Artículo científico - Soluciones químicas

QUÍMICA GENERAL PREPARACIÓN DE SOLUCIONES QUÍMICAS

Martin Emilio Arrieta Gutiérrez (2023217065) Camila Díaz Manjarrez (2023217109) Santiago Manuel Dávila Valencia (202321506) Jesús Daniel Gracia Martínez (2023211004) Jonathan David Ropero Moreno (2023217076)

Programa de Ingeniería Ambiental Y Sanitaria, Programa de Ingeniería Agronómica, Programa de Ingeniería Civil, Facultad de Ingeniería, Universidad Del Magdalena, Santa Marta, Colombia

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Edgardo Mattos Vásquez

  Docente        

Resumen: La preparación de soluciones químicas fue la temática que se abarco en el laboratorio de química general de la Universidad del Magdalena, entendiendo las soluciones como mezclas homogéneas constituidas por un solvente y uno o más solutos, la mayoría de las soluciones se encuentran en estado líquido cuyo solvente general es el agua, considerada como el solvente universal, a su vez hay soluciones encontradas en estado sólido y gaseoso como aleación entre metales y el aire. Entrando en el procedimiento experimental, se llevó a cabo una serie de experimentos con base al tópico antes dicho. Nuestro equipo experimental desarrolló una serie de soluciones y diluciones cuyo solvente fue el agua (H2O) y los solutos variaron en cada preparación. Desarrollamos una preparación de 25mL de solución de CuSO4 al 10% m/v, donde %m/v indica los gramos de soluto por cada 100mL de solución, una preparación de 25 mL de solución de NaOH al 0.5M, donde M hace referencia a la molaridad o los moles de soluto por cada litro de solvente, una preparación de una solución molal de NaNO3 y dos diluciones, cuya primera dilución se desarrolló con base a la primera solución, y la segunda se desarrolló con permanganato de potasio (KMnO4) al 5% tomado como soluto. Se calculó la cantidad en gramos de cada soluto necesario para desarrollar la solución, se emplearon algunas fórmulas para cada preparación, para la primera solución se empleó la fórmula m/v=g soluto/mL solvente, debido a que la solución fue desarrollada con respecto a los gramos del soluto por cada 100 mL de solvente, para la segunda solución se empleó la formula M= moles del soluto/L (solvente) y para la tercera solución, se empleó la formula m= moles de soluto/ kg de solvente. Se calculó de forma analítica las concentraciones iniciales y finales de cada una de las diluciones, y al final se obtuvo soluciones homogéneas, diluidas y concentradas. Se llegó a la hipótesis que los cálculos hallados de modo exacto garantizan la cantidad de soluto apropiado para llegar a las soluciones deseadas.

Palabras clave: mezclas, solventes, solutos, homogeneidad, concentración

Abstract: The preparation of chemical solutions was the topic covered in the general chemistry laboratory of the University of Magdalena, understanding solutions as homogeneous mixtures consisting of a solvent and one or more solutes, most of the solutions are in liquid state whose general solvent is water, considered as the universal solvent, in turn there are solutions found in solid and gaseous state as an alloy between metals and air. Entering the experimental procedure, a series of experiments were carried out based on the above mentioned topic, our experimental team developed a series of solutions and dilutions whose solvent was water (H2O) and the solutes varied in each preparation. We developed a preparation of 25mL of CuSO4 solution at 10% m/v, where %m/v indicates the grams of solute per 100mL of solution, a preparation of 25 mL of NaOH solution at 0. 5M, where M refers to the molarity or moles of solute per liter of solvent, a preparation of a molal solution of NaNO3 and two dilutions, whose first dilution was developed based on the first solution, and the second was developed with 5% potassium permanganate (KMnO4) taken as solute. The amount in grams of each solute necessary to develop the solution was calculated, some formulas were used for each preparation, for the first solution the formula m/v=g solute/mL solvent was used, because the solution was developed with respect to the grams of solute per 100 mL of solvent, for the second solution the formula M= moles of solute/L (solvent) was used and for the third solution, the formula m= moles of solute/ kg of solvent was used. The initial and final concentrations of each of the dilutions were calculated analytically, and at the end homogeneous, diluted and concentrated solutions were obtained. It was hypothesized that the calculations found in an accurate way guarantee the appropriate amount of solute to reach the desired solutions.

Key words: mixtures, solvents, solutes, homogeneity, concentration, concentration

INTRODUCCIÓN

Las soluciones químicas son mezclas o uniones homogéneas constituidas entre un solvente y uno o más solutos. Las soluciones más simples están constituidas por un solvente y un soluto. Un ejemplo sencillo puede ser cuando mezclamos agua y azúcar, esta es una solución que contiene un solvente, que en este caso es el agua y un soluto que son las partículas de azúcar. Sin embargo, existen soluciones más complejas por el cual pueden participar cientos de solutos involucrados en una sola solución.

La mayoría de las soluciones están en estado líquido por lo general, cuyo solvente principal empleado es el agua, por ello el agua es conocida como el solvente universal. Aunque esto no implica que las soluciones deban ser precisamente liquidas, existen soluciones desarrolladas en estados sólidos y gaseosos por el cual se pueden tomar como ejemplo soluciones solidas como el mercurio en oro, el hexano en cera de parafina y aleaciones como el bronce, y también tomamos como ejemplo de soluciones gaseosas el aire, que está compuesto de nitrógeno y oxígeno, como soluciones gaseosas también se encuentran el dióxido de carbono, el argón y otros gases.

Los solutos a su vez pueden encontrarse en distintos estados, en soluciones liquidas se pueden encontrar solutos solidos como la sal o cloruro de sodio, la azúcar o sacarosa, entre otros. Se pueden encontrar solutos líquidos como el alcohol y gaseosos como el gas carbónico contenido en las bebidas gaseosas o carbonatadas.

En toda solución, el solvente es el componente que se encuentra en mayores proporciones, por ejemplo, si se desea desarrollar una solución que contenga agua, esta será la más abundante en la solución, el resto de los componentes presentes en la solución son los solutos, son aquellos que se encuentran en menor proporción en la solución. Algunos ejemplos para identificar a un solvente de un soluto pueden ser en soluciones de agua y azúcar, donde, se pronunció anteriormente, el agua es el solvente debido a que se encuentra en mayor cantidad y las partículas de azúcar son los solutos.

Características y propiedades de las soluciones químicas:

• Son mezclas homogéneas: En una solución, no se puede distinguir un soluto de un solvente, ni a simple vista, incluso si se llega a aplicar medios de instrumentos ópticos sea el uso de lupas o microscopios, no es sencillo llegar a una distinción.

• Tiene composición uniforme: Al ser una solución separada en distintas porciones, cada una de estas tendrán los mismos componentes, es decir, solventes y solutos a la misma concentración.

• Se caracterizan por su concentración: La concentración en una solución química, es una propiedad que tiene como objetivo determinar o indicar la cantidad de solutos que hay por cada unidad de solución o de solvente. Simplemente es un número que tiene la capacidad de indicar la proporción que poseen los solventes y los solutos. La concentración en una propiedad importante, debido a que con esta se definen otras propiedades.

• Son estables: Los solutos y los solventes al formar una solución y no se produce una reacción como evaporación por decir ejemplo, son indefinidamente estables, esto quiere decir que la solución no sufrirá ningún tipo de cambio a lo largo de tiempo, esto solo puede ocurrir cuando la composición de la solución es constante.

• Son translucidas: Las soluciones liquidas son translucidas, es decir, la luz debe pasar a través de las soluciones sin desviarse.

• Las propiedades físicas y químicas son distintas a la del solvente: Los solventes tienden a cambiar sus propiedades físicas y químicas cuando se combinan o se mezclan con otros solutos. Por ejemplo, los puntos de ebullición de las soluciones son altos, los puntos de fusión son menores y poseen una alta presión osmótica comparación con el solvente puro.
• Las soluciones pueden separarse con base a algunos procesos físicos y químicos: Las soluciones no pueden llegar a separase a través de métodos de filtración, centrifugación o decantación. Para ello se acude a métodos de separación sean físicos o químicos, como métodos de destilación, osmosis inversa, cromatografía, evaporación, cristalización, entre otros.

Tipos de soluciones químicas:

Las soluciones químicas se pueden clasificar en distintos aspectos, según su concentración, su estado físico o según la naturaleza del solvente:

• Según su concentración:

• Soluciones insaturadas: Son aquellas en el que el soluto de estas aún no se encuentra completamente concentrado en el solvente, es decir, hace falta presencia de solutos para llegar a una solución mucho más concentrada.

• Soluciones saturadas: Son aquellos por el cual se presenta una mayor disolución de los solutos en el solvente, por el cual el solvente ya no puede disolver más soluto, con esto quedan algunas partículas del soluto en el fondo. Por ejemplo, si agregamos mucha sal en un vaso de agua, dicho solvente no puede disolver de forma completa los solutos, que en este caso son las partículas de sal, algunas de estas partículas quedan en el fondo del vaso.

• Soluciones sobresaturadas: Se caracterizan por tener una mayor cantidad de solutos disueltos del que el solvente puede admitir. Esto se puede lograr si calentamos una solución saturada para disolver aún más solutos, después de calentar, se deja enfriar lentamente hasta que este llegue a su temperatura inicial. Estas soluciones se caracterizan por ser inestables, si la solución se ve afectada por algún tipo de vibración o entra en contacto con partículas de polvo, los solutos en exceso tienden a separarse.

• Por su estado físico:

• Soluciones líquidas: Este tipo de soluciones son las más comunes, su principal solvente es el agua y a su vez pueden participar otros solventes como el aceite, el alcohol, etc. Los solutos en estas soluciones pueden encontrarse en cualquier estado (solido, liquido o gas). Ejemplos de estas soluciones pueden ser bebidas carbonatadas o bebidas gaseosas, agua salada, vinos, etc.

• Soluciones solidas: Para estas soluciones tanto el solvente como el soluto se encuentran en estado sólido. Las soluciones de este tipo son aleaciones entre metales como el bronce, el acero y el latón, as u vez, se pueden encontrar soluciones solidas como el vidrio.

• Soluciones gaseosas: Son aquellas mezclas en la que todos sus componentes se encuentran en estado gaseoso. Por ejemplo, podemos encontrar como ejemplo de estas soluciones es el aire, el dióxido de carbono o CO2, gas natural, entre otros.

• Según la naturaleza del solvente

• Soluciones acuosas: Este tipo de soluciones las podemos encontrar en nuestra vida diaria. Si en una solución el solvente es agua, se garantiza que tenemos en nuestras manos una solución acuosa.

• Soluciones alcohólicas: Después del agua que es el solvente más común, le sigue el alcohol. Las soluciones alcohólicas son aquellas cuyo solvente es el alcohol, los alcoholes más comunes son el etanol, el metanol y el alcohol isopropilico.

• Soluciones en otros solventes orgánicos: Existen variedades de compuestos orgánicos por el cual pueden ser utilizados como solventes en una solución, se pueden tomar como ejemplo alcanos como la mayoría de los éteres, los cetonas en estado líquido y otros compuestos orgánicos.

Ejemplos de soluciones químicas:

• Limonada: Es una solución acuosa cuyo solvente principal es el agua, y el jugo de limón y las partículas de azúcar son los solutos.

• Agua de mar: Es una solución acuosa por el cual actúan como solutos un cierto número de sales, que entre ellas se encuentra el cloruro de sodio (NaCl) o también conocida como sal de mesa.

• Agua carbonatada: Es una solución acuosa formada por agua y dióxido de carbono gaseoso, esta solución también es conocida como soda.

• El aire: Es una solución gaseosa compuesta por nitrógeno, considerado como el solvente de esta solución gaseosa, y el oxígeno y los otros gases actúan como los solutos.

• Mantequilla clarificada: Cuando calentamos mantequilla y esta se derrite, se puede remover toda la espuma que se produce y se logra obtener la mantequilla clarificada.

• Vidrios de colores: los vidrios de colores son soluciones solidas cuyo solvente es la sílice fundida y los solutos son otros minerales que le brindan o le proporcionan su color característico, como el óxido de cobalto, el óxido de cromo, óxido de manganeso, entre otros.

• El plasma sanguíneo: El café es una solución acuosa que se obtiene al centrifugar la sangre para retirar las células y otros solidos que se encuentran en suspensión. Los solutos presentes en esta solución son los carbohidratos, aminoácidos, proteínas solubles, electrolítos, entre otros.

• El café: El café es una solución acuosa compleja, debido a que contiene gran proporción de solutos, entre ellos la cafeína, que le garantiza el aroma y sabores característicos.

• El acero: Es una solución en estado sólido formada o constituida por hierro metálico o carbono grafito, cuyo solvente en el hierro y los solventes son los

elementos como el carbono y algunos otros elementos de aleación cromo y el níquel respectivamente.

Lifeder. (5 de abril de 2021). Soluciones químicas. Recuperado        de:

https://www.lifeder.com/soluciones-quimicas/.

OBJETIVO GENERAL

Llevar a cabo la identificación y preparación soluciones homogéneas, diferenciar el concepto de solvente y soluto y expresar cuantitativamente la concentración de las soluciones usando diversas unidades de concentración como porcentaje en peso, molaridad, molalidad, volumen sobre volumen, peso sobre peso, etc. Además tener la capacidad de manipular y medir con precisión volúmenes, masas de solutos y disolventes, desarrollar habilidades prácticas en la preparación de soluciones y comprender los conceptos teóricos sobre soluciones y sus concentraciones.

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