y ecua ecuaci cion ones es requ requer erid idas as para para la determinación de la cantidad de soluto requerida para la preparación de soluciones en unidades de concentración física……………………..
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05. Resu Resume menn de las las fórm fórmul ulas as y ecua ecuaci cion ones es requ requer erid idas as para para la determinación de la cantidad de soluto requerida para la preparación de soluciones en unidades de concentración química…………………..
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06. Características de los reactivos líquidos más comunes empleados en el laboratorio………………………………………………………...
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Bibl Biblio iogr graf afía ía…… ………… ……… …………… ……………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… ………… …… INTRODUCCIÓN
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El entorno entero donde nos encontremos está constituido por mezclas, ellas nos rodean y para cualquier lado donde miremos observaremos mezclas. El suelo es una mezcla de minerales y materia orgánica, el agua (de mar, ríos, lagos, estanques, canales, aguas servidas residuales, aguas de lluvia, etc.) también es una mezcla de diversas sustancias disueltas o no en ella, el cemento y los ladrillos que constituyen una edificación, las aleaciones metálicas, el plástico, la madera, incluso los diferentes fluidos en el cuerpo humano son mezclas. Las Las mezc mezcla lass pued pueden en ser ser Heterogénea s, s, cuan cuando do pued pueden en apre apreci ciar arse se con con facilidad los diferentes constituyentes que las conforman, al estar separadas por superficies definidas y constituyendo, desde el punto de vista químico, diversas fases. En cambio, si las partes que constituyen una mezcla no pueden distinguirse, distinguirse, es decir presenta una sola fase, se esta en presencia de una mezcla Homogénea. El ejemplo más significativo de una mezcla homogénea, aparte de los coloides, son las disoluciones. Una disolución es la dispersión uniforme de unas partículas en el seno de otras, construyendo un sistema uniforme (homogéneo) de dos o más sustancias, estableciéndose estableciéndose que la ho homo moge gene neid idad ad es cuan cuando do sus sus prop propie ieda dade dess físi física cass y químicas son idénticas en todas las partes de la misma . Una disolución está formada por un soluto y un disolvente. El soluto es la sustancia que se disuelve (o que se dispersa), en general es la que que se encu encuen entr traa en meno menorr cant cantid idad ad,, mi mien entr tras as que que el disolvente, ll llam amad adoo frecuentemente solvente, es aquella que dispersa al soluto y se encuentra en mayor proporción. Una disolución puede estar formada por uno o más solutos y disolventes, disolventes, pero para simplificar su estudio se consideran aquellas disoluciones constituidas por dos sustancias únicamente: un soluto y un disolvente, es decir, un sistema binario. Dependiendo de la proporción en que se encuentre el soluto con respecto al solvente, se pueden clasificar a las disoluciones como: •
Insaturadas o diluidas: son aquellas que contienen contienen una cantidad de soluto meno menorr a la máxi máxima ma que que pued puedee diso disolv lver erse se en una una cant cantid idad ad defi defini nida da de disolvente, a una temperatura determinada. Este es el tipo más común.
•
Saturada Saturadass o concentr concentradas adas:: este tipo se disoluci disoluciones ones contienen contienen la máxima máxima cant cantid idad ad de solu soluto to que que pued puedee diso disolv lver erse se en una una cant cantid idad ad defi defini nida da de disolvente, disolvente, a una temperatura dada. Esto quiere decir que, a diferencia de una CDFA 53991486.doc
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disolución no saturada, si a una disolución saturada se le agrega más soluto no se observará su disolución. Aquí se llega al punto límite en el cual el solvente disuelve al soluto, hay un equilibrio. •
Sobresaturadas: Sobresaturadas: son las disoluciones menos frecuentes, donde la cantidad de soluto es muy grande y se rebasa el límite de disolución, contienen más soluto disuelto que el correspondiente correspondiente a la saturación y el exceso que no llega a disolverse, precipita. Además Además de las proporcio proporciones nes soluto soluto – solvent solvente, e, las disoluci disoluciones ones también
pueden pueden catalog catalogarse arse en base a el estado físico físico de sus constitu constituyent yentes. es. Los tipos de disoluciones más comunes son las de sólido en líquido y líquido en líquido, pero existen otros tipos: gas en líquido (agua oxigenada: oxígeno en agua), líquido en líquido (vinagre: ácido acético en agua), gas en gas (aire), gas en sólido (aire en hielo), sólido en sólido (vidrio), sólido en líquido (azúcar en agua). Nótese que el solvente más común en todos los ejemplos mencionados es el agua, el disolvente universal y en el cual se preparan la mayoría de las disoluciones, en estos casos se habla de “disoluciones “disoluciones acuosas”. acuosas ”. En todo proceso químico, las reacciones químicas que mantienen la vida, diversos procesos industriales, en el transporte de los constituyentes vitales por las raíces raíces de las plant plantas, as, el movimi movimient entoo de las las susta sustanci ncias as de los los difer diferent entes es ciclo cicloss biogeoquímicos de los ecosistemas terrestres e incluso para el analista químico, o de otra rama afín, en cualquier momento de su labor, es necesario la utilización de disoluciones. Es decir, las aplicaciones de éstas son increíblemente amplias, por lo tanto tanto es im impor porta tant ntee garant garantiz izar ar que este este tema tema sea domina dominado do tot total almen mente te por el estudiante en los primeros niveles de la carrera, en este caso en la química. A pesar de la sencillez de los conceptos relacionados con la preparación de soluciones y las facilidades de su aplicación en la práctica, es preocupante observar que en niveles superiores de la educación universitaria en química y áreas afines existan alumnos con deficiencias en lo relacionado a este tópico y resulta bastante importante reconocer esta situación, estar conciente de ella y tomar las medidas pertinentes para disminuirla, las cuales ya se están aplicando por medio de crear una mayor y mejor conciencia en el estudiantado con respecto a la relevancia de este tema y de cómo influye en todas las actividades relacionadas con el transcurso de la
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carrera y a futuro con el campo laboral. Pues con todo esto se garantiza una excelente formación en lo referente a la preparación de soluciones. La finalidad que se persigue con la realización de esta recopilación recopilación es proveer al estudiante de un compendio resumido, explicativo y de fácil interpretación, para su uso tanto al principio, que le permita reforzar las bases cognitivas, como también a lo largo de sus estudios e incluso más adelante. A cont contin inua uaci ción ón se pres presen enta tann tópi tópico cos, s, dato datos, s, fórm fórmul ulas as,, ecua ecuaci cion ones es y suge sugere renc ncia iass rela relaci cion onad adas as al tema tema en cues cuesti tión ón para para la dete determ rmin inac ació iónn de la concentración concentración de soluciones o para lograr una adecuada preparación preparación de las mismas.
