CONCENTRACIÓN CONCENTRACIÓN QUÍMICA Y EQUILIBRIO QUÍMICA Y EQUILIBRIO

QUÍMICOQUÍMICO

SOLUCIONESSOLUCIONES

CONCEPTO Y ELEMENTOS DE UNA CONCEPTO Y ELEMENTOS DE UNA SOLUCIÓN:SOLUCIÓN:

Mezcla homogénea en la que se Mezcla homogénea en la que se encuentran dos o más sustancias puras; encuentran dos o más sustancias puras; su composición puede variar dentro de su composición puede variar dentro de ciertos límites.ciertos límites.

Soluto:Soluto: Sustancia disuelta en una Sustancia disuelta en una solución; por lo regular, presente en solución; por lo regular, presente en menor cantidad que el disolvente.menor cantidad que el disolvente.

Disolvente:Disolvente: Sustancia disolvente en una Sustancia disolvente en una solución ; por lo general presente en solución ; por lo general presente en mayor cantidad que el soluto.mayor cantidad que el soluto.

TIPOS DE SOLUCIONESTIPOS DE SOLUCIONES

SOLUTOSOLUTO DISOLVENTDISOLVENTEE

EJEMPLOEJEMPLO

GasGas LíquidoLíquidoBebidas Bebidas

carbonatadascarbonatadas

LíquidoLíquido LíquidoLíquido AnticongelanteAnticongelante

LíquidoLíquido SólidoSólido Empastes dentalesEmpastes dentales

SólidoSólido LíquidoLíquido Azúcar en aguaAzúcar en agua

SólidoSólido SólidoSólido BronceBronce

Líquidos miscibles e inmisciblesLíquidos miscibles e inmiscibles

Los miscibles son dos líquidos que se combinan Los miscibles son dos líquidos que se combinan completamente en cualquier proporción para formar una completamente en cualquier proporción para formar una solución. En cambio, los inmiscibles son dos líquidos que no solución. En cambio, los inmiscibles son dos líquidos que no se mezclan sino que forman capas.se mezclan sino que forman capas.

Alcohol en aguaAlcohol en agua

Etilén glicol Etilén glicol con con

cloroformocloroformo Aceite y agua

CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONESCONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONES

Es la relación que existe entre la cantidad de soluto y la cantidad Es la relación que existe entre la cantidad de soluto y la cantidad de disolvente. De igual forma, se define como la medida de la de disolvente. De igual forma, se define como la medida de la cantidad de soluto contenida en una determinada cantidad de cantidad de soluto contenida en una determinada cantidad de disolvente o solución.disolvente o solución.

Los métodos cuantitativos más comunes para expresar las Los métodos cuantitativos más comunes para expresar las concentracionesconcentraciones

1.Porcentaje referido a la masa= 1.Porcentaje referido a la masa=

2. Partes por millón (ppm)= 2. Partes por millón (ppm)=

3. Molaridad (M)=3. Molaridad (M)=

masa de solutomasa de soluto

masa de soluciónmasa de solución*100*100

masa de masa de solutosoluto

masa de soluciónmasa de solución* 1 000 000* 1 000 000

moles de solutomoles de soluto

litro de soluciónlitro de solución

4. Normalidad (N)= 4. Normalidad (N)=

5. Molalidad (m)= 5. Molalidad (m)=

equivalentes de equivalentes de solutosoluto

litro de soluciónlitro de solución

moles de solutomoles de soluto

kilogramo de kilogramo de disolventedisolvente

  L

mol

Lmol

gg

L

moles

VMM

gM 513.0

200.044.58

00.6

molesLL

molVMn 750.03250.0

gramosmol

gmolesMMng 1190.158750.0

Ej. 1. Calcule la molaridad de una solución que contiene 6.00 g de Ej. 1. Calcule la molaridad de una solución que contiene 6.00 g de NaCl (MM 58.44) en 200 ml de solución.NaCl (MM 58.44) en 200 ml de solución. 

