concentración de soluciones
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Concentración de soluciones.
Forma de expresar la concentración de disoluciones:
Porcentaje en volumen
El porcentaje en masa representa los gramos de soluto en 100 gramos de disolución. Por ejemplo: una disolución al 10% de azúcar en agua contiene:
• 10 g de azúcar (soluto) • 100 gramos de disolución (soluto = 10 g de azúcar + disolvente = 90g de agua)
Para calcular el porcentaje en masa (% en masa) de soluto en una disolución se sustituyen los datos en la siguiente expresión:
Porcentaje en volumen
El porcentaje en masa representa los gramos de soluto en 100 gramos de disolución. Por ejemplo: una disolución al 10% de azúcar en agua contiene:
• 10 g de azúcar (soluto) • 100 gramos de disolución (soluto = 10 g de azúcar + disolvente = 90g de agua)
Para calcular el porcentaje en masa (% en masa) de soluto en una disolución se sustituyen los datos en la siguiente expresión:
Por ejemplo:
Una disolución al 5% de alcohol etílico contiene:
5 ml de alcohol (soluto)
100 ml de disolución (soluto = 5 ml de este alcohol + disolvente = 95ml de agua)
Ejemplo 1 (% en masa)
¿Qué porcentaje en masa de sal tendrá un suero salino preparado en la farmacia con 40 g de sal y 80 gramos de agua?
Ejemplo 1 (% en masa)
¿Qué porcentaje en masa de sal tendrá un suero salino preparado en la farmacia con 40 g de sal y 80 gramos de agua?
¿Qué masa de cloruro de potasio, y agua se necesitan para preparar 250 g de una disolución al 5%?¿Qué masa de cloruro de potasio, y agua se necesitan para preparar 250 g de una disolución al 5%?
Ejemplo 2 (% en volumen) Una botella de brandy contiene un volumen de 946 ml. En la etiqueta dice tener un 38% en volumen de alcohol. Calcula el volumen de alcohol contenido.
Ejemplo 2 (% en volumen) Una botella de brandy contiene un volumen de 946 ml. En la etiqueta dice tener un 38% en volumen de alcohol. Calcula el volumen de alcohol contenido.
Unidades de concentración
Molaridad, Molalidad, Normalidad.
M = gramos de soluto / PM x V
MOLARIDADMOLARIDAD
• ¿Cuántos gramos de dicromato de potasio (K2Cr2O7) se requieren para preparar 250 mL de una disolución cuya concentración sea 2.16 M?
• ¿Cuántos gramos de dicromato de potasio (K2Cr2O7) se requieren para preparar 250 mL de una disolución cuya concentración sea 2.16 M?
• ¿Cuál es la concentración molar de una disolución que contiene 16,0 g de metanol, CH3OH, en 200 ml de disolución?
• ¿Cuál es la concentración molar de una disolución que contiene 16,0 g de metanol, CH3OH, en 200 ml de disolución?
¿Cuál es la molalidad de una disolución que se preparó disolviendo 5 g de tolueno (C7H8) en 225 g de benceno (C6H6)?
¿Cuál es la molalidad de una disolución que se preparó disolviendo 5 g de tolueno (C7H8) en 225 g de benceno (C6H6)?
Dilución
Las disoluciones que se emplean ordinariamente en el laboratorio suelen comprarse o prepararse en forma concentrada (disoluciones stock). Por ejemplo, el HCl se adquiere como disolución 12 M.
Podemos obtener disoluciones de más baja concentración agregando agua: proceso conocido como dilución.
Para poder titular una disolución desconocida con una estándar, debe haber alguna forma de determinar cuándo se ha llegado al punto de equivalencia de la titulación. En las titulaciones ácido-base, se emplean colorantes llamados indicadores ácido-base.
El colorante fenoftaleína es incoloro en disolución ácida pero rosado en disolución básica. Si agregamos fenoftaleína a una disolución desconocida de ácido, la disolución será incolora. Luego podemos agregar base estándar con una bureta hasta que la disolución apenas pase de incolora a rosada.
Cambio de color = punto final de la titulación, generalmente coincide con el punto de equivalencia
Análisis gravimétrico. Método de análisis cuantitativo basado en la medición precisa y exacta de la masa de la sustancia que se determina (analito), la cual ha sido previamente separada del resto de los componentes de la muestra (matriz) como una fase más o menos pura.
