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Soluciones, concentraciones y pH
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RAMÓN MONREAL VERA ROMEROCOLEGIO DE CIENCIAS Y
HUMANIDADESPLANTEL ORIENTE
UNAMMÉXICO NOVIEMBRE DEL 2013
Soluciones
SOLUCIONES
Definición y
Solución o Disolución
Una solución (o disolución) es una mezcla de dos o más componentes, perfectamente homogénea ya que cada componente se mezcla íntimamente con el otro (niveles moleculares o de iones), manteniendo sus propiedades específicas.
Disolver
Es la acción de mezclar dos componentes semejantes para formar un medio homogéneo (una fase), donde las partículas de ambas sustancias se dispersan entre sí.
Soluto.- Sustancia que está en menor proporción.
Solvente.- Sustancia que está en mayor proporción
Tipos de Soluciones
Sólidas aleaciones
Líquidas Sal y Agua Agua y Alcohol CO2 y Agua
Gaseosa Aire
Concentración
Medida de la cantidad de soluto presente en una cantidad dada de disolvente (masa o volumen) o de disolución (masa o volumen)
Proporción que existe entre el soluto y el solvente.
Formas de Expresar Concentración
Porciento Masa Volumen
Masa – Volumen Molaridad
(Moles – Volumen) Normalidad
(Equivalentes químicos – Volumen)
CONCENTRACIÓNDE
SOLUCIONES
Porciento en Masa
Porciento en masa Es el porciento de Masa ocupado por el soluto
con respecto a la Masa total de solución, ejemplo:
Se tienen 60 % en Masa de cobre en una aleación metálica.
Interpretación: Por cada 100 unidades de Masa de la aleación
contienen 60 unidades de Masa de cobre.
Porciento en Masa Por cada 100 unidades de Masa de la aleación
contienen 60 unidades de Masa de cobre. Si usamos g, sería: Por cada 100 g de la aleación contienen 60 g
de cobre. Si usamos Kg, sería: Por cada 100 Kg de la aleación contienen
60 Kg de Cobre.
Cálculo del Porciento en Masa
Se tiene una mezcla de una aleación que contiene 30 g de cobre, 40 gramos de plata y 65 gramos de oro. Calcular el porciento en masa de cada uno de los componentes.
Sustancia Masa Porciento
Cobre 30 g
Plata 40 g
Oro 65 g
Cálculo del Porciento en Masa
Se obtienen el total de la masa de la mezcla: 30 g de Cu + 40 g Ag + 65 g Au = 135 g Mezcla
Sustancia Masa Porciento
Cobre 30 g
Plata 40 g
Oro 65 g
Mezcla
Cálculo del Porciento en Masa
Se obtienen el porciento de Cobre, a través de regla de tres, observa que son la misma, pero planteadas en forma diferente:
Sustancia Masa Porciento
Cobre 30 g
Plata 40 g
Oro 65 g
Mezcla 135 g
Cálculo del Porciento en Masa
La que conviene utilizar es la que tiene la x en el lado izquierdo y en el numerador (parte superior):
Sustancia Masa Porciento
Cobre 30 g
Plata 40 g
Oro 65 g
Mezcla 135 g
Despejando x:
x= 22.22 %
Cálculo del Porciento en MasaSustancia Masa Porciento
Cobre 30 g
Plata 40 g
Oro 65 g
Mezcla 135 g
Se realiza el mismo procedimiento para la plata:
x = 29.62 %
Cálculo del Porciento en MasaSustancia Masa Porciento
Cobre 30 g 22.22 %
Plata 40 g 29.62 %
Oro 65 g
Mezcla 135 g
Se realiza el mismo procedimiento para el oro:
x = 48.14%
Cálculo del Porciento en MasaSustancia Masa Porciento
Cobre 30 g 22.22 %
Plata 40 g 29.62 %
Oro 65 g 48.14 %
Mezcla 135 g
Se suman los porcentajes para verificar los resultados, la suma debe de dar el valor de 100% o muy cercano:22.22 % + 29.62 % + 48.14 % = 99.98 %
Correcto
Cálculo del Porciento en MasaSustancia Masa Porciento
Cobre 30 g 22.22 %
Plata 40 g 29.62 %
Oro 65 g 48.14 %
Mezcla 135 g 99.98 %
CONCENTRACIÓNDE
SOLUCIONES
Porciento en Volumen
Porciento en volumen Es el porciento de volumen ocupado por el
soluto con respecto al volumen total disolución, ejemplo:
Se tienen 35 % en Volumen de alcohol en una solución acuosa.
Interpretación: Por cada 100 unidades de volumen de la
mezcla contienen 35 unidades de volumen de alcohol.
Porciento en volumen Por cada 100 unidades de volumen de la
mezcla contienen 35 unidades de volumen de alcohol.
Si usamos ml, sería: Por cada 100 ml de la mezcla contienen 35 ml
de alcohol. Si usamos ml, sería: Por cada 100 litros de la mezcla contienen
35 litros de alcohol.
Cálculo del Porciento en Volumen
Se tiene una mezcla de gases que contiene60 litros Oxígeno, 40 Litros de Dióxido de Carbono y 80 Litros de Nitrógeno. Calcular el porciento en volumen de cada uno de los componentes.
Sustancia Volumen Porciento
Oxígeno 60 L
Dióxido de Carbono 40 L
Nitrógeno 80 L
Cálculo del Porciento en Volumen
60 L O2 + 40 L CO2 + 80 L N2 = 180 L Mezcla
Se obtienen el total del volumen de la mezcla.
Sustancia Volumen Porciento
Oxígeno 60 L
Dióxido de Carbono 40 L
Nitrógeno 80 L
Total 180 L
Cálculo del Porciento en Volumen
Se obtiene el porciento de cada componente, pero en este ejemplo usaremos factores de conversión
Porciento de Oxígeno = 33.33 %
Sustancia Volumen Porciento
Oxígeno 60 L 33.33
Dióxido de Carbono 40 L
Nitrógeno 80 L
Total 180 L 100 %
Se obtiene el porciento de cada componente, pero en este ejemplo usaremos factores de conversión
Porciento de Dióxido de Carbono = 22.22 %
Cálculo del Porciento en VolumenSustancia Volumen Porciento
Oxígeno 60 L 33.33 %
Dióxido de Carbono 40 L 22.22 %
Nitrógeno 80 L
Total 180 L 100 %
Se obtiene el porciento de cada componente, pero en este ejemplo usaremos factores de conversión
Porciento de Nitrógeno = 44.44 %
Cálculo del Porciento en VolumenSustancia Volumen Porciento
Oxígeno 60 L 33.33 %
Dióxido de Carbono 40 L 22.22 %
Nitrógeno 80 L 44.44 %
Total 180 L 100 %
Se suman los porcentajes para verificar los resultados, la suma debe de dar el valor de 100% o muy cercano:33.33 % + 22.22 % + 44.44 % = 99.99 %
Correcto
Cálculo del Porciento en MasaSustancia Volumen Porciento
Oxígeno 60 L 33.33 %
Dióxido de Carbono 40 L 22.22 %
Nitrógeno 80 L 44.44 %
Total 180 L 100 %
CONCENTRACIÓNDE
SOLUCIONES
Concentración Masa -
Volumen
Concentración Masa - Volumen
Es la razón entre la cantidad de masa del Soluto y el volumen de la solución.
Donde la M (masa) puede ser: g, dg, cg, mg, Dag, Hg y Kg.
Donde V (volumen) puede ser: L, dl, cl, ml, Dal, Hl y Kl
Concentración Masa - Volumen
S , Ejemplo se tienen 40 g de NaCl y se disuelven
en 8 litros de solución. Calcular su concentración
Interpretación: Por cada litro de solución contiene 5 gramos de NaCl
Concentración Masa - Volumen
Interpretación: Por cada litro de solución contiene 2.5 gramos de NaCl
¿Cuánta sal habría en 2 litros?Como en cada litro hay 2.5 gramos en dos litros habrá el doble o sea 5 gramos.
¿Cuánta sal habría en 0.5 litros?Como en cada litro hay 2.5 gramos en .5 litros(½ litro) habrá la mitad 1.25 gramos.
CONCENTRACIÓNDE
SOLUCIONES
Concentración Molaridad
Concentración Molaridad
Es la razón entre la cantidad de moles del Soluto y el volumen de la solución.
Donde n (número de moles) puede ser: mol (medida
de partículas). Donde V (volumen) puede ser: L, dl, cl, ml,
Dal, Hl y Kl
Concentración Molaridad
S ,
Recuerda que para obtener el n (número de moles) se parte de la masa molecular expresada en gramos ( 1 mol) y en base a los gramos podremos saber la cantidad de moles que tenemos.
Concentración Molaridad
Ejemplo se tienen 60 g de NaOH y se disuelven en 8 litros de solución.Calcular su concentración
Primero la masa molecular de NaOHElemento
Masa Atómica
Num. De Átomos
Masa total del elemento
Sodio 23 1 23 uma
Oxígeno 16 1 16 uma
Hidrógeno 1 1 1 uma
Total 40 uma
Concentración Molaridad
Como la masa molecular del NaOH es de 40 uma. Una mol es igual a 40 g, como nuestra masa es de 60 gramos, por lo tanto, tenemos: 1 mol (40)+.5 mol (20g)=1.5 mol (60 g)
Concentración Molaridad
Forma de Calcular el número de moles: Regla de tres:
Interpretación: El número de moles a calcular es a 60
gramos, como, 1 mol es a 40 gramos, despeje:
Concentración Molaridad
Forma de Calcular el número de moles: Factores de Conversión:
Como la masa molecular es de 40 uma, 1 mol tiene 40g, por lo tanto:
El número de moles a calcular es de 60 gramos, como, 1 mol es 40 gramos, despeje:
= 1.5 mol de NaCl
Concentración Molaridad
Calculo de Concentración: n = 1.5 mol de NaCl V = 8 litros
Se interpreta: Existen 0.187 moles de NaCl por cada litro
Se lee: Una solución 0.187 Molar
CONCENTRACIÓNDE
SOLUCIONES
Concentración Normalidad
Concentración Normalidad
Es la razón entre la cantidad de equivalentes químicos de Soluto y el volumen de la solución.
Donde e.q. (equivalentes químicos). Donde V (volumen) puede ser: L, dl, cl, ml, Dal,
Hl y Kl
Concentración Normalidad
S ,
Recuerda que para obtener el eq (número de equivalentes químicos) se parte de la masa molecular expresada en gramos ( 1 mol) y en base a los gramos podremos saber la cantidad de moles, posteriormente se multiplica el número de partes activas por el número de moles y se obtiene los equivalentes químicos.
Concentración Normalidad
Ejemplo se tienen 294 g de H2SO4 y se disuelven en 6 litros de solución.Calcular su concentración
Primero la masa molecular de H2SO4Element
oMasa Atómica
Num. De Átomos
Masa total del elemento
Hidrógeno 1 2 2 uma
Azufre 32 1 16 uma
Oxígeno 16 4 64 uma
Total 98 uma
Concentración Normalidad
Como la masa molecular del H2SO4 es de 98 uma.
Una mol es igual a 98 g, como nuestra masa es de 294 gramos, por lo tanto, tenemos: 𝑥𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠=
298𝑔98𝑔
1𝑚𝑜𝑙=3𝑚𝑜𝑙
Concentración Normalidad
Cálculo de los equivalentes Químicos: H2SO4 El ácido sulfúrico tiene 2 hidrógeno,
por lo tanto tiene 2 partes activas. Como son 3 mol, como tiene 2 partes activas
por molécula, por lo tanto tiene 6 equivalentes químicos.
e.q. = 6 mol partes activas = 6 e.q.
Concentración Normalidad
Calculo de Concentración (H2SO4 ):
e.q. = 6 moles de partes activas (H+) V = 60 litros
Se interpreta: Existen 0.1 equivalente Químico de H2SO4 por cada litro
Se lee: Una solución 0.1 Normal
Concentración Normalidad
Ejemplo se tienen 156 g de Al(OH)3 y se disuelven en 60 litros de solución.Calcular su concentración
Primero la masa molecular de Al(OH)3Elemento
Masa Atómica
Num. De Átomos
Masa total del elemento
Aluminio 27 1 27 uma
Oxígeno 16 3 48 uma
Hidrógeno 1 3 3 uma
Total 78 uma
Concentración Normalidad
Como la masa molecular del H2SO4 es de 78 uma.
Una mol es igual a 78 g, como nuestra masa es de 156 gramos, por lo tanto, tenemos: 𝑥𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠=
156𝑔78𝑔
1𝑚𝑜𝑙=2𝑚𝑜𝑙
Al(OH)3
Concentración Normalidad
Cálculo de los equivalentes Químicos: Al(OH)3 El hidróxido de aluminio tiene 3
iones hidróxido, por lo tanto tiene 3 partes activas.
Como son 2 mol, como tiene 3 partes activas por molécula, por lo tanto tiene 6 equivalentes químicos.
e.q. = 6 mol partes activas = 6 e.q.
Concentración Normalidad
Calculo de Concentración (Al(OH)3 ):
e.q. = 6 moles de partes activas (-OH) V = 60 litros
Se interpreta: Existen 0.1 equivalente Químico de Al(OH)3 por cada litro
Se lee: Una solución 0.1 Normal
CONCENTRACIÓNDE
SOLUCIONES
Cálculo de pH
Cálculo del Potencial de Hidrógeno
El potencial de Hidrógeno (pH) es el que mide el nivel de acidez de uma solución.
pH = - logaritmo [H+] La palabra de potencial, se refiere a potencia
de la concentración de los iones hidrógeno, que se refiere al exponente del valor de la concentración.
Logaritmos = Exponente
Cálculo del Potencial de Hidrógeno
Concentración de iones Hidrógeno
pH
[H+]= 0.1 = 10-1
1
[H+]= 0.01 = 10-2
2
[H+]= 0.001 = 10-
3
3
[H+]= 0.0001 = 10-
4
4
[H+]= 0.00001 = 10-
5
5
[H+]= 0.000001 = 10-6 6[H+]= 0.0000001 = 10-7 7
Cálculo del Potencial de Hidrógeno
Para obtener el pH de una solución se obtiene a través de la normalidad, ya que los equivalentes químicos son la concentración de iones Hidrógeno, en el caso de los ácidos.
[H+] = Normalidad del ácido
Cálculo del Potencial de Hidrógeno
Para obtener el pOH de una solución se obtiene a través de la normalidad, ya que los equivalentes químicos son la concentración de iones Hidróxidos, en el caso de los Bases.
[-OH] = Normalidad del Base
Cálculo del Potencial de Hidrógeno
Conclusión: Si tenemos un ácido su normalidad será igual a la
concentración de iones Hidrógeno, obteniendo el pH.
[H+] = Normalidad del ácido Si tenemos una base su normalidad será igual a la
concentración de iones hidróxido, obteniendo el pOH.
[-OH] = Normalidad del Base
Cálculo del Potencial de Hidrógeno
La suma del pH + pOH = 14
Recuerda que la escala va de 0 a 14
Concentración H+ pH
pOH
Concentración -
OH
0.001 = 10-3 3 11 0.00000000001 = 10-11
0.00001 = 10-5 5 9 0.000000001 = 10-9
0.00000001 = 10-8 8 6 0.000001 = 10-6
0.0001 = 10-4 4 10 0.0000000001 = 10-10
0.00000000001 = 10-11
11 3 0.001 = 10-3
Cálculo del Potencial de Hidrógeno
Cuando la concentración es diferente de la unidad, el exponente nos da un valor aproximado de pH, para obtener un valor preciso se hace uso de los logaritmos:
Solución de HCl de concentración de 0.002 N (.002 normal)
[H+] = 0.002 N pH = - log [H+] = - log [0.002] = 2.6989
Cálculo del Potencial de Hidrógeno Ejemplo ÁCIDO:
Solución de 0.2 N de HCl, entonces [H+] =0.2N siendo su pH = -log [0.2] = 0.6990 y su pOH =14 – 0.6990= 13.3010
Ejemplo BaseSolución de 0.7 N de KOH, entonces [-OH] =0.7N siendo su pOH = -log [0.7] = 0.1549 y su pH =14 – 0.1549= 13.8450
Cálculo del Potencial de Hidrógeno
[H+] pH -log[] pOH [-OH]
Ácido
0.0004 2.3979
-log[0.004]
-log[0.00008] 4.0969
0.00008
0.0000005
6.3010
-log[0.0000005]
-log{0.00045} 3.3467
0.00045
1
2
ÁcidosPrimer Paso: se toma la concentración de iones hidrógeno Segundo Paso: se sustituye en la formula, se resuelve y se obtiene el pH
Cálculo del Potencial de Hidrógeno
[H+] pH -log[] pOH [-OH]
Ácido
0.0004 2.3979
-log[0.004]
-log[0.00008] 4.0969
0.00008
0.0000005
6.3010
-log[0.0000005]
-log{0.00045} 3.3467
0.00045
1
2
BasesPrimer Paso: se toma la concentración de iones hidróxido Segundo Paso: se sustituye en la formula, se resuelve y se obtiene el pOH
Cálculo del Potencial de Hidrógeno
[H+] pH pOH [-OH]
0.0004 2.3979 14-2.3979
14-4.0969 4.0969 0.00008
0.0000005
6.3010 14-6.3010
14-3.3467 3.3467 0.00045
Se obtiene los resultados faltantes por pH +POH = 14
Cálculo del Potencial de Hidrógeno
Para calcular las Concentraciones faltantes se utiliza el pH o el pOH, ya que el potencial se refiere a la potencia o sea al exponente, veamos:
pH = 3.4 la [H+] = 10-3.4 Recuerda que es con signo –
pOH= 5.2 la [- OH] = 10-5.2
Cálculo del Potencial de Hidrógeno
Uso de la Calculadora: Busca la función 10x que
se encuentra arriba de la tecla log, como es una segunda función, aprieta primero la tecla [shift] y después la tecla [log], escribe el numero y aprieta la tecla de igual para obtener el resultado
Cálculo del Potencial de Hidrógeno
Realiza un ejemplo: pH = 1.23 Aprieta:
1. tecla [shift]
2. Tecla [log]
3. Abre paréntesis [(]
4. Signo -
5. Teclea el número 1.23
6. Cierra paréntesis [)]
7. Tecla [=], para obtener el resultado
1 23
45 6
7
Cálculo del Potencial de Hidrógeno Uso de la Calculadora: Aparecerá en la pantalla de la siguiente manera
antes de apretar el igual
Al apretar la tecla [=]
En notación científica puede aparecer así:
CONCENTRACIÓNDE
SOLUCIONES
Resumen de Fórmulas
Para los amantes de la
Memoria
Fórmulas Masa.-Cantidad de materia y sus unidades
gramos y kilogramos Volumen.- Espacio que ocupa un cuerpo y sus
unidades ml y litros Masa Molecular.-Es la suma de las masas
atómicas de una molécula. Masa Molar = los gramos por mol (es equivalente
a la masa molecular expresada en gramos) y sus unidades son g/mol.
Fórmulas Número de moles representa la cantidad de
partículas (moléculas, iones, átomos o electrones) y se calcula:
Masan = ----------------- Masa Molar
Número de equivalentes químicos representa la cantidad de partículas activas de una sustancia (iones hidrógeno o hidróxido) y se calcula:
E.Q. = n x Número de partes activas
Fórmulas Numero de partes activas es el número de
hidrógenos de un ácido o el número de hidróxidos de una base.
Ejemplos: HNO3 tiene una parte activa
H2SO4 tiene dos partes activas
H3PO4 tiene tres partes activas
KOH tiene una parte activa
Ca(OH)2 tiene dos partes activas
Al(OH)3 tiene tres partes activas
Fórmulas Porciento Masa
Componentes A,B y C 100 %
% de A = gr A -------------------------------- gr totales de la mezcla
100 % % de A = gr B --------------------------------
gr totales de la mezcla 100 %
% de A = gr C -------------------------------- gr totales de la mezcla
Fórmulas Porciento Volumen
Componentes A,B y C 100 %
% de A = ml A -------------------------------- ml totales de la mezcla
100 % % de A = ml B --------------------------------
ml totales de la mezcla 100 %
% de A = ml C -------------------------------- ml totales de la mezcla
Fórmulas Concentración Masa – Volumen:
Masa de la sustancia M
Concentración = -------------------------------- =----- Litros de Solución V
Concentración Moles – Volumen:
Moles de la sustancia n
Molaridad = --------------------------------=--------- Litros de Solución V
Concentración Equivalentes Químicos – Volumen:
Equivalentes Químicos de la sustancia eq
Normalidad = --------------------------------------------------= ---------- Litros de Solución V
Fórmulas [H+] = Normalidad del Ácido [-OH] = Normalidad de la Base pH = - log [H+] pOH = - log [-OH] pH +pOH = 14 [H+] = 10-pH
[-OH] = 10-pOH