UNA WEB

http://www.iesaguilarycano.com/dpto/fyq/disoluciones.

swf

Aquesta pàgina de l’IES Aguilar y Cano, d’Estepa (Sevilla), ofereix la possibilitat de treballar les dissolucions. Hi ha una avaluació per saber si aprens o no.

UN LLIBRE

Lo que Einstein le contó a su cocineroRobert L. WolkeManontropo, 2006.

Ciència quotidiana relacionada amb el que succeeix a la cuina. La relació perfecta entre la química i tot allò que hi ha a casa.

5DISSOLUCIONS

Les dissolucions són absolutament fonamen-tals en el món que ens envolta. Els mars i els oceans del nostre planeta n’ocupen les 3/5 parts, i tots ells són dissolucions de diverses sals en aigua. La més abundant d’aquestes sals és el clorur de sodi (NaCl) que és el 85%del conjunt de les sals dissoltes. L’aigua que bevem també du sals en dissolució, i aquest fet és tan important que ens moriríem si beguéssim només aigua en estat pur. Però no només hi ha dissolucions en la hidrosfera; la nostra capa gasosa, l’atmosfera, també és una dissolució de diversos gasos, entre els quals destaquen el nitrogen (N2) i l’oxigen (O2). El nostre cos conté també diverses dissolucions aquoses, la més important de les quals és el plasma sanguini que està constituït en un 90% per aigua, essent la resta glucosa, sals minerals i proteïnes, entre d’altres substàncies. Aquest plasma forma amb els glòbuls vermells, els glòbuls blancs, les plaquetes, etc., una mescla, la sang.

En aquesta Unitat aprendrem alguna cosa sobre les dissolucions, les quals no només ens afecten en el nostre entorn més pròxim, sinó que també són fona-mentals en la nostra pròpia existència vital.

84

5 SISTEMES MATERIALS

Els sistemes materials, és a dir, tota la matèria que veim, es poden classificar, segons la seva composició, en mescles i en substàncies pures.

En la vida real, és freqüent que la matèria estigui en forma de mescla i molt rarament trobam substàncies pures.

La mescla es defineix com un sistema material en què s’han combinat dues o més substàncies pures la proporció de les quals pot ser variable.

Les mescles, en funció de la mida de les partícules de les substàncies que les componen, poden ser homogènies o heterogènies i els seus components poden separar-se per mètodes físics o mecànics, com ara: filtració, decantació, centrifugació, destil·lació, recristal·lització, extracció i cromatografia, com veurem al final de la Unitat (Figura 5.1).

• Les mescles homogènies són aquelles formades per dos o més compo-nents i que no poden distingir-se de forma visual. Exemples senzills són: alcohol i aigua, sal i aigua, sucre i aigua, etc. En cap dels casos assenyalats distingiríem visualment el recipient que conté aigua pura d’un altre que hi tingués dissolt sucre, sal o alcohol. Encara que alguna de les substàncies dissoltes tingués color, aquest estaria uniformement distribuït per tota l’aigua.

• Les mescles heterogènies són aquelles formades per dos o més com-ponents i en les quals poden distingir-se visualment els components que les formen. A més, tenen propietats diferents en funció de la porció de mostra que es prengui. Exemples senzills poden ser: oli i aigua, arena i sal, aigua i arena, etc. Si en la mescla que es veu a la Figura 5.2 prenem amb una pipeta una mostra del fons observarem propietats diferents que si ho feim d’una mostra de la superfície.

Es defineix com a substància pura aquella en què sigui quin sigui el seu estat d’agregació, les seves propietats, tant físiques com químiques,

són característiques de la mateixa i permeten, per tant, diferenciar-la d’altres substàncies.

Exemples de substància pura són: la sal, el sucre, el coure, l’aigua, l’oxigen, el nitrogen, etcètera.

• Els elements químics són substàncies pures que no es poden descom-pondre en altres més senzilles per mitjà de procediments físico-químics normals. Com a exemple: el coure, l’oxigen, el nitrogen, etc. Són, per tant, els constituents bàsics de la matèria.

• Els composts químics són substàncies pures que estan formades per dos o més elements i que es poden descompondre en aquests per mètodes químics. Exemples de composts són: la sal, el sucre, l’aigua, el diòxid de carboni, etcètera.

11

Classificació dels sistemes materials.

Fig. 5.1

L’aigua i l’oli formen una mescla heterogènia.

Fig. 5.2

Sistemes homogenis

Sistemes heterogenis

AireAigua salada

Bronze

FormigóGranitSang

Taula 5.1. Exemples de sistemes homogenis i heterogenis.

Sistema material

Substàncies pures

Mescles

Homogènies Elements

Composts

Heterogènies

Es separen per mètodes físics

Es separen per mètodes mecànics

Recristal·litzacióDestil·lacióCromotografia

FiltracióDecantació

85

DISSOLUCIONSLes dissolucions són mescles homogènies i uniformes de dos o més com-ponents. És molt freqüent trobar exemples de substàncies mesclades en el que acabam de definir com a dissolució: la boira (Figura 5.3), la benzina dels cotxes, l’aigua de mar, els aliatges, etcètera.

Qualsevol mescla homogènia pot estar composta per combinacions de subs-tàncies en els tres estats en què es presenta la matèria, com veurem més endavant quan estudiem els tipus de dissolucions.

Quan una substància es dissol en una altra, sigui quin sigui el seu estat físic, el que es produeix és la total disgregació i posterior integració de les partí-cules constituents del solut en les del dissolvent. D’aquesta manera, es pot explicar el fet que, en una mescla homogènia, les propietats siguin idèntiques en qualsevol porció que prenguem d’aquesta.

Els components d’una dissolució són les substàncies pures que s’han mes-clat per formar-la.

En una dissolució el dissolvent és la substància que està en major proporció, el seu l’objectiu és dissoldre el component que està en menor proporció, que es denomina solut (Figura 5.4). Quan la quantitat dels dos components és semblant, consideram que el dissolvent és el que té nombre més gran de propietats físiques en comú amb la dissolució final.

Així, per exemple, en una dissolució d’aigua i sucre, l’aigua seria el dissolvent i el sucre el solut. En el cas d’alcohol més aigua, qualsevol dels dos pot ser el dissolvent; habitualment consideram que ho és el que està en major propor-ció. De l’altre direm que és el solut.

22

La boira és una dissolució de vapor d’aigua a l’aire.

Fig. 5.3

1 Indica algun exemple de substància que hi hagi a la natura i que sigui una substància pura.

2 Proposa diversos exemples de mescles, indicant si són homogènies o heterogènies.

3 Mescla en un recipient sofre amb llimadu-res de ferro. Quin tipus de mescla creus que has preparat?

4 Com creus que podries separar el sofre i el ferro de l’exercici anterior?

5 Indica algun exemple de dissolució, a més dels exposats anteriorment, i identifica quin és el solut i quin el dissolvent.

6 El lleixiu està format per hipoclorit sòdic (NaClO) i aigua. Determina el solut i el dissol-vent d’aquesta mescla.

Exercicis

Procés de dissolució.Fig. 5.5

Components d’una dissolució. Fig. 5.4

DISSOLUCIÓ

DissolventSolut

Una mescla homogènia presenta les mateixes propietats a qualsevol de les seves parts.

Una mescla heterogènia presenta diferents propietats i aspecte a qualsevol de les seves parts.

Recorda

86

5 EL PROCÉS DE DISSOLUCIÓ SEGONSLA TEORIA CINETICOMOLECULARAra veurem com la Teoria cineticomolecular, que hem estudiat a la Unitat anterior, és capaç d’explicar el procés de dissolució.