 Ej. 2. Calcule el número de moles y el número de gramos de KMnOEj. 2. Calcule el número de moles y el número de gramos de KMnO4 4

(MM 158.0) en 3.00 litros de una solución 0.250 M.(MM 158.0) en 3.00 litros de una solución 0.250 M.

Ejemplos de cálculos de concentración molarEjemplos de cálculos de concentración molar

Ejemplos de cálculos de concentración molalEjemplos de cálculos de concentración molal

Ej.1 ¿Ej.1 ¿Cuál es la molalidad de una disolución de 3,2g de CH3OH en 200g Cuál es la molalidad de una disolución de 3,2g de CH3OH en 200g de agua? de agua?

Peso Molecular del soluto = 12 + (4 x 1) + 16 = 32Peso Molecular del soluto = 12 + (4 x 1) + 16 = 32

número de moles de soluto = 3,2/32= 0,1 molesnúmero de moles de soluto = 3,2/32= 0,1 moles

m =(0,1 moles de soluto)/(0,2 Kg. de disolvente) = 0,5 m m =(0,1 moles de soluto)/(0,2 Kg. de disolvente) = 0,5 m

Ej.2. Si la molalidad de una solución de CEj.2. Si la molalidad de una solución de C22HH55OH disuelta en agua es 1.5 y OH disuelta en agua es 1.5 y

el peso del agua es 11.7 Kg., calcular cuantos gramos de Cel peso del agua es 11.7 Kg., calcular cuantos gramos de C22HH55OH OH

tendremos que añadir a la solución tendremos que añadir a la solución .

                                                                                          

Dilución de concentraciónDilución de concentración

En muchas ocasiones se debe diluir una solución concentrada En muchas ocasiones se debe diluir una solución concentrada para obtener una de más baja concentración . Para diluir una para obtener una de más baja concentración . Para diluir una solución, se incrementa el volumen del solvente hasta obtener la solución, se incrementa el volumen del solvente hasta obtener la nueva concentración.nueva concentración.

Cálculo de dilución de una concentraciónCálculo de dilución de una concentración

A través de la expresión matemática: C1V1=C2V2A través de la expresión matemática: C1V1=C2V2

Ej. Se tienen 150 ml de solución 1,80 M de NaOH, ¿Cuántos ml de Ej. Se tienen 150 ml de solución 1,80 M de NaOH, ¿Cuántos ml de agua se deben agregar para que la solución quede 0,50 M?agua se deben agregar para que la solución quede 0,50 M?

C1 X V1 = C2 X V2 despejando queda V2= (C1 X V1)/C2C1 X V1 = C2 X V2 despejando queda V2= (C1 X V1)/C2V2=(150 ml X 1.80 M)/ 0.50 M =540 mlV2=(150 ml X 1.80 M)/ 0.50 M =540 ml

O sea que el volumen a obtener es de 540 ml de NaOH a 0.50 MO sea que el volumen a obtener es de 540 ml de NaOH a 0.50 MPara saber el agua que se debe agregar, 540 ml – 150ml= 390 mlPara saber el agua que se debe agregar, 540 ml – 150ml= 390 ml

solución: se requiere agregar 390 ml de agua.solución: se requiere agregar 390 ml de agua.

EQUILIBRIO QUÍMICOEQUILIBRIO QUÍMICO

Es una reacción reversible, es Es una reacción reversible, es decir, que se produce en ambos decir, que se produce en ambos sentidos (los reactivos forman sentidos (los reactivos forman productos, y a su vez, éstos productos, y a su vez, éstos forman de nuevo reactivos).forman de nuevo reactivos).

