Curso en Línea de Quimica Analítica Soluciones y reacciones quimicas.

1. QUIMICA ANALITICA
UNIDAD II –SOLUCIONES Y REACCIONES QUIMICAS
LUIS CARLOS SARMIENTO
INTERAMERICAN UNIVERSITY OF PUERTO RICO
DEPARTMENT OD SCIENCIES AND TECHNOLOGY
MAYO -2013

2. UNIDAD II
UNIDADES DE CONCENTRACION
OBJETIVOS
1. Definir soluto, solvente(disolvente), solución y Solubilidad.
2. Identificar las soluciones iónicas y no iónicas.
3. Interpretar las unidades de concentración de: porcentaje, partes por
millón,(ppm), partes por billón(ppb), pX, Molaridad(M) y
Normalidad(N).
4. Calcular la masa o moles de soluto para preparar una solución, con
una concentración establecida.
5. Calcular el número de moles o gramos de soluto en un volumen de
solución dado.
6. Convertir una unidad de concentración en otra.
7. Resolver Problemas de soluciones aplicadas a la Estequiometria.
CONTENIDO
 ² Solubilidad y soluciones
 ² Soluciones Iónicas y no iónicas.
 ² Unidades de concentración
 ² Conversión entre Unidades de concentración.
 ² Problemas de Estequiometria que incluyen soluciones.
Solubilidad y Soluciones :
Una solución consiste de un Soluto y de un Solvente o Disolvente. Nos
limitaremos aquí, al caso de soluciones acuosas.
Hay una cantidad máxima de soluto que se disuelve en un Solvente,
a una T dada (ej. A 25 o
C). En este momento decimos que la solución está
saturada porque noo disuelve más soluto.
Por lo tanto, para preparar una solución o disolución, debemos
conocer su Solubilidad.
La Solubilidad(S) se define como la cantidad máxima de soluto que se
disuelve en un volumen dado de solvente o solución, a una T dada.

3. Si 25g es la cantidad máxima de un compuesto que se disuelve en
100ml de agua ( a una T ), su solubilidad será igual a 25g/100ml =
250g/1000ml = 250g/L.
La Solubilidad Molar (Sm) se expresa en moles/L
Al disolver 2 moles en 500 mL de solución, su Sm será:
Sm = 2mol/0.500L = 4mol/L
Soluciones Iónicas y no Iónicas
En las soluciones iónicas acuosas, cada especie es hidratada por el
solvente. Las soluciones iónicas debido a que poseen cargas conducen la
corriente eléctrica (electrolitos).
Una solución de NaCl no existe como tal, ya que sus iones existen
separadamente:
NaCl (s) + H2O  Na+
(acuoso) + Cl-
(acuoso)
En las Soluciones No iónicas, las moléculas no ionizan:
C6H12O6 (s) + H2O = C6H12O6(acuoso)
Estas soluciones no conducen la corriente eléctrica.
Una solución iónica de BaCl2 produce 2 iones de Cl-
BaCl2 + H2O == Ba2+
(acuoso) + 2 Cl-
(acuoso)
Luego la [Cl-
] en la solución es el doble de la [Ba2+
] e igual a la Sm del
BaCl2.
Una solución de [Ba2+
] =0.1M es equivalente 0.2M de Cl-
Unidades de Concentración
Todas las soluciones tienen una unidad de Concentración, de las cuales
las más importantes son:
Porcentaje de masa a volumen - %(w/v)
Porcentaje de masa a masa - %(w/w)
Partes Por Millón (ppm)
Partes por Billón(ppb)
PX
Molaridad(M)
Normalidad(N)
1. Porcentaje de masa a Volumen(%(w/v)):
%(w/v) = W(soluto)/ V(solución) x 100