Si tenim un sòlid, per exemple sal comuna (NaCl), que s’introdueix al si d’un líquid, per exemple aigua, el que es produeix és l’acostament de les molècu-les del líquid al sòlid per envoltar-lo i separar les partícules que formen la xarxa cristal·lina del sòlid. Aquest procés inicial ve seguit d’una posterior dis-tribució de les partícules esmentades de cap a cap de tot el volum del líquid, de manera que queden envoltades de les molècules del líquid d’una forma homogènia (Figura 5.6).

El volum resultant d’aquesta mescla no és additiu (és a dir, el volum total no és igual a la suma dels volums de solut i dissolvent), ja que en la dispersió del sòlid dins del líquid es produeix un reajustament de l’espai ocupat per les partícules d’ambdós components, de tal manera que en resulta un volum inferior al de la suma d’aquests.

La mateixa situació es produeix quan els estats físics de les substàncies que es mesclen són uns altres.

Un factor que influeix de manera determinant en el procés de dissolució és la temperatura, ja que en augmentar aquesta mitjançant l’escalfament del sistema, les partícules reben més energia, la qual cosa suposa un major mo-viment, és a dir, major agitació tèrmica. Això fa que la unió entre aquestes es debiliti i, per tant, puguin no només separar-se entre si, sinó disgregar-se més fàcilment pel si del dissolvent. Generalment, un augment de temperatura provoca una major facilitat de dissolució.

TIPUS DE DISSOLUCIONSLes dissolucions es poden classificar de dues maneres: en funció de les pro-porcions relatives dels seus components o en funció de l’estat físic dels ma-teixos, com veurem a continuació.

EN FUNCIÓ DE LA PROPORCIÓ RELATIVA DEL SOLUTI DEL DISSOLVENT

Hi ha tres possibilitats:

Dissolució diluïda és aquella en què la proporció del solut respecte del dissolvent és molt petita.

Dissolució concentrada és aquella en què la proporció del solut respecte del dissolvent és alta.

Dissolució saturada és aquella que no admet més quantitat de solut sense afegir més dissolvent, a una determinada temperatura. La proporció

entre solut i dissolvent és la màxima possible.

33

44

AA

Tipus de dissolucions.Fig. 5.7

TIPUS DEDISSOLUCIONS

Diluïda

Concentrada

Saturada

Procés de dissolució d’un sòlid (NaCl) en un líquid.

Fig. 5.6

NaCl Aigua

Dissolució

87

EN FUNCIÓ DE L’ESTAT FÍSIC DELS COMPONENTS

En aquest cas podem trobar moltes possibilitats, tal com podem veure a la Taula 5.2.

Dissolvent Solut Exemple

Gas

GasAire: dissolvent = N2

Solut = O2, Ar, CO2, etc.

Líquid Boira: microgotes d’aigua en l’aire

Sòlid Fums: pols fina en l’aire

Líquid

GasBegudes carbòniques (CO2 + H2O)Amoníac comercial (NH3 + H2O)

Líquid Benzina, begudes alcohòliques

SòlidAigua de mar (sal + H2O)Lleixiu (hipoclorit sòdic [NaClO] + H2O)

Sòlid

Gas Gasos absorbits per carboni actiu

Líquid Amalgames (Hg + metall)

Sòlid

Aliatges:Acer = carboni (C) + ferro (Fe)Bronze = coure (Cu) + estany (Sn)Llautó = coure (Cu) + zinc (Zn)

Taula 5.2. Tipus de dissolucions en funció de l’estat físic dels components.

Les dissolucions més freqüents que ens trobarem en la vida quotidiana són aquelles en què el dissolvent és un líquid, normalment l’aigua.

Per això, habitualment s’estudien detingudament els tres casos següents de dissolucions:

Sòlid en líquid. Només alguns sòlids són solubles en líquids. Perquè tengui lloc la dissolució, les forces amb què les molècules del dissolvent atreuen les partícules del sòlid han de ser majors que les que exerceixen entre si en el sòlid, per aconseguir separar-les i dispersar-les. En cas contrari, tindrem un sòlid insoluble, com per exemple passa si vols dissoldre guix en aigua o sal en oli.

Líquid en líquid. Perquè hi hagi dissolucions de líquids, aquests han de ser totalment miscibles, o sigui, que han de poder mesclar-se, vegeu el cas de l’alcohol i de l’aigua (Figura 5.8b). Si són parcialment miscibles, per exemple èter i aigua, o immiscibles com el tetraclorur de carboni (CCl4) i l’aigua, formen capes distintes que se superposen segons la seva densitat i constitueixen, per tant, una mescla heterogènia i no una dissolució. Si a aquesta mescla li afegim uns cristalls de iode, observarem que es tenyeix la fase orgànica, és a dir la del CCl4, i si afegim un poc de permanganat es tenyirà la fase aquosa. D’aquesta manera podem distingir ambdues fases.

Gas en líquid. Hi ha també dissolucions en què el solut és un gas i el dissol-vent un líquid. Aquest grup inclou la majoria dels refrescs de cola, tòniques, aigües gasoses, etc. (Figura 5.8c). Aquest tipus de dissolucions tenen una enorme importància ja que, per exemple, l’oxigen dissolt en l’aigua de rius i mars permet la vida animal i vegetal en el seu interior.

BB

Sulfato de Cu (II) Agua Disolución

a)

Agua Alcohol etílico Disolución

b)

Agua Disolución

c)

Tipus de dissolucions segons l’estat físic dels seus components: a) sòlid-líquid, b) líquid-líquid i c) gas-líquid.

Fig. 5.8

Mescles heterogènies líquid-líquid.

Fig. 5.9

Sulfat de Cu (II) Aigua Dissolució

Aigua Alcohol etílic Dissolució

Aigua Dissolució

a)

b)

c)

88

5 PROCESSOS DE DISSOLUCIÓ: SOLUBILITATLa dissolució d’un solut en un dissolvent té una propietat característica bàsi-ca denominada solubilitat.

La solubilitat es defineix com la màxima quantitat de solut que es pot dissoldre en una determinada quantitat de dissolvent. És una proporció fixa

per a cada parella de solut i dissolvent a una temperatura determinada.

La unitat en què sovint sol expressar-se és: grams de solut

litre de disolvent

Com hem vist anteriorment, una dissolució saturada és la que, a una deter-minada temperatura, no admet més quantitat de solut en el mateix volum de dissolvent. Segons les característiques de cada solut i de cada dissolvent la saturació s’aconseguirà abans o després, és a dir, amb menor o major pro-porció relativa entre ambdós.

La temperatura és l’altre factor bàsic, tal com hem vist a l’apartat 5.3. Si una dissolució saturada de sulfat de coure (II) –(CuSO4)– a temperatura ambient, s’escalfa una mica, observarem com el sulfat de coure (II) que hi havia en el fons es comença a dissoldre i desapareixen els cristalls formats. La solu-bilitat del sulfat de coure (II) en funció de la temperatura se mostra a la Taula 5.3. Observant la taula podem veure que a 20 ºC, la màxima quanti-tat de CuSO4 que podem dissoldre en 1 litre d’aigua és 210 g. Si volguéssim dissoldre el doble de grams, hauríem d’escalfar la dissolució fins a la tem-peratura necessària. El límit màxim el marcaria la temperatura d’ebullició del dissolvent.

Exemple 1

Segons les dades de la taula 5.2, què passaria si dissolguéssim 300 g de CuSO4 en 1 L d’aigua a 60 ºC i posteriorment disminuís-sim la temperatura fins als 20 ºC? Quants de grams d’aquesta sal es dipositarien en el fons?