Cuando las concentraciones de Cuando las concentraciones de cada una de las sustancias que cada una de las sustancias que intervienen (reactivos o productos) intervienen (reactivos o productos) se mantienen constantes, es decir, se mantienen constantes, es decir, ya no varían con el tiempo, se dice ya no varían con el tiempo, se dice que la reacción ha alcanzado el que la reacción ha alcanzado el EQUILIBRIO QUÍMICOEQUILIBRIO QUÍMICO

En una reacción cualquiera: a A + b B c C + d D, la constante Kc En una reacción cualquiera: a A + b B c C + d D, la constante Kc tomará el valor:tomará el valor:

Kc = Kc = [C]c [D]d[C]c [D]d [A]a [B]b[A]a [B]b

1)1) Considere la reacción: 2H2 (g) + S2 (g) Considere la reacción: 2H2 (g) + S2 (g) 2H2S (g) a la temperatura 2H2S (g) a la temperatura de 700ºC. En el equilibrio se encuentran 2,5 mol de H2, 1,35x10-5 de 700ºC. En el equilibrio se encuentran 2,5 mol de H2, 1,35x10-5 mol de S2 y 8,7 mol de H2S. Determine Kc sabiendo que el volumen mol de S2 y 8,7 mol de H2S. Determine Kc sabiendo que el volumen del recipiente es 12L.del recipiente es 12L.

CONSTANTE DE EQUILIBRIO (KC)CONSTANTE DE EQUILIBRIO (KC)

Cálculo de constante de equilibrioCálculo de constante de equilibrio

[H2S]2[H2S]2Kc = ------------Kc = ------------

[H2]2[S2][H2]2[S2]

Kc = -------------------------------------------------Kc = -------------------------------------------------(8,7 mol/12L)2

[(2,5 mol/12L)2 x (1,35x10-5 mol/12L)]= = Kc = 1,08 x 107Kc = 1,08 x 107

ALTERACIÓN DEL EQUILIBRIO QUÍMICOALTERACIÓN DEL EQUILIBRIO QUÍMICO

Principio de la ley Chatelier.Principio de la ley Chatelier.

Cambios de concentración.Cambios de concentración.

Cambios de volumen y Cambios de volumen y presión.presión.

Cambios de la temperaturaCambios de la temperatura..

PRINCIPIO DE LEY CHATELIER PRINCIPIO DE LEY CHATELIER Un sistema Un sistema alcanza el equilibrio cuando la velocidad de la alcanza el equilibrio cuando la velocidad de la reacción directa se hace igual a la velocidad reacción directa se hace igual a la velocidad de la reacción inversa. Este equilibrio es muy de la reacción inversa. Este equilibrio es muy sensible a cambios de presión, temperatura y sensible a cambios de presión, temperatura y concentración.concentración.

Nació el 8 de octubre de 1850.Nació el 8 de octubre de 1850.Fenómenos de Combustión (1898) Fenómenos de Combustión (1898) Teoría de los equilibrios químicos, la Teoría de los equilibrios químicos, la medida de temperaturas elevadas y los medida de temperaturas elevadas y los fenómenos de disociación (1898-1899) fenómenos de disociación (1898-1899) Propiedades de las aleaciones Propiedades de las aleaciones metálicas(1899-19009 metálicas(1899-19009 Aleaciones de Hierro (1900-1901) Aleaciones de Hierro (1900-1901) Métodos generales de química analítica Métodos generales de química analítica (1901-1902) (1901-1902) Leyes generales de la química analítica Leyes generales de la química analítica (1901-1902) (1901-1902)

FACTORES QUE MODIFICAN EL EQUILIBRIO QUÍMICO:FACTORES QUE MODIFICAN EL EQUILIBRIO QUÍMICO:

Cambios de concentración.Cambios de concentración. Cambios de volumen y presión.Cambios de volumen y presión. Cambios de la temperaturaCambios de la temperatura..

Cambios de concentración: Cambios de concentración: Sobre un sistema en equilibrio está Sobre un sistema en equilibrio está regida por la ley de acción de masas: “La velocidad de una regida por la ley de acción de masas: “La velocidad de una reacción química es proporcional al producto de las reacción química es proporcional al producto de las concentraciones molares de las sustancias reaccionantes”.concentraciones molares de las sustancias reaccionantes”.