4. La fórmula nos permite relacionar el peso del soluto con su
concentración y el V total.
Ejercicio:
Se disuelven 10g de NaOH en agua hasta obtener una solución de 500mL.
(a) (a) Calcule su %(w/v)
(b) (b) Calcule la masa de soluto en 25mL de solución.
%(w/v) = W(soluto)/ V(solución) x 100 =10g/500mL x 100 = 2%(w/v)
Masa en 25 mL de solución: W(g) = 2g/100mL x 25mL = 0.5g
2. Porcentaje de masa a masa - %(w/w):
La fórmula nos permite relacionar la masa del soluto con la masa total de la solución
.
%(w/w) = W(soluto)/ W(solución) x 100
Ejercicio:
10g de soluto se disuelven en 240g de solución:
(a) (a) Calcule su %(w/w)
(b) (b) Calcule la masa de soluto en 25g de solución.
Masa total = 240g+10g =250g
%(w/w) = W(soluto)/ W(solucion) x 100 = 10g/250g x100= 4%
Masa del solute en 25 g de solucion: W(soluto) = 4g/100g x 25g = 1g
3. Partes Por Millón (ppm):
ppm = mg(soluto)/ Kg(solución)
Esta unidad se usa mucho en Química Ambiental.
Cuando la solución es muy diluida, su D esta cerca de 1g/ml y se puede escribir
que:
* ppm =mg(soluto)/ L(solución)
Ejercicio:
Se disuelven 0.10g de soluto en 500mL de solución .
(a) (a) Calcule su concentración en ppm
(b) (b) Calcule la masa de soluto en 25mL (0.025L)
Debemos convertir los datos a mg y a Litros.

5. 500ml x 1L/1000mL = 0.500 L
0.10g x 1000mg/1g = 100mg
ppm = mg(soluto)/ L(solution) = 100mg/0.500L = 200mg/L = 200ppm
Masa en 25 mL de solución: W(mg) = ppmx V(L) = 200mg/L x 0.025L = 5mg
4. pX
pX = - log [X] [X] = mol/L del soluto.
Esta unidad logarítmica se usa en los Ácidos y Bases para calcular el pH de las
soluciones.
Ejercicio:
Calcule el pH de una solución de HCl 0.005M.
[H+
] = 0.005M
pH = - log( 0.005) = 2.7
Esta Unidad también nos permite relacionarla con la M de la solución.
[X] = 10-pX
Por ejemplo, una solución de pH = 4.5
Calcule su [H+
] [H+
] = 10-4.5
M
5. Molaridad (M):
La M es la unidad más usada en Química Analítica.
Nos permite usarla tanto en soluciones Iónicas como no Iónicas .
M = #moles soluto/Vsolucion  M = #n/ Vsolución
Vsolucion  se expresa en litros.
El # se moles : #n = W(soluto) / MM ….. MM en g/mol
MM =W/#n
Luego, la M se puede expresar con relación a la masa:
M = W(soluto) / (MMxV)
La masa del solute sera:
W(soluto VxMxMM
Resumen de las tres fórmulas de más uso:
M = #moles soluto/Vsolucion
M = W(soluto) / (MMxV)
W(soluto) = VxMxMM

6. Ejercicio:
Se disuelven 2.12g de Na2CO3 (MM=106g/mol)
en agua hasta completar 2500mL de solución (2.500L).
(a) (a) Calcule su Molaridad.
(b) (b) Calcule el # de moles (#n) y milimoles(mmol) de soluto en 250mL de
solución.
(c) (c) Calcule la masa de soluto en 250mL de solución.
(d) (/d) Calcule la Molaridad del Na+
en la solución  [Na+
]
Molaridad de la solucion:
M = W(soluto) / (MMxV) = 2.12g/ (106g/molx2.500L= 0.08mol/L
M= 0.08 mol/L.
#n en 250 mL de solucion: #n = VxM = 0.250L x 0.08 mol/L= 0.02moles.
0.02 moles x 1000mmol/1mol = 20 mmoles .  1 mol = 1000mmol
Masa de soluto en los 250 mL:
W(soluto) = VxMxMM = 0.250Lx 0.08mol/Lx 106g/mol = 0.212g.
En la solución anterior hay dos(2) moles de iones Na+
, por cada mol de Na2CO3,
por lo tanto, la [Na+
] seria el doble:
Molaridad del Na+
[Na+
] = 0.08 mol/L Na2CO3 x 2mol Na+
/ 1mol Na2CO3 = 0.016mol/L.
Ejercicio:
Se desea preparar 2500mL (2.500 L) de solución de Na+
0.1M, a partir del
compuesto Na2CO3 .
Calcule las moles de Na2CO3 y la masa de Na2CO3 necesarias para preparar la
solución.
El factor de conversión es = 1mol Na2CO3 /2mol Na+
Se calcula primero la M del compuesto Na2CO3
M( Na2CO3) = [Na+
] x ( 1mol Na2CO3 /2mol Na+
) = 0.1M /2 = 0.05M
#n = VxM = 2.500L x 0.05mol/L = 0.125mol.
Luego se necesitan 0.125 moles del compuesto Na2CO3 .
Masa del solute (Na2CO3 .)
W(soluto) = VxMxMM
W(g) = 2.500Lx 0.05mol/Lx 106g/mol = 13.25g
Procedimiento : Se pesan 13.25g del compuesto Na2CO3 puro y se disuelven en
agua destilada, hasta obtener una solucion con un V igual a de 2500mL.