Solució:

A 60 ºC es poden dissoldre fins a 400 g de CuSO4. Per tant, els 300 g els dissoldríem sense dificultat. Ara bé, quan la tempe-ratura disminueix fins als 20 ºC, la màxima concentració ad-mesa és de 210 g de CuSO4 i per tant es dipositarien en el fons: 300 g – 210 g = 90 g que cristal·litzarien i, per tant, podríem recu-perar-los.

55

7 Disposam d’un recipient amb 1 L d’aigua. Què succeeix si intentam dissoldre 500 g de sulfat de coure (II) a 60 ºC? Què hauríem de fer

perquè es dissolguessin? Si refredàssim ara fins a 20 ºC, quants de grams de sulfat es di-positarien en el fons?

Exercicis

Dissolució saturada de sulfat de coure (II).

Fig. 5.10

Corba de solubilitat del sulfat de coure (II).

Fig. 5.11

Temperatura (º C) 20 60 80

Solubilitat (g/L) 210 400 550

Taula 5.3. Solubilitat del CuSO4 en funció de la temperatura.

Dissolució saturada de CuSO4

g/L

600

500

400

300

200

100

0T (ºC)20 40 60 80

89

CONCENTRACIÓ DE LES DISSOLUCIONSÉs molt important per als químics conèixer la proporció relativa entre el solut i la quantitat total de dissolució, és a dir, la concentració. Així, per exemple, si tenim 5 recipients de 200 mL d’aigua cadascun i a un d’ells (c) no li afegim res, a un altre (a) li afegim una culleradeta de sucre, a un altre (b) dues culle-rades de sucre i els posam en fila, veurem que és impossible diferenciar a ull nu quin d’aquests és el que té la dissolució més concentrada en sucre. Si el solut tingués color, sí que seria possible determinar-ho a ull nu, com pots veure que succeeix amb els recipients (d) i (e) que tenen dissolucions de cro-mat potàssic.

Com calcularies quina és la dissolució més concentrada entre els recipients a, b i c?

Per resoldre aquesta situació en particular, potser hauràs pensat que tastant un poc d’aigua de cadascun dels recipients percebràs quin sabor és més dolç i, per tant, sabràs així quina és la dissolució més concentrada.

Si aquesta ha estat la teva resposta, RECORDA QUE en el laboratori MAI!!s’han de tastar dissolucions desconegudes.

Els químics ho comprovam mesclant les dissolucions de concentració desco-neguda amb altres de substàncies que reaccionen amb elles i així podem mesurar si necessitam més o menys quantitat, la qual cosa indica si teníem molta o poca substància inicial.

En aquest cas en concret també podríem evaporar l’aigua i veure a quin que-da més sucre en el fons.

Llavors, com podem expressar matemàticament la concentració?

Per a això, necessitam definir la concentració de la dissolució; és a dir, la pro-porció entre el solut i el volum total de la dissolució:

Concentració = Quantitat de solut

Quantitat de dissolució

Hi ha diverses formes d’expressar la concentració. En aquest curs estudiarem les següents: percentatge en massa (% massa) i en volum (% vol), grams de solut per litre de dissolució (g/L) i molaritat (M).

Però primer, per poder explicar una de les formes més habituals d’expressar la concentració, la molaritat (M), és necessari estudiar els conceptes de mol i de massa molecular.

66

Encara que la solubilitat representa la quantitat de solut que es dissol en una determinada quantitat de dissolvent, la major part de les unitats que utilitzen els químics per conèixer la concentració de les dissolucions es basen en la quantitat de solut que es dissol en una determinada quantitat de dissolució. Has d’estar atent per no confondre dissolvent i dissolució.

Sabies que...a) b) c) d) e)

Aigua i dissolucions de sucre i cromat potàssic.Fig. 5.12

a) b) c) d) e)

90

5 EL MOL: UNITAT DE SUBSTÀNCIA

CONCEPTE D’UMA (UNITAT DE MASSA ATÒMICA). MASSA MOLECULAR

Com ja has vist anteriorment, cada element de la Taula Periòdica té una mas-sa atòmica que el caracteritza. Aquesta massa atòmica és una massa atòmica relativa.

En una cullerada de sal comuna (NaCl), quants d’àtoms de clor i sodi tenim? Quina és la massa d’aquests àtoms?

Per a això, prèviament és necessari definir una unitat de mesura que ens permeti mesurar-la, amb una certa precisió, com quan mesuram longituds amb el metre, quan es mesuren temperatures amb el termòmetre, quan es mesuren masses amb la balança, etcètera.

El problema és que, com que els àtoms són partícules de massa molt petita, no es poden manipular de forma individual per establir el valor de la seva massa (massa atòmica).

Per això, i com ja has vist anteriorment, els químics van idear el concepte de massa relativa dels àtoms i van crear una escala relativa basada en la de l’element més lleuger, que va resultar ser l’hidrogen, i que va ser adoptat en un principi com a valor de referència, és a dir, massa atòmica unitat. Poste-riorment, aquesta unitat de referència es va canviar per la dotzena part de la massa del carboni, element sòlid, inert i no perillós en el seu maneig, que té una massa 12 vegades major que la d’un àtom d’hidrogen.

Així, es pot dir que l’àtom de nitrogen té 14 vegades més massa que l’àtom d’hidrogen, o més exactament, és 14 vegades més màssic que la dotzena part de l’àtom de carboni, i que la de l’àtom de ferro és 56 vegades major que la de la unitat de referència.

La unitat de referència per a àtoms i molècules l’anomenam uma (unitat de massa atòmica). Aquesta unitat de massa és la que s’utilitzarà per indicar la massa dels àtoms i de les molècules, igual que s’utilitza el metre o els graus centígrads per mesurar longituds o temperatures. D’aquesta manera, podem establir tant la massa d’un àtom (massa atòmica), com la d’una molècula (mas-sa molecular).

Tornant al nostre exemple anterior, si tenim 23 g de sodi i 35,5 g de clor que són, respectivament i expressats en grams, els nombres que representen les masses atòmiques d’aquests elements, s’haurà pres la mateixa quantitat d’àtoms de clor que de sodi, en ser la relació 23:35,5 la mateixa que existeix entre les masses atòmiques d’ambdós.

Generalitzant aquesta idea es pot dir que el mateix nombre d’àtoms hi haurà en 35,5 g de Cl o en 23 g de Na, que en 12 g de C, 14 g de N, 56 g de Fe, etc. Aquesta relació que hem establert entre el mateix nombre d’àtoms i les seves masses ens resoldrà el problema de comptar àtoms.

77

AA

Realment, la unitat de referència no és exactament la massa de l’àtom de carboni. D’alguns elements hi ha distints isòtops a la natura. D’aquesta manera, com a referència s’utilitza realment la dotzena part de la massa de l’isòtop més comú en la Terra de l’element carboni, que és el carboni-12 ( 12

6C).

Sabies que...

Massa d’1 àtom d’H = 1 uma

Massa d’1 àtom de C = 12 uma

Massa d’1 àtom de Cl = 35,5 uma

Massa d’1 àtom de Na = 23 uma

Massa d’1 àtom d’O = 16 uma

Massa d’1 àtom de N = 14 uma

Massa d’1 àtom de Fe = 56 uma

Recorda

91

CONCEPTE DE MOL

Un mol d’àtoms és la quantitat de substància que conté tants d’àtoms com àtoms hi ha en 12 g de carboni 12.

Es pot afirmar que un mol d’àtoms de qualsevol element conté sempre el mateix nombre d’àtoms, encara que el valor de la seva massa en grams, serà distint per als diversos de la Taula Periòdica.