Si en una reacción N2 + 3H2 2 NH3 aumenta la concentración del Si en una reacción N2 + 3H2 2 NH3 aumenta la concentración del N2, el equilibrio se desplaza hacia la derecha para favorecer los N2, el equilibrio se desplaza hacia la derecha para favorecer los productos. Lo mismo ocurre si se incrementa la concentración de productos. Lo mismo ocurre si se incrementa la concentración de H2. Después de cierto tiempo se alcanza un nuevo estado de H2. Después de cierto tiempo se alcanza un nuevo estado de equilibrio de acuerdo a las nuevas concentraciones.equilibrio de acuerdo a las nuevas concentraciones.

Cambios de volumen y presión: Cambios de volumen y presión: La presión es un factor que influye La presión es un factor que influye sobre los sistemas gaseosos en equilibrio. sobre los sistemas gaseosos en equilibrio. El resultado es un El resultado es un aumento de la presión total del gas y una disminución de las aumento de la presión total del gas y una disminución de las fracciones molares de las especies; pero la presión parcial de cada fracciones molares de las especies; pero la presión parcial de cada gas, dada por el producto de su fracción molar y la presión total, no gas, dada por el producto de su fracción molar y la presión total, no cambia, por lo tanto la presencia de un gas inerte no altera el cambia, por lo tanto la presencia de un gas inerte no altera el equilibrioequilibrio.

Ejemplo 1:Ejemplo 1: Cuatro moles de Cuatro moles de relacionantes dan origen a dos relacionantes dan origen a dos moles del producto, por lo que moles del producto, por lo que un aumento de presión desplaza un aumento de presión desplaza el equilibrio hacia la derecha, el equilibrio hacia la derecha, esto favorece la formación de esto favorece la formación de amoníaco, ya que es la que amoníaco, ya que es la que procede con disminución de procede con disminución de volumen.volumen.

Ejemplo 2:Ejemplo 2: Un aumento de la Un aumento de la presión en este ejemplo no presión en este ejemplo no produce ninguna alteración produce ninguna alteración sobre el equilibrio ya que tanto sobre el equilibrio ya que tanto en la reacción directa como en en la reacción directa como en la inversa se producen dos la inversa se producen dos volúmenes.volúmenes.

Cambios en la temperatura: Cambios en la temperatura: Comprendida en la Ley de Van´t Hoff, la Comprendida en la Ley de Van´t Hoff, la cual plantea lo siguiente: “Cuando se aumenta la temperatura sobre un cual plantea lo siguiente: “Cuando se aumenta la temperatura sobre un sistema en equilibrio, se ve favorecida la reacción que se produce por sistema en equilibrio, se ve favorecida la reacción que se produce por absorción de calor”.absorción de calor”.

En el siguiente ejemplo, al producirse la elevación de la temperatura se En el siguiente ejemplo, al producirse la elevación de la temperatura se ve favorecida la reacción directa ( ), porque absorbe calor, ésta es una ve favorecida la reacción directa ( ), porque absorbe calor, ésta es una reacción endotérmicareacción endotérmica, donde el equilibrio se desplaza para favorecer la , donde el equilibrio se desplaza para favorecer la formación de más productos.formación de más productos.

SOLUBILIDADSOLUBILIDAD

Es una medida de la capacidad de una Es una medida de la capacidad de una determinada sustancia para disolverse en determinada sustancia para disolverse en otra. En moles por litro, en gramos por litro, otra. En moles por litro, en gramos por litro, o en porcentaje de soluto.o en porcentaje de soluto.

La solubilidad de una sustancia depende de La solubilidad de una sustancia depende de la naturaleza del disolvente y del soluto, así la naturaleza del disolvente y del soluto, así como de la temperatura y la presión del como de la temperatura y la presión del sistema, es decir, de la tendencia del sistema, es decir, de la tendencia del sistema a alcanzar el valor máximo de sistema a alcanzar el valor máximo de entropía. entropía.

Capas de solvatación: Capas de solvatación: La solvatación es el proceso de atracción y La solvatación es el proceso de atracción y asociación de moléculas de un disolvente con moléculas o iones asociación de moléculas de un disolvente con moléculas o iones de un soluto. Al disolverse los iones en un solvente, se dispersan y de un soluto. Al disolverse los iones en un solvente, se dispersan y son rodeados por moléculas de solvente. A mayor tamaño del ion, son rodeados por moléculas de solvente. A mayor tamaño del ion, más moléculas de solvente son capaces de rodearlo, y más más moléculas de solvente son capaces de rodearlo, y más sulfatado se encuentra el ion.sulfatado se encuentra el ion.

