1.- Molaridad Y Molalidad

PRÁCTICA # 1 “ MOLARIDAD Y MOLALIDAD” OBJETIVO: Observar soluciones de diferentes concentraciones investigando previamente las características de una solución para lograr identificar sus componentes y lograr expresarlos de a cuerdo a su concentración y así mismo observar la densidad que presenta cada una de estas soluciones. RESUMEN DE LA PRÁCTICA: En esta práctica se tiene el procedimiento para preparar una solución y como diferenciar las fases que esta presenta; así como la forma de saber cuál es su cantidad de moles en solución calculándolo mediante fórmulas que se utilizan tanto practica como teóricamente. También utilizamos distintas maneras de expresar las concentraciones en una solución y en que casos se utiliza cada expresión. MARCO TEÓRICO: Una solución es una mezcla homogénea de partículas (iones, átomos o moléculas) de dos o más sustancias distintas. Esta definición homogénea significa que las propiedades y aspectos de todas las partes de la solución son uniformes, es decir, no hay límite visible entre partículas, ni siquiera utilizando microscopios más poderosos. En una solución las partículas son de tamaño atómico, molecular o iónico, de diámetro aproximado de 50 Å (50x10-10m) o menos.1 Una solución se compone de dos fases que se designan como soluto y solvente o disolvente; al componente que esta en menor proporción se le conoce como soluto y al que esta en mayor proporción es el solvente. • Fase dispersante: El soluto se encuentra en menor proporción. • Fase dispersora: El solvente o disolvente se encuentra en mayor proporción. Reglas respecto al soluto y al solvente: ° Si uno de los compuestos es líquido se le considera como solvente y al sólido como soluto. ° Si uno de los componentes es sólido y el otro gaseoso, el sólido es el disolvente y el gaseoso el soluto. ° En el caso de que ambos componentes sean sólidos, líquidos o gaseosos, el disolvente será el que se encuentre en mayor cantidad.2 Las propiedades de las soluciones dependen de su composición (cantidad de soluto en una cantidad dada de disolvente). Se emplea el término concentración de una solución para expresar las cantidades relativas de soluto y disolvente, es decir, su relación entre el peso del soluto y el peso del disolvente. 1 Frecuentemente se expresa la concentración como la proporción que existe entre el número de gramos del soluto, por cada 100 gramos del disolvente, o bien, la proporción entre el número de gramos de soluto por cada litro de disolución; de acuerdo con esto, la concentración de una solución dependerá de la cantidad de soluto que pueda disolverse en el disolvente, tanto por su peso como por su volumen. Tomando en cuenta la concentración, las disoluciones se dividen en: • Solución Diluida: Es aquella que contiene una pequeña proporción del soluto disuelto en una gran cantidad de disolvente. • Solución Concentrada: Gran cantidad de soluto disuelta en una pequeña cantidad de disolvente.

• Solución Saturada: Es aquella en la que las moléculas del soluto están en equilibrio con las moléculas del disolvente. Contiene la máxima cantidad posible de soluto que el disolvente puede disolver a una temperatura determinada. El soluto no disuelto esta en equilibrio con el soluto disuelto.

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soluto.disuelto ⇔ disolvente

• Solución Sobresaturada: Es aquella que tiene solución en mayor cantidad de soluto que la saturada en la misma cantidad de disolvente, con las mismas condiciones de temperatura y presión. SOLUBILIDAD: Es la propiedad de una sustancia para disolverse en otra; la sustancia que se disuelve recibe el nombre de soluto y la sustancia en que se disuelve recibe el nombre de disolución. Si el soluto se disuelve en grandes cantidades, decimos que es muy soluble; si lo hace en pequeñas cantidades es poco soluble, pero si no se disuelve en ninguna cantidad, lo llamamos insoluble. También puede definirse así: Solubilidad es la cantidad en gramos que se necesitan para saturar 100 gramos de disolvente o solvente determinado a una temperatura dada. (saturar es impregnar de soluto al disolvente hasta que no pueda admitir mayor cantidad de soluto). 2 Factores que afectan la solubilidad:

° Efecto de la temperatura en la solubilidad: La mayoría de los sólidos se disuelven mejor en un líquido a medida que la temperatura aumenta, es decir, son mas solubles en el punto de ebullición del agua que del punto de congelación, salvo en raras excepciones, en las que la solubilidad de un soluto disminuye con el aumento de temperatura. En general, los gases son mas solubles en agua fría y tienden a abandonar las soluciones en forma de burbujas, cuando se calienta el agua. Si este proceso es rápido, se llama efervescencia. La solubilidad de un gas en un líquido disminuye cuando aumenta la temperatura. ° Efecto de la presión en la solubilidad: Los cambios de presión tienen poco efecto en la solubilidad de un soluto si este es sólido o líquido, debido a que ambos son difíciles de comprimir; por lo contrario, los gases se comprimen fácilmente y su solubilidad aumenta con la presión, esto es, a mayor presión, mayor solubilidad de los gases.