La massa d’1 mol d’àtoms de Cl = 35,5 gLa massa d’1 mol d’àtoms de Na = 23 g

La pregunta que ens feim a continuació és: quin és aquest nombre, màgic, d’àtoms que hi ha en qualsevol mol d’àtoms?

NOMBRE D’AVOGADRO

En 1865, el físic austríac Joseph Loschmidt (1821-1895) va determinar experi-mentalment que el nombre d’àtoms continguts en un mol d’àtoms de qual-sevol element és 6,02 · 1023. Aquest nombre es coneix com a nombre d’Avogadro, en honor al científic italià Amadeo Avogadro (1776-1856), que va intuir l’existència del mateix nombre de partícules en un mol de qualsevol substància.

Àtoms/molèculesMassa d’un

àtom/molècula (u)

Massa d’un àtom/molècula

(g)

Massa de NA

àtoms/molècules (g)

H 1 1,6 · 10-24 1

C 12 1,92 · 10-23 12

N 14 2,24 · 10-23 14

Na 23 3,68 · 10-23 23

N2 28 4,48 · 10-23 28

Cl2 71 1,178 · 10-22 71

Taula 5.4. Massa d’alguns àtoms i molècules en distintes unitats.

Observa que el valor numèric de la segona i de la quarta columna és coinci-dent, encara que varia la unitat en què s’expressen les masses. En un cas són u (uma) i en un altre g (grams).

Amb el pas del temps, el nombre d’Avogadro ha donat lloc al concepte de mol actual que és, sens dubte, un dels més rellevants de la química, perquè és la quantitat que es pren com a referència per expressar la quantitat de substància. En realitat, el concepte de mol es tracta d’una unitat numèrica del tipus de la «dotzena» però molt més gran ja que una dotzena són 12 entitats iguals i un mol són 6,02 · 1023 entitats.

1 mol d’àtoms de Cl = 6,02 · 1023 àtoms de Cl massa = 35,5 g1 mol d’àtoms de Na = 6,02 · 1023 àtoms de Na massa = 23 g,51 mol d’àtoms d’O = 6,02 · 1023 àtoms d’O massa = 16 g,51 mol de molècules de NaCl = 6,02 · 1023 molècules de NaCl massa = 58,5 g1 mol de molècules d’O2 = 6,02 · 1023 molècules d’O2 massa = 32 g,51 mol de molècules d’H2O = 6,02 · 1023 molècules d’H2O massa = 18 g,5

BB

CC

La unitat de massa atòmica (uma) equival a la dotzena part de la massa d’un àtom de carboni (aproximadament la massa d’un àtom d’hidrogen).

1 uma = massa d’un àtom de C

12

Recorda

El mol és la quantitat de substància que conté tants àtoms com a àtoms hi ha exactament en 12 g de carboni.

En un mol de qualsevol compost químic, hi haurà el mateix nombre de molècules, que és exactament: 6,02 · 1023

molècules.

Recorda

Núm. de mols = massa (g)

massa d’un mol (g)

Fixa’t en el fet que 1 mol d’àtoms d’H, com ja hem dit, té una massa d’1 g i conté 6,02 · 1023 àtoms d’aquest element.

1 g d’H/6,02 · 1023 àtoms d’H = 1,66 · 10–24 g per àtom.

Com hem vist anteriorment, 1 àtom d’H té, aproximadament, una massa d’1 uma, per tant, podem conclure:

1,66 · 10–24 g = massa d’1 uma

Recorda

92

5 Exemple 2

a) Quantes molècules d’HCl hi ha en 3 mols d’aquest compost?b) Quantes molècules de CO2 hi ha en 200 grams d’aquest

gas?

Solució:

a) Sabem que en un mol de qualsevol compost hi ha el nombre d’Avogadro d’àtoms o molècules. Per tant, aplicant un simple factor de conversió:

3 mols de HCl · 6,02 · 1023 molècules d’HCl

1 mol d’HCl =

= 1,81 · 1024 molècules d’HCl

b) En aquest segon cas, hem de calcular prèviament quants de mols són 200 g de CO2, i per a això hem de conèixer la mas-sa molecular.

Masses atòmiques: C = 12 u i O = 16 u.

Per tant:

MCO2 = 12 · 1 + 16 · 2 = 44 u

Vol això dir que la massa d’un mol de CO2 són 44 grams, per tant:

200 g de CO2 · 1 mol de CO2

44 g de CO2 = 4,55 mols de CO2

i ara procedim igual que en el cas anterior:

4,55 mols de CO2 · 6,02 · 1023 molècules de CO2

1 mol de CO2 =

= 2,7 · 1024 molècules de CO2

8 Sabent que 27 u és la massa d’un àtom d’Al, calcula:

a) La massa en grams d’un àtom d’Al.b) Quina de les quantitats següents té un nombre

més gran d’àtoms d’Al: 56 g d’Al; 0,20 mols d’Al o 5 · 1023 àtoms d’Al?

9 Sabent que les masses atòmiques del so-di (Na), l’oxigen (O) i el carboni (C) són, respec-tivament, 23 u, 16 u i 12 u, calcula:

a) La massa molecular del carbonat sòdic (Na2CO3).

b) La massa en grams d’un mol d’aquest com-post.

10 Calcula la massa en grams que s’ha de pe-sar per preparar 2 mols de carbonat potàssic (K2CO3).

Masses atòmiques: K = 39 u; C = 12 u i O = 16 u

11 Calcula la massa en grams d’una molècu-la de nitrogen (N2).

Exercicis

Hi ha sempre un mateix nombre NA (6,02 · 1023) de partícules en una quantitat de substància, que expressada en grams és numèricament igual a la seva massa atòmica o molecular en «u».

Un mol de qualsevol element té una massa, expressada en grams, numèricament igual a la seva massa atòmica en «u».

Un mol de molècules té una massa, expressada en grams, numèricament igual a la seva massa molecular en «u».

La massa d’un mol de qualsevol substància coincideix numèricament amb la massa atòmica o molecular de la dita substància expressada en grams.

Recorda

93

FORMES D’EXPRESSARLA CONCENTRACIÓUna vegada estudiat el concepte de mol, tornam amb les diverses formes d’expressar la concentració d’una dissolució depenent de les magnituds que s’utilitzin per comparar la quantitat de solut amb la de la disso-lució.

PERCENTATGE EN MASSA (% EN MASSA)

El percentatge en massa es defineix com la massa en grams de solut dissolts per cada 100 grams de dissolució

% massa = massa (g) de solut

massa (g) de solut + massa (g) de dissolvent · 100

Exemple 3

Calcula la concentració expressada en % en massa d’una dis-solució de 20 grams de sulfat de sodi (Na2 SO4) en 0,5 L d’aigua.

Solució:

En primer lloc calcularem els grams de la dissolució:

Hem de tenir en compte que 0,5 L d’aigua tenen una massa de 500 g perquè la seva densitat és d’1 kg/L

grams de dissolució = g de solut + g de dissolvent == 20 g + 500 g = 520 g

Per tant, i segons la definició: % massa = 20 g

520 g · 100 = 3,9 %

Això es pot veure amb factors de conversió, partint d’una obvie-tat com que el 100 % de la dissolució és dissolució:

20 g de solut520 g de dissolució · 100 % de dissolució = 3,9 % de solut

Exemple 4

Quina és la concentració, expressada en % en massa, de iodur sòdic (NaI) present en l’aigua de mar sabent que de 180 g d’aigua de mar s’obtenen 3 g d’aquesta sal?

Solució:

Els grams de la dissolució seran 180 g, que contenen 3 g de sal i 177 g d’aigua.

Per tant, i segons la definició: % massa = 3 g

180 g · 100 = 1,67 %

88

AA

Dissolucions amb concentració diferent.