Unidades de solubilidad:Unidades de solubilidad: Puesto que la solubilidad es la máxima Puesto que la solubilidad es la máxima concentración que puede alcanzar un soluto, se medirá en las concentración que puede alcanzar un soluto, se medirá en las mismas unidades que la concentración.mismas unidades que la concentración.

Es habitual medirla en gramos de soluto por litro de disolución Es habitual medirla en gramos de soluto por litro de disolución (g/l) o en gramos de soluto por cada 100 cc de disolución (%). (g/l) o en gramos de soluto por cada 100 cc de disolución (%). Aunque la unidad de medida se parezca a la de la densidad, no es Aunque la unidad de medida se parezca a la de la densidad, no es una medida de densidad. En la densidad, masa y volumen se una medida de densidad. En la densidad, masa y volumen se refieren al mismo cuerpo. En la solubilidad, la masa es de soluto y refieren al mismo cuerpo. En la solubilidad, la masa es de soluto y el volumen es de la disolución, de la mezcla de soluto y el volumen es de la disolución, de la mezcla de soluto y disolvente.disolvente.  

PRECIPITACIÓN DE SALES NO SOLUBLEPRECIPITACIÓN DE SALES NO SOLUBLE

Dicha precipitación puede ocurrir cuando una sustancia Dicha precipitación puede ocurrir cuando una sustancia insoluble se forma en la disolución debido a una reacción química o a que  se forma en la disolución debido a una reacción química o a que la disolución ha sido la disolución ha sido sobresaturada por algún compuesto, esto es,  por algún compuesto, esto es, que no acepta más que no acepta más soluto y que al no poder ser disuelto, dicho  y que al no poder ser disuelto, dicho soluto forma el precipitado.soluto forma el precipitado.

Si el precipitado es más denso que el resto de la disolución, cae. Si el precipitado es más denso que el resto de la disolución, cae. Si es menos denso, flota, y si tiene una densidad similar, se Si es menos denso, flota, y si tiene una densidad similar, se

queda en suspensiónqueda en suspensión.

Condición para que precipiten sales: Condición para que precipiten sales: Bajo ciertas condiciones Bajo ciertas condiciones extremas como pHs muy básicos o muy ácidos o altas extremas como pHs muy básicos o muy ácidos o altas temperaturas, concentración de sales elevadas, alta temperaturas, concentración de sales elevadas, alta constante dieléctrica del medio, etc. constante dieléctrica del medio, etc.

EQUILIBRIO DE SOLUBILIDADEQUILIBRIO DE SOLUBILIDAD

Equilibrio de solubilidad es cualquier Equilibrio de solubilidad es cualquier tipo de relación de equilibrio químico tipo de relación de equilibrio químico entre los estados sólido y disuelto de entre los estados sólido y disuelto de un compuesto en la saturación.un compuesto en la saturación.

Kps significa "producto de solubilidad" Kps significa "producto de solubilidad" o "equilibrio de solubilidad". Es la o "equilibrio de solubilidad". Es la constante de equilibrio de la reacción constante de equilibrio de la reacción en la que una sal sólida se disuelve en la que una sal sólida se disuelve para dar sus iones constituyentes en para dar sus iones constituyentes en solución.solución.

Los equilibrios de solubilidad implican Los equilibrios de solubilidad implican la aplicación de los principios químicos la aplicación de los principios químicos y las constantes para predecir la y las constantes para predecir la solubilidad de sustancias en solubilidad de sustancias en condiciones específicas (porque la condiciones específicas (porque la solubilidad es sensible a las solubilidad es sensible a las condiciones, mientras que las condiciones, mientras que las constantes lo son menos).constantes lo son menos).