LAS UNIDADES DE CONCENTRACIÓN
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Depen Dependie diendo ndo de la final finalid idad ad de la soluci solución, ón, ésta ésta puede puede prepar preparars arsee con exactitud o no. Las unidades de expresar la concentración de una disolución son muchas, siendo todas equivalentes entre sí, por lo que es necesario aplicar factores de conversión por el cambio en la notación. No obstante la cantidad, sino más bien por su función, éstas pueden clasificarse en dos clases (véase resumen en la tabla 01). 1. Unidades de concentración Física Referidas a las soluciones que por su uso o finalidad no requieren un valor exact exactoo de conce concentr ntrac ación ión,, como como por ejempl ejemploo soluc solucio iones nes ácida ácidass o básic básicas as para para garantizar un medio adecuado o en el caso de soluciones indicadoras donde la concentración pueden ser aproximadas: También en la preparación de soluciones para el lavado de precipitados o en mezclas de digestión (agua regia), se emplean este tipo de unidades. Estas unidades son: •
Porcentajes: Porcentajes: masa – masa (% m/m), masa – volumen (% m/V) y volumen – volumen (% V/V).
•
Por rel relaci ación de vol volúm úmen enees o comp mpos osiició ción com omoo rel relació ción adimensional.
2. Unidades de concentración Química Son aquel aquella lass asoci asociada adass a las las soluci solucione oness donde donde es neces necesari arioo conoce conocerr la cantidad exacta de soluto presente en las mismas, ya sea porque se emplean como patrones (para volumetría). En una reacción o en síntesis, donde es primordial saber la cantidad estequiométrica de sustancias que reaccionan y de los productos que se forman, es importante emplear este tipo de unidades. Estas unidades son: •
Partes por mil o concentración en gramos por litro (g/L). ( g/L).
•
Concentración Concentración molar (mol/L).
•
Concentración equivalente (eq/L).
•
Concentración Concentración molal (mol/Kg).
•
Partes por millón (mg/L).
DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE UNA SOLUCIÓN CDFA 53991486.doc
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Consideraciones Consideraciones previas Las soluciones pueden proceder de solutos (reactivos) en estado líquido o sólido, independientemente de la unidad de concentración en que se vaya a expresar o preparar la solución. Si el soluto no es puro, para un sólido se debe tener en cuenta el porcentaje de pureza, para calcular la fracción que debe tomarse del compuesto, de manera que contenga la cantidad necesaria para preparar la solución deseada. Si el soluto es líquido, entonces se trabaja con la densidad y la pureza, a partir de las cuales, se calcula el volumen que debe tomarse del mismo. Para Para prepa preparar rar soluci solucione oness (dilu (diluida idas) s) a parti partirr de otras otras (conce (concentr ntrada adas) s) ya preparadas, se emplea la “ Regla “ Regla de las Mezclas”, Mezclas ”, la cual se explicará más adelante. 1. Uni Unidad dades es de de conce concentr ntraci ación ón Físic Físicaa 1.1. 1.1. Porc Porcen enta taje jess •
Masa – Masa (% m/m): masa de soluto en función de la masa total de la
solución. m soluto % /m = -------------- x 100 % m solución m
•
Ecuación 01
Masa – Volumen (% m/V): masa de soluto en función del volumen total
de la solución. m soluto % /V = -------------- x 100 % V solución m
•
Ecuación 02
Volu Volume menn – Volu Volume menn (% V/V): vol volume umenn de solut solutoo en funció funciónn del
volumen total de la solución. V soluto % /V = -------------- x 100 % V solución V
Ecuación 03
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1.2. 1.2. Por relac relación ión de volúme volúmenes nes También llamada “Composició “ Composiciónn como relación adimensional adimensional ”, ”, relaciona el volumen de soluto en función del volumen de solvente. Es decir tantas partes de uno disueltas en tantas partes del otro. A:B
Volumen de soluto
Volumen de solvente
Se lee: “es “es a” a”
Fracción de A
Fracción de B
En la solución
2. Uni Unidad dades es de de conce concentr ntraci ación ón Quími Química ca 2.1. Partes Partes por mil mil o concent concentraci ración ón en gramos gramos por por litro litro (g/L) Cantidad en gramos, de soluto por litro de solución. m soluto (g) C ( /L) = -----------------V solución (L) g
Ecuación 04
2.2. Concentración molar o Molaridad (mol/L) Cantidad en moles de soluto por litros de solución. n M ( /L) = ----V mol
Donde: n = moles de soluto V = volumen de solución (L)
Se sabe que: m n = ----MM
Donde: m = masa de soluto (g) MM = masa molecular del soluto ( g/mol)
Sustituyendo se obtiene: m soluto (g) M ( /L) = -----------------------------MM (g/mol) x V sol (L) mol
Ecuación 05
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2.3. Concentra Concentración ción equivale equivalente nte o Normalidad Normalidad (eq/L) (eq/L) Cantidad en equivalentes de soluto por litros de solución. E N ( /L) = ----V eq
Donde: E = equivalentes de soluto V = volumen de solución (L)
Se sabe que: m E = ----ME
Donde: m = masa de soluto (g) ME = masa equivalente del soluto ( g/eq)
Sustituyendo se obtiene: m soluto (g) N ( /L) = -----------------------------ME (g/mol) x V sol (L) eq
Ecuación 06
La determinación de la masa equivalente de una sustancia no es más que: MM ME = ------------------Nº equivalentes Siendo el número de equivalentes en el caso de: a) Ácidos: número máximo de protones capaz de ceder. b) Bases: número máximo de hidróxilos hidróxilos capaz capaz de ceder. c) Sales: Sales: números números de átomos átomos metálico metálicoss en la fórmula, fórmula, multiplic multiplicados ados por la carga de dicho ión metálico. d) Sustanci Sustancias as Oxidant Oxidantes es o Reductoras: Reductoras: número número de electro electrones nes capaz capaz de ganar o perder, según el caso, durante la reacción de óxido – reducción. 2.4. Concentra Concentración ción molal o molalidad molalidad (mol/Kg) (mol/Kg) Cantidad en moles de soluto por kilogramos de solvente. n m ( /Kg) = ----M mol
Donde: n = moles de soluto M = M = masa de solución (Kg)
Se sabe que: CDFA 53991486.doc
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m n = ----MM
Donde: m = masa de soluto (g) MM = masa molecular del soluto ( g/mol)
Sustituyendo se obtiene: m soluto (g) m ( /Kg) = -----------------------------MM (g/mol) x M sol M sol (Kg) mol
Ecuación 07
Nota: para preparar soluciones en concentración “ molal ” (m), no se mide el volumen total de la solución, sino la masa de solvente añadido. O bien se puede determinar la masa, empleando su densidad a la temperatura al momento en que se este preparando la solución. 2.5. Partes por millón “ppm” (mg/L) Cantidad de soluto en miligramos por litro de solución. m soluto (mg) ppm = -----------------V solución (L)
Ecuación 08
Todas Todas las las ecuac ecuacion iones es descri descrita tass anter anterio iorme rmente nte se prese presenta ntann de manera manera resumida en las tablas 02 y 03.
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DETERMINACIÓN DE LA CANTIDAD DE SOLUTO NECESARIA PARA LA PREPARACIÓN DE SOLUCIONES 1. Uni Unidad dades es de de conce concentr ntraci ación ón Físic Físicaa 1.1. Porcenta Porcentajes jes •
Masa – Masa (% m/m) % m/m x m solución m soluto = -------------------------100 %
•
Masa – Volumen (% m/V) % m/V x V solución m soluto = ------------------------100 %
•
Ecuación 09
Ecuación 10
Volumen – Volumen (% V/V) % V/V x V solución V soluto = ------------------------100 %
Ecuación 11
Nota: cuando se parte de un soluto sólido impuro, se multiplican las ecuaciones 09 y 10 por un “ Factor “ Factor de corrección de la pureza” pureza ” (Fp) 100 Fp = ----Donde: %P = valor correspondiente al porcentaje de %P pureza del reactivo. Lo que quiere decir que por cada cien gramos (100 g) de reactivo “ impuros”, impuros”, hay una cantidad (dada por el valor del porcentaje de pureza “%P”) de gramos “ puros” puros” del reactivo a preparar en solución. solución. Cuando se parte de un soluto líquido impuro, es decir, menor al 100 % de pureza, se emplea la “ Regla “ Regla de las Mezclas” Mezclas” (Ecuación 23) para preparación de soluciones en concentración volumen – volumen (diluidas) a partir de otra también en concentración volumen – volumen, más concentrada. CDFA 53991486.doc
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1.2. Por relación relación de volúmenes. volúmenes. FA V sto A = -------------- x V sol (FA + FB) Ecuación 12.a
FB V ste B = -------------- x V sol (FA + FB) Ecuación 12.b
Donde: V sto
A
y V ste B: volúmenes de soluto y solvente a determinar (medir) para
preparar la solución. solución. V sol: volumen de solución a preparar. FA y FB: Fracciones del soluto y del solvente respectivamente para la relación A:B reseñada en la sub-sección 1.2, de la Sección “ DETERMINACIÓN “ DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE UNA SOLUCIÓN ”. ”.
2. Uni Unidad dades es de de conce concentr ntraci ación ón Quími Química ca 2.1. Partes por mil o concentración concentración en gramos por litro (g/L) (g/L) •
Reactivos Reactivos sólidos: determinación de la masa a pesar, se despeja de
masa (m) de la ecuación 04. •
Reactivo Reactivoss líqu líquidos idos:: determina determinación ción de la concerta concertación ción en g/L del
reactivo. Partiendo de un sistema de conversión se tiene: % (g puros) 1000 mL g C ( /L) = ρ (g impuros / mL) x -------------------------------------- --- x ------------100 (g impuros) 1L Si se condesa la relación anterior, se obtiene: ρ (g impuros / mL) mL) x % (g puros) x 1000 1000 mL g C ( /L) = ---------------------------------------------------------100 (g impuros) x 1 L Al cancelar las unidades y resolver, se obtiene finalmente: C (g/L) = ρ x % x 10
Ecuación 13 CDFA 53991486.doc
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Donde: C (g/L): concentración en gramos por litro del reactivo líquido. ρ: densidad del reactivo líquido. %: porcentaje de pureza del reactivo líquido. Una vez determinada la concentración del reactivo, el volumen a utilizar para preparar la solución diluida, se determina por la “ Regla “ Regla de las Mezclas” Mezclas” (Ecuación 23). 2.2. Concentración molar o Molaridad (mol/L) (mol/L) •
Reactivos sólidos: determinación determinación de la masa a pesar, se despeja de
masa (m) de la ecuación 05, quedando.
m sto (g) = M (mol/L) x MM (g/mol) x V sol (L)
Ecuación 14
Nota: al considerarse la masa molecular del reactivo debe tomarse en cuenta si el mismo se encuentra anhidro y hidratado, de manera, para el segundo caso, de adicionar a la masa del compuesto, la masa de tantas moléculas de agua éste tenga asociadas. •
Reactivos Reactivos líquidos: determinación de la concertación concertación en mol/L del
reactivo. Partiendo de un sistema de conversión se tiene: 1 % (g puros) 1000 mL M ( /L) = ρ (g impuros/mL) x ---------------------- x ------------------- x ------------MM (g puros/mol) puros/mol) 100 (g impuros) 1L mol
Si se condesa la relación anterior, se obtiene: ρ (g impuros / mL) x 1 x % (g puros) x 1000 mL mol M ( /L) = ------------------------------------------------------------MM (g puros/mol) x 100 (g impuros) x 1 L Al cancelar las unidades y resolver, se obtiene finalmente: CDFA 53991486.doc
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ρx% M ( /L) = -------------- x 10 MM mol
Ecuación 15
Una vez determinada la concentración del reactivo, el volumen a utilizar para preparar la solución diluida, se determina por la “ Regla “ Regla de las Mezclas” Mezclas” (Ecuación 23). 2.3. Concentración equivalente o Normalidad (eq/L) •
Reactivos sólidos: determinación determinación de la masa a pesar, se despeja de
masa (m) de la ecuación 06, quedando.
m sto (g) = N (eq/ L) x ME (g/eq) x V sol (L)
Ecuación 16
Nota: La masa equivalente se determina según se reseñó en la sub-sección 2.3 de la sección “ DET DETER ERMI MINA NACI CIÓN ÓN DE LA CONC CONCEN ENTR TRAC ACIÓ IÓN N DE UNA UNA SOLUCIÓN ”. ”. Debe tenerse la misma consideración que para la Ec. 14, en el caso que el compuesto sea anhidro o hidratado. •
Reactivo Reactivoss líq líquido uidos: s: determina determinación ción de la concerta concertación ción en eq/L del
reactivo. Para ello se emplea la ecuación 15, sustituyendo la masa moleculkar (MM) por la masa equivalente (ME). ρx% N ( /L) = -------------- x 10 ME eq
Ecuación 17
Nota: otra manera de determinar la concentración equivalente es, si se conoce la conce concentr ntraci ación ón mol molar, ar, div dividi idirr dicho dicho valor valor entre entre el número número de equiv equivale alent ntes es del compuesto. Así: M (mol/L) N ( /L) = -------------------Nº equivalentes eq
Ecuación 18
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Una vez determinada la concentración del reactivo, el volumen a utilizar para preparar la solución diluida, se determina por la “ Regla “ Regla de las Mezclas” Mezclas” (Ecuación 23). 2.4. Concentración molal o molalidad (mol/Kg) •
Reactivos sólidos: mediante la ecuación 14.