°Naturaleza del soluto y del disolvente: El agua es un disolvente excelente para la mayoría de los

componentes inorgánicos, pero es un mal disolvente para las grasas y las ceras, para las que el benceno y el éter son buenos disolventes; para las sustancias orgánicas existen buenos disolventes como el bisulfuro de carbono, éter sulfúrico, alcohol etílico, benceno y cloroformo. Formas de expresar la concentración en las soluciones: 1) Porcentajes:

a) Relación entre el porcentaje en masa y volumen. % m Gramos _ de _ soluto = × 100 V Gramos _ de _ disolución b) Porcentaje en peso: Se expresa la masa del soluto en gramos por 100 gramos de P gramos _ de _ soluto × 100 disolución. % = P gramos _ de _ solvente c) Porcentaje en volumen: Es el numero de unidades de volumen del soluto utilizadas para obtener 100 (de las mismas) unidades de disolución.

%

V ml. _ de _ soluto = × 100 V ml. _ de _ disolución

* Cuando una concentración se expresa en tanto por ciento es necesario especificar cuál estamos usando (%p/p, %v/v, etc) 2) Molaridad (M): es el número de moles de soluto disueltos por litro de disolución.

M=

n mol [ =] Vsol. Lt .

n=

m PM

2

∼PM : Masa molecular del soluto en g/mol ∼m : masa; cantidad de soluto en gramos NOTA: En los cálculos de concentración de soluciones, la palabra mol de una sustancia se utiliza para expresar la relación entre la masa y el peso molecular de esa sustancia. El SIU. Define al mol como la unidad de cantidad de sustancia. Un mol de átomos de cualquier elemento es igual a la cantidad de sustancia que hay en el carbono en exactamente 12g de 12C puro. Este número se llama constante de Avogadro y es igual a 6.022 × 10 23 /mol 3) Formularidad o Formalidad (F): Número de pesos fórmula gramos (pfg) de soluto en un litro de solución.

m pfg F= V ∼m = cantidad de soluto en gramos ∼pfg = peso fórmula gramos de soluto ∼V = Volumen de solución en litros 4) Molalidad (m) : es el número de moles de soluto disueltos por kilogramo de disolvente; la molalidad de una solución es el número de moles (o peso de una fórmula gramo) de soluto en 1000g de disolvente.

m=

moles.de.soluto.(o. pfg ) mol [ =] Kg .de.solvente Kg

5 ) Normalidad (N): es la cantidad de soluto expresada en equivalentes gramos de soluto contenida en ciertos volúmenes de disolución expresada en litros.

masa No.de.equivalentes.de.soluto eq eq = [ =] Peq 1L.disolución L PM g Peq = [=] ∆Z = Cantidad de electrones transferidos. ∆Z eq N=

∼Peso Equivalente (Peq) :Masa de sustancia que contiene un equivalente. Equivalentes: • 1 eq ácido: Cantidad de ese ácido que aporta 1 mol de iones H+ • 1 eq base: Cantidad de esa base que aporta 1 mol de iones OH• En reacciones Re-dox, 1 eq: Cantidad de sustancia que puede dar o aceptar 1 mol de electrones, o bien, el número de electrones que se gana o pierde en una reacción.1 La Densidad se define como la masa contenida de un cuerpo en la unidad de volumen.

ρ=m v

[=]

kg gr o m 3 cm 3

Dadas las condiciones de presión y temperatura, la densidad es una característica física de una sustancia, aunque su masa y volumen varíen ampliamente. La masa y el volumen son ejemplo de propiedades extensivas, que dependen de la cantidad de sustancia presente. Por otra parte, la densidad es una propiedad intensiva; es decir, independiente de la cantidad de sustancia presente.

CUESTIONARIO PREVIO:

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1) ¿Qué es una solución? Son sistemas óptimamente homogéneos de dos o mas sustancias de proporciones variables; no se observan diferencias en ellas. 2) ¿Qué diferencia hay entre el soluto y disolvente? Una solución se compone de dos partes (fases) que se designan como soluto y disolvente o solvente ; al componente que esta en menor proporción se le conoce como soluto y el que esta en mayor proporción es el solvente o disolvente. 3) ¿Qué unidades de concentración son las mas usadas? ° MOLARIDAD: Es el numero de moles de soluto que esta contenido en 1 litro de la solución

M =

número.de.moles.de.soluto mol [ =] Vol.de.solución L

° FORMALIDAD (MOLARIDAD ANALÍTICA); Es el numero total de moles de soluto sin importar su estado químico en 1 litro de solución; describe como puede prepararse una solución de una molaridad dada.

m pfg F= V ° MOLALIDAD (m) : es el número de moles de soluto disueltos por kilogramo de disolvente. moles.de.soluto mol m= [ =] Kg .de.solvente Kg ° NORMALIDAD: Cantidad de soluto expresada en equivalentes gramos de soluto contenido en ciertos volúmenes de disolución expresada en litros

numero.de.equivalentes.de.soluto #.eq eq = [ =] 1.litro.de.solucion v L m eq = Peq PM Peq = [ =] g ∆Ζ eq ∼ Peq = peso equivalente masa de sustancia que contiene un equivalente N=

∼ ΔZ= cantidad de electrones transferidos

masa.soluto ° PORCENTAJE EN PESO O MASA ( P P ) % m m = X 100 masa.disolucion

v volumen.soluto ° PORCENTAJE EN VOLUMEN ( v v ) % = X 100 v volumen.disolucion

° % EN PESO / VOLUMEN

C =(

m masa.soluto ) =% m v = X 100 v volumen.solucion

4) ¿Qué diferencia hay entre una solución molar (M) y una solución molar (m)? La solución molar expresa el numero de moles de una solución por el volumen de el disolvente y la molar por Kg. de disolvente, es decir el disolvente en la solución molar es liquido y en la molar es sólido.

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5) ¿Qué material se requiere para preparar una solución? Primero se requiere de los compuestos o elementos a utilizar (soluto y solvente) también el material en el que se van a preparar (vasos de precipitados, agitador, parrilla, etc.) 6) ¿Cuales son las propiedades físicas, químicas y de toxicidad de los reactivos usados y que medidas de seguridad deben emplearse? a) CLORURO DE SODIO (NaCl) : Compuesto iónico formado por un catión (Na+) ion sodio y un anión Cl( ion cloruro )es producto de una reacción violenta en la cual un átomo de Na ( metal reactivo ) reacciona con uno de Cl (un no metal ) forma cristales con simetría cúbica . los cloruros ( iones mas grandes ) forman un empaquetamiento cúbico compuesto , mientras que los iones mas pequeños de Na+ llenan los espacios octaédricos % los cloruros cada ion esta rodeado por los iones del otro elemento ( estructura alita ). Propiedades Físicas: solidó incoloro o blanco, PM 58.4uma, pf .1074 0K (800.850C), pué .17380K (1464.85 0C ) densidad 2200Kg/m3 (2,2 g/cm3) Propiedades químicas: Solubilidad 35,9 g/100ml, Kps 37,7 g mol2 Propiedades termoquímicas: entropía de formación -181,42 Kg/mol , ΔH0liq – 385,92 Kg/mol ΔHfsol -411,12Kg/mol , entropía de farmacia ( gco) : 229,79 J.mol-1.K-1 S0liqf =96,06 J/mol0K , S0sol 72,11 J/mol0K Toxicidad: Peligroso en grandes cantidades puede traer problemas de el sistema urinario puede causar irritación. a) SACAROSA (C12 H22 O11 ) → alfa-D-glucopiranosil ( 1→2 )-beta-D-fructofuranasido es un disacárido formado por una molécula de glucosa y una de fructuosa , no contiene ningún átomo de carbono numérico libre puesto que los carbonos anumericos de sus dos unidades monosacáridos constituyentes se hallan unidos entre si covalentemente mediante un enlace O- glusidico por esta razón la sacarosa no es un azúcar reductor y tampoco posee un extremo reductor. Precauciones: En estado liquido se halla a alta temperatura y puede dañar los tejidos orgánicos debido a su alto punto de fusión pasa a estado liquido rápidamente y se adhiere en los recipientes con facilidad su consumo excesivo puede causar diabetes caries o la caída de dientes el contacto repetido o prolongado puede causar dermatitis e irritación mecánica, es posible la explosión del polvo si se encuentra mezclado con el aire en forma pulverulenta o granular reacciona con óxidos fuertes originando peligro de incendio Propiedades físicas: Punto de fusión ( se descompone ) : 1860C , densidad 1.6 g/cm3 solubilidad en agua g/100 ml a 25 0C : 200 . 7) ¿Qué características fisicoquímicas de los reactivos se deben conocer antes de la preparación de la disolución? Si reaccionan o no con el agua el estado de agregación en el que se encuentran , su toxicidad , su compocision química , si son o no solubles ( su solubilidad ) , si son ácidos bases o sales 8) ¿Qué diferencia existe entre una solución y una disolución? Los términos solución o disolución se usan indistintamente; pero disolución se refiere al hecho de que una sustancia se disuelve y solución alo que resulta de dicho cambio. 9) ¿ Cuales son las características de una solución ( fisicoquímicas ) y de una dispersión? La solución es una mezcla homogénea de partículas , iones , átomos o moléculas de dos o mas sustancias y la dispersión es la distribución de una sustancia en otra ; es una mezcla en la cual las partículas dispersas tienen dimensiones de 10-7 cm a 10-5cm. 10) ¿ Explique la diferencia entre molaridad y formalidad y en donde se utiliza la ultima? La formalidad es el numero de pesos formula gramo de soluto en un litro de solución y se utiliza para dar datos analíticos ya que no importa el estado químico de las sustancias y describe como preparar una solución de una molaridad dada y la molaridad es el numero de moles de soluto que existe en un litro de solución. HIPÓTESIS EXPERIMENTAL: Si preparamos distintos tipos de soluciones con diferentes sustancias a diferentes concentraciones, observaremos como aumenta en proporción los moles de una sustancia al aumentar su concentración molar y molar y como la diferencia entre estas dos expresiones es mínima para el mismo soluto ya que nos referimos a la misma solución pero en expresión distinta. PROBLEMA: Prepare 50ml de las soluciones que se indican de NaCl y Sacarosa: Metodología:

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De la tabla que se le proporciona, al dato de la molaridad proporcionada, multiplíquelo por los 0.05L que se tienen para preparar la solución para obtener el número de moles en solución. Ej.

 0.2mol   ( 0.05 L ) = 0.01mol  L 

Al número de moles multiplíquelo por el peso molecular del cloruro de sodio (PM. NaCl = 58.4g/mol) para obtener el peso del soluto a utilizar. Ej.

( 0.01mol )  58.4 g  = 0.584 g  mol 

Pesar la cantidad de soluto más aproximado obtenido y aforar en un matraz (previamente pesado) con agua a 50ml. Pesar el matraz + soluto + solvente y restar el peso del matraz + soluto para obtener el peso del disolvente. Sumar el peso del soluto + peso disolvente para obtener el peso total. Ej. (0.5830g) + (49.5348g) = 50.1178g Para obtener la molalidad divida el número de moles obtenidos en el primer paso entre el peso total en kilogramos Ej.

m=

0.01mol mol = 0.1995 0.0501178 K K

Reste m – M para obtener la diferencia entre concentraciones. Ej. 0.1995m – 0.2M = -0.00005 Obtenga la densidad utilizando un picnómetro (previamente pesado) de 25ml que aforara con la solución. Pesar y restar la masa del picnómetro para obtener los gramos en solución. Ej. (Peso Picnómetro + peso solución: 44.1363g) – (Peso picnómetro:18.6620g ) = 25.4743g A la masa obtenida, dividir entre los 25ml que marca el picnómetro para obtener la densidad. Ej.