PRODUCTO DE SOLUBILIDADPRODUCTO DE SOLUBILIDAD

El producto de solubilidad de un compuesto iónico es el El producto de solubilidad de un compuesto iónico es el producto de las concentraciones molares (de equilibrio) de producto de las concentraciones molares (de equilibrio) de los iones constituyentes, cada una elevada a la potencia del los iones constituyentes, cada una elevada a la potencia del coeficiente estequiométrico en la ecuación de equilibrio.coeficiente estequiométrico en la ecuación de equilibrio.

CmAn ↔ m Cn+ + n Am- CmAn ↔ m Cn+ + n Am-

oHay dos formas de expresar la solubilidad de una sustancia: Hay dos formas de expresar la solubilidad de una sustancia: como solubilidad molar, número de moles de soluto en un como solubilidad molar, número de moles de soluto en un litro de una disolución saturada (mol/L); y como solubilidad, litro de una disolución saturada (mol/L); y como solubilidad, número de gramos de soluto en un litro de una disolución número de gramos de soluto en un litro de una disolución saturada (gr/L). Todo esto ha de calcularse teniendo en saturada (gr/L). Todo esto ha de calcularse teniendo en cuenta una temperatura que ha de permanecer constate y cuenta una temperatura que ha de permanecer constate y que suele ser la indicada en las condiciones estándar o que suele ser la indicada en las condiciones estándar o condiciones de laboratorio (P=101 kPa, T=25ºC). condiciones de laboratorio (P=101 kPa, T=25ºC).

EFECTO DE ION COMÚN Y SU EFECTO EN LA EFECTO DE ION COMÚN Y SU EFECTO EN LA SOLUBILIDAD DE LAS SALESSOLUBILIDAD DE LAS SALES..

El efecto ion común se basa en el producto de solubilidad (Kps) según El efecto ion común se basa en el producto de solubilidad (Kps) según el cual, para disminuir la solubilidad de una sal se agrega uno de los el cual, para disminuir la solubilidad de una sal se agrega uno de los iones. Al aumentar la concentración de uno de los iones que forman el iones. Al aumentar la concentración de uno de los iones que forman el precipitado, la concentración del otro debe disminuir, para que Kps precipitado, la concentración del otro debe disminuir, para que Kps permanezca constante, a una temperatura determinada. Este efecto es permanezca constante, a una temperatura determinada. Este efecto es el que permite reducir la solubilidad de muchos precipitados, o para el que permite reducir la solubilidad de muchos precipitados, o para precipitar cuantitativamente un ion, usando exceso de agente precipitar cuantitativamente un ion, usando exceso de agente precipitante.precipitante.

Efecto ión común: una sal es menos soluble si uno de sus iones se Efecto ión común: una sal es menos soluble si uno de sus iones se

encuentra ya en disoluciónencuentra ya en disolución..

SEPARACIÓN DE IONES POR PRECIPITACIÓN SEPARACIÓN DE IONES POR PRECIPITACIÓN FRACCIONADAFRACCIONADA

Cuando se tiene una mezcla de dos o más cationes o aniones, que Cuando se tiene una mezcla de dos o más cationes o aniones, que precipitan con un mismo reactivo, formando compuestos precipitan con un mismo reactivo, formando compuestos escasamente solubles, y se quiere predecir cuál de ellos lo hace escasamente solubles, y se quiere predecir cuál de ellos lo hace primero, se debe calcular cual de los dos compuestos requiere la primero, se debe calcular cual de los dos compuestos requiere la menor cantidad de reactivo para alcanzar la saturación de la menor cantidad de reactivo para alcanzar la saturación de la solución.solución.

Ejemplo: se tiene una solución que contiene [Ag +] = [Pb 2+] = 1 x Ejemplo: se tiene una solución que contiene [Ag +] = [Pb 2+] = 1 x 10 – 2 M; se agrega solución de cromato de potasio. Precipitará 10 – 2 M; se agrega solución de cromato de potasio. Precipitará primero el más insoluble, el que necesita menor cantidad de reactivo primero el más insoluble, el que necesita menor cantidad de reactivo precipitante para saturar la solución, en este caso PbCrO4.precipitante para saturar la solución, en este caso PbCrO4.