Cómo determinar la concentración de una solución

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En Química o Química a solución una mezcla homogénea de dos cosas: una sustancia disuelta y un solvente o solvente en 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 analizando el nivel de cloro en una piscina o realizando un análisis vital en una muestra de sangre. Esta guía le enseñará algunas partes fundamentales de la química de las soluciones y luego lo guiará a través del procedimiento de una aplicación común y práctica: el mantenimiento del acuario.

Pasos

Parte 1 de 3: Los fundamentos de las concentraciones

1. Notación de concentraciones. La concentración de una sustancia es la cantidad de ese soluto dividida por la cantidad de solvente. Sin embargo, debido a que existen diferentes formas de expresar la cantidad de una sustancia determinada, también es posible expresar una concentración de diferentes formas. Estas son las grafías más comunes:

Gramos 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.) Usualmente usado para soluciones de sólidos en solventes líquidos.
Molaridad (METRO.) El número de moles de un soluto dividido por el volumen de la solución.
Partes por millón (ppm.) La relación del número de partículas (generalmente en gramos) de un soluto por un millón de partes de una solución multiplicado por 10. Usualmente se usa para solución muy diluida en agua (1 L de agua = 1000 gramos.)
Porcentaje de tejido compuesto. La relación 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), la ortografía común de una concentración como se indicó anteriormente requiere que conozca la masa del soluto y la masa o volumen de la solución resultante. Muchos problemas de química que requieren encontrar la concentración de una solución no brindan esta información. Si este es el caso, tendrá que trabajar con lo que sabe para obtener esta información.

Ejemplo: Supongamos que necesitamos encontrar la concentración (en gramos por litro) de una solución hecha al disolver 1/2 cucharadita de sal en 2 litros de agua. También sabemos que 1 cucharadita de sal son unos 6 gramos. En este caso, la conversión es fácil: multiplique: 1/2 cucharaditas x (6 gramos/1 cucharadita) = 3 gramos de sal. 3 gramos de sal divididos por 2 litros de agua = 1.5g/L

3. Aprende a calcular la molaridad. La molaridad requiere que conozcas los moles de tu soluto, pero puedes deducir esto fácilmente si conoces la masa del soluto y su fórmula química. Cada elemento químico tiene un conocido "masa molar" (MM) – una masa específica para un mol de ese elemento. Estas masas molares se pueden encontrar en la tabla periódica (generalmente bajo el símbolo químico y el nombre del elemento.) Simplemente sume las masas molares de los componentes del soluto para calcular 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: Supongamos que queremos encontrar la molaridad de la solución salina anterior. En resumen, tenemos 3 gramos de sal (NaCl) en 2 litros de agua. Comience por averiguar las masas molares de Na y Cl mirando en la tabla periódica. Na = aproximadamente 23 g/mol y Cl = aproximadamente 35,5 g/mol. Entonces, el 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 mol NaCl / 2 litros de agua = .NaCl 026M

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 que se agregó inicialmente, o puede deducir esto de la información proporcionada en el ejercicio, debería poder calcular la concentración de una solución con facilidad. Crea ejercicios de práctica para mejorar tus habilidades. Vea las asignaciones de muestra a continuación:

¿Cuál es la molaridad de NaCL en una solución de 400 ml, obtenida al agregar 1.5 gramos de NaCl en agua?

¿Cuál es la concentración, en ppm, de una solución hecha al agregar 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 pequeña cantidad 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 hecha agregando 1/2 mol de KCl al agua. Este problema requiere que trabajes de adelante hacia atrás, usando la masa molar de KCL para calcular los gramos de KCl en el soluto.

Parte 2 de 3: Titulación

1. Comprender 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, proporciona una reacción química entre el soluto y otro reactivo (generalmente también disuelto). Como 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 cuánto reactivo necesita para la reacción con el soluto. completo.

Por lo tanto, las titulaciones pueden ser muy útiles al calcular la concentración de una solución si no sabe cuánto soluto se agregó en principio.
Si sabe cuánto soluto está presente en la solución, entonces no hay necesidad de valorar, solo 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. Use un matraz Erlenmeyer o vaso de precipitados debajo de una bureta calibrada, conectado a un soporte de bureta. El pico de la bureta debe encajar en el cuello del matraz o vaso de precipitados sin tocar las paredes.

Asegúrese de que todo el equipo se limpie previamente, se enjuague con agua desionizada y se seque.

3. Llene el matraz y la bureta. Medir con precisión una pequeña cantidad de la solución desconocida. Cuando la sustancia se disuelve, se dispersa uniformemente por todo el disolvente, 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.

Prestar atención: si la reacción entre la solución en la bureta y el soluto en el matraz no muestra signos de reacción, usted indicador hay que poner en el trasero. Estos se utilizan en química para dar una señal visual cuando una solución alcanza el punto de equivalencia o el punto final. Los indicadores se utilizan generalmente para valoraciones que investigan reacciones ácido-base y redox, pero también hay varios otros indicadores. Consulte un libro de texto de química o Internet para encontrar un indicador adecuado para su reacción.

4. Comience con la titulación. Agregue gradualmente una solución de la bureta (de "titulador") en el matraz. Use un agitador magnético o un agitador de vidrio para mezclar suavemente la solución mientras la reacción está en curso. Si su solución reacciona visiblemente, debería ver ciertas señales de que se está produciendo una reacción: cambio de color, burbujas, residuos, etc. Si usa un indicador, puede ver un cambio de color con cada gota que termina en el matraz a través de la bureta.

Si la reacción da como resultado un cambio en el pH o el potencial, puede colocar lectores de pH o un potenciómetro en el matraz para medir el progreso de la reacción química.

Para una titulación más precisa, controle el pH o el potencial como se indicó anteriormente, observando cómo procede la reacción cada vez que se agrega una pequeña cantidad de titulante. Grafique la acidez de la solución o el potencial contra el volumen del titulador agregado. Verá cambios bruscos en la pendiente de la curva en los puntos de equivalencia de la reacción.

5. Reduzca la velocidad de su titulación. A medida que su reacción química se acerque al punto final, reduzca la velocidad de la titulación hasta que progrese gota a gota. Si usa un indicador, puede notar que los destellos de color duran más. Ahora continúe valorando lo más lentamente posible hasta que pueda determinar la caída exacta que hace que su reacción alcance el punto final. En el caso de un indicador, generalmente busca el cambio de color sostenido más temprano posible en la reacción.

Registre el volumen final en su bureta. Al restar esto del volumen inicial en la bureta, puede encontrar el volumen exacto del titrante que usó.

6. Calcula la cantidad de soluto en tu solución. Use la ecuación química para la reacción entre su titulador y la solución para encontrar los moles de soluto en su matraz. Una vez que haya encontrado los moles de soluto, simplemente puede dividir por el volumen de la solución en el matraz para encontrar la molaridad de la solución, o convertir los moles a gramos y dividir por el volumen de la solución, para obtener el concentración en g/L. Esto requiere un poco de conocimiento básico de estequiometría.

Por ejemplo, supongamos que usamos 25 ml de NaOH 0,5 M cuando titulamos 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, veamos la ecuación química para la reacción de NaOH y HCl: NaOH + HCl > eh₂O+NaCl

En este caso, 1 molécula de NaOH reacciona con 1 molécula de HCl para producir 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 mol. 25 ml NaOH = 0,025 L NaOH x (0,5 mol NaOH/1 L) = 0,0125 moles de NaOH.

Como hemos deducido de la ecuación de reacción que los moles de NaOH consumidos en la reacción = los 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 los moles de soluto en su solución por el volumen de su muestra de solución (no el volumen de la cantidad más grande que muestreó.) El resultado es la molaridad de su solución!

Para encontrar la molaridad del ejemplo anterior, divida los moles de HCl por el volumen en el matraz. 0,0125 mol HCl x (1/0,060 L) = HCl 0,208 M.

Para convertir la molaridad a g/L, ppm o porcentaje de composición, debe convertir los moles de su soluto a masa (usando la masa molar de su soluto.) Para ppm y porcentaje de compuesto, también necesita convertir el volumen de su solución a masa (usando un factor de conversión como densidad, o simplemente pesándolo), luego multiplique el resultado por 10 o 10, respectivamente.

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

Imagen titulada Calcular la concentración de una solución Paso 1

1. Tome una muestra de agua de su acuario. Registrar el volumen con precisión. Si es posible, mida el volumen en unidades SI, como mL; estas son fáciles de convertir a L.

En este ejemplo, analizamos la salinidad del agua del acuario, la concentración de sal (NaCl) en el agua. Supongamos que tomamos una muestra de agua para este propósito de 3mL del acuario y luego establezca la respuesta final que se dará en gramos por litro.

Imagen titulada Calcular la concentración de una solución Paso 2

2. Titular la muestra de agua. Elija un titulador 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 y turbio que flotará y se puede separar de la solución.

Valore el nitrato de plata de una bureta o aguja hipodérmica pequeña en la muestra del acuario hasta que la solución se vuelva turbia. Con una muestra tan pequeña es importante exactamente determine cuánto nitrato de plata ha agregado - estudie cada gota cuidadosamente.

Imagen titulada Calcular la concentración de una solución Paso 3

3. Continúa hasta que el comentario se detenga. Cuando el nitrato de plata deja de enturbiar la solución, puede registrar el número agregado de ml. Titular el AgNO3 muy lento y observar la solución de cerca, especialmente a medida que se acerca el punto final.

Supongamos que hay 3 ml de AgNO 0,25 M₃ fue necesario para que la reacción llegara a su fin y el agua no se enturbiara más.

4. Determine el número de moles del titulador. Este paso es fácil: multiplique el volumen de titulador que agregó por la molaridad. Esto le dará el número de moles de valorante utilizados.

3 mL x 0,25 M = 0,003 L x (.25 moles de AgNO₃/1L) = 0,000075 mol AgNO₃.

5. Determina el número de moles de tu soluto. Use la ecuación de reacción para la conversión del 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 ha añadido: 0,000075 moles.

En este caso: 1 mol de AgNO₃ reacciona con 1 mol de NaCl. Pero si 1 mol de titulador reacciona con 2 moles de nuestro soluto, entonces multiplicaríamos los moles de nuestro titulador por 2 para obtener los moles de nuestro soluto.

Por el contrario, si 2 moles de nuestro titulador reaccionan con 1 mol de nuestro soluto, entonces dividimos el número de moles del titulador 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 tu número de soluto de moles a gramos. Para hacer esto, deberá calcular la masa molar del soluto y multiplicarla por la cantidad de moles de su soluto. Para encontrar la masa molar de NaCl, use la tabla periódica para encontrar y sumar los pesos atómicos de sal (Na) y cloruro (Cl).

MM Na = 22.990. MM CL = 35.453.

22.990 + 35.453 = 58,443 g/mol

0,000075 mol NaCl x 58,442 g/mol = 0,00438 moles de NaCl.

Prestar atención: Si hay más de un tipo de molécula en un átomo, entonces hay que sumar la masa molar de ese átomo varias veces. Por ejemplo, si toma la masa molar de AgNO₃, Si quieres encontrarlo, tendrías que sumar la masa u oxígeno tres veces porque hay tres átomos de oxígeno en la molécula.

7. Calcular la concentración final. Tenemos la masa de nuestro soluto en gramos y sabemos 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 NaCl/L

La salinidad del agua de mar es de unos 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 gaseoso) si se separan, la solución que se forma al disolverse la sustancia estará en el mismo estado que el 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 un frasco oscuro y cerrado. 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 de seguridad y guantes.
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.