ρ=

25.4743 g = 1.018972 g / ml 25ml

Repetir el mismo procedimiento con la sacarosa ( PM. C12H22O11 = 342g/mol) RESULTADOS: 1) Soluciones de cloruro de sodio (NaCl) M (mol/L) W2 (soluto) W1 (disolvente) W total 0.2 0.4 0.6 0.8

0.5830g 1.1635g 1.7628g 2.3597g

49.5348g 49.2882g 48.9038g 48.9899g

50.1178 50.4517 50.6666 51.3496

n2 (soluto) m (mol/K) 0.01 0.1995 0.02 0.3964 0.03 0.5921 0.04 0.7790

m-M

Densidad (g/ml)

-0.00005 -0.00360 -0.00790 -0.02100

1.018972 1.045872 1.072772 1.099672

2) Soluciones de sacarosa (C12H22O11 ) M (mol/L) W2 (soluto) W1 (disolvente) W total

m-M

Densidad (g/ml)

0.2 0.4 0.6 0.8

-0.0003 -0.0020 -0.0129 -0.0186

1.038572 1.064672 1.084120 1.096488

3.4288 6.8692 10.2603 13.6867

46.7872g 43.6384g 40.8412g 38.5043g

n2 (soluto) m (mol/K) 50.2160 0.0100 0.1997 50.5076 0.0201 0.3980 51.1015 0.0300 0.5871 51.1910g 0.0400 0.7814

CUESTIONARIO FINAL: 1. Construya las siguientes gráficas para cada conjunto de soluciones; ¡qué tipo de función se obtiene en cada caso?; ¿son lineales?

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2. ¿Qué ocurre con la diferencia m-M al aumentar la concentración? Aumenta en ambos casos y es mayor el efecto para la sacarosa.

3. ¿En qué condiciones la concentración molal (m) se aproxima a la concentración molar (M)?

4.

Cuando es menor la cantidad de soluto ya que no hay tantas partículas en disolución; no ocurre esto en todas las soluciones ya que depende de la naturaleza del solvente (si es líquido, sólido o gas) y dependiendo de la estructura del soluto. Conocida la concentración molal (m) ¿como se puede conocer la concentración molar (M)? Obteniendo primero el número de moles de la solución sabiendo cuál es el soluto para que de su peso molecular, se obtengan los moles y de ellos sabiendo la cantidad de disolución en litros obtener la molaridad.

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

 En esta práctica preparamos dos tipos de soluciones, refiriéndonos a esto con soluciones de distintos solutos con diferente composición y peso molecular (de NaCl y de C12H22O11) a iguales concentraciones molares y en cada una de estas concentraciones cabe destacar que ambas soluciones contenían el mismo número de moles, pero como en la sacarosa el peso molecular debido a su composición es mayor, así mismo la cantidad de soluto requerida para preparar las soluciones a iguales concentraciones era mayor y por ende la cantidad de disolvente era menor ya que el soluto ocupaba mayor espacio en el matraz.  Para obtener el peso total se sumo la cantidad de soluto más disolvente y este resultado se paso a kilogramos para obtener la molalidad al dividir el número de moles entre el peso total; cabe señalar que la concentración molal es muy similar a la molar ya que prácticamente estas 2 expresiones de la concentración son iguales teniendo la diferencia de que una se expresa en kilogramos de disolución y la otra en volumen de disolución. En los resultados se observa una diferencia entre una y otra, que aunque debería ser prácticamente la misma no lo es posiblemente debido a errores de pesada ya que ambas sustancias tienden a derramarse al trasvasarse de un recipiente al otro por lo que hay pérdidas de sustancia.  Al hacer la diferencia de molalidad menos molaridad se observa una diferencia mínima; sin embargo esta diferencia aumenta conforma aumenta la concentración de la solución, y como anteriormente se había señalado debido a errores experimentales.  Se obtuvo también la densidad y en esta se observa como al aumentar la cantidad de soluto, aumenta la densidad ya que la masa contenida en la unidad de volumen es mayor. CONCLUSIONES En esta práctica se realizaron y observaron el comportamiento de soluciones a concentraciones iguales y así mismo diferentes concentraciones para observar su comportamiento conforme aumentaba la concentración de la sustancia y como en la misma cantidad de moles la cantidad de soluto variaba debido a la composición de la sustancia. También se comprobó que una expresión molar es similar a una molal ya que estas solo son diferentes tipos de expresiones que se refieren a una misma solución ( en este caso) expresadas tan solo en volumen y kilogramos de solución. Al determinar la densidad se concluyo que no importa la cantidad de sustancia presente para determinarla ya que esta es una propiedad intensiva de la materia.

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BIBLIOGRAFÍA

℘ MOSQUIERA & MOSQUIERA “Química conceptos y problemas” Edit. Limusa, México D.F. 2003 2ª ed. Pp. 390-420 2

ALLIER, ROSALÍA etal “La Magia de la Química” editorial EPSA, México DF. 1994 1ªed.pp.98-117