m sto (g) = M ( mol/L) x MM (g/mol) x V sol (L) Se cambia M (mol/L) por m por m (mol/Kg), se multiplica V por la densidad del solvente a emplear, expresándola en unidades de Kg/L. Entonces: MM (g puros) 1 L m sto (g) = m (mol/Kg) x ----------------- x [ V (mL) x ρ (g/mL) ] ste x -----------mol 1000 mL Al resolver queda: m (mol/Kg) x MM (g /mol) x % (V x ρ) solvente m sto (g) = -------------------------------------------------------1000
•
Ecuación 19
Reactivos Reactivos líquidos: determinación de la concertación en mol/Kg del
reactivo. Partiendo de un sistema de conversión se tiene: % (g puros) 1000 mL 1 1 m ( /Kg ) = ρ (g impuros/mL) x ---------------- x ------------------ x ---------- x -----------mol
Soluto
MM (g puros) 100 (g impuros) ( mol )
1L
ρ (Kg/L) disolvente
Si se condesa la relación anterior, se obtiene: ρ (g impuros / mL) x 1 x % (g puros) x 1000 mL x 1 m ( /Kg) = ----------------------------------------------------------------------------MM (g puros/mol) x 100 (g impuros) x 1 L x ρ solvente (Kg/L) mol
Al cancelar las unidades y resolver, se obtiene finalmente:
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ρ soluto x % m ( /Kg) = ---------------------------------------- --- x 10 MM x ρ solvente mol
Ecuación 20
Nota: ρ (Kg/L) = ρ (g/mL); puesto que: 1 Kg 1000 mL ρ (g /mL) x ----------- x -------------- ----------- = ρ (Kg /L) 1000 g 1L
Una vez determinada la concentración del reactivo, el volumen a utilizar para preparar la solución diluida, se determina por la “ Regla “ Regla de las Mezclas” Mezclas” (Ecuación 23). 2.5. Partes por millón “ppm” (mg/L) •
Reactivos sólidos: determin determinación ación de la masa a pesar.
Se despeja la masa (m) de la ecuación 08. Para conocer la masa en gramos (g) se divide el valor en mg entre mil. Si la disolución se va a preparar en función de uno de los elementos que conforman un compuesto, la masa de un reactivo se calcula con un factor gravimétrico (Fg), multiplicando el resultado de la masa por dicho factor. n (MM compuesto) Fg = ------------------------ = Factor gravimétrico n (MM elemento) elemento) n: Nº de moles de cada uno en la fórmula o reacción. De esta forma se obtiene: ppm (mg/L) x V (L) x n (MM comp) x 1 g m sto (g) = -------------------------------------------------1000 mg x n (MM analito)
•
Ecuación 21
Reactivos Reactivos líquidos: determinación de la concertación en mg/L del
reactivo. CDFA 53991486.doc
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Partiendo de un sistema de conversión se tiene: % (g puros) 1000 mL 1000 mg ppm ( /L) = ρ (g impuros/mL) x -------------------- x ------------- x -------------100 (g impuros) 1L 1g mg
Si se condesa la relación anterior, se obtiene: ρ (g impuros / mL) x % (g puros) x 1000 mL x 1000 mg ppm ( /L) = ---------------------------------------------------------------------100 (g impuros) x 1 L x 1 g mg
Al cancelar las unidades y resolver, se obtiene finalmente:
ppm (mg/L) = ρ x % x 10000
Ecuación 22
Una vez conocida la concentración en mg/L, puede calcularse el volumen a utilizar para la preparación de nuevas soluciones por la “ “ Regla de las Mezclas” Mezclas” (Ecuación 23).
3. Regl Reglaa de de las las Mez Mezcl clas as En muchos casos, en el laboratorio, laboratorio, es necesaria las preparación de soluciones soluciones a partir de otras más concentradas, esto se conoce comúnmente como “ hacer una dilución”, dilución ”, para ello se emplea la “ Regla “ Regla de las Mezclas”. Mezclas”. La regla de las mezclas establece que “ el producto de la concentración (de una solución concentrada) por el volumen de una alícuota de dicha solución, necesario para la preparación de una segunda disolución (diluida), (diluida), va a ser igual al productote la concentración de la nueva dilución por el volumen final de la misma. De esta forma se encontrará, en ambos volúmenes, la misma cantidad de materia, elemento, compuesto o sustancia”. sustancia ”. Partiendo de la ecuación: C1 x V1 = C2 x V2
Ecuación 23 CDFA 53991486.doc
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Donde: C1 x V1: concentración y volumen de la solución concentrada, solución madre o solución patrón (según sea el caso). C2 x V2: concentración y volumen de la solución diluida, es decir, la que se desea preparar a partir de la solución concentrada, concentrada, madre o patrón. Estableciendo Estableciendo el volumen que se desea preparar (V 2) de la solución nueva y a que concentración (C 2) y conocida C 1, puede entonces determinarse el volumen a medir de la solución concentrada (V 1). C2 x V2 V1 = ------------C1
Ecuación 24
De esta forma, de acuerdo a las unidades iniciales de concentración, la finalidad de la solución a preparar o los fines pertinentes del análisis a realizar, C 1 y C2 pueden estar referidas a: % m/m, % m/V, % V/V, g/L, mol/L, eq/L, mol/Kg, mg/L, etc. Siempr Sie mpree y cuand cuandoo exista existann las las mismas mismas uni unidad dades es de conce concent ntrac ració iónn (y de volumen) a cada lado de la expresión, de lo contrario se recurrirán a los factores de conversión necesarios. Nota: siem siempr pree la conc concen entr trac ació iónn de la solu soluci ción ón a prep prepar arar ar será será meno menorr a la concentración concentración de la solución primaria, primaria, de no ser así se incurrirá a un caso inexistente (imposible), nunca se puede preparar algo concentrado a partir de algo diluido, a excepción que se extraiga solvente. Todas Todas las las ecuac ecuacion iones es descri descrita tass anter anterio iorme rmente nte se prese presenta ntann de manera manera resumida en las tablas 03, 04 y 05.
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CONSIDERACIONES FINALES •
Cuando Cuando se vayan vayan a prepar preparar ar soluci solucione oness en uni unidad dades es de concen concentra tració ciónn
química, la pesada debe ser lo más exacta posible y el instrumento de pesar el más preciso, para el caso de reactivos sólidos. Cuando es un soluto líquido deberá medirse el volumen con exactitud en un instrumento preciso, guardando la misma cualidad el instrumento destinado para la contención final de la solución. •
La precisión y/o exactitud no son tan necesarios en el caso de soluciones a
unidades físicas de concentración. •
Si la masa a pesar o el volumen a medir de soluto son muy pequeños
(cercanos, iguales o por debajo del error del instrumento de medición) es aconsejable pre prepa para rarr una una solu soluci ción ón conc concen entr trad adaa y lueg luegoo real realiz izar ar una una dilu diluci ción ón hast hastaa la concentración concentración que se desea preparar. •
La medición del volumen se realiza con el menisco y con la parte oblicua
inferior, haciendo que ésta coincida con el aforo o la graduación del instrumento, tal y como se indica en la siguiente figura.
•
Cuan Cuando do las las solu soluci cion ones es son son mu muyy oscu oscura ras, s, como como por por ejem ejempl ploo las las de
Permanganato de Potasio, donde no puede apreciarse claramente la curvatura del menisco, la medición del volumen puede hacerse empleando la parte superior del mismo. CDFA 53991486.doc
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•
Toda solución solución deberá deberá rotulars rotularsee adecuad adecuadamen amente te indi indicand candoo el nombre nombre del
reactivo (preferentemente la fórmula química) y su concentración. En el caso que la solución vaya a resguardarse por largo tiempo, deberá colocársele la fecha de preparación. •
Nunca Nunca tom tomee los los react reactivo ivoss sólid sólidos os con instru instrumen mentos tos sucio sucios, s, ni mid midaa el
volu volume menn dire direct ctam amen ente te
de la bote botell llaa prin princi cipa pal, l, dest destin inee una una cier cierta ta cant cantid idad ad
(aproximadamente (aproximadamente lo que se va a emplear) en un recipiente limpio y curado, de igual forma deberá curarse el material volumétrico volumétrico que vaya a emplearse. •
Las Las soluci solucione oness ácida ácidass conce concentr ntrada adas, s, las solu solucio ciones nes tóxic tóxicas, as, irrit irritan antes tes,,
corrosivas y volátiles y otras de alta peligrosidad deberán succionarse con el uso de la propipeta y en la campana, encendida y con la pantalla de vidrio la más baja posible. •
De llegar a pasar sustancia a la propipeta, lávela inmediatamente con agua
pues puede deteriorarse. deteriorarse. •
Si parte parte de su cuerp cuerpoo entra entra en conta contact ctoo con cualqu cualquie ierr react reactiv ivo, o, lável lávelaa
inmediatamente con abundante agua. Para evitar esto, cuando sea necesario use guantes de protección (látex o neopreno) y/o los equipos de protección visual y respiratoria adecuados. •
Al preparar una solución solución ácida, esa necesario agregar agua en el matraz hasta
la mitad y luego añadir la cantidad medida de ácido. Finalmente enrazar. “ Siempre añada ácido sobre agua, nunca lo contrario ”. •
Cuando Cuando las concentr concentracio aciones nes de solucio soluciones nes ácidas ácidas (ácidos (ácidos inorgáni inorgánicos) cos) o
básicas (hidróxidos) (hidróxidos) son muy elevadas, durante la preparación tiende a liberarse gran cantidad de calor. Para evitar accidentes disponga el matraz o recipiente (con cierta cantidad cantidad de agua) en un baño de hielo de manera que se encuentre a baja temperatura temperatura al momento de agregar el soluto. El choque térmico es muchísimo menor al que podría presentarse si se somete a baño de hielo el recipiente (muy caliente) luego de adicionar el soluto al agua. Nota final: En la tabla 06 se presentan las características de los reactivos líquidos más empleados en el laboratorio, necesarias para el cálculo de sus concertaciones y preparación de diluciones. diluciones. CDFA 53991486.doc
21
Tabla Tabla 01: Resumen de las unidades de concentración, clasificadas en base a su exactitud y precisión, finalidad e instrumentos para su medición.
Concentración (unidades) ) o v i t a t i l a u C ( s a c i s í F s a c i m í u Q ) o v i t a t i t n a u C (
s e j a t n e c r o P
Abreviatura
masa – masa (% ( g/g))
% m/m
masa – volumen (% ( g/mL))
% m/V
volumen – volumen (% ( mL/mL))
% V/V
Relación de volumen (Adim.)
A:B
Partes por mil (g/mL)
C (g/L)
Molar (mol/L)
M
Equivalente (eq/L)
N
Molal (mol/Kg)
m
Exactitud y precisión
Instrumentos de medición*
Finalidad Ajuste de pH Acondicionamiento de medio Mezclas de digestión ácida
Bajas
Soluciones indicadoras Reactivos para pruebas de identificación cualitativa Patrones primarios Agentes titulantes Diluciones de muestras Altas
Gravimetría
Cilindro graduado Beaker Matraz enlermeyer Balanza de sustentación (E ≈ 0,005 g) Pipeta aforada Pipeta graduada Bureta Balón aforado
Soluciones para síntesis y reacciones controladas estequiométricamente
Balanza analítica (E = 0,00005 g) Partes por millón (mg/L) p pm Adim. = adimensional. * Para la medición de la cantidad de soluto a emplear o para la preparación y/o contención final de la solución. 2 0
CDFA 53991486.doc
22
Tabla Tabla 02: Resumen de las fórmulas y ecuaciones requeridas para la determinación de la concentración de soluciones en unidades de concentración físicas.
Concentración
Abreviatura Unidades
Estado físico y pureza del reactivo
Ecuación Nº
Porcentaje masa-masa
% m/m
% (g/g)
N/A
01
Porcentaje masa-volumen
% m/V
% (g/mL)
N/A
02
Porcentaje volumen-vol volume umen
% V/V
% (mL/mL)
N/A
03
Fórmula m soluto % m/m = -------------- x 100 % m solución m soluto % m/V = -------------- x 100 % V solución V soluto % V/V = -------------- x 100 % V solución
N/A: no aplica para el cálculo
2 1
CDFA 53991486.doc
22
Tabla Tabla 02: Resumen de las fórmulas y ecuaciones requeridas para la determinación de la concentración de soluciones en unidades de concentración físicas.
