preparacion de soluciones

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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

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Guía didáctica para la enseñanza de preparación de soluciones a diferentes unidades de concentración (físicas y químicas), las ecuaciones y aplicaciones prácticas.

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Page 1: Preparacion de Soluciones

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

Page 2: Preparacion de Soluciones

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

Page 3: Preparacion de Soluciones

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

Page 4: Preparacion de Soluciones

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

Page 5: Preparacion de Soluciones

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

Page 6: Preparacion de Soluciones

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

Page 7: Preparacion de Soluciones

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

Page 8: Preparacion de Soluciones

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

7

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)

Page 9: Preparacion de Soluciones

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

Page 10: Preparacion de Soluciones

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)

Page 11: Preparacion de Soluciones

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.

CDFAdocument.doc

10

% m/m x m soluciónm soluto = -------------------------- 100 %

% m/V x V soluciónm soluto = ------------------------- 100 %

% V/V x V soluciónV soluto = -------------------------

100 %

100Fp = ----- %P

Page 12: Preparacion de Soluciones

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

Page 13: Preparacion de Soluciones

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

Page 14: Preparacion de Soluciones

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

Page 15: Preparacion de Soluciones

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

Page 16: Preparacion de Soluciones

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)

Page 17: Preparacion de Soluciones

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

Page 18: Preparacion de Soluciones

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

Page 19: Preparacion de Soluciones

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

Page 20: Preparacion de Soluciones

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

Page 21: Preparacion de Soluciones

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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2020

Page 22: Preparacion de Soluciones

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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Page 23: Preparacion de Soluciones

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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Page 24: Preparacion de Soluciones

Continúa en la página siguiente

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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Page 25: Preparacion de Soluciones

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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24

Page 26: Preparacion de Soluciones

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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Page 27: Preparacion de Soluciones

** 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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Page 28: Preparacion de Soluciones

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Page 29: Preparacion de Soluciones

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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Page 30: Preparacion de Soluciones

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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Page 31: Preparacion de Soluciones

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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