Resúmen de química general

Estequiometria de las disoluciones I

La estequiometria mide las proporciones cuantitativas o relaciones de masa en la que los elementos químicos están implicados. Veremos primero diferentes unidades que se emplean para expresar la concentración de las soluciones y luego analizaremos 3 técnicas cuantitativas basadas en las reacciones de precipitación, neutralización y redox.

Diferentes unidades de concentración

Se entiende por  concentración de una solución a la cantidad de soluto presente en una disolución. Es una propiedad intensiva, es decir,  no depende de la cantidad de la disolución.  Existen diferentes unidades para expresar la concentración, lo importante es conocer los datos que  se necesitan para emplear cada una de ellas.

  • Molaridad (M): Moles de soluto por litro  de disolución

M=moles de soluto/ L de disolución

  • Molalidad (m): Moles de soluto por kilogramo de disolución

m=moles de soluto/kg de disolución

  • Normalidad (N): Equivalente químico por litro de disolución.

N=equivalente/ L de disolución

  • Porcentaje en masa (%P/P):

%P=masa de soluto/masa de disolución

  • Porcentaje en volumen (%V/V):

%P=volumen de soluto/Volumen de disolución

  • Fracción molar (x):

x=moles de soluto/moles totales

 

Preparación en laboratorio

Es común el empleo de disoluciones en el laboratorio para diversos fines. A modo de ejemplo, vamos a preparar una solución 0.1 M de KMNO4 que luego será empleada como indicador para distintas titulaciones como por ejemplo, para conocer la acidez  del etanol.

Para preparar una solución en el laboratorio se requiere de:

Vidrio reloj

Balanza analítica

Espátula

Matraz de aforo de 1000ml

Tapón

Soluto (KMNO4)

Disolvente (agua destilada)

Frasco color caramelo

Cálculos

El peso molecular del KMNO4  es de 158,034 g/mol (este dato  se encuentra en la etiqueta del producto o lo podemos calcular sumando los pesos moleculares de cada átomo). Empleando una regla de tres simple encontramos los gramos de soluto que debemos pesar.

1 mol_____158.043 g

0.1 mol____x=(0.1 mol*158.043 g)/1 mol= 15.8g

Colocamos el vidrio reloj en la balanza, taramos. Pesamos 15.8g de KMNO4  con la ayuda de una espátula.

Transvasamos el soluto al matraz y enjugamos con agua destilada el vidrio reloj para evitar las pérdidas de soluto

Enrasamos con el disolvente y homogeneizamos. La solución es de color fucsia fuerte.

El permanganato de potasio se descompone rápidamente con la luz por lo cual debemos tratar de trabajar lo más rápido posible y luego guardar la solución en un frasco color caramelo y envuelto en papel aluminio. Por último etiquetar la solución preparada.

Si en lugar de preparar 1L de solución, queremos preparar 0.5L, entonces debemos pesar la mitad de los gramos de soluto y emplear un matraz de 500ml.

En caso de que el soluto sea líquido, como por ejemplo cuando queremos diluir un ácido, procederemos a medir con una pipeta de doble aforo los ml necesarios para obtener la concentración buscada.

Disolución de disoluciones

Siguiendo con el ejemplo de la solución de KMNO4, se quiere ahora obtener una solución 0.01M a partir de la solución 0.1M. El cálculo a realizar es el siguiente:

0.1mol____1L de disolución

0.01mol_____x=(0.01mol*1L)/0.1mol=0.1L

 Es decir, con una pipeta se extrae  de la solución concentrada 0.1L (100ml), se llevan a un matraz de 1000 ml y se enrasa con agua destilada, esta nueva solución es de título 0.01M.

Existe una ecuación muy sencilla que puede emplearse para disoluciones

C1*V1=C2*V2

C1 es la concentración de una solución inicial y C2 la concentración que deseamos obtener. V1 es el volumen inicial y V2 es el volumen final, el volumen que se quiere preparar de la nueva solución.

Para el ejemplo anterior:

C1:0.1M

V1: incógnita

C2:0.01M

V2:1L

V1=( C2*V2)/C1

V1=(0.01M*1L)/0.1

V1=0.1L  Éste es el volumen a extraer de la solución inicial.

V1 es el volumen que voy a extraer de la solución mas concentrada. Se agrega en un matraz aforado y se enrasa para obtener la nueva solución más diluida.

Análisis cuantitativo de las disoluciones

El análisis cuantitativo tiene por objeto determinar la cantidad de soluto presente en una disolución. En Química analítica al compuesto de interés se lo denomina analito.

El conocimiento de los mecanismos de reacción descritos anteriormente (Precipitación, neutralización y redox) son de gran utilidad en la  práctica ya que se pueden emplear para conocer las cantidades de analito presente en una muestra.

A continuación se mencionan 3 técnicas empleadas para conocer el título o grado de una solución. En otros artículos se analizarán con mayor detalle cada una de ellas.

  • Análisis gravimétrico. Se basa en la formación de un precipitado para conocer la cantidad de analito en una muestra
  • Valoración ácido-base.  Haciendo uso de soluciones patrón (soluciones de titulo exactamente conocido) e indicadores puede relacionarse el volumen gastado de solución patrón con la cantidad de analito presente en la muestra desconocida.
  • Valoración redox. Es una técnica muy similar a la valoración ácido base, solo que en este tipo hay un intercambio de electrones mientras que en la técnica anterior hay un intercambio de protones.

Referencias

Chang, Raymond. Química 10º Edición. s.l. : McGrawHill, 2010.

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