Concentración
Abreviatura Unidades
Estado físico y pureza del reactivo
Ecuación Nº
Porcentaje masa-masa
% m/m
% (g/g)
N/A
01
Porcentaje masa-volumen
% m/V
% (g/mL)
N/A
02
Porcentaje volumen-vol volume umen
% V/V
% (mL/mL)
N/A
03
Fórmula m soluto % m/m = -------------- x 100 % m solución m soluto % m/V = -------------- x 100 % V solución V soluto % V/V = -------------- x 100 % V solución
N/A: no aplica para el cálculo
2 1
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23
Tabla 03: Resumen de las fórmulas y ecuaciones requeridas para la determinación de la concentración de soluciones en unidades de concentración químicas. Concentración Partes por mil
Molar
Equivalente
Abreviatura Unidades C (g/L)
M
N
g/L
Estado físico y pureza del reactivo
Ecuación Nº
Sólido - puro
04
Líquido - impuro
13
Sólido - puro
05
Líquido - impuro
15
Sólido - puro
06
Líquido - impuro
17
mol/L
eq/L
Fórmula m soluto (g) C (g/L) = -----------------V solución (L) C (g/L) = ρ x % x 10 m soluto (g) M (mol/L) = -----------------------------MM (g/mol) x V sol (L) ρx% M (mol/L) = --------------------------- x 10 MM m soluto (g) N (eq/L) = -----------------------------ME (g/eq) x V sol (L) ρx% N (eq/L) = --------------------------- x 10 ME
Continúa en la página siguiente Continuación Molal
m
mol/Kg
Sólido - puro
07
m soluto (g) CDFA 53991486.doc
2 2
23
Tabla 03: Resumen de las fórmulas y ecuaciones requeridas para la determinación de la concentración de soluciones en unidades de concentración químicas. Concentración Partes por mil
Molar
Equivalente
Abreviatura Unidades C (g/L)
g/L
M
Estado físico y pureza del reactivo
Ecuación Nº
Sólido - puro
04
Líquido - impuro
13
Sólido - puro
05
Líquido - impuro
15
Sólido - puro
06
Líquido - impuro
17
mol/L
N
eq/L
Fórmula m soluto (g) C (g/L) = -----------------V solución (L) C (g/L) = ρ x % x 10 m soluto (g) M (mol/L) = -----------------------------MM (g/mol) x V sol (L) ρx% M (mol/L) = --------------------------- x 10 MM m soluto (g) N (eq/L) = -----------------------------ME (g/eq) x V sol (L) ρx% N (eq/L) = --------------------------- x 10 ME
Continúa en la página siguiente
2 2
Continuación Molal
m
mol/Kg
Sólido - puro
07
m soluto (g) CDFA 53991486.doc
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20 Líquido - impuro 08
Partes por millón (de un elemento solo o de un compuesto)
ppm
Partes por millón (de un elemento cuando forma parte de un compuesto)
ppm
mg/L
Sólido - puro Líquido - impuro Sólido
22 _
Líquido
_
mg/L
m (mol/Kg) = -----------------------------MM (g/mol) x m sol (Kg) ρ soluto x % m (mol/Kg) = ---------------------------------------- x 10 MM x ρ solvente m soluto (mg) ppm = -----------------V solución (L) p p m = ρ x % x 10 0 0 0 m sto (mg) ppm = -------------- x Fg V sol (L) ppm = ρ x % x 10000 x Fg
n (MM elemento) Fg = ------------------------------------------ = Factor gravimétrico MM compuesto n: Nº de moles del elemento en la fórmula 2 3
Tabla 04: Resumen de las fórmulas y ecuaciones requeridas para la determinación de la cantidad de soluto requerida para la preparación de soluciones en unidades de concentración física. Concentración
Estado físico y pureza del reactivo
Ecuación Nº
Fórmula CDFA 53991486.doc
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20 Líquido - impuro 08
Partes por millón (de un elemento solo o de un compuesto)
ppm
Partes por millón (de un elemento cuando forma parte de un compuesto)
ppm
mg/L
Sólido - puro Líquido - impuro Sólido
22 _
Líquido
_
mg/L
m (mol/Kg) = -----------------------------MM (g/mol) x m sol (Kg) ρ soluto x % m (mol/Kg) = ---------------------------------------- x 10 MM x ρ solvente m soluto (mg) ppm = -----------------V solución (L) p p m = ρ x % x 10 0 0 0 m sto (mg) ppm = -------------- x Fg V sol (L) ppm = ρ x % x 10000 x Fg
n (MM elemento) Fg = ------------------------------------------ = Factor gravimétrico MM compuesto n: Nº de moles del elemento en la fórmula 2 3
Tabla 04: Resumen de las fórmulas y ecuaciones requeridas para la determinación de la cantidad de soluto requerida para la preparación de soluciones en unidades de concentración física. Concentración
Estado físico y pureza del reactivo
Ecuación Nº
Fórmula CDFA 53991486.doc
25
Porcentaje masa-masa
Porcentaje masa-volumen
Porcentaje volumen-volumen
Sólido - puro
09
Sólido - impuro
–
Sólido - puro
10
Sólido - impuro
–
Líquido - puro
11
Líquido - impuro
23 12.a
Relación de volúmenes
Líquido - N/A 12.b
% m/m x m solución m soluto = --------------------------------------------------100 % Ec. 09 x Fp* % m/V x V solución m soluto so luto = -----------------------------------------------100 % Ec. 10 x Fp* % V/V x V solución V soluto = ------------------------------------------------100 % Regla de las mezclas ** FA V sto A = -------------- x V sol (FA + FB) FB V ste B = -------------- x V sol (FA + FB)
* Fp = 100 / %P (%P: porcentaje de pureza del reactivo). ** La solución primaria, madre o patrón deberá estar a una concentración mayor al valor de la que desea preparar. Regla de las mezclas (Ec. 23): C1 x V1 = C2 x V2, donde C1 y C2 [=] % m/m, % m/v y % v/v. N/A: no aplica para el cálculo. Tabla 05: Resumen de las fórmulas y ecuaciones requeridas para la determinación de la cantidad de soluto requerida para la preparación de soluciones en unidades de concentración química. Concentración Partes por mil
Estado físico y pureza del reactivo * Sólido - puro Líquido – impuro
Ecuación Nº – 23
Fórmula m sto (g) = C (g/L) x V sol (L) Regla de las mezclas ** CDFA 53991486.doc
2 4
25
Sólido - puro
09
Sólido - impuro
–
Sólido - puro
10
Sólido - impuro
–
Líquido - puro
11
Líquido - impuro
23
Porcentaje masa-masa
Porcentaje masa-volumen
Porcentaje volumen-volumen
12.a Relación de volúmenes
Líquido - N/A 12.b
% m/m x m solución m soluto = --------------------------------------------------100 % Ec. 09 x Fp* % m/V x V solución m soluto so luto = -----------------------------------------------100 % Ec. 10 x Fp* % V/V x V solución V soluto = ------------------------------------------------100 % Regla de las mezclas ** FA V sto A = -------------- x V sol (FA + FB) FB V ste B = -------------- x V sol (FA + FB)
