FÍSIOLOGIAFACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y RECURSOS NATURALES EXPERIENCIA Nº 1: SOLUCIONES SALINAS Y SOLUCIONES BUFFER I. OBJETIVOS Aprender a determinar cuantitativamente las diferentes cantidades de soluto para preparar soluciones con concentraciones en unidades físicas y químicas. Aprender a preparar soluciones de diferentes concentraciones, desde diluidas hasta concentradas. Relacionar los conceptos y técnicas aprendidos sobre la unidad de reacciones químicas en soluciones acuosas, aplicando técnicas de medición de pH e identificación de acidez o basicidad. II. FUNDAMENTO TEORICO Solución, es una mezcla homogénea de dos o más sustancias. La sustancia presente en menor proporción se le llama soluto y la sustancia que se encuentra en mayor cantidad se denomina solvente o disolvente. Una disolución puede ser gaseosa (el aire), solido (aleación) o liquido (una solución salina). En esta práctica se preparan únicamente soluciones acuosas, en la que el soluto es sólido y el solvente es el agua. Tipos de Soluciones Según la conductividad eléctrica que posean las soluciones, se las clasifica en: No electrolíticas: estas soluciones, como su nombre indica, tienen una capacidad casi inexistente de transportar electricidad. Se caracterizan por poseer una disgregación del soluto hasta el estado molecular y por la no conformación de iones. Algunos ejemplos de estas soluciones son: el alcohol y el azúcar. Electrolíticas: estas soluciones, en cambio, sí pueden transportar electricidad de manera mucho más perceptible. A esta clase de soluciones también se las conoce bajo el nombre de iónicas, y algunos ejemplos son las sales, bases y ácidos. Dependiendo de la cantidad de soluto que haya, existen distintas soluciones: Soluciones saturadas: en las soluciones en que existe la mayor cantidad de soluto capaz de mantenerse disuelto, a una temperatura estable, en un solvente, se las conoce bajo el nombre de soluciones saturadas. En caso de que se agregue mayor cantidad de soluto, la mezcla superaría su capacidad de disolución. Soluciones insaturadas: estas soluciones, también conocidas bajo el nombre de diluidas, son aquellas en las que la masa de solución saturada es, en relación a la del soluto disuelta, mayor para la misma masa de solvente y a igual temperatura. Soluciones concentradas: en estas soluciones, el porcentaje de soluto es cercano al establecido por la solubilidad a la misma temperatura. Soluciones sobresaturadas: en dichas soluciones existe una cantidad menor de solución saturada que de soluto a una determinada temperatura. Semana 1 FÍSIOLOGIA FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y RECURSOS NATURALES La concentración de una solución indica la cantidad de soluto presente en una cantidad de solución. Tipos de unidades de concentración: a) Porcentaje en masa (%P): Llamado también porcentaje en peso, se define como El porcentaje en masa no tiene unidades y la suma de los porcentajes en masa de cada componente de la solución es igual a 100. b) Fracción en masa, se define como: c) Fracción molar, definido como: Fracción molar del componente i = Xi d) Porcentaje de volumen en volumen (%V/v): e) Porcentaje de masa en volumen (%P/V): f) Molaridad (M): Se define como numero de moles de soluto en un litro de solución. Tiene como unidad mol/L. g) Molalidad (m): Se define como numero de moles de soluto de un kilogramo de solución. h) Formalidad (F): Es una forma de expresar la concentración de las soluciones de electrolitos fuertes (en solución acuosa se disocian completamente) análoga a la molaridad. El término formal Semana 1 FÍSIOLOGIA FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y RECURSOS NATURALES se puede emplear también para soluciones no electrolíticas porque no siempre se conoce el comportamiento químico de las sustancias. i) Normalidad (N): Expresa la cantidad d equivalentes gramo de la sustancia disuelta por litro de solución. Preparación de una solución Una solución puede ser preparada pesando el soluto sólido, considerando la pureza de este, y añadiendo la cantidad de agua necesaria para obtener el volumen de solución requerida. La dilución se realiza en un matraz aforado o fiola. Para preparar soluciones a partir de un soluto solido que cristaliza con moléculas de agua, al calcular su masa, hay que considerