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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN SUPERIOR
INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA DE CUMANA
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
CUMANÁ – ESTADO SUCRE
LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL
Preparado por:
T.S.U. César Daniel Franco Álvarez.
Cumaná, Junio de 2007
ÍNDICE
CUMANÁ
Contenido Pág.
Introducción................................................................................................... 2
Las unidades de cocntración.......................................................................... 5
Determinación de la concentración de una solución………………………. 6
Determinación de la cantidad de soluto necesaria para la preparación de
soluciones…………………………………………………………………... 10
Consideraciones finales………………………………………………….… 18
Tablas
01. Resumen de las unidades de concentración, clasificadas en base a
su exactitud y precisión, finalidad e instrumentos para su
medición………......................................................................................
02. Resumen de las fórmulas y ecuaciones requeridas para la
determinación de la concentración de soluciones en unidades de
concentración físicas…………………………………………………...
03. Resumen de las fórmulas y ecuaciones requeridas para la
determinación de la concentración de soluciones en unidades de
concentración químicas…………………………………………………
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……………………..
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…………………..
06. Características de los reactivos líquidos más comunes empleados
en el laboratorio………………………………………………………...
20
21
22
24
25
26
Bibliografía………………………………………………………………… 27
INTRODUCCIÓN
CDFAdocument.doc
1
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 mezclas pueden ser Heterogéneas, cuando pueden apreciarse 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, 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 que la homogeneidad es cuando sus propiedades físicas 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 se encuentra en menor cantidad, mientras que el disolvente, llamado
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,
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 una cantidad de soluto
menor a la máxima que puede disolverse en una cantidad definida de
disolvente, a una temperatura determinada. Este es el tipo más común.
Saturadas o concentradas: este tipo se disoluciones contienen la máxima
cantidad de soluto que puede disolverse en una cantidad definida de
CDFAdocument.doc
2
disolvente, a una temperatura dada. Esto quiere decir que, a diferencia de una
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: 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 a la saturación y el exceso que no llega
a disolverse, precipita.
Además de las proporciones soluto – solvente, las disoluciones también
pueden catalogarse en base a el estado físico de sus constituyentes. 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 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 de las plantas, el movimiento de las sustancias de los diferentes ciclos
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 es importante garantizar que este tema sea dominado totalmente 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
CDFAdocument.doc
3
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 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 continuación se presentan tópicos, datos, fórmulas, ecuaciones y
sugerencias relacionadas al tema en cuestión para la determinación de la
concentración de soluciones o para lograr una adecuada preparación de las mismas.
LAS UNIDADES DE CONCENTRACIÓN
CDFAdocument.doc
4
Dependiendo de la finalidad de la solución, ésta puede prepararse 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
exacto de concentración, como por ejemplo soluciones ácidas o básicas 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: masa – masa (% m/m), masa – volumen (% m/V) y volumen
– volumen (% V/V).
Por relación de volúmenes o composición como relación
adimensional.
2. Unidades de concentración Química
Son aquellas asociadas a las soluciones donde es necesario conocer 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).
Concentración molar (mol/L).
Concentración equivalente (eq/L).
Concentración molal (mol/Kg).
Partes por millón (mg/L).
DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE UNA SOLUCIÓN
CDFAdocument.doc
5
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 preparar soluciones (diluidas) a partir de otras (concentradas) ya
preparadas, se emplea la “Regla de las Mezclas”, la cual se explicará más adelante.
1. Unidades de concentración Física
1.1. Porcentajes
Masa – Masa (% m / m): masa de soluto en función de la masa total de la
solución.
Ecuación 01
Masa – Volumen (% m / V): masa de soluto en función del volumen total
de la solución.
Ecuación 02
Volumen – Volumen (% V / V): volumen de soluto en función del
volumen total de la solución.
Ecuación 03
1.2. Por relación de volúmenes
CDFAdocument.doc
6
m soluto% m/m = -------------- x 100 % m solución
m soluto% m/V = -------------- x 100 % V solución
V soluto% V/V = -------------- x 100 % V solución
También llamada “Composición como relación 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
2. Unidades de concentración Química
2.1. Partes por mil o concentración en gramos por litro (g/L)
Cantidad en gramos, de soluto por litro de solución.
Ecuación 04
2.2. Concentración molar o Molaridad (mol/L)
Cantidad en moles de soluto por litros de solución.
Donde: n = moles de soluto
V = volumen de solución (L)
Se sabe que:
Donde: m = masa de soluto (g)
MM = masa molecular del soluto (g/mol)
Sustituyendo se obtiene:
Ecuación 05
2.3. Concentración equivalente o Normalidad (eq/L)
CDFAdocument.doc
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Volumen de soluto Volumen de solvente
Fracción de A Fracción de BSe lee: “es a”
En la solución
m soluto (g)C (g/L) = ------------------ V solución (L)
n M (mol/L) = ----- V
mn = ----- MM
m soluto (g)M (mol/L) = ------------------------------ MM (g/mol) x V sol (L)
Cantidad en equivalentes de soluto por litros de solución.
Donde: E = equivalentes de soluto
V = volumen de solución (L)
Se sabe que:
Donde: m = masa de soluto (g)
ME = masa equivalente del soluto (g/eq)
Sustituyendo se obtiene:
Ecuación 06
La determinación de la masa equivalente de una sustancia no es más que:
Siendo el número de equivalentes en el caso de:
a) Ácidos: número máximo de protones capaz de ceder.
b) Bases: número máximo de hidróxilos capaz de ceder.
c) Sales: números de átomos metálicos en la fórmula, multiplicados
por la carga de dicho ión metálico.
d) Sustancias Oxidantes o Reductoras: número de electrones capaz de
ganar o perder, según el caso, durante la reacción de óxido –
reducción.
2.4. Concentración molal o molalidad (mol/Kg)
Cantidad en moles de soluto por kilogramos de solvente.
Donde: n = moles de soluto
M = masa de solución (Kg)
Se sabe que:
CDFAdocument.doc
8
E N (eq/L) = ----- V
mE = ----- ME
m soluto (g)N (eq/L) = ------------------------------ ME (g/mol) x V sol (L)
n m (mol/Kg) = ----- M
mn = ----- MM
MMME = ------------------- Nº equivalentes
Donde: m = masa de soluto (g)
MM = masa molecular del soluto (g/mol)
Sustituyendo se obtiene:
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.
Ecuación 08
Todas las ecuaciones descritas anteriormente se presentan de manera
resumida en las tablas 02 y 03.
CDFAdocument.doc
9
m soluto (g)m (mol/Kg) = ------------------------------ MM (g/mol) x M sol (Kg)
m soluto (mg)ppm = ------------------ V solución (L)
DETERMINACIÓN DE LA CANTIDAD DE SOLUTO NECESARIA PARA
LA PREPARACIÓN DE SOLUCIONES
1. Unidades de concentración Física
1.1. Porcentajes
Masa – Masa (% m/m)
Ecuación 09
Masa – Volumen (% m/V)
Ecuación 10
Volumen – Volumen (% V/V)
Ecuación 11
Nota: cuando se parte de un soluto sólido impuro, se multiplican las ecuaciones
09 y 10 por un “Factor de corrección de la pureza” (Fp)
Donde: %P = valor correspondiente al porcentaje de
pureza del reactivo.
Lo que quiere decir que por cada cien gramos (100 g) de reactivo “ impuros”,
hay una cantidad (dada por el valor del porcentaje de pureza “%P”) de gramos
“puros” del reactivo a preparar en solución.
Cuando se parte de un soluto líquido impuro, es decir, menor al 100 % de
pureza, se emplea la “Regla de las Mezclas” (Ecuación 23) para preparación de
soluciones en concentración volumen – volumen (diluidas) a partir de otra
también en concentración volumen – volumen, más concentrada.
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10
% m/m x m soluciónm soluto = -------------------------- 100 %
% m/V x V soluciónm soluto = ------------------------- 100 %
% V/V x V soluciónV soluto = -------------------------
100 %
100Fp = ----- %P
1.2. Por relación de volúmenes.
Ecuación 12.a Ecuación 12.b
Donde:
V sto A y V ste B: volúmenes de soluto y solvente a determinar (medir) para
preparar la 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 DE LA
CONCENTRACIÓN DE UNA SOLUCIÓN”.