El Análisis gravimétrico involucra dos etapas generales esenciales:
La separación del componente que se desea cuantificar y,
La pesada exacta y precisa del componente separado.
Los métodos de Análisis gravimétrico se pueden clasificar en tres grandes grupos:
Volatilización o destilación.
Extracción.
Precipitación.
Volatilización o destilación
Los métodos gravimétricos por volatilización o destilación tienen como fundamento la separación del analito del resto de los componentes de la muestra mediante un procedimiento que involucra la volatilización, evaporación o destilación de determinadas sustancias con la ayuda del calor.
Finalmente se pesa con precisión el residuo no volatilizado.
Extracción
Los métodos gravimétricos por extracción se fundamentan en la separación del analito del resto de los componentes de la muestra mediante un proceso de extracción (generalmente sólido-líquido); ya sea con el empleo de disolventes orgánicos que solubilicen el compuesto objeto de estudio, o con solución ácida, básica, o neutra que separe compuestos interferentes.
De cualquier manera, el compuesto objeto de estudio se cuantifica finalmente, bien por pesada directa o por diferencia de pesada.
Precipitación
En los métodos gravimétricos por precipitación, la porción pesada de la sustancia que se estudia (matriz), se solubiliza por algún procedimiento, y luego el elemento a determinar (analito) se precipita en forma de un compuesto difícilmente soluble.
El precipitado se separa por filtración, se lava a fondo, se incinera (o se seca) y se pesa con precisión. Conociendo la identidad (su fórmula) y la masa de las cenizas (o del precipitado) puede finalmente expresarse la concentración del analito en la matriz.
TERMOQUÍMICA
La combustión completa de un hidrocarburo produce CO2 y agua, pero se produce también CALOR.
La termoquímica: parte de la química que estudia y cuantifica el calor desprendido o absorbido en las reacciones químicas, así como el trabajo que éstas pueden llegar a realizar.
Otro aspecto que estudia es la predicción de la evolución que un sistema químico seguirá a partir de sus condiciones iniciales.
La termodinámica estudia los intercambios de energía asociados a los procesos físicos y a los químicos (reacciones). La termodinámica estudia los intercambios de energía asociados a los procesos físicos y a los químicos (reacciones).
Las reacciones endotérmicas absorben calor. Las reacciones exotérmicas liberan calor. La termoquímica funde los conceptos de la termodinámica con el concepto de energía en forma de enlaces químicos. Esto incluye el cálculo de la capacidad calorífica, el calor de la combustión, la entalpía, la entropía, la energía libre…
Las reacciones endotérmicas absorben calor. Las reacciones exotérmicas liberan calor. La termoquímica funde los conceptos de la termodinámica con el concepto de energía en forma de enlaces químicos. Esto incluye el cálculo de la capacidad calorífica, el calor de la combustión, la entalpía, la entropía, la energía libre…
La termoquímica se centra en los intercambios de energía entre el sistema en estudio y su entorno.
Sistema: Conjunto de partículas en estudio; porción del universo sobre la que centramos nuestra observación. Al resto del universo lo denominamos entorno (ambiente, exterior, alrededores)
Clasificación termodinámica de los sistemas:
Sistema aislado: Son los que no intercambian ni materia ni energía con el entorno. Por tanto, la cantidad total de masa y de energía permanece constante.
Clasificación termodinámica de los sistemas:
Sistemas cerrados. Son aquellos que no pueden intercambiar masa pero sí energía. La cantidad total de energía del sistema variará.
Clasificación termodinámica de los sistemas:
Sistemas abiertos. En éstos se intercambia materia y energía con el exterior.
ENERGÍA
Energía externa del sistema:
Energía cinética; energía debida al movimiento de las partículas del sistema.
Energía potencial; es la energía que un objeto posee en virtud de su posición relativa a otros objetos.
Por ejemplo, un electrón en movimiento cerca de un protón tiene energía cinética gracias a su movimiento y energía potencial gracias a su atracción electrostática por el protón.
Por ejemplo, un electrón en movimiento cerca de un protón tiene energía cinética gracias a su movimiento y energía potencial gracias a su atracción electrostática por el protón.