Fig. 5.13

94

5 PERCENTATGE EN VOLUM (% EN VOL)

El percentatge en volum es defineix com el volum, expressat en mL, de solut o de dissolvent que hi ha en 100 mL de dissolució.

% vol = V (mL) de solut o dissolvent

V (mL) de dissolució · 100

Aquesta forma d’expressar la concentració s’usa quan tenim una dissolu-ció líquid-líquid; per exemple, alcohol etílic al 96 % en volum. Això signi-fica que tenim una dissolució amb 96 ml d’alcohol per cada 100 ml de dissolució. Observa que no cal saber si l’alcohol és el solut o el dissol-vent.

Exemple 5

Calcula la concentració expressada en % en volum d’una disso-lució preparada amb 100 mL d’alcohol etílic, als quals hem afe-git aigua fins a completar 500 mL de dissolució.

Solució:

Com que hi ha 100 mL d’alcohol etílic en 500 mL de dissolució:

% vol = 100 mL d’alcohol

500 mL de dissolució · 100 = 20 %

El resultat és 20 %, la qual cosa vol dir que cada 100 mL de dis-solució contenen 20 mL d’alcohol.

GRAMS PER LITRE (g/L)

Els grams per litre es defineixen com la massa de solut, expressada en grams, que hi ha per cada litre de dissolució.

g/L = massa (g) solutV (L) dissolució

Exemple 6

Quina és la concentració d’una dissolució, expressada en g/L, que obtenim quan dissolem 25 g de carbonat de calci (CaCO3)en 750 mL d’aigua, si sabem que el volum final de la dissolució és de 753 mL?

Solució:

El volum de la dissolució (solut i dissolvent) és 753 mL. Per tant, aplicant la pròpia definició, tenim:

% vol = massa (g) de solutV (L) de dissolució =

25 g0,753 L = 33,2 g/L

BB

CC

95

MOLARITAT (M)

És una de les formes més utilitzades en Química per expressar la concentració d’una dissolució.

La molaritat es defineix com el nombre de mols de solut dissolts per litre de dissolució.

M = núm. de mols de solut

V (L) de dissolució

Exemple 7

Indica com prepararies 250 cm3 de dissolució de clorur de sodi (NaCl) 0,2 M.

Solució:

En primer lloc, utilitzam l’expressió de la molaritat que hem vist anteriorment:

M = núm. de mols de solut

V (L) de dissolució

Massa molecular (NaCl) = 23 · 1 + 35,5 · 1 = 58,5 uma

Massa d’un mol = 58,5 g

A continuació, substituïm en l’expressió els valors que ens pro-porciona l’enunciat sense oblidar que el volum ens el donen en cm3 i la molaritat es refereix a litres. Per tant, hauràs de fer prèviament la conversió corresponent:

Núm. de mols de solut = M · V (L) de dissolució

Núm. de mols de solut = 0,2 mols de NaCl

L · 1 L

1000 cm3 · 250 cm3 =

= 0,05 mols de NaCl

Un mol són 58,5 g i 00,5 mols són 2,9 g de NaCl. S’han de dissol-dre en aigua fins a completar 250 cm3 de dissolució.

DD

12 Calcula la concentració expressada en %en massa d’una dissolució preparada quan dis-solem 25 g de sal (NaCl) en 125 mL d’aigua.

13 Calcula la concentració expressada en %en volum d’una dissolució preparada quandissolem 75 mL d’alcohol etílic en aigua fins atenir 1,5 L de dissolució.

14 Quina serà la concentració expressada eng/L que té una dissolució preparada quanmesclam 75 g de sal comuna (NaCl) en 650 gd’aigua, si sabem que el volum total resultantde la dissolució és de 655 mL?

Exercicis

96

5 Exemple 8

Una dissolució d’hidròxid potàssic (KOH) conté 10 grams d’aques-ta substància per cada litre de dissolució.

a) Quina serà la seva concentració molar?b) Si saps que la dissolució resultant té densitat 1,01 g/mL, ex-

pressa la concentració en % en massa.

Masses atòmiques: K = 39; O = 16 i H = 1.

Solució:

a) Substituïm les dades conegudes: M (KOH) = 39 · 1 + 16 · 1 + + 1 · 1 = 56 u massa d’un mol KOH = 56 g/mol

M = 10 g de KOH

1 L · 1 mol de KOH56 g de KOH = 0,18

molL ;

és a dir, 0,18 M de KOH.

b) Aplicant factors de conversió (recorda que les dades que sa-bem són mols de solut/L de dissolució i volem saber g de so-lut/g de dissolució).

0,18 mol de solut

L de dissolució · 1 L

1000 mL · 1 mL de dissolució

1,01 g de dissolució ·

·55 g de solut

1 mol de solut = 0,0098 g de solut

g de dissolució

Ara, només hem de multiplicar per 100 per posar-ho en %.

0,0098 g de solut

g de dissolució · 100 % de dissolució = 0,98 % de solut

També ho podríem fer considerant que en 1 L de dissolució te-nim 10 g de solut, i utilitzant el concepte de densitat; és a dir, 0,98 % en massa.

TÈCNIQUES DE SEPARACIÓDE MESCLESA la natura trobam que les substàncies pures i els elements químics es pre-senten mesclats o que contenen petites impureses que, de vegades, és ne-cessari eliminar. Per a això els químics utilitzen tècniques de separació i puri-ficació, entre les quals destaquen les següents:

99

15 Tenim una dissolució 1,5 M de clorur depotassi (KCl). Calcula la massa de solut ques’ha utilitzat per preparar 125 mL de dissolu-ció.

16 S’han afegit 20 g d’hidròxid potàssic(KOH) a 1,5 L d’aigua, obtenint 1 502 mL dedissolució. Expressa la concentració en: g/L, % en massa, i molaritat.

Exercicis

{ - FiltracióMètodes mecànics - Decantació

- Centrifugació

{ - Recristal·litzacióMètodes físics - Cromatografia

- Destil·lació

97

FILTRACIÓ

S’utilitza sovint en el laboratori per separar els components d’una mescla heterogènia, generalment un sòlid en el si d’un líquid. Aques-ta tècnica es basa en un simple procediment mecànic que consisteix a fer passar la mescla a través d’un embut en què s’hi ha posat un paper de filtre (equivalent a la reixeta d’un colador casolà, però amb els «forats» més petits), que reté les partícules que volem separar (Fi-gura 5.14).

DECANTACIÓ

La decantació és una tècnica que s’usa per separar mescles de líquids immis-cibles (que no es poden ajuntar) amb diferent densitat o d’un sòlid dipositat en el fons del recipient, abocant-lo amb cura en un altre recipient. Per exem-ple, si volem separar aigua i oli, el procediment més indicat és l’ús de l’embut de decantació. Una vegada que la superfície de separació entre els líquids que s’han de separar apareix nítida, s’obre la clau de l’embut i començarà a caure, per gravetat, el líquid més dens, en aquest cas l’aigua. Quan observem que tota l’aigua ha caigut, canviam el recipient i, rebutjant la primera porció, començam a recollir l’oli (Figura 5.15).

CENTRIFUGACIÓ

Com l’anterior, s’utilitza sovint en el laboratori per separar els components d’una mescla heterogènia, generalment un sòlid en el si d’un líquid. Aquesta tècnica es basa en el fet que en girar un recipient que conté una mescla els components més densos (normalment els sòlids) se situen en la part més llunyana al punt sobre el qual es gira. És una decantació força-da que dóna resultats molt més efectius. Per exemple, s’utilitza per se-parar els components de la sang quan feim una donació o ens feim una anàlisi.

RECRISTAL·LITZACIÓ

Aquesta tècnica de purificació s’utilitza quan el compost que desitjam obte-nir és soluble en un dissolvent calent i poc soluble en el mateix dissolvent fred, essent les impureses que volem separar insolubles en aquest mateix dissolvent a qualsevol temperatura (normalment s’utilitza l’aigua perquè és molt barata).

Es fa la dissolució escalfant el dissolvent en què s’ha introduït prèviament el compost que s’ha de recristal·litzar (Figura 5.16a). Es filtren després les impu-reses, encara en calent, que com hem dit han de ser insolubles en el dissolvent, i es col·loca la dissolució ja filtrada en un cristal·litzador perquè es refredi a poc a poc.

A mesura que la temperatura descendesqui, la dissolució s’anirà saturant (en estar dissolta una major quantitat del solut de la que el dissolvent pot dissol-dre a aquesta temperatura) i apareixeran els primers cristalls de la substància que es vol purificar Figura 5.16b). Amb la dissolució ja freda es filtraran els cristalls obtinguts. El procès es mostra a la Figura 5.16c.

AA

BB

CC

DD

Filtració. Fig. 5.14

Decantació. Fig. 5.15

Oli

H2O

Recristal·lització. Fig. 5.16

a) b) c)

98

5

Cromatografia.Fig. 5.17

CROMATOGRAFIA

Aquesta tècnica s’empra no tant per separar, sinó per reconèixer les substàn-cies d’una dissolució. Es tracta d’una separació purament informativa i no és vàlida per reutilitzar les substàncies separades com en els altres casos.

Consisteix en el fet que, en utilitzar un dissolvent (com, per exemple, alcohol i acetona) que va mullant un suport (per exemple, un paper) pot «arrossegar» al seu pas altres substàncies sòlides o líquides no volàtils (que no s’evaporen a aquesta temperatura; per exemple, tinta). Si ho fas has de comprovar que apareixen marques de distints colors en diferents llocs del paper. Hem separat els distints components de la tinta. Es basa en la diferent velocitat de difusió que sobre un mateix suport tenen les diferents substàncies (Figura 5.17).

La cromatografia és molt senzilla de realitzar i es pot aplicar a petites quan-titats de mescles i a concentracions molt baixes.

Per aquest procediment poden separar-se, per exemple, els distints colorants que hi ha en la tinta, la clorofil·la existent en les plantes (color verd) de la xantofil·la (color ataronjat), etcètera.

DESTIL·LACIÓ

Aquesta tècnica s’empra fonamentalment en mescles homogènies, a fi de separar líquids i substàncies miscibles amb punts d’ebullició diferents, i tam-bé per separar sòlids no volàtils dissolts en líquids (Figura 5.18).

La tècnica es basa en què els líquids bullen a diferents temperatures, perquè les forces de cohesió entre les partícules que els formen són distintes. És necessari que els components de les mescles que cal separar tenguin punts d’ebullició amb una diferència entre si de més de 10 ºC, perquè pugui ser eficaç l’aplicació d’aquest mètode.

DESTIL·LACIÓ FRACCIONADA

S’escalfa la mescla lentament fins a aconseguir la temperatura d’ebullició del líquid més volàtil (el de menor temperatura d’ebullició). Si aquest compost és líquid a temperatura ordinària condensarà en la columna refrigerant i es re-collirà com a destil·lat.

Mentre dura la destil·lació del primer compost la temperatura d’ebullició ro-mandrà constant. A continuació, quan acabi, continuarem escalfant i quan s’aconseguesqui la temperatura d’ebullició del segon compost més volàtil, començarà la seva destil·lació (que recollirem en un altre matràs), i així succes-sivament fins a aconseguir separar-los tots.

Per tal d’obtenir una separació eficaç convé realitzar dues o tres destil·lacions de cada matràs en què hem arreplegat líquid, perquè cadascuna purificarà encara més el compost que desitgem obtenir.

Amb la destil·lació simple, és pràcticament impossible separar els composts en un 100 %; per això, se sol utilitzar la destil·lació fraccionada.

EE

FF

GG

Taca de tinta

Dissolució d’acetona + alcohol

Destil·lació simple.Fig. 5.18

Sortida l’aigua per refredar el refrigerant

Entrada de l’aigua al refrigerant

Líquid pur

Vapor

Mescla

Cremador

99

LES BEGUDES REFRESCANTS I LA SOLUBILITAT DELS GASOS

La solubilitat dels gasos en els líquids varia si també ho fa la pressió exterior. En la vida real tenim multitud d’exemples que ens fan entendre aquest concepte. Així, per exemple, en obrir una botella que conté una beguda carbònica (anomenada així perquè el gas que conté dissolt és el CO2)s’observa com se’n desprenen bombolles. Això passa perquè abans de se-gellar les botelles amb el suro, el tap o la xapa, se sotmet el líquid contingut en aquestes a una pressió superior a l’atmosfèrica en un ambient que con-té aire, CO2 i vapor d’aigua. Així es dissol més CO2 que a pressió normal. En destapar la botella escapa part del CO2 fi ns que la pressió que exerceix la quantitat restant del mateix és la de la pressió atmosfèrica del lloc on ens trobam.

SUBMARINISME A GRANS PROFUNDITATS

Com hem comentat al començament de la Unitat, la sang és una mescla que conté cèl·lules i plasma sanguini (constituït en un 90 % per aigua), essent la resta glucosa, sals minerals i proteïnes, entre d’altres substàncies. Algunes d’aquestes substàncies, que es troben dissoltes en el plasma, són gasoses. Ben sabut és que la sang és responsable del transport de l’oxigen a l’organisme.

Per això, quan hi ha fortes variacions de pressió els gasos que conté es poden dissoldre en major o menor proporció. Un augment de pressió provoca sem-pre una major dissolució d’un gas en un líquid, i viceversa.

La pràctica del busseig a mitjanes i grans profunditats comporta aquest problema. A partir d’uns 20 m d’immersió, una ràpida tornada a la superfí-cie provoca que alguns gasos continguts en la sang s’alliberin ràpidament, en disminuir la pressió sanguínia, i provoquin danys irreversibles en l’organisme.

El problema sorgeix principalment quan el tanc de respiració conté aire, per-què el nitrogen que du es dissol en la sang amb gran facilitat i en major quantitat que si el submarinista fos a la superfície.

En pujar a la superfície, el nitrogen en excés s’escapa en forma de gas lliure, com passa quan treus la xapa d’una beguda carbònica o destapes una bote-lla de cava (en aquests casos el que surt és CO2), i provoca així greus altera-cions en el torrent circulatori, l’aparició de trombes i, en molts casos, la con-següent mort del submarinista.

Per evitar-ho, a l’hora de sortir d’immersions profundes i/o prolongades, els bussos es mantenen un temps en cambres de descompressió preparades amb aquesta fi nalitat. A més, s’empren mescles diferents, com a oxigen-heli i oxigen-hidrogen en els tancs de respiració per evitar-ho.

CIÈNCIA I SOCIETAT

1. Per què en remenar una botella amb una beguda carbònica els gasos surten amb més violència?

2. A la sang, es dissol en la mateixa proporció el nitrogen que l’oxigen? Per què?

Refl exiona

Gas CO2, anteriorment dissolt, «fugint» d’una copa de cava.

Fig. 5.19

Submarinista amb botelles d’aire comprimit.

Fig. 5.20

100

CIÈNCIA I SOCIETAT5DESSALINITZACIÓ DE L’AIGUA DE MAR

Antigament, l’aigua potable era un bé abundant. De fet, el seu preu era qua-si simbòlic per als usuaris domèstics.

En l’actualitat, els mitjans de comunicació conten notícies alarmants sobre aquest bé insubstituïble. Molts de nosaltres hem patit les restriccions d’aigua que molts dels nostres pobles pateixen en algunes èpoques de l’any. La demanda d’aigua és cada vegada major a causa del progrés in-dustrial, del reg de parcs i jardins i de la major neteja personal de milions d’habitants.

Però, per què hi ha aquest problema si l’aigua és abundant en les mars del nostre entorn? Recordem que la nostra comunitat està formada per illes, en-voltades per la mar. Podríem utilitzar l’aigua salada per a usos domèstics i industrials? Atès que l’aigua de mar té aproximadament un 4 % de sals dis-soltes és necessari eliminar-les abans de poder emprar aquesta aigua de ma-nera corrent.

Els científi cs han proposat dos mètodes per aconseguir la dessalinització de l’aigua de mar: destil·lació i congelació.

El primer és el mètode més antic i el que actualment produeix el 90% de l’aigua reconvertida per a ús domèstic i industrial. Per a això s’ha d’evaporar l’aigua de mar, amb la qual cosa quedarà una resta salina, i posteriorment s’ha de recollir aquest vapor per condensar-lo i transformar-lo en aigua pura.

El desavantatge és l’elevat cost d’energia tèrmica que s’empra, encara que part d’aquest inconvenient s’ha esmenat en utilitzar com a font calorífi ca l’energia solar, segons es veu a la fi gura 5.21.

Actualment, el mètode de congelació només s’empra en els laboratoris. Si congelam l’aigua marina es produeixen cristalls de gel que no contenen sals en el seu interior amb la qual cosa, separant aquests cristalls i fonent-los pos-teriorment, es pot obtenir aigua pura.

Avui en dia s’utilitza un nou mètode que promet resultats brillants i que ja s’empra de forma comercial en algunes zones del nostre país, que són les plantes dessalinitzadores. Per un sistema especial, anomenat osmosi in-versa, aconseguim que part de la sal dissolta en un corrent d’aigua, A, passi a un altre, B, amb la qual cosa la quantitat de sal del doll A disminueix i la fa apta per al consum. D’altra banda, el doll B es torna «més salat» i és un pro-blema que s’ha d’eliminar. El que es fa és dur-lo diversos quilòmetres cap a l’interior de la mar, però planteja el problema que la vida marina es veu de-teriorada en el lloc on el doll torna a la mar.

Tot i això, és el mètode més ecològic per consum d’energia i per danys mediambientals que coneixem, a banda que és quasi l’única solució vàli-da per a zones d’especial sequera, com la costa almerienca o l’arxipèlag canari.

Composició de l’aigua de la mar (g/L)

Cl– 19,35

Na+ 10,76

SO42– 2,71

Mg2+ 1,29

Ca2+ 0,41

K+ 0,39

Procés de dessalinització de l’aigua de la mar.

Fig. 5.21

1. A causa de l’alt cost dels dos processos, un grup de científi cs decideix utilitzar la neu per produir aigua. És apta aquesta aigua per al consum humà? Per què?

2. A l’Estat Espanyol, on està situada la major planta dessalinitzadora? Les precipitacions d’aquesta zona són elevades o escasses?

Refl exiona

Vidre

Vapor d’aigua

Aigua de mar

Aigua condensada

Radiació solar

101

EXPERIÈNCIA DE LABORATORIPreparació de dissolucions

Objectiu

Preparar dissolucions de distintes concentracions.

Material

• Matràs aforat de 500 mL, de 250 mL i de 100 mL.• Iodur potàssic (KI).• Clorur potàssic (KCl).• Clorur sòdic (NaCl).• Hidròxid sòdic (NaOH).• Balança.• Aigua destil·lada.

Procediment

Preparar les dissolucions següents:

a) 500 mL de KI 1 M.b) 750 cm3 de NaCl 0,1 M.c) 1 000 mL de NaOH 0,5 M.d) 250 mL de KCl de 26 g/L.

Per a això calcula el nombre de grams que necessitam de cadascun dels com-posts, pesa’ls en la balança i dissol-los en la mínima quantitat possible d’aigua destil·lada. Afegeix aigua sufi cient fi ns a completar el volum demanat de dis-solució.

1 Completa el quadre següent:

DissolucióVolum de

dissolució (mL)Quantitat

de solut (g)

KI 1M 500

NaCl 0,1M 750

NaOH 0,5M 1 000

KCl 20 g/L 250

2 Els sòlids d’aquesta activitat, són cristal·litzats o cristal·lins? Raona la resposta.

3 Si dissols cadascun dels components anteriors en 100 mL d’aigua, es dissolen tots en la mateixa proporció?

4 Expressa les dissolucions de KI i de NaCl en g/L i en % en massa.

Analitza i respon

102

EXERCICIS PROPOSATS5PER REPASSAR 1 Quins són els components d’una dissolució? De-fi neix cadascun d’ells.

2 Quines diferències hi ha entre dissolvent i dis-solució?

3 Com distingiries en una dissolució el solut del dissolvent?

4 Quina informació podem obtenir d’una dissolu-ció si sabem la seva concentració?

5 Investiga les diferències entre dissolució satu-rada i sobresaturada.

6 Expressa la densitat 1,43 g/cm3 en unitats del Sistema Internacional.

7 En quina dissolució hi ha major proporció de solut: en una dissolució saturada o en una dissolució molt concentrada?

8 Quants de grams d’una dissolució de clorur sòdic (NaCl) al 10 % en massa són necessaris per tenir 10 g de NaCl pur?

9 Calcula la massa de sulfat de ferro (III) –Fe2(SO4)3–que s’hauran de dissoldre per obtenir 100 cm3 d’una dissolució aquosa de concentració 0,1M.

10 Si sabem que la solubilitat del sucre en aigua és de 2 000 g/L a 20 ºC, quina quantitat de sucre es dis-soldrà en 200 mL d’aigua a aquesta mateixa tempe-ratura?

11 Si sabem que 36,5 u és la massa molecular de l’àcid clorhídric (HCl), calcula el nombre de mols que hi haurà en:

a) 18,25 g d’HCl.b) 25 u d’HCl.c) 20 · 1020 molècules d’HCl.

12 Quants de mols d’hidròxid càlcic –Ca(OH)2– hi ha en 200 mL d’una dissolució de concentració 1M de Ca(OH)2?

13 Si es dissolen 2 grams d’hidròxid sòdic (NaOH), en un matràs aforat de 250 mL de capa-citat:

a) Quina és la seva concentració expressada en g/L? b) Quants de mols de NaOH conté la dissolució?c) Quina és la molaritat de la dissolució?

14 Calcula la concentració expressada en g/L d’una dissolució de 0,5 L que conté 50 g de iodur sòdic (NaI). Quina és la molaritat de la dissolució?

15 Calcula el tant per cent en massa de cada com-ponent d’una dissolució formada per 250 g d’aigua (H2O) i 10 g de clorur sòdic (NaCl).

PER REFORÇAR 16 Investiga les passes que s’han de seguir per pre-parar en el laboratori la dissolució següent: 250 cm3

de iodur potàssic (KI) 1 M.

17 Quina és la molaritat d’una dissolució en què hem afegit 10 grams d’hidròxid potàssic (KOH) en un matràs aforat enrasat a 500 mL?

18 Suposant que a l’exercici anterior s’han afegit 497 g d’aigua per enrasar a 500 mL, quina és la concentració en % en massa de KOH de la dissolu-ció?

19 Suposant que la solubilitat del clorur sòdic (Na-Cl), a 60 ºC, és de 200 g/L, quina quantitat de NaCl hem de prendre per preparar 250 mL de dissolució saturada a aquesta temperatura?

20 Una dissolució saturada, pot al mateix temps ser diluïda? I una dissolució concentrada, pot no estar saturada? Justifi ca les teves respostes.

21 Es prepara una dissolució afegint 50 g de iodur potàssic (KI), a 200 g d’aigua. Una vegada dissolt, el volum és de 204 cm3. Calcula la concentració de la dissolució en % en massa, g/L i la seva mola-ritat.

22 Com es prepararien 500 ml de dissolució de con-centració 0,5 M de carbonat sòdic (Na2CO3) en aigua? Quina serà la seva concentració en g/L?

103

EXERCICIS PROPOSATS 23 Quina quantitat de dissolució 1 M hauràs d’aga-far per preparar 250 mL de dissolució la concentració de la qual sigui 0, 25 M?

24 Calcula la concentració en g/L i en % en massa de solut de les dissolucions següents:

a) 25 g de nitrat sòdic (NaNO3) en 250 g d’aigua. El vo-lum de dissolució és 250 mL.

b) 25 g de clorur sòdic (NaCl) en 750 g de dissolució. El volum de dissolució és 750 mL.

c) 50 g de nitrat sòdic (NaNO3), en 1 L d’aigua. El volum de dissolució és 1 000 mL.

25 S’evapora tot el dissolvent d’una dissolució la concentració de la qual és 0,1 M de sulfat de coure (II) –CuSO4–. Quina quantitat obtindrem de sal?

26 Quina és la molaritat d’una dissolució en què s’han dissolt 5 grams d’hidròxid potàssic (KOH) en 100 mL d’aigua? Dades: el volum resultant de la dissolució es pot con-siderar aproximadament de 100 mL.Masses atòmiques: H = 1 u; K = 39 u i O = 16 u.

27 Es mesclen 4,0 grams d’hidròxid sòdic (NaOH) amb aigua sufi cient fi ns a formar 150 mL de disso-lució.

a) Quina és la molaritat de la dissolució?b) Quants de mols hem afegit de solut?c) Quina és la concentració expressada en g/L?

28 Completa el quadre següent:

Massasolut

(g)Vdissolució

(mL)Molssolut

M(mol/L)

g/L

NaOH 40 750

HCl 500 3

H2SO4 100 3

29 Quina quantitat d’alcohol hauràs d’afegir sobre aigua per obtenir 250 mL de dissolució d’alcohol en aigua al 10 % en volum?

30 Es prenen 50 g d’una dissolució de sal (NaCl) en aigua al 10 % en massa. Quina quantitat de sal s’obtindrà quan es dugui la dissolució a sequedat?

31 Es prepara una dissolució afegint 100 g de clorur sòdic (NaCl), 125 grams d’alcohol i 250 mL d’aigua. Calcula el % en massa de cada component de la dis-solució.

32 La densitat d’un solut líquid és d’1,20 g/mL. Pre-nent 10 mL d’aquest solut i 190 mL d’aigua es prepa-ra una dissolució.

a) Quina serà la densitat de la dissolució? b) Quina serà la seva concentració expressada en % en

massa i en g/L?

33 La solubilitat del clorat potàssic (KClO3) en aigua a 20 ºC és de 100 g/L i a 60 ºC és de 270 g/L. Si afegeixes KClO3 a un recipient amb 100 cm3 d’aigua a 60 ºC, qui-na quantitat de sal es dissoldrà? Quan es refredi l’aigua a 20 ºC i després de fi ltrar la dissolució, quina quanti-tat de sal s’obtindrà en el paper de fi ltre?

104

5 AVALUACIÓ 1 Quina de les afi rmacions següents creus que

és correcta?

a Els composts són substàncies pures que sem-pre estan formades per un element.

b Els composts són substàncies pures que no es poden descompondre en altres més senzi-lles.

c Les propietats físiques i químiques dels com-posts són les mateixes que les dels elements que els formen.

d Els composts són substàncies que es poden trobar a la natura en qualsevol dels tres es-tats.

2 Quines de les afi rmacions següents creus que són correctes?

a Les dissolucions són mescles heterogènies en-tre dos o més líquids.

b Les dissolucions són mescles homogènies de dues o més substàncies.

c Les dissolucions sempre estan formades per un solut i un dissolvent.

d Les dissolucions sempre estan formades per un sòlid i un líquid.

3 Assenyala de forma raonada la resposta cor-recta.

a Totes les mescles heterogènies es poden sepa-rar per fi ltració.

b Totes les mescles homogènies es poden sepa-rar per decantació.

c Un compost és una substància pura que mit-jançant transformacions físiques es converteix en unes altres més simples anomenades elements.

d Una substància pura és aquella que per mitjà de transformacions físiques es descompon en d’altres més simples denominades elements.

4 Assenyala, de forma raonada, la resposta que trobes que és correcta.

a Les dissolucions sempre estan formades per la mescla homogènia de dos líquids.

b Les dissolucions, en funció de la proporció re-lativa del solut, es poden classifi car en: diluïdes, concentrades i saturades.

c Els components d’una dissolució poden sepa-rar-se per destil·lació.

d Els components d’una dissolució poden sepa-rar-se per decantació.

5 Quina de les respostes següents creus que és la correcta?

a La solubilitat és la quantitat màxima de solut que, a una temperatura determinada, es pot dissoldre en una quantitat fi xa de dissolvent.

b La solubilitat d’un sòlid en un líquid és inde-pendent de la temperatura.

c La solubilitat només depèn del sòlid que es vol dissoldre, però mai del dissolvent, per això el sucre es dissol en aigua i la fusta no.

d Els gasos es dissolen molt bé en els lí-quids.

105

CONCEPTES BÀSICSLa matèria es pot trobar a la natura formant substàncies pures o mes-cles.

Les substàncies pures poden ser elements químics, que no es poden descompondre en substàncies més senzilles, o composts, que es poden descompondre mitjançant procediments químics.

Les mescles són sistemes materials en què s’han combinat dues o més substàncies pures la proporció de les quals pot ser variable i poden se-parar-se per mètodes físics. Poden ser homogènies, quan els seus com-ponents no poden distingir-se visualment i heterogènies, quan els seus components poden ser distingits a ull nu.

Les dissolucions són mescles d’aspecte homogeni de dues o més subs-tàncies: solut i dissolvent.

La concentració d’una dissolució pot expressar-se de diverses for-mes:

• Tant per cent en massa. • Tant per cent en volum. • Grams de solut/litres de dissolució. • Molaritat.

La solubilitat és la màxima quantitat de solut que es pot dissoldre en un volum fi x de dissolvent a una determinada temperatura.

Un mol d’àtoms és la quantitat de substància que conté tants àtoms com a àtoms hi ha exactament en 12 g de carboni.

Un mol de qualsevol substància conté sempre el mateix nombre d’àtoms o molècules segons es tracti d’un element o d’un compost, és el nombre 6,02 · 1023. Aquesta quantitat es denomina Nombre d’Avo-gadro.

L’obtenció de substàncies pures a partir de mescles de substàncies es basa en la utilització de tècniques de purifi cació entre les quals destacam: la fi ltració, la decantació, la recristal·lització, la destil·lació i la croma-tografi a.

La recristal·lització es basa en la diferent solubilitat que presenta un solut en un mateix dissolvent segons la temperatura a què estigui. És necessari que les impureses siguin insolubles.

La destil·lació es recolza en un procés de canvi d’estat líquid-gas per separar unes substàncies d’unes altres pels seus distints punts d’ebu-llició.

La cromatografi a separa substàncies per la diferent velocitat de difusió sobre una substància suport (paper, gas, etc).