7. 6. Normalidad(N): Es la cantidad de Equivalentes (#E) de soluto en un litro de
solucion:
N = #E/ Solución ……… E Equivalentes ….. V  Vsolucion en litros.
El #E es igual a: #E = W/PE
Si se expresa en gramos:
N = W/(PExV) ; por lo tanto: W(g)= VxNxPE
El PE se expresa en g/E .
En Ácidos y Bases se divide la MM del compuesto (sin su unidad mol) y se
divide por el # de protones ( H+
), o de iones OH-
que tiene la fórmula (ver tabla).
En el caso de sales como CaSO4 , dividimos la MM sin la unidad mol) por el # de
oxidación del Cation. En este caso el Ca tiene un # de oxidación = 2+
.
136g/2E= 68g/E
El PE del CaCl2 (MM= 111g/mol) será igual a  111g/2E =50.5g/E
compuesto MM(g/mol) PE(g/E)
HCl 36.5 36.5
Ca(OH)2 78.0 39.0
CaSO4 136 68
Resumen de fórmulas:
#E = W/PE N=#E/Vsolucion N = W/(PexV) W= VxNxPE
Ejercicio:
Se disuelven 10.6g de Na2CO3 (MM=106g/mol)
en agua hasta completar 2500mL de solución (2.500L).
(a) (a) Calcule su Normalidad.
(b) (b) Calcule los Equivalentes (E) y miliequivalentes(mE) de soluto en 250mL
de solución.
(c) (c) Calcule la masa de soluto en 250mL de solución.
PE = 106g/2E = 53g/E
N = W(soluto) / (PExV) = 10.6g/ ( 53g/Ex2.500L) = 008 E/L
N= 8 x 10-2
E/L.
#E = VxN = 0.250L x 0.08E/L= 0.02 E.
0.02E x1000mE/1E = 20 mE ……1 E =1000 mE
Masa del soluto en los 250 mL:
W(soluto) = VxNxPE = 0.250Lx 0.08 E/LX53g/E = 1.06g

8. RELACION ENTRE LA M Y LA N
La N y la M se pueden relacionar entre si. El primer paso es calcular la masa del
soluto porque este que no cambia (para un V igual).
Calculemos la masa de soluto de una de solución 0.1M de CaCl2
Mm= 111g/mol ….. V =1L
W(soluto) = VxMxMM = 1.0Lx 0.1mol/Lx 111g/mol = 11.1g
En la solución hay 11.1g de soluto, independientemente de cómo se exprese su
concentración.
Calculemos la Normalidad (N) de la misma solución ( V= 1L). W =11.1 g
PE= 111g/2E = 50.5g/E
N = W(soluto) / (PExV) = 11.1g/( 50.5g/Ex1.0L) = 0.2E/L = 0.2N
ASIGNACION: Calcule la M de una solución de Ca(OH)2 005 N.
MM= 78g/mol.
La N se utiliza también en problemas relacionados con reacciones de Oxidación-
Reducción, tema que se discutira en otro capitulo.
7. Partes Por Billón (ppb):
Esta Unidad se usa para pequeñas cantidades de soluto.
Un Billón en el sistema U.S es igual a 1000 millones.
1mg = 1000µg (microgramos) 1 g = 1x106
g
ppb = g/Kg solución ppb = g/Solución ( si su D es cerca de 1.0g/mL)
W (g) = ppb x Solución
Ejercicio:
Se disuelven 0.50g de soluto en 2500mL de solución .
(c) (c) Calcule su concentración en ppb
(d) (d) Calcule la masa de soluto en 25mL (0.025L)
Debemos convertir las unidades a Litros y a g.
1g = 1000mg = 1000000g
2500ml x 1L/1000mL = 2.500L
0.50g x 1000mg/1g = 500mg
500mg x1000g/1mg = 500000 g = 5x105
g
* ppb =g/Lsolucion
ppb = 5x105
g/2.500L =2.5x105
g/L = 2.5x105
g/L