ENERGÍA
Para un sistema termodinámico usaremos el concepto de energía interna del sistema como la suma de las energías que tienen las partículas de este sistema.
Energía interna: energía asociada con el estado interno de un sistema.
Unidades de energía
La unidad SI para la energía es el joule, J (“yul”).
1 J = 1 kg-m2/s2
Una masa de 2 kg que se mueve a una velocidad de 1 m/s posee una energía cinética de 1 J:
Unidades de energía
Usaremos kilojoules (kJ) como energía asociada a las reacciones químicas.
Los cambios de energía que acompañan a las reacciones químicas se han expresado en calorías, una unidad no SI que todavía se usa ampliamente en química, biología y bioquímica.
Caloría (cal): cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura de 1 g de agua de 14.5°Ca 15.5°C. Hoy en día, la caloría se define en términos del joule
TrabajoEl trabajo en termodinámica siempre representa un intercambio de energía entre un sistema y su entorno.
La energía que se usa para hacer que un objeto se mueva contra una fuerza se denomina trabajo
Trabajo = fuerza por distancia
¿Qué energía cinética tiene en J, un mol de átomos de Ar que se mueven a 650 m/s?
La otra forma de transferir energía es como calor. El calor es la energía que se transfiere de un objeto más caliente a uno más frío.
Primera ley de la termodinámica
Puede resumirse en una sencilla afirmación: la energía se conserva.
La energía interna de un sistema es la suma de todas las energías cinéticas y potenciales de todas sus partes componentes.
La energía se representa con el símbolo E.
No se conoce el valor real de E, sino E (delta E, cambio de energía).
Sistema con una energía interna inicial E inicial. Luego, el sistema sufre un cambio, en el cual puede efectuarse trabajo o transferirse calor. Después del cambio, la energía interna del sistema es Efinal. Definimos cambio de energía interna, E, como la diferencia entre Efinal y Einicial.
E positivo cuando Efinal > Einicial, indica que el sistema ganó energía de su entorno.
E negativo cuando Efinal< Einicial, lo que indica que el sistema perdió energía a su entorno.
E positivo cuando Efinal > Einicial, indica que el sistema ganó energía de su entorno.
E negativo cuando Efinal< Einicial, lo que indica que el sistema perdió energía a su entorno.
Cuando un sistema sufre cualquier cambio químico o físico, el cambio que acompaña en su energía interna, E, está dado por el calor agregado o generado (q), más el trabajo realizado sobre el sistema o por realizado por él, (w):
Cuando se añade calor a un sistema o se efectúa un trabajo sobre él, aumenta su energía interna.Cuando se añade calor a un sistema o se efectúa un trabajo sobre él, aumenta su energía interna.
Calor del entorno al sistema (q) será +Se efectúa trabajo sobre el sistema (w) será +
Calor del sistema al entorno (q) será -Se efectúa trabajo del sistema al entorno (w) será –E signo negativo.
El calor absorbido o desprendido a presión constante en un proceso se llama ( variación de) entalpía.
La variación de entalpía expresa una medida de la cantidad de energía absorbida o cedida por un sistema termodinámico.
Una reacción se llama exotérmica si su entalpía de reacción es negativa (es decir, si el sistema cede calor) y endotérmica si su entalpía es positiva (es decir, si el sistema absorbe calor).
La emisión o absorción de calor hace que los objetos cambien de temperatura. El cambio de temperatura que un objeto experimenta cuando absorbe cierta cantidad de energía está determinado por su capacidad calorífica.
La emisión o absorción de calor hace que los objetos cambien de temperatura. El cambio de temperatura que un objeto experimenta cuando absorbe cierta cantidad de energía está determinado por su capacidad calorífica.
La capacidad calorífica de un objeto es la cantidad de calor necesaria para elevar su temperatura en 1K o 1°C. Cuanto mayor es la capacidad calorífica de un cuerpo, más calor se necesita para producir una elevación de temperatura dada.
La capacidad calorífica de 1 mol de una sustancia es su capacidad calorífica molar.
La capacidad calorífica de 1 g de una sustancia es su capacidad calorífica específica, o calor específico.
El calor específico de una sustancia se puede determinar midiendo el cambio de temperatura, T, que experimenta una masa conocida, m, de la sustancia cuando gana o pierde una cantidad específica de calor, q:
