Práctica No 4, Soluciones I. QUÍMICA

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1. Resumen

     En la práctica No. 4, “Soluciones I” se determinó la concentración real de una muestra de hidróxido de sodio, titulando con un indicador ácido-base y una reacción de neutralización con ácido clorhídrico como solución estándar para luego determinar en diferentes unidades de medida, la concentración de las disoluciones..

     Para llevar a cabo la reacción de neutralización se diluyó a través del aforo de una masa de hidróxido de sodio sólido y otra de ácido clorhídrico, ambas con la misma concentración proyectada. Se descargó ácido clorhídrico sobre hidróxido de sodio previamente estandarizado con fenolftaleína hasta que la disolución básica cambio de color de magenta a traslúcido y se tomó la cantidad del volumen de solución estándar vertida. Con éstos datos se analizó la concentración titulada y se utilizó éste dato y el de la concentración conocida ara expresar en otras unidades de medida las concentraciones de ambas disoluciones.

     Finalmente, se determinó que la concentración real de la solución de hidróxido de sodio fue de 0.52M, con una diferencia pequeña respecto al dato teórico proyectado de 0.50M. Así mismo se determinaron las diferentes unidades de concentración de la disolución de ácido clorhídrico, siendo éstas .50N, 0.51m, 1.82% m/m; 1.53% v/v; 18230 ppm y 0.30 pH y para el hidróxido de sodio 0.52N, 0.53m, 1.99% m/m; 0.98% v/v; 20790 ppm y 13.72pH

     La experimentación se llevó a cabo a una altitud media de 1500 msnm, 0.9978 atm de presión y 23°C de temperatura ambiente.

2. Objetivos

2.1 General 

     Determinar, a través de análisis matemáticos, la concentración de una disolución de ácido clorhídrico y otra de hidróxido de sodio en medio acuoso en diferentes unidades de concentración, aplicando el método de valoración por titulación con fenolftaleína como base de cálculo.

2.2 Específicos.

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1. Estandarizar soluciones a una concentración determinada utilizando fenolftaleína como indicador ácido-base precipitando el volumen necesario de una solución en otra hasta nivelar la concentración.

1. Determinar la concentración real de la disolución de Hidróxido de Sodio en la experimentación.

1. Determinar la concentración de las soluciones en diferentes unidades de medida de concentración.

3. Marco Teórico

3.1 Disoluciones

     “Una disolución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias. El soluto es la sustancia presente en menor cantidad y el disolvente es la sustancia que está en mayor cantidad.” (Chang y Goldsby, 2013, P. 119)  Además, el mismo autor señala que, una disolución acuosa  “es aquella en la que el soluto inicialmente es un líquido o un sólido y se disuelve en agua”. (P. 119)

     Por lo anteriormente expuesto se puede afirmar que una solución contiene dos elementos básicos: el solvente y el soluto. Además que en el caso de las soluciones acuosas, el solvente siempre será agua (Ver imagen No. 1)

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Figura No. 1: Comportamiento de las partículas de soluto al estar en disolución..

3.2 Concentraciones de Solutos en Disoluciones

     Según Brown et Al, (2014) el término “concentración” designa la cantidad de soluto disuelto en una determinada cantidad de disolvente o de disolución. A mayor cantidad de soluto disuelto en cierta cantidad de disolvente, más concentrada en ese soluto será la disolución resultante. En química con frecuencia se necesita expresar las concentraciones de solutos en las disoluciones en forma cuantitativa. Ésta puede expresarse como Molaridad, Molalidad, Normalidad y los porcentajes masa/masa y volumen/volumen (Ver figura No. 2)

     Por su parte, Chang y Goldsby (2013) indican que  para el estudio de la estequiometría en disoluciones se necesita conocer la cantidad de reactivos presentes en una disolución y cómo controlar la cantidad de éstos para llevar a cabo una reacción en disolución acuosa. [pic 5]

Figura No. 2: La molaridad es la expresión cuantitativa de concentración que relaciona los moles de soluto disueltos en litros de disolvente.

