Contenido

• Al paso
• Parte 1 de 3: El conocimiento básico de concentraciones.
• Parte 2 de 3: Valoración
• Parte 3 de 3: Determinación de la salinidad en un acuario
• Consejos
• Advertencias

En Química o Química, uno solución una mezcla homogénea de dos cosas - una sustancia disuelta y un solvente o solvente en el que se disuelve la sustancia. Concentración es una medida de la cantidad de soluto en un solvente. Puede haber muchas razones para determinar la concentración de una solución, pero la química involucrada es la misma ya sea que esté probando el nivel de cloro en una piscina o realizando un análisis que salve vidas en una muestra de sangre. Esta guía le enseñará algunas partes fundamentales de la química de la solución y luego lo guiará a través del procedimiento de una aplicación práctica común: el mantenimiento del acuario.

Al paso

Parte 1 de 3: El conocimiento básico de concentraciones.

1. Método de notación de concentraciones. La concentración de una sustancia es la cantidad de ese soluto dividida por la cantidad de disolvente. Sin embargo, debido a que existen diferentes formas de expresar la cantidad de una sustancia dada, también es posible representar una concentración de diferentes formas. Aquí encontrará la ortografía más común:
   • Gramo por litro (g / L.) La masa de un soluto en gramos disueltos en un volumen dado de una solución (que no es necesariamente el mismo que el volumen del solvente). Normalmente se usa para soluciones de sólidos en solventes líquidos.
   • Molaridad (M.) El número de moles de un soluto dividido por el volumen de la solución.
   • Partes por millón (ppm.) La proporción de la cantidad de partículas (generalmente en gramos) de un soluto por un millón de partículas de una solución, multiplicada por 10. Normalmente se usa para soluciones de agua muy diluidas (1 L de agua = 1000 gramos).
   • Porcentaje de sustancia compuesta. La proporción de partículas (nuevamente en gramos) de un soluto por 100 partículas de una solución, expresada como porcentaje.
2. Sepa qué datos necesita para encontrar una concentración. Excepto por la molaridad (ver más abajo), las formas comunes de escribir una concentración como se indica arriba requieren que conozca la masa del soluto y la masa o volumen de la solución resultante. Muchos problemas químicos que requieren encontrar la concentración de una solución no le brindan esta información. Si es así, tendrá que trabajar con lo que sabe para encontrar esta información.
   • Ejemplo: Suponga que necesitamos encontrar la concentración (en gramos por litro) de una solución que se obtiene disolviendo 1/2 cucharadita de sal en 2 litros de agua. También sabemos que 1 cucharadita de sal equivale aproximadamente a 6 gramos. En este caso, la conversión es fácil: multiplique: 1/2 cucharadita x (6 gramos / 1 cucharadita) = 3 gramos de sal. 3 gramos de sal divididos por 2 litros o agua = 1,5 g / L
3. Aprenda a calcular la molaridad. La molaridad requiere que sepas la cantidad de moles de tu soluto, pero esto se puede deducir fácilmente si conoces la masa del soluto y la fórmula química. Cada elemento químico tiene una "masa molar" conocida (MM), una masa específica para un mol de ese elemento. Estas masas molares se encuentran en la tabla periódica (generalmente bajo el símbolo químico y el nombre del elemento). Simplemente agregue las masas molares de los componentes del soluto para obtener la masa molar. Luego, multiplique la masa conocida del soluto por (1 / MM de su soluto) para encontrar la cantidad de su soluto en moles.
   • Ejemplo: Suponga que queremos encontrar la molaridad de la solución salina anterior. Para resumir, tenemos 3 gramos de sal (NaCl) en 2 litros de agua. Empiece por averiguar cuáles son las masas molares de Na y Cl observando la tabla periódica. Na = aproximadamente 23 g / mol y Cl = aproximadamente 35,5 g / mol. Por tanto, la MM de NaCl = 23 + 35,5 = 58,5 g / mol. 3 gramos de NaCl x (1 mol de NaCl / 58,5 g de NaCl) = 0,051 mol de NaCl. 0,051 moles de NaCl / 2 litros de agua = 0,026 M de NaCl
4. Practique ejercicios estándar sobre el cálculo de concentraciones. El conocimiento anterior es todo lo que necesita para calcular las concentraciones en situaciones simples. Si conoce la masa o el volumen de la solución y la cantidad de soluto agregado en principio, o puede deducirlo de la información proporcionada en la declaración, debería poder medir la concentración de una solución con facilidad. De calcular. Realiza problemas de práctica para mejorar tus habilidades. Vea los ejercicios de ejemplo a continuación:
   • ¿Cuál es la molaridad de NaCL en una solución de 400 ml, obtenida agregando 1,5 gramos de NaCl al agua?
   • ¿Cuál es la concentración, en ppm, de una solución que se obtiene agregando 0.001 g de plomo (Pb) a 150 L de agua? (1 L de agua = 1000 gramos) En este caso, el volumen de la solución aumentará en una cantidad minúscula al agregar la sustancia, por lo que puede usar el volumen del solvente como el volumen de la solución.
   • Encuentre la concentración en gramos por litro de una solución de 0.1 L que se obtiene agregando 1/2 mol de KCl al agua. Para este problema, debe trabajar de adelante hacia atrás, utilizando la masa molar de KCL para calcular la cantidad de gramos de KCl en el soluto.

Parte 2 de 3: Valoración

1. Comprenda cuándo aplicar una titulación. La titulación es una técnica utilizada por los químicos para calcular la cantidad de soluto presente en una solución. Para realizar una titulación, crea una reacción química entre el soluto y otro reactivo (generalmente también disuelto). Dado que conoce la cantidad exacta de su segundo reactivo y conoce la ecuación química de la reacción entre el reactivo y el soluto, puede calcular la cantidad de su soluto midiendo la cantidad de reactivo que necesita para la reacción con el soluto. completo.
   • Entonces, las titulaciones pueden ser muy útiles para calcular la concentración de una solución. si no sabe cuánto soluto se agregó inicialmente.
   • Si sabe cuánto soluto hay en la solución, entonces no hay necesidad de valorar, simplemente mida el volumen de su solución y calcule la concentración, como se describe en la Parte 1.
2. Configure su equipo de titulación. Para realizar valoraciones precisas, necesita un equipo limpio, preciso y profesional. Utilice un matraz Erlenmeyer o un vaso de precipitados debajo de una bureta calibrada conectada a un soporte de bureta. La boquilla de la bureta debe estar en el cuello del matraz o vaso de precipitados sin tocar las paredes.
   • Asegúrese de que todo el equipo esté previamente limpiado, enjuagado con agua desionizada y seco.
3. Llenar el matraz y la bureta. Mida con precisión una pequeña cantidad de la solución desconocida. Cuando se disuelve, la sustancia se esparce uniformemente a través del solvente, por lo que la concentración de esta pequeña muestra de la solución será la misma que la de la solución original. Llene su bureta con una solución de concentración conocida que reaccionará con su solución. Tome nota del volumen exacto de solución en la bureta; reste el volumen final para encontrar la solución total utilizada en la reacción.
   • Presta atención: Si la reacción entre la solución en la bureta y el soluto en el matraz no muestra signos de reacción, usted indicador en el matraz. Estos se utilizan en química para proporcionar una señal visual cuando una solución alcanza el punto de equivalencia o el punto final. Los indicadores se utilizan generalmente para valoraciones que examinan reacciones ácido-base y redox, pero también hay varios otros indicadores. Consulte un libro de texto de química o busque en Internet para encontrar un indicador adecuado para su reacción.
4. Inicie la titulación. Agregue lentamente una solución de la bureta (el "titulante") en el matraz. Utilice una varilla magnética o una varilla de vidrio para mezclar suavemente la solución mientras la reacción está en curso. Si su solución está reaccionando visiblemente, debería ver ciertos signos de que se está produciendo una reacción: cambio de color, burbujas, residuos, etc. Si está utilizando un indicador, es posible que vea cada gota que entra por la bureta en el matraz correcto cambio de color.
   • Si la reacción da como resultado un cambio en el valor o potencial del pH, puede agregar lectores de pH o un potenciómetro al matraz para medir el progreso de la reacción química.
   • Para una titulación más precisa, controle el pH o el potencial como se indicó anteriormente y observe cada vez cómo avanza la reacción después de agregar una pequeña cantidad de titulante. Grafique la acidez de la solución o el potencial versus el volumen de titulante agregado. Verá cambios bruscos en la pendiente de la curva en los puntos de equivalencia de la respuesta.
5. Reduzca la titulación. A medida que su reacción química se acerca al punto final, ralentice la titulación a una progresión gota a gota. Si está utilizando un indicador, puede notar que los destellos de color duran más. Ahora continúe valorando lo más lentamente posible hasta que pueda determinar la gota exacta que hará que su reacción alcance el punto final. En el caso de un indicador, generalmente observa el cambio de color sostenido más temprano posible en la respuesta.
   • Registre el volumen final en su bureta. Restando esto del volumen inicial en la bureta, puede encontrar el volumen exacto del titulador que utilizó.
6. Calcula la cantidad de soluto en tu solución. Use la ecuación química para la reacción entre su titulante y la solución para encontrar la cantidad de moles de soluto en su matraz. Una vez que encuentre el número de moles de soluto, simplemente puede dividirlo por el volumen de la solución en el matraz para encontrar la molaridad de la solución, o convertir el número de moles a gramos y dividir por el volumen de la solución. , para obtener la concentración en g / L. Esto requiere un poco de conocimiento básico de estequiometría.
   • Por ejemplo, suponga que usamos 25 ml de NaOH 0.5 M para valorar una solución de HCl en agua hasta el punto de equivalencia. La solución de HCl tenía un volumen de 60 ml para la titulación. ¿Cuántos moles de HCl hay en nuestra solución?
   • Para comenzar, echemos un vistazo a la ecuación química para la reacción de NaOH y HCl: NaOH + HCl> H₂O + NaCl
   • En este caso, 1 molécula de NaOH reacciona con 1 molécula de HCl con los productos agua y NaCl. Entonces, debido a que agregó suficiente NaOH para neutralizar todo el HCl, la cantidad de moles de NaOH consumidos en la reacción será igual a la cantidad de moles de HCl en el matraz.
   • Entonces, averigüemos cuál es la cantidad de NaOH en moles. 25 ml de NaOH = 0,025 L de NaOH x (0,5 mol de NaOH / 1 L) = 0,0125 moles de NaOH.
   • Como dedujimos de la ecuación de reacción que el número de moles de NaOH consumidos en la reacción = el número de moles de HCl en la solución, ahora sabemos que hay 0.0125 moles de HCl en la solución.
7. Calcula la concentración de tu solución. Ahora que conoce la cantidad de soluto en su solución, es fácil encontrar la concentración en términos de molaridad. Simplemente divida la cantidad de moles de soluto en su solución por el volumen de su muestra de solución (no el volumen de la mayor cantidad de la que tomó la muestra). ¡El resultado es la molaridad de su solución!
   • Para encontrar la molaridad del ejemplo anterior, divida el número de moles de HCl por el volumen del matraz. 0.0125 moles de HCl x (1 / 0.060 L) = HCl 0,208 M.
   • Para convertir la molaridad en g / L, ppm o porcentaje de composición, convierta la cantidad de moles de su soluto en masa (usando la masa molar de su soluto). Para ppm y porcentaje del compuesto, también necesita convertir el volumen de su solución a masa (usando un factor de conversión como la densidad, o simplemente pesándola), luego multiplique el resultado por 10 o 10, respectivamente.

Parte 3 de 3: Determinación de la salinidad en un acuario

1. Toma una muestra de agua de tu tanque. Registre el volumen con precisión. Si es posible, mida el volumen en unidades SI, como mL, que son fáciles de convertir a L.
   • En este ejemplo, probamos el agua del acuario para determinar la salinidad, la concentración de sal (NaCl) en el agua. Supongamos que tomamos una muestra de agua para este propósito. 3 ml del acuario y luego establezca la respuesta final que se dará g / L.
2. Valorar la muestra de agua. Seleccione un valorante que produzca una reacción claramente visible en el soluto. En este caso usamos una solución de 0.25 M AgNO₃ (nitrato de plata), un compuesto que produce una sal de cloro insoluble cuando reacciona con NaCl en la siguiente reacción: AgNO₃ + NaCl> NaNO₃ + AgCl. La sal (AgCl) será visible como un residuo blanco turbio que flota y se puede separar de la solución.
   • Valorar el nitrato de plata de una bureta o una pequeña aguja de inyección en la muestra del acuario hasta que la solución se vuelva turbia. Con una muestra tan pequeña es importante exactamente Determine la cantidad de nitrato de plata que agregó: estudie cada gota con atención.
3. Continúe hasta que termine la reacción. Cuando el nitrato de plata deja de enturbiar la solución, puede anotar la cantidad de ml añadidos. Valorar el AgNO3 muy lento y observe la solución de cerca, especialmente a medida que se acerca el punto final.
   • Suponga que hay 3 ml de AgNO de 0,25 M₃ Era necesario para que la reacción llegara a su fin y el agua no se nublara más.
4. Determine la cantidad de moles del valorante. Este paso es fácil: multiplique el volumen del titulante que agregó por la molaridad. Esto le dará la cantidad de moles de titulante utilizados.
   • 3 ml x 0,25 M = 0,003 L x (0,25 moles de AgNO₃/ 1 L) = 0,000075 mol AgNO₃.
5. Determina la cantidad de moles de tu soluto. Utilice la ecuación de reacción para convertir el número de moles de AgNO₃ a moles de NaCl. La ecuación de reacción es: AgNO₃ + NaCl> NaNO₃ + AgCl. Porque 1 mol de AgNO₃ reacciona con 1 mol de NaCl, ahora sabemos que el número de moles de NaCl en nuestra solución = el número de moles de AgNO₃ que se agrega: 0,000075 mol.
   • En este caso: 1 mol de AgNO₃ reacciona con 1 mol de NaCl. Pero si 1 mol de valorante reacciona con 2 moles de nuestro soluto, entonces multiplicaríamos el número de moles de nuestro valorante por 2 para obtener el número de moles de nuestro soluto.
   • Por el contrario, si 2 moles de nuestro valorante reaccionan con 1 mol de nuestro soluto, entonces dividimos el número de moles del valorante por dos.
   • Estas reglas corresponden proporcionalmente a 3 moles de valorante y 1 mol de soluto, 4 moles de valorante y 1 mol de soluto, etc., así como 1 mol de valorante y 3 moles de soluto, 1 mol de valorante y 4 moles de soluto. etc.
6. Convierte el número de moles de soluto en gramos Para hacer esto, necesitará calcular la masa molar del soluto y multiplicarla por el número de moles de su soluto. Para encontrar la masa molar de NaCl, use la tabla periódica para encontrar y sumar el peso atómico de la sal (Na) y el Cloruro (Cl).
   • MM Na = 22.990. MM Cl = 35.453.
   • 22,990 + 35,453 = 58,443 g / mol
   • 0,000075 mol de NaCl x 58,442 g / mol = 0,00438 moles de NaCl.
   • Presta atención: Si hay más de un tipo de molécula en un átomo, debe sumar la masa molar de ese átomo varias veces. Por ejemplo, si eres la masa molar de AgNO₃, sumarías la masa de oxígeno tres veces porque hay tres átomos de oxígeno en la molécula.
7. Calcula la concentración final. Tenemos la masa de nuestro soluto en gramos y conocemos el volumen de la solución de prueba. Todo lo que tenemos que hacer ahora es dividir: 0.00438 g NaCl / 0.003 L = 1,46 g de NaCl / L
   • La salinidad del agua de mar es de aproximadamente 35 g NaCl / L. Nuestro acuario no es lo suficientemente salado para los peces marinos.

Consejos

• Aunque el soluto y el solvente pueden existir en diferentes estados (sólido, líquido o gas) cuando se separan, la solución formada cuando la sustancia se disuelve estará en el mismo estado que el estado del solvente.
• Ag + 2 HNO3 → AgNO3 + NO2 + H2O
• Utilice únicamente plástico transparente o vidrio.
• Aquí hay un video de ejemplo: [1]

Advertencias

• Guarde la solución de AgNO3 en una botella oscura cerrada. Es sensible a la luz.
• Tenga cuidado al trabajar con ácidos o bases fuertes. Asegúrese de que haya suficiente aire fresco en la habitación.
• Use gafas y guantes de seguridad.
• Si desea recuperar la plata, tenga en cuenta lo siguiente: Cu (s) + 2 AgNO3 (aq) → Cu (NO3) 2 + 2 Ag (s) Recuerde que (s) significa sólido.