* Fp = 100 / %P (%P: porcentaje de pureza del reactivo). ** La solución primaria, madre o patrón deberá estar a una concentración mayor al valor de la que desea preparar. Regla de las mezclas (Ec. 23): C1 x V1 = C2 x V2, donde C1 y C2 [=] % m/m, % m/v y % v/v. N/A: no aplica para el cálculo. Tabla 05: Resumen de las fórmulas y ecuaciones requeridas para la determinación de la cantidad de soluto requerida para la preparación de
2 4
soluciones en unidades de concentración química. Concentración
Estado físico y pureza del reactivo * Sólido - puro Líquido – impuro
Partes por mil
Ecuación Nº – 23
Fórmula m sto (g) = C (g/L) x V sol (L) Regla de las mezclas ** CDFA 53991486.doc
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Molar Equivalente Molal
Partes por millón
Sólido - puro Líquido - impuro Sólido - puro Líquido - impuro
14 23 16 23
Sólido - puro
19
Líquido - impuro
23
Sólido - puro
21
m sto (g) = M (mol/L) x MM (g/mol) x V sol (L) Regla de las mezclas ** m sto (g) = N (eq/L) x ME (g/eq) x V sol (L) Regla de las mezclas ** mol m ( /Kg) x MM (g/mol) x m sol (Kg) m sto (g) = ----------------------------------------------1000 Regla de las mezclas ** ppm (mg/L) x V (L) x n (MM comp) x 1 g m sto (g) = -------------------------------------------------1000 mg x n (MM analito)
n: números de moles de c/u en la fórmula o reacción. Líquido - impuro 23 Regla de las mezclas ** * En el caso de reactivos sólidos impuros, se multiplicará la ecuación respectiva por Fp (descrito en la tabla Nº 04). ** Para aplicar la regla de las mezclas, deberá calcularse la concentración respectiva del reactivo, de acuerdo a las ecuaciones descritas en la tabla 03. Regla de las mezclas (Ec. 23): C1 x V1 = C2 x V2, donde C1 y C2 [=] g/L, mol/L, eq/L y mg/L. Tabla 06: Características de los reactivos líquidos más comunes empleados en el laboratorio. Concentración
Fórmula
Masa molecular
Densidad*
Porcentaje de
Molecular
(g/mol)
(g/mL)
Pureza* (%)
Partes por mil (g/L)
Molar (mol/L)
Ácido Clorhídrico
HCl
36,461
1,16
37
492,2
11,7715
Ácido Nítrico
HNO3
63,012
1,42
72
1022,4
16,2255
Reactivo
CDFA 53991486.doc
2 5
26
Molar Equivalente Molal
Partes por millón
Sólido - puro Líquido - impuro Sólido - puro Líquido - impuro
14 23 16 23
Sólido - puro
19
Líquido - impuro
23
Sólido - puro
21
m sto (g) = M (mol/L) x MM (g/mol) x V sol (L) Regla de las mezclas ** m sto (g) = N (eq/L) x ME (g/eq) x V sol (L) Regla de las mezclas ** m (mol/Kg) x MM (g/mol) x m sol (Kg) m sto (g) = ----------------------------------------------1000 Regla de las mezclas ** ppm (mg/L) x V (L) x n (MM comp) x 1 g m sto (g) = -------------------------------------------------1000 mg x n (MM analito)
n: números de moles de c/u en la fórmula o reacción. Líquido - impuro 23 Regla de las mezclas ** * En el caso de reactivos sólidos impuros, se multiplicará la ecuación respectiva por Fp (descrito en la tabla Nº 04). ** Para aplicar la regla de las mezclas, deberá calcularse la concentración respectiva del reactivo, de acuerdo a las ecuaciones descritas en la tabla 03. Regla de las mezclas (Ec. 23): C1 x V1 = C2 x V2, donde C1 y C2 [=] g/L, mol/L, eq/L y mg/L. Tabla 06: Características de los reactivos líquidos más comunes empleados en el laboratorio. Concentración
Fórmula
Masa molecular
Densidad*
Porcentaje de
Molecular
(g/mol)
(g/mL)
Pureza* (%)
Partes por mil (g/L)
Molar (mol/L)
Ácido Clorhídrico
HCl
36,461
1,16
37
492,2
11,7715
Ácido Nítrico
HNO3
63,012
1,42
72
1022,4
16,2255
Reactivo
2 5
CDFA 53991486.doc
27
Ácido Sulfúrico
H2SO4
98,078
1,84
85
1564,0
15,9465
Ácido Fosfórico
H3PO4
97,994
1,69
85
1436,5
14,6591
Ácido Pe Perclórico
HClO4
100,457
1,68
71
1192,8
11,8737
Ácido Ac Acético
CH3COOH
60,052
1,057
99,5
1051,7
17,5134
Hidróxido de Amonio
NH4OH
17,031 (NH3)
0,91
25 (como NH3)
227,5
13,3580
* Valor más común para los laboratorios fabricantes existentes, correspondiente a grado reactivo. Para conocer la concentración: en Partes por millón, millón , multiplique el valor en g/L por 1000. Equivalente, Equivalente, divida la concentración molar entre el número de equivalentes de la sustancia. Molal, Molal, divida la concentración molar ente la densidad del solvente (en este caso, todas las soluciones son acuosas, por lo tanto: concentración molal = concentración molar; ya que densidad del H 2O = 1).
2 6
CDFA 53991486.doc
27
Ácido Sulfúrico
H2SO4
98,078
1,84
85
1564,0
15,9465
Ácido Fosfórico
H3PO4
97,994
1,69
85
1436,5
14,6591
Ácido Pe Perclórico
HClO4
100,457
1,68
71
1192,8
11,8737
Ácido Ac Acético
CH3COOH
60,052
1,057
99,5
1051,7
17,5134
Hidróxido de Amonio
NH4OH
17,031 (NH3)
0,91
25 (como NH3)
227,5
13,3580
* Valor más común para los laboratorios fabricantes existentes, correspondiente a grado reactivo. Para conocer la concentración: en Partes por millón, millón , multiplique el valor en g/L por 1000. Equivalente, Equivalente, divida la concentración molar entre el número de equivalentes de la sustancia. Molal, Molal, divida la concentración molar ente la densidad del solvente (en este caso, todas las soluciones son acuosas, por lo tanto: concentración molal = concentración molar; ya que densidad del H 2O = 1).
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CDFA 53991486.doc
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BIBLIOGRAFÍA
AGRIFOGLIO, G., ALMEIDA, R., BIFANO C., CORTÉS, L., DE LA CRUZ, C., IACOCCA, D., KRESTONOSICH, S., MOSTUE, M. J., OLIVARES, W. y SCHARIFKER, B. (1992). Monografías de Química, Disoluciones. Editorial Miró C.A., Caracas – Venezuela. CABALLERO CABALLERO,, A. y RAMOS, RAMOS, F. (2002). (2002). Química. Química. Distribuido Distribuidora ra Escolar, Escolar, S.A., Caracas – Venezuela. Venezuela. CHANG, R. (1999). Química. Sexta Edición. McGraw – Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V., México. GABB GABB,, M. H. y LATC LATCHE HEM, M, W. E. (197 (1973) 3).. Manu Manual al de So Solu luci cion ones es de Laboratorio. Laboratorio. Ediciones Ediciones Bellaterra, S.A., Barcelona – España.