3.3 Dilución

     Las disoluciones de un soluto que se utilizan rutinariamente en el laboratorio por lo general se compran o se preparan en forma concentrada y se conocen como disoluciones madre. Las disoluciones de menor concentración en el soluto se obtienen agregando agua a porciones de la disolución madre, un proceso llamado dilución. (Ver Figura No. 3)[pic 6]

Figura No. 3: El proceso de dilución consiste en agregar agua a un volumen de solución más concentrado para reducir el nivel de concentración.

1. Diluciones ácido-base

     Para Brown et Al (2014) Al diluir un ácido o una base concentrados, el ácido o la base deberían agregarse al agua y después diluirse más con agua adicional. Agregar agua directamente a un ácido o una base concentrados puede ocasionar salpicaduras por el intenso calor que se genera (Ver figura No 4).[pic 7]

Figura No. 4: Proceso de preparación de dilución de una solución básica, donde primero se determina la cantidad de soluto a disolver en 100 ml de solución.

3.3 Estequiometría de reacciones en Disolución y Análisis Químico

     Anteriormente se aprendió que al conocer la ecuación química y la cantidad de un reactivo consumido en una reacción, es posible calcular las cantidades de otros reactivos y productos. (Brown et Al 2014, P. 144). Para efectos de ésta investigación el concepto se extiende a reacciones que implican disoluciones.

     Los coeficientes de una ecuación balanceada indican el número relativo de moles de reactivos y productos.  Para utilizar ésta información, se debe convertir a moles las masas de las sustancias que participan en una reacción. Cuando se manejan sustancias puras, se emplea la masa molar para la conversión entre gramos y moles de sustancias. Ésta conversión no es válida al trabajar con una disolución porque tanto el soluto como el disolvente contribuyen a la masa de ésta. Sin embargo, si se conoce la concentración del soluto, entonces puede utilizarse su molaridad y el volumen de la disolución para determinar el número de moles, (Brown et Al, 2014, P. 144) utilizando la ecuación:

       Ecuación No. 1[pic 8]

Donde:

C1: Concentración de la disolución madre.

V1: Volumen de la disolución madre.

C2: Concentración de la disolución diluida en agua.

V2: Volumen de la disolución diluida en agua.

Al conocerse 3 de los componentes de la ecuación puede conocerse el volumen o la concentración desconocida de cualquiera de las soluciones en cuestión. (ver Figura No. 5)

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Figura No. 5 Procedimiento para resolver problemas de estequiometría que implican reacciones entre una sustancia pura A y una disolución que contiene una sustancia B de concentración conocida. Fuente: Brown et Al (2014) P. 144

3.4 Titulaciones o Valoraciones

     Según Brown et Al (2014) en su obra, para determinar la concentración de un soluto particular en una disolución, se realiza una titulación, que implica la combinación de una disolución donde se desconoce la concentración del soluto con una disolución que contiene un reactivo de concentración conocida, llamada disolución estándar.  Se agrega disolución estándar justo lo suficiente para que el reactivo reaccione completamente con el soluto en la disolución de concentración desconocida. El punto en el cual se han mezclado las cantidades estequiométricamente equivalentes se conoce como punto de equivalencia.

     Por su parte, Chang y Goldsb (2013) indican que “En una valoración, una disolución de concentración exactamente conocida, denominada estándar, se agrega en forma gradual a otra de concentración desconocida hasta que la reacción química entre las dos disoluciones se complete”  P. 151

     Las titulaciones (Continúan Brown et Al, 2014) pueden realizarse utilizando reacciones de neutralización, de precipitación o de oxidación reducción. La Figura No. 6 ilustra una típica titulación de neutralización entre una disolución de HCl de concentración desconocida y una disolución de NaOH con una concentración de 0.1 M (la disolución estándar). Para determinar la concentración de HCl, primero se introduce en una matraz un volumen específico de esa disolución; en este caso 20.00 ml. Después se agregan unas cuantas gotas de un indicador ácido-base, que es un colorante que cambia de color cuando se presenta el punto de equivalencia. Entonces la disolución estándar se agrega poco a poco hasta que la disolución se torne rosa, indicando así la reacción de neutralización entre HCl y el NaOH se ha completado.

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