9. W(mg) = ppbx V(L) =2.5x105
g/Lx 0.025L = 5000mg
Conversiones entre Unidades de concentración
En algunos casos, necesitamos convertir una unidad a otra.
Sí sabemos que el peso de soluto no cambia y que lo que cambia es la unidad(
a igual V). El primer paso es calcular el peso del soluto.
Ejercicio:
Convertir 100ppm de CaCO3 (MM= 100g/mol) a ( V =1L)
(a) (a) %(w/v)
(b) (b) %(w/w), si la D de la solución es 1.05g/mL
(c) (c) ppb
(d) (d) Molaridad
(e) (e) Normalidad
(f) (f) g/L
(g) (g/) Calcule el pCa
Para facilitar los cálculos, asumimos que el V total es un Litro.
El primer paso es calcular el peso(masa) del soluto:
W(mg) = ppm x V = 100mg/L x1L = 100mg ….. 100mg = 0.100g
La solución contiene 0.100g/L ó 0.100g/1000 mL
Calculo del porcentaje: %(w/v) = W(g)/V(mL)
%(w/v) = 0.100g/1000mL x100 = 0.01%
Calculo de la masa de un litro (1 L) sde solución, si su D= 1.05g/mL
W = VxD … W(solución) = 1000mLx 1.05g/mL = 1050g
Calculo del porcentaje (%(w/w)
%(w/w) = .100g/1050g x100 = 0.0095%
Calculo en ppm: 0.100g = 100mg = 100000g
ppb =g/1L = 100000g/1L = 1x 105
ppb.
Calculo de la M:
M = W(soluto) / (MMxV) = 0.100g/(100g/mol x 1L) = 1x10-3
mol/L
Calculo de la N: .. PE = 100g/2E = 50g/E
N= W(soluto)/ (PE xV) = 0.100g/(50g/Ex 1L) = 2x10-3
E/L

10. Calculo en g/L: 100mg = 0.100 g
100mg/L = 0.100g/L
Calculo del pCa:
pCa = -log[Ca2+
] = -log[1x10-3
] = 3
Problemas de Estequiometria que incluyen soluciones
Se discutirán las posibles reacciones entre un sólido y una solución, y entre dos
soluciones.
En todos los casos, primero se calculan el # de moles de los compuestos
que intervienen en la reacción, y luego se establecen las relaciones
estequiometricas correspondientes.
Estas se discutieron en la Unidad de Estequiometria.
Ejercicio:
50.0mL(0.050L) de H2SO4 0.1M reaccionan con un exceso de Ca(OH)2. Calcule
las moles de H2O producidos.
Ca(OH)2 + H2SO4  CaSO4 + 2 H2O
0.050L x 0.1mol/L = 0.0050mol
0.0050mol H2SO4 x 2mol H2O/1mol = 0.01mol H2O
Ejercicio:
50.0mL(0.050L) de H2SO4 0.1M reaccionan con 100ml 0.2M de Ca(OH)2.
(a) (a) Calcule el RL.
(b) (b) Calcule la masa de H2O que se produce.
(c) (c) Calcule cuantas moles del RNL reaccionaron
(d) (d) Calcule las moles del RNL que sobraron.
Ca(OH)2 + H2SO4  CaSO4 + 2 H2O
Se calcula la cantidad de producto obtenido para cada reactivo (asuma que es el
RL). El verdadero RL es el que produce menos de este producto ( ya sea en
moles o en gramos)
 · Usando el Reactivo H2SO4 :
#n = 0.050Lx0.1mol/L = 0.0050mol
0.0050mol H2SO4 x 2mol H2O/1mol = 0.01mol H2O (menor cantidad)
Usando el Reactivo Ca(OH)2
#n = 0.100mLx 0.2mol/L = 0.02mol

11. 0.02mol Ca(OH)2 x 2mol H2O/1mol Ca(OH)2 = 0.04mol H2O
El reactivo H2SO4 produjo la menor cantidad de moles de H2O; luego el H2SO4
es el RL y, por lo tanto se produjeron 0.01mol H2O
Masa del producto: W(g) #n x MM =0.01mol H2O x 18g/mol = 0.18g H2O.
Se calcula el # de moles del R.No.L que reaccionaron con 0.0050 mol de H2SO4
#mol H2SO4  # mol de Ca(OH)2
0.0050mol H2SO4 x (1mol Ca(OH)2/1mol H2SO4) = 0.0050mol Ca(OH)2
Reaccionan 0.0050mol Ca(OH)2 .
Luego sobran (0.02- 0.0050) mol Ca(OH)2 = 0.0150mol Ca(OH)2 .
Algunos problemas resueltos sobre esta Unidad se encuentran en:
http://www.ACS.com