28
BIBLIOGRAFÍA
AGRIFOGLIO, G., ALMEIDA, R., BIFANO C., CORTÉS, L., DE LA CRUZ, C., IACOCCA, D., KRESTONOSICH, S., MOSTUE, M. J., OLIVARES, W. y SCHARIFKER, B. (1992). Monografías de Química, Disoluciones. Editorial Miró C.A., Caracas – Venezuela. CABALLERO CABALLERO,, A. y RAMOS, RAMOS, F. (2002). (2002). Química. Química. Distribuido Distribuidora ra Escolar, Escolar, S.A., Caracas – Venezuela. Venezuela. CHANG, R. (1999). Química. Sexta Edición. McGraw – Hill Interamericana Editores, S.A. de C.V., México. GABB GABB,, M. H. y LATC LATCHE HEM, M, W. E. (197 (1973) 3).. Manu Manual al de So Solu luci cion ones es de Laboratorio. Laboratorio. Ediciones Ediciones Bellaterra, S.A., Barcelona – España. REQUEIJO D., y A. de REQUEIJO. (1993). La Química a tu alcance. Quinta Edición. Editorial Biosfera S.R.L., Caracas – Venezuela. ROJAS, ROJAS, Z., ÁLVARE ÁLVAREZ, Z, C. y GERALD GERALDINO INO,, E. (2006 (2006). ). Labor Laborat atori orioo de Química General, Preparación de Soluciones. Guía de Prácticas de Laboratorio. Instituto Universitario de Tecnología de Cumaná, Venezuela.
CDFA 53991486.doc
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EJERCICIOS 1) Si se disuelven 6 g de sulfato cúprico en agua, resultando una solución cuya masa es de 80 g. Calcular la concentración porcentual en términos de masa. R: 7,5 % 2) Cuanta masa de glucosa será necesaria para preparar 800 g m de solución al 4 % /m. R: 32 g 3) 20 g de cloruro de sodio se han disuelto en 90 g de agua ¿Cuál es la concentración de la solución en % m/m? R: 18,2 % 4) El alcohol isopropílico antiséptico es una solución de éste al 70 % en volumen. Calcule la cantidad de soluto para la presentación de 0,5 L. R: 350 mL 5) ¿Qué ca cantidad de de yo yoduro de de po potasio se será ne necesaria pa para m preparar una solución al 3 % /V en etanol, si se emplean 70 g del alcohol? (ρ Etanol = 0,789 g/mL). R: 2,66 g 6) Calcule la cantidad de solución de Ácido Acético al 99,5 % que necesita medir para preparar 250 mL al 35 %. R: 87,94 mL 7) El agua regia (empleada en joyería para diferenciar el oro de imitaciones) es una solución 3:1 de Ácido Nítrico y Clorhídrico. Si deseara preparar 50 mL de agua regia ¿Qué cantidad de cada ácido necesitaría? necesitaría? R: 37,5 mL de HNO 3; 12,5 mL de HCl 8) Se tienen 20 mL de solución de ácido acético en agua 1:2 ¿Cuánto hay de cada constituyente? R: 6,67 mL de ácido; 13,33 mL de agua. 9) ¿Cuál se será la la co concentración en en pp ppm de de un una di disolución – acuosa que contiene 2,2 mg de iones fluoruro (F ) en 500 mL? 4,4 ppm 10) = 18,998 g/mol)
Transforme la concentración anterior a g/L y mol/L (MM F – R: 0,0044 g/L; 2,31 x 10 –4 mol/L
11) Se desean preparar 500 mL de una solución sólo de Fósforo a 10 ppm ¿Que cantidad de la sal KH 2PO4 anhidra se necesitan pesar? R: 0,0219 g CDFA 53991486.doc
30
12) 50 mL se solución de Carbonato de calcio están preparados a partir de 0,05 g de la sal. Exprese la concentración en g /L, mol/L y eq/L. R: 1 g/L; 0,01 mol/L; 0,005 eq/L 13) Para un una titulación de de óxido – reducción se se probarán dos soluci solucione oness una de perma permanga ngana nato to de pot potasi asioo (KMnO (KMnO 4) 0,1 mol/L y otra de dicromato de potasio (K 2Cr 2O7) 0,1 eq/L. Si las dos están preparadas a un volumen de 100 mL ¿Qué masa de cada uno se necesitaría en cada caso? R: 1,5803 g KMnO 4; 0,4903 g K 2Cr2O7 14) Exprese la concentración anterior de la solución de permanganato de potasio en eq/L y calcule la masa necesaria para prepararla a partir de ésta concentración. R: 0,5 eq/L; 1,5803 g 15) Para la estandarización de la solución mencionada anteriormente, se emplea una solución oxalato de sodio (Na 2C2O4) ¿Que masa deberá pesarse para preparar 50 mL de solución de oxalato a una concentración equivalente igual a la de permanganato? R: 1,6749 g 16) En cambio, para la estandarización del dicromato se utiliza una una solu soluci ción ón de Fe+2, si se prep prepar araa a part partir ir de sulf sulfat atoo ferro ferroso so amon amonia iaca call hexahidratado hexahidratado [Fe(NH4)2(SO4)2 x 6 H2O] y en la titulación el hierro se oxida del estado +2 al estado +3: ¿Que cantidad se requiere para preparar 100 mL de solución a 1 eq/L? R: 39,2137 g ¿Será ¿Será apropi apropiada ada esta esta soluci solución ón para para la estan estandar dariza izació ciónn de la soluc solució iónn de dicromato mencionada en el problema 13? De no ser así, ¿que debería hacerse y cómo lo haría? Expr Expres esee la conc concen entr trac ació iónn en mg mg/L /L (ppm (ppm)) de sulf sulfat atoo ferro ferroso so amon amonia iaca call +2 hexahidratado hexahidratado y en mg/L (ppm) de Fe . R: 39,214 x 10 4 ppm Fe(NH4)2(SO4)2 x 6 H2O; 5,584 x 104 ppm Fe+2 •
•
•
17) A partir de una solución de ácido sulfúrico al 87 % de pureza y densidad 1,84 g/mL prepare otra a 1 mol/L: ¿Qué cantidad de solución concentrada necesita si el volumen a preparar de la nueva es 1 L? R: 61,27 mL ¿Cuáles son las medidas a considerar para preparar esta solución? solución? •
•
18) ¿Que vo volúmenes de debe me medir, pa para pr preparar un una se serie de de soluciones (batería) de 0,1; 0,3; 0,5; 0,7; 0,9 y 1,0 ppm, todas de 50 mL, a partir de una solución patrón a 10 ppm de Cromo hexavalente (Cr +6). R: 0,5; 1,5; 2,5; 3,5; 4,5 y 5 mL respectivamente 19) Supóngase que usted debe preparar una solución de permanganato de potasio a 1 mol/L y otra a 0,001 mol/L ¿Qué debe considerar, en ambos casos, a la hora de enrazar las soluciones o para realizar cualquier medición de volúmenes? CDFA 53991486.doc
31
20) Si se desea realizar un un análisis gravimétrico para conocer la cantidad de un analito X en una muestra ¿a que tipo de unidad de concentración deberá deberánn estar estar prepar preparado adoss los los react reactivo ivoss que inte intervi rviene enenn y porqué porqué?? Si fuese fuese necesario acidular el medio acuoso donde ocurrirá la reacción ¿a que tipo de unidad de concentración deberá estar preparado el ácido y porqué?
CDFA 53991486.doc