2. Unidades de concentración Química
2.1. Partes por mil o concentración en gramos por litro (g/L)
Reactivos sólidos: determinación de la masa a pesar, se despeja de masa
(m) de la ecuación 04.
Reactivos líquidos: determinación de la concertación en g/L del
reactivo.
Partiendo de un sistema de conversión se tiene:
Si se condesa la relación anterior, se obtiene:
Al cancelar las unidades y resolver, se obtiene finalmente:
Ecuación 13
CDFAdocument.doc
11
FA
V sto A = -------------- x V sol (FA + FB)
FB
V ste B = -------------- x V sol (FA + FB)
% (g puros) 1000 mLC (g/L) = ρ (g impuros / mL) x --------------------- x ------------- 100 (g impuros) 1 L
ρ (g impuros / mL) x % (g puros) x 1000 mLC (g/L) = ---------------------------------------------------------- 100 (g impuros) x 1 L
C (g/L) = ρ x % x 10
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 de las Mezclas” (Ecuación
23).
2.2. Concentración molar o Molaridad (mol/L)
Reactivos sólidos: determinación de la masa a pesar, se despeja de masa
(m) de la ecuación 05, quedando.
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 líquidos: determinación de la concertación en mol/L del
reactivo.
Partiendo de un sistema de conversión se tiene:
Si se condesa la relación anterior, se obtiene:
Al cancelar las unidades y resolver, se obtiene finalmente:
CDFAdocument.doc
12
m sto (g) = M (mol/L) x MM (g/mol) x V sol (L)
1 % (g puros) 1000 mLM (mol/L) = ρ (g impuros/mL) x ---------------------- x ------------------- x ------------- MM (g puros/mol) 100 (g impuros) 1 L
ρ (g impuros / mL) x 1 x % (g puros) x 1000 mLM (mol/L) = ------------------------------------------------------------- MM (g puros/mol) x 100 (g impuros) x 1 L
Ecuación 15
Una vez determinada la concentración del reactivo, el volumen a utilizar para
preparar la solución diluida, se determina por la “Regla de las Mezclas” (Ecuación
23).
2.3. Concentración equivalente o Normalidad (eq/L)
Reactivos sólidos: determinación de la masa a pesar, se despeja de masa
(m) de la ecuación 06, quedando.
Ecuación 16
Nota: La masa equivalente se determina según se reseñó en la sub-sección 2.3 de
la sección “DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE UNA
SOLUCIÓN”. Debe tenerse la misma consideración que para la Ec. 14, en el caso
que el compuesto sea anhidro o hidratado.
Reactivos líquidos: determinación de la concertación en eq/L del
reactivo.
Para ello se emplea la ecuación 15, sustituyendo la masa moleculkar (MM) por
la masa equivalente (ME).
Ecuación 17
Nota: otra manera de determinar la concentración equivalente es, si se conoce la
concentración molar, dividir dicho valor entre el número de equivalentes del
compuesto. Así:
Ecuación 18
CDFAdocument.doc
13
ρ x %M (mol/L) = -------------- x 10
MM
m sto (g) = N (eq/L) x ME (g/eq) x V sol (L)
ρ x %N (eq/L) = -------------- x 10
ME
M (mol/L)N (eq/L) = -------------------- Nº equivalentes
Una vez determinada la concentración del reactivo, el volumen a utilizar para
preparar la solución diluida, se determina por la “Regla de las 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 (mol/Kg), se multiplica V por la densidad del
solvente a emplear, expresándola en unidades de Kg/L.
Entonces:
Al resolver queda:
Ecuación 19
Reactivos líquidos: determinación de la concertación en mol/Kg del
reactivo.
Partiendo de un sistema de conversión se tiene:
Si se condesa la relación anterior, se obtiene:
Al cancelar las unidades y resolver, se obtiene finalmente:
CDFAdocument.doc
14
MM (g puros) 1 L m sto (g) = m (mol/Kg) x ----------------- x [ V (mL) x ρ (g/mL) ] ste x ------------ mol 1000 mL
m (mol/Kg) x MM (g /mol) x % (V x ρ) solvente
m sto (g) = -------------------------------------------------------- 1000
ρ (g impuros / mL) x 1 x % (g puros) x 1000 mL x 1m (mol/Kg) = ----------------------------------------------------------------------------- MM (g puros/mol) x 100 (g impuros) x 1 L x ρ solvente (Kg/L)
1 % (g puros) 1000 mL 1m (mol/Kg) = ρ (g impuros/mL) x ---------------- x ------------------ x ---------- x ------------ MM (g puros) 100 (g impuros) 1 L ρ (Kg/L)
Soluto ( mol ) disolvente
Ecuación 20
Nota: ρ (Kg/L) = ρ (g/mL); puesto que:
Una vez determinada la concentración del reactivo, el volumen a utilizar para
preparar la solución diluida, se determina por la “Regla de las Mezclas” (Ecuación
23).
2.5. Partes por millón “ppm” (mg/L)
Reactivos sólidos: determinación 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)
n: Nº de moles de cada uno en la fórmula o reacción.
De esta forma se obtiene:
Ecuación 21
Reactivos líquidos: determinación de la concertación en mg/L del
reactivo.
Partiendo de un sistema de conversión se tiene:
CDFAdocument.doc
15
ρ soluto x %m (mol/Kg) = ---------------------- x 10 MM x ρ solvente
1 Kg 1000 mL ρ (g /mL) x ----------- x ------------- = ρ (Kg /L)
1000 g 1 L
ppm (mg/L) x V (L) x n (MM comp) x 1 gm sto (g) = --------------------------------------------------
1000 mg x n (MM analito)
Si se condesa la relación anterior, se obtiene:
Al cancelar las unidades y resolver, se obtiene finalmente:
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”
(Ecuación 23).
3. Regla de las Mezclas
En muchos casos, en el laboratorio, es necesaria las preparación de soluciones
a partir de otras más concentradas, esto se conoce comúnmente como “hacer una
dilución”, para ello se emplea la “Regla de las 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), 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”.
Partiendo de la ecuación:
Ecuación 23
CDFAdocument.doc
16
% (g puros) 1000 mL 1000 mgppm (mg/L) = ρ (g impuros/mL) x -------------------- x ------------- x -------------- 100 (g impuros) 1 L 1 g
ρ (g impuros / mL) x % (g puros) x 1000 mL x 1000 mgppm (mg/L) = ---------------------------------------------------------------------- 100 (g impuros) x 1 L x 1 g
ppm (mg/L) = ρ x % x 10000
C1 x V1 = C2 x V2
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, madre o patrón.
Estableciendo el volumen que se desea preparar (V2) de la solución nueva y a
que concentración (C2) y conocida C1, puede entonces determinarse el volumen a
medir de la solución concentrada (V1).
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, C1 y
C2 pueden estar referidas a:
% m/m, % m/V, % V/V, g/L, mol/L, eq/L, mol/Kg, mg/L, etc.
Siempre y cuando existan las mismas unidades de concentración (y de
volumen) a cada lado de la expresión, de lo contrario se recurrirán a los factores de
conversión necesarios.
Nota: siempre la concentración de la solución a preparar será menor a la
concentración de la solución 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 las ecuaciones descritas anteriormente se presentan de manera
resumida en las tablas 03, 04 y 05.
CDFAdocument.doc
17
C2 x V2
V1 = ------------- C1
CONSIDERACIONES FINALES
Cuando se vayan a preparar soluciones en unidades de concentración
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
preparar una solución concentrada y luego realizar una dilución hasta la
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.
Cuando las soluciones son muy oscuras, como por ejemplo 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.
CDFAdocument.doc
18
Toda solución deberá rotularse adecuadamente indicando el 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 tome los reactivos sólidos con instrumentos sucios, ni mida el
volumen directamente de la botella principal, destine una cierta cantidad
(aproximadamente lo que se va a emplear) en un recipiente limpio y curado, de igual
forma deberá curarse el material volumétrico que vaya a emplearse.
Las soluciones ácidas concentradas, las soluciones tóxicas, irritantes,
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.
Si parte de su cuerpo entra en contacto con cualquier reactivo, lávela
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 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 las concentraciones de soluciones ácidas (ácidos inorgánicos) o
básicas (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 de agua) en un baño de hielo de manera que se encuentre a baja 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.
CDFAdocument.doc
19
Tabla 01: Resumen de las unidades de concentración, clasificadas en base a su exactitud y precisión, finalidad e instrumentos para su
medición.
Concentración (unidades) AbreviaturaExactitud y
precisiónFinalidad
Instrumentos de medición*
Fís
icas
(C
ual
itat
ivo)
Por
cent
ajes masa – masa (% (g/g))
masa – volumen (% (g/mL))
volumen – volumen (% (mL/mL))
% m/m
% m/V
% V/VBajas
Ajuste de pH
Acondicionamiento de medio
Mezclas de digestión ácida
Soluciones indicadoras
Reactivos para pruebas de identificación cualitativa
Cilindro graduado
Beaker
Matraz enlermeyer
Balanza de sustentación(E ≈ 0,005 g)Relación de volumen (Adim.) A:B
Qu
ímic
as
(Cu
anti
tati
vo)
Partes por mil (g/mL) C (g/L)
Altas
Patrones primarios
Agentes titulantes
Diluciones de muestras
Gravimetría
Soluciones para síntesis y reacciones controladas estequiométricamente
Pipeta aforada
Pipeta graduada
Bureta
Balón aforado
Balanza analítica (E = 0,00005 g)
Molar (mol/L) M
Equivalente (eq/L) N
Molal (mol/Kg) m
Partes por millón (mg/L) ppm
Adim. = adimensional.* Para la medición de la cantidad de soluto a emplear o para la preparación y/o contención final de la solución.
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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 Fórmula
Porcentaje masa-masa % m/m % (g/g) N/A 01m soluto
% m/m = -------------- x 100 %m solución
Porcentaje masa-volumen % m/V % (g/mL) N/A 02m soluto
% m/V = -------------- x 100 % V solución
Porcentaje volumen-volumen % V/V % (mL/mL) N/A 03V soluto
% V/V = -------------- x 100 % V solución
N/A: no aplica para el cálculo
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Tabla 03: Resumen de las fórmulas y ecuaciones requeridas para la determinación de la concentración de soluciones en unidades de
concentración químicas.
Concentración Abreviatura UnidadesEstado físico y pureza
del reactivoEcuación Nº Fórmula
Partes por mil C (g/L) g/LSólido - puro 04
m soluto (g) C (g/L) = ------------------ V solución (L)
Líquido - impuro 13 C (g/L) = ρ x % x 10
Molar M mol/L
Sólido - puro 05 m soluto (g)
M (mol/L) = ------------------------------ MM (g/mol) x V sol (L)
Líquido - impuro 15 ρ x %
M (mol/L) = -------------- x 10 MM
Equivalente N eq/L
Sólido - puro 06 m soluto (g)
N (eq/L) = ------------------------------ ME (g/eq) x V sol (L)
Líquido - impuro 17 ρ x %
N (eq/L) = -------------- x 10 ME
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Continuación
Molal m mol/Kg
Sólido - puro 07 m soluto (g)
m (mol/Kg) = ------------------------------ MM (g/mol) x m sol (Kg)
Líquido - impuro 20 ρ soluto x %
m (mol/Kg) = --------------------- x 10 MM x ρ solvente
Partes por millón(de un elemento solo o de un
compuesto)
ppm mg/LSólido - puro 08
m soluto (mg) ppm = ------------------ V solución (L)
Líquido - impuro 22 ppm = ρ x % x 10000
Partes por millón(de un elemento cuando
forma parte de un compuesto)
ppm mg/LSólido _
m sto (mg) ppm = -------------- x Fg
V sol (L)
Líquido _ ppm = ρ x % x 10000 x Fg
n (MM elemento) Fg = ---------------------- = Factor gravimétrico MM compuesto
n: Nº de moles del elemento en la fórmula
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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
Porcentaje masa-masaSólido - puro 09
% m/m x m soluciónm soluto = --------------------------
100 %Sólido - impuro – Ec. 09 x Fp*
Porcentaje masa-volumenSólido - puro 10
% m/V x V soluciónm soluto = -------------------------
100 %
Sólido - impuro – Ec. 10 x Fp*
Porcentaje volumen-volumenLíquido - puro 11
% V/V x V soluciónV soluto = -------------------------
100 %
Líquido - impuro 23 Regla de las mezclas **
Relación de volúmenes Líquido - N/A
12.aFA
V sto A = -------------- x V sol(FA + FB)
12.bFB
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.
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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 Estado físico y pureza del reactivo * Ecuación Nº Fórmula
Partes por milSólido - puro – m sto (g) = C (g/L) x V sol (L)
Líquido – impuro 23 Regla de las mezclas **
MolarSólido - puro 14 m sto (g) = M (mol/L) x MM (g/mol) x V sol (L)
Líquido - impuro 23 Regla de las mezclas **
EquivalenteSólido - puro 16 m sto (g) = N (eq/L) x ME (g/eq) x V sol (L)
Líquido - impuro 23 Regla de las mezclas **
MolalSólido - puro 19
m (mol/Kg) x MM (g/mol) x m sol (Kg)m sto (g) = -----------------------------------------------
1000Líquido - impuro 23 Regla de las mezclas **
Partes por millónSólido - puro 21
ppm (mg/L) x V (L) x n (MM comp) x 1 gm 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).
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** 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.
ReactivoFórmula
Molecular
Masa molecular
(g/mol)
Densidad*
(g/mL)
Porcentaje de
Pureza* (%)
Concentración
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
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 Perclórico HClO4 100,457 1,68 71 1192,8 11,8737
Ácido 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, multiplique el valor en g/L por 1000.
Equivalente, divida la concentración molar entre el número de equivalentes de la sustancia.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 H2O = 1).
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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, A. y RAMOS, F. (2002). Química. Distribuidora Escolar,
S.A., Caracas – Venezuela.
CHANG, R. (1999). Química. Sexta Edición. McGraw – Hill Interamericana
Editores, S.A. de C.V., México.
GABB, M. H. y LATCHEM, W. E. (1973). Manual de Soluciones de
Laboratorio. 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, Z., ÁLVAREZ, C. y GERALDINO, E. (2006). Laboratorio de
Química General, Preparación de Soluciones. Guía de Prácticas de Laboratorio.
Instituto Universitario de Tecnología de Cumaná, Venezuela.
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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 de solución al 4 % m/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 cantidad de yoduro de potasio será necesaria para preparar una solución al 3 % m/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?
R: 37,5 mL de HNO3; 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 será la concentración en ppm de una disolución acuosa que contiene 2,2 mg de iones fluoruro (F–) en 500 mL?
4,4 ppm
10) Transforme la concentración anterior a g/L y mol/L (MM F– = 18,998 g/mol)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 KH2PO4 anhidra se necesitan pesar?
R: 0,0219 g
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
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13) Para una titulación de óxido – reducción se probarán dos soluciones una de permanganato de potasio (KMnO4) 0,1 mol/L y otra de dicromato de potasio (K2Cr2O7) 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 KMnO4; 0,4903 g K2Cr2O7
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 (Na2C2O4) ¿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 solución de Fe+2, si se prepara a partir de sulfato ferroso amoniacal 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 apropiada esta solución para la estandarización de la solución de
dicromato mencionada en el problema 13? De no ser así, ¿que debería hacerse y cómo lo haría?
Exprese la concentración en mg/L (ppm) de sulfato ferroso amoniacal hexahidratado y en mg/L (ppm) de Fe+2.
R: 39,214 x 104 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?
18) ¿Que volúmenes debe medir, para preparar una serie 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?
20) Si se desea realizar un análisis gravimétrico para conocer la cantidad de un analito X en una muestra ¿a que tipo de unidad de concentración deberán estar preparados los reactivos que intervienen y porqué? Si fuese necesario acidular el medio acuoso donde ocurrirá la reacción ¿a que tipo de unidad de concentración deberá estar preparado el ácido y porqué?
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