Soluciones – Prof. Lic. Cecilia Ferrante Fuente: Temas de Química General Eudeba

Como ya discutimos, las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas. El aire formado por nitrógeno, oxígeno y un pequeño porcentaje de otras sustancias es un ejemplo de una solución gaseosa. El agua de mar (no el mar) es un ejemplo de una solución líquida. Una amalgama es una solución sólida de mercurio en otro metal o una solución líquida de un metal en mercurio. Una aleación es una solución sólida de metales, por ejemplo, el latón (cobre y zinc). Numerosas reacciones químicas se verifican cuando los reactivos se hallan en solución. Las soluciones líquidas proveen un medio conveniente de poner en contacto cantidades de reactivos cuidadosamente medidas. En el estudio de las soluciones es útil emplear los términos soluto y solvente; en general suele llamarse solvente al componente que se halla en mayor proporción en masa. Por ejemplo, si tenemos una solución formada por 1 g de iodo y 200 g de cloroformo, el soluto es el iodo y el cloroformo es el solvente. Otro criterio consiste en denominar solvente al componente cuyo estado de agregación coincide con el de la solución formada. Por ejemplo, si tenemos una solución líquida formada por 150 g de quinina (sólida) y 100 g de alcohol (líquido), este último puede considerarse como el solvente. Como se infiere, estas denominaciones de soluto y solvente son arbitrarias y sólo responden a razones de conveniencia práctica, ya que no hay diferencia conceptual entre ambos términos. En una solución, las partículas que corresponden al soluto y al solvente están mezcladas en toda su masa. En particular, cuando uno de los componentes de una solución es el agua, se considera que ésta es el solvente. Esto se debe a que son muchas y muy importantes las reacciones químicas que tienen lugar en solución acuosa, por ejemplo, todas las que se producen en las células de los organismos animales y vegetales. De acuerdo con lo dicho, si a 90 g de agua se le agrega 10 g de H2SO4 se obtiene un sistema homogéneo, por otra parte, si a 10 g de agua se le agrega 90 g de H2SO4, también se obtiene un sistema de una sola fase líquida. ¿Cuál es el solvente en cada caso? En ambos casos se considera que el solvente es el agua. Cuando decimos agua, nos referimos a la sustancia agua destilada. Formas de expresar la concentración Llamamos concentración de una solución a la relación entre la cantidad de soluto y la del solvente o la de la solución. Existen diferentes formas de expresar la concentración de una solución. % m/m: (porcentaje masa-masa o por ciento en masa) indica cuántos gramos de soluto están disueltos cada 100 g de solución. Cuando se indica que una solución tiene una concentración 5 % m/m se quiere expresar que en 100 g de solución están disueltos 5 g de soluto.

5% m/m = 5 g de soluto en 100 g de solución Ejemplo 1 : una solución contiene 30 g de NaCl en 80 g de solución. Expresar la concentración en % m/m. Si 80 g solución __________ 30 g soluto 100 g solución __________ x = 38 g soluto La solución tiene una concentración 38% m/m. % m/V: indica cuantos gramos de soluto están disueltos cada 100 cm3 de solución.

Ejemplo 2 : si 100 cm3 de una solución contienen 2 g de soluto, entonces la concentración de dicha solución es de 2% m/V. ¿Qué masa de soluto estará contenida en 30 cm3 de la solución anterior? Si 100 cm3 solución __________ 2 g soluto 30 cm3 solución __________ x = 0,60 g soluto % V/V: (por ciento volumen-volumen): se define como el volumen de soluto que se encuentra disuelto en 100 cm3 de solución. Ejemplo 3 : se tiene una solución que contiene 18 cm3 de etanol y 202 cm3 de metanol. ¿Cuál es su concentración expresada en % V/V? Los volúmenes se consideran aditivos (en este caso particular esto se cumple por tratarse de dos sustancias estructuralmente muy semejantes) 18 cm3 + 202 cm3 = 220 cm3 220 cm3 solución __________ 18 cm3 etanol 100 cm3 solución __________ x = 8,20 cm3 etanol La concentración de la solución es de 8,20 % V/V. Se ha considerado el etanol como soluto, ya que está en menor proporción. Esta forma de expresar la concentración suele utilizarse cuando los componentes de la solución son líquidos y la solución también. Ejemplo 5 : ¿cuántos gramos de soluto se necesitan para preparar 20cm3 de solución 5% m/V? 5% m/V = 5 g soluto en 100 cm3 de solución. Entonces si: 100 cm3 solución __________ 5 g soluto 20 cm3 solución __________ x = 1 g soluto Ejemplo 7 : se quiere preparar 500 cm3 de solución acuosa de H2SO4 30 % m/m. Sabiendo que la densidad de las solución es de 1,20 g.cm-3, calcular: a) la masa de soluto y solvente necesarios, b) la concentración expresada en % m/V. a) El dato de la concentración de la solución a preparar está dado en masa de soluto y masa de solución. Queremos averiguar las masas de soluto y solvente para preparar un determinado volumen de solución, por lo tanto haremos uso del dato de la densidad, que relaciona la masa de solución con el volumen de solución: 1 cm3 solución __________ 1,20 g solución 500 cm3 solución __________ x = 600 g solución Como vimos: 30% m/m = 30 g de soluto en 100 g solución Entonces: 100 g solución __________ 30 g soluto 600 g solución __________ x = 180 g soluto

600 g solución – 180 g soluto = 420 g solvente b) 500 cm3 solución __________ 180 g soluto 100 cm3 solución __________ x = 36 g soluto La concentración de la solución es 36 % m/V. Ejercicios de aplicación: 1. Se tiene una solución acuosa de 10 g de azúcar en 250 g de solución. Expresar su

concentración en % m/m. 2. Se desea preparar 200 cm3 de una solución acuosa de HCl 10 % m/m y de densidad

1,02 g.cm-3. a) ¿Cuál es la masa de soluto y solvente necesaria? b) La concentración en % m/V.

3. ¿Qué masa de soluto hay en 300 g de solución al 21% m/m? 4. ¿Qué masa de soluto y solvente hay en 200 g de una solución de NaCl al 6% m/m? 5. Se preparó una solución disolviendo 30 g de soluto en 770 g de solvente, ¿cuál es la

concentración expresada en m/m? 6. ¿Qué masa de soluto tiene 200 g de solución al 14% m/m? 7. Una solución de alcohol – agua es 40% m/m. ¿Qué masa de solución tienen 10 g de

soluto? ¿Cuánto solvente hay en dicha solución? 8. Una solución está al 25% m/v, ¿qué volumen de solución contienen 4,8 g de soluto? 9. Si 20 cm3 de soluto líquido se disuelven en 180 cm3 de solvente líquido, ¿cuál es el

porcentaje v/v? Considera volúmenes aditivos. 10. Una solución está al 10% m/v. ¿Qué masa de soluto hay en 4,5 l de solución? ¿Y en

20 l de la misma solución? 11. Si una solución está al 2% m/m de azúcar en agua, ¿qué masa de solución tienen 50 g

de agua? ¿Qué masa de soluto hay? 12. Se quieren preparar 500 cm3 de solución acuosa de ácido sulfúrico 30% m/m.

Sabiendo que la densidad de la solución es 1,20 g/cm3, calcular la masa de soluto y de solvente necesarios y la concentración % m/v.

13. ¿Cuántos g de soluto se necesitan para preparar 20 cm3 de solución 5% m/v? 14. Calcular el porcentaje m/m que tiene una solución obtenida al disolver 5 g de soluto en

20 g de solvente.