TIPO DE SOLUCIONES

PREPARAR SOLUCIONES – CONCENTRACION

*PORCENTUAL

*MOLARES

*NORMALES

*MOLALES

*FORMALES

*FRACCION MOLAR

Solución porcentual

Las soluciones porcentuales son aquellas cuya medida es la cantidad de mililitros o gramos referidos a 100 ml de solución (no de solvente). Ejemplos: · Una solución al 10% (de lo que sea) contendrá 10 gramos o 10 ml y aforados a 100 ml de solución. · Para preparar una solución al 25%, entonces pesaremos 25 gramos de la sustancia o mediremos 25 ml y se aforan hasta 100 ml.

Tipos de soluciones porcentuales

Tenemos soluciones porcentuales de tres tipos:

· Peso/Peso (p/p)

P/P hace referencia al porcentaje peso de soluto/peso de una solución. Dado que es realmente la masa lo que estamos midiendo, a partir de los últimos años se denomina porcentaje masa/masa (m/m). Es una forma de expresar la concentración de las soluciones

Se define como la masa de soluto en 100 g de solución (es lo mismo que % m/m).

Para esta solución debe medirse la masa de soluto y llevar un peso de solución. La totalidad de la solución es la suma aditiva del peso de soluto y el peso del solvente.

Ejemplo:

al disolver 60 g de un soluto X en 90 g de agua, la solución tendría una concentración igual a 40% p/p. Esto quiere decir que hay 40 g de soluto por cada 100 de solución.

(60[g] / (90 + 60)[g]) * 10

· Peso/Volumen (p/v)

En química, la concentración de una disolución se expresa a menudo como porcentaje peso/volumen. El porcentaje se calcula a partir del peso de soluto en gramos (g), dividido por el volumen de la disolución en mililitros (mL):

Una solución al 1%, por tanto, disponen de 1 g de soluto disuelto en un volumen final de 100 mL de solución. Esto sería equivalente a peso/volumen (p/v) de porcentaje. Otros tipos de soluciones porcentuales son peso/peso (p/p) y el volumen/volumen (v/v). El origen de esta notación es el hecho de que 1 mL de agua pesa 1 gramo. Así, por una solución acuosa, g/v y g/g produciría números idénticos

· Volumen/Volumen (v/v)

Expresa el volumen de soluto por cada cien unidades de volumen de la disolución. Se suele usar para mezclas líquidas o gaseosas, en las que el volumen es un parámetro importante a tener en cuenta. Es decir, el porcentaje que representa el soluto en el volumen total de la disolución. Suele expresarse simplificadamente como «% v/v»

Por ejemplo, si se tiene una solución del 20% en volumen (20% v/v) de alcohol en agua quiere decir que hay 20 mL de alcohol por cada 100 mL de disolución.

La graduación alcohólica de las bebidas se expresa precisamente así: un vino de 12 grados (12°) tiene un 12% (v/v) de alcohol.

Una disolución o solución es una combinación de diferentes componentes, normalmente acuosas, formadas por agua y otra sustancia (disolvente y soluto respectivamente). Éstas se pueden expresar de distinta manera:

· % peso: gramos de soluto en 100 gramos de disolución.

· % volumen: volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de la disolución. Ejemplo: 10% en volumen de suero glucosado, son 10 ml de glucosa por cada 100 ml de suero.

· % peso / volumen: unidades en peso del soluto en 100 unidades de volumen de la disolución o son los gramos de soluto que hay en 100ml de solución. Ejemplo: 10 gramos de glucosa por 100 ml de suero glucosado.

· % volumen / volumen: mililitros de soluto que hay en 100 ml de solución. Ejemplo: disolución de metanol- agua 1:1, significa que hay la misma cantidad de los dos.

EJEMPLOS

P/V

PREPARAR 250 ML DE UNA SOLUCION 5% NaCl

5g NaCl------------------------ 100

      X -------------------------- 250                           X=12.5g

P/P

SOLUCION DE 5% EN AZUCAR

5g NaCl  + SACAROSA = 100g

V/V

ALCOHOL AL 70% EN AGUA

70 ml   EtOH + AGUA= 100 g                                     70------------------ 100g

----- 50 ml                                                                       X-------------------- 50ml                X=3.5 g                                      

                                     

Para cálculos con los porcentajes masa-masa y volumen-volumen debemos manejar dos conceptos:

1. La suma de la masa del soluto más la masa del disolvente es igual a la masa de la disolución

   Disolución = soluto + disolvente

2. Se usa la regla de tres para calcular diferentes proporciones.

Disolución = soluto + disolvente

Cuando trabajamos con masa-masa y volumen-volumen hay una relación sencilla entre la disolución, el soluto y el disolvente, y dados dos de estos valores, se puede calcular el tercero.

La disolución es la suma del soluto más el disolvente:

• Disolución = soluto + disolvente

Y despejando,

• soluto = Disolución - disolvente
• disolvente = Disolución - soluto

Esto es válido para cuando trabajamos con masas, o volúmenes en los casos de porcentaje masa-masa y porcentaje volumen-volumen, pero no para cuando trabajamos con porcentajes masa-volumen, puesto que el soluto y el disolvente están representados con unidades diferentes (de masa y volumen respectivamente).

soluto 20 g 5% disolvente 380 g 95% disolución 400 g 100%

En la tabla se representa una disolución de 20 gramos de sal común disuelta en 380 gramos de agua, dando como resultado 400 gramos de agua salada. La concentración de la sal es del 5% de la masa, y el agua representa el 95%, dando un total del 100% para la disolución. En la tabla se representan las masas con un fondo amarillo, y los porcentajes con un fondo verde.

Si tenemos un problema en el que nos den dos de las masas, podemos calcular la tercera. Ver la parte de la tabla con el fondo amarillo:

• Disolución = soluto + disolvente. Si la masa de la sal es de 20 g, y la del agua es de 380 g, la disolución tendrá una masa que es la suma de las dos anteriores, es decir, 400 g = 20 g + 380 g
• soluto = Disolución - disolvente. Si tenemos la masa de la disolución y la del disolvente, la del soluto será igual a la de la disolución menos la del disolvente: 20 g = 400 g - 380 g
• disolvente = Disolución - soluto. Si tenemos la masa de la disolución y la del soluto, la del disolvente es igual a la de la disolución menos la del soluto: 380 g = 400 g - 20 g

Con los porcentajes ocurre algo similar, excepto que es más sencillo porque el porcentaje de la disolución es siempre 100%, basta con tener el porcentaje del soluto o el del disolvente para conocer el otro. Ver la parte del cuadro de arriba con el fondo verde:

• soluto = 100 - disolvente. Si el disolvente está en un 95%, el porcentaje del soluto estará en un 5% = 100% - 95%
• disolvente = 100 - soluto. Si el soluto está al 5%, el porcentaje del disolvente estará en un 95% = 100% - 5%

Regla de tres para calcular proporciones

La regla de tres es frecuentemente usada para calcular concentraciones ya que hay una relación proporcional entre el soluto, el solvente y la disolución y entre los porcentajes de cada uno de ellos.

La regla de tres se puede dar en tres casos:

• entre el soluto y el disolvente.
• entre el soluto y la disolución.
• entre el disolvente y la disolución.

Hay que tomar en cuenta que el porcentaje de la disolución es siempre el 100%.

Abajo se presentan las tres posibilidades en que podemos usar la regla de tres para solucionar problemas de concentración. En cada caso, si se tienen tres valores podemos calcular el cuarto:

Regla de tres entre el soluto y el disolvente

soluto 20 g 5% disolvente 380 g 95% disolución 400 g 100%

Ejemplo: Supongamos que no tenemos los gramos del disolvente. Para calcularlo, usamos la regla de tres: Si 20 gramos del soluto son el 5%,y X gramos del disolvente son el 95%, ¿cuántos son los gramos del disolvente? Los gramos del disolvente son 380 g = 20 g x 95 / 5

Regla de tres entre el soluto y la disolución

soluto 20 g 5% disolvente 380 g 95% disolución 400 g 100%

Ejemplo: Supongamos que no tenemos el porcentaje del soluto. Para calcularlo, usamos la regla de tres: Si 20 gramos del soluto son el X%, y 380 gramos de disolución son el 95%, ¿cuánto es el porcentaje del soluto? El porcentaje del soluto es 5% = 20 g * 95 / 380 g

Regla de tres entre el disolvente y la disolución

soluto 20 g 5% disolvente 380 g 95% disolución 400 g 100%

Ejemplo: Supongamos que no tenemos los gramos de la disolución. Para calcularlo, usamos la regla de tres: Si 380 gramos del disolvente son el 95%, y X gramos de la disolución son el 100%, ¿cuántos son los gramos de la disolución? Los gramos de la disolución son 400 g = 380 g x 100 / 95

Ejemplos

Manejando las reglas de tres y la fórmula de Disolución = disolvente + soluto, se pueden resolver una gran variedad de problemas de concentración con porcentajes masa-masa y volumen-volumen.

Los procedimientos para los cálculos con porcentajes volumen-volumen son exactamente iguales a los de masa-masa, excepto que en lugar de trabajar con unidades de masa como los gramos, se usan unidades de volumen, como el cm³.

Ejemplo 1

Se tienen 250 gramos de agua y se quiere hacer una disolución de bicarbonato de sodio al 8%. ¿Cuántos gramos de bicarbonato de sodio se necesitan?, ¿cuantos gramos de disolución se producirán?, ¿cuál es el porcentaje del disolvente?

Datos:

soluto	?? g	8%
disolvente	250 g	??%
disolución	?? g	100%

Calculo el porcentaje del disolvente:

Disolución = soluto + disolvente --> Disolvente = disolución - soluto

El porcentaje del disolvente es 92% = 100% - 8%

soluto	?? g	8%
disolvente	250 g	92%
disolución	?? g	100%

Ahora tengo los gramos del disolvente y también su concentración, sus datos están "completos" (hay una pareja "masa-porcentaje"), así que puedo usarlo como base para calcular tanto la masa del soluto como la masa de la disolución. Con la regla de tres entre el soluto y el disolvente se puede calcular la masa del soluto, y con la regla de tres entre el disolvente y la disolución se puede calcular la masa de la disolución.

Usaremos la regla de tres entre el soluto y el disolvente para obtener los gramos del soluto:

Si X gramos de soluto son el 8%, y 250 gramos de disolvente son el 92%, ¿cuantos gramos tiene el soluto?

El soluto tiene 21,74 g = 250 g x 8 / 92

soluto	21,74 g	8%
disolvente	250 g	92%
disolución	?? g	100%

Los gramos de la disolución los podemos encontrar de tres maneras: con la regla de tres entre el soluto y la disolución, con la regla de tres entre el disolvente y la disolución, o sumando la disolución y el disolvente. Se usará esta última.

Sumo el soluto y el disolvente para obtener los gramos de la disolución:

Disolución = soluto + disolvente

Los gramos disolución son 271,74 g = 21,74 g + 250 g

soluto	21,74 g	8%
disolvente	250 g	92%
disolución	271,74 g	100%

Ejemplo 2

Se mezclan dos disoluciones de cloruro de sodio. La primera son 120 gramos de disolución al 10%, la segunda son 240 gramos al 8%. ¿Cuál es la concentración la disolución resultante?, ¿cuántos gramos de agua y cloruro de sodio tiene?

En este ejemplo tenemos tres disoluciones. Las dos primeras son mezcladas para dar una tercera. La cantidad de agua y cloruro de sodio de la tercera es la suma del agua y del cloruro de sodio de las dos primeras (ley de conservación de la masa). Por lo tanto, debemos calcular la cantidad de estas sustancias en las dos primeras disoluciones para luego sumarlas y obtener las cantidades que conforman la tercera disolución, y por último calcular el porcentaje de concentración de la tercera.

Primera disolución

Segunda disolución

120 gramos de disolución al 10% soluto  ?? g 10% disolvente  ?? g disolución 120 g 100% Usamos la regla de tres entre el soluto y la disolución para saber la masa del soluto: Soluto: 12 g = 120 g × 10 / 100 soluto 12 g 10% disolvente  ?? g disolución 120 g 100% Calculamos los gramos de disolvente: disolvente = Disolución - soluto disolvente: 108 g = 120 g - 12 g soluto 12 g 10% disolvente 108 g disolución 120 g 100%

240 gramos de disolución al 8% soluto  ?? g 8% disolvente  ?? g disolución 240 g 100% Usamos la regla de tres entre el soluto y la disolución para saber la masa del soluto: Soluto: 19,2 g = 240 g × 8 / 100 soluto 19,2 g 8% disolvente  ?? g disolución 240 g 100% Calculamos los gramos de disolvente: disolvente = Disolución - soluto disolvente: 220,8 g = 240 g - 19,2 g soluto 19,2 g 8% disolvente 220,8 g disolución 240 g 100%

Tercera disolución

Ahora mezclamos la primera y la segunda disolución para formar la tercera, es decir, sumamos los solutos, los disolventes y las disoluciones:

• soluto: 31,2 g = 12 g + 19,2 g
• disolvente: 328,8 g = 108 g + 220,8 g
• disolución: 360 g = 120 g + 240 g

soluto	31,2 g	??%
disolvente	328,8 g
disolución	360 g	100%

Por último, usamos una regla de tres entre el soluto y la disolución para saber la concentración:

Concentración: 8,66% = 31,2 g × 100 / 360 g

soluto	31,2 g	8,66%
disolvente	328,8g
disolución	360 g	100%

Si quisiéramos saber el porcentaje del disolvente, podríamos encontrarlo de tres maneras:

disolvente = Disolución - soluto	Por regla de tres entre el soluto y el disolvente	Por regla de tres entre la disolución y el disolvente
91,34 = 100 - 8.66	91,26 = 328.8 g × 8.66 / 31,2 g	91,33 = 328.8 g × 100 / 360 g
soluto 31,2 g 8,66% disolvente 328,8 g 91,34% disolución 360 g 100%	soluto 31,2 g 8,66% disolvente 328,8 g 91,26% disolución 360 g 100%	soluto 31,2 g 8,66% disolvente 328,8 g 91.33% disolución 360 g 100%

Nota: Los tres resultados son ligeramente diferentes por errores de redondeo en los cálculos de masa y porcentaje anteriores

                  SOLUCIONES MOLARES

¿Qué es la molaridad?

El mol (molécula gramo) es una Unidad Internacional usada para medir la cantidad de una sustancia. Un mol de una sustancia expresado en gr es su peso molecular así por ejemplo: un mol de cloruro de sodio (NaCl) son 58,5 gr . Por lo tanto, una solución 1M de cloruro de sodio contendrá 58,5 gr  de sal por litro de agua.

La molaridad de una solución se calcula dividiendo los moles del soluto por los litros de la solución.

        molaridad = moles de soluto/litros de solución

Ejemplo 1: ¿Cuál es la molaridad de 0,75 moles de soluto disueltos en 2,5 L de solvente?.

 M= 0,75 mol / 2,5 L= 0,3 M

 Ejemplo 2: ¿Cuál es la molaridad de 58,5  gr de cloruro de sodio disueltos en 2 litros de solvente?.

 Para poder hacer el cálculo tenemos que convertir gramos a moles. Si consideramos que el peso molecular del cloruro de sodio es: 58,5 [(peso del Cl^- (35,5) + peso del Na+(23)] entonces esa cantidad es un mol.

 M= 1 M / 2L= 0,5 M

 El número de Avogadro

 Los cálculos realizados hasta aquí son muy fáciles, el problema se plantea cuando no se dispone de la cantiad de gramos de un soluto equivalente a su peso molecular. Entonces recurrimos al número de avogadro.

 Amedeo Avogadro ( 1776-1856) era un físico italiano que acuñó el término molécula para designar a los pequeños conjuntos estables en que se combinan los átomos y así consiguió diferenciar molécula de átomo.  En 1881 dió a conocer  un enunciado conocido por la posteridad como principio de Avogadro:

“ Volúmenes iguales de gases cualesquiera, en iguales condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de moléculas”.

 El concepto de mol se introdujo años después de la muerte de Avogadro. Dado que un mol de cualquier sustancia expresado en gramos contiene el mismo número de moléculas, de acuerdo con el principio de Avogadro los volúmenes molares de todos los gases deben ser los mismos.

El número de moléculas contenido en un mol es igual al número de Avogadro cuyo valor se ha calculado en:

 6,02 x 10²³ moléculas     

lo que equivale al número siguiente:

602.000.000.000.000.000.000.000

 Hagamos un pequeño esfuerzo y recordemos las siguientes ecuaciones:

1.            gramos

        ----------------------=    moles

                                           peso molecular

2.               moles

             --------------= molaridad (M)

               volumen

                                                                 gramos

3. Molaridad (M) x Volumen (V) =  --------------------

                                                          peso molecular

  

Para llegar a la ecuación 3 se ve claramente que fuimos reemplazando los términos.

Ejemplos *

 Número 1.

 2 gr de NaCl (de peso molecular 58,44 g mol-1 ojo que pusimos aquí el valor exacto del peso a diferencia y no el aproximado de 58,5)  se disuelven en 100 mL de agua ¿Cuál es la molaridad de la solución?.

Si aplicamos la ecuación  3 tenemos:

                             2 gr

M x 0,1 L = -------------------------

                         58,44 gr.mol^-1

M x 0,1 L= 0,034 mol

M= 0,034 mol / 0,1 L

M= 0,34                   La molaridad de la solución es 0,34 M

Número 2.   

 ¿Cuántos gramos de NaCl son necesarios para obtener 500 ml de una solución 0,2 M?.

Si aplicamos la ecuación 3 tenemos:

                                        x

(0,2 M)  ( 0,5 L) =  ---------------------

                                       58,44

                      x

0,1     = ----------------------

                    58,44

X = cantidad = 5,844 gr de cloruro de sodio

 Por último recordemos que:

  Los moles son una medida de la cantidad de una sustancia  

 La molaridad es una medida de la concentración de esa sustancia, es decir la cantidad de moles por unidad de volumen (litros). 

La molaridad es una forma más cabal de comparar concentraciones de diferentes sustancias.

·         Ejemplos tomados de Maths & Computers for Biologists: Molarities & Dilutions. Curso de Microbiología de la Universidad de Leicester. Inglaterra.
-http://es.wikipedia.org/wiki/Concentraci%C3%B3n

-http://www.quimicaviva.qb.fcen.uba.ar/contratapa/aprendiendo/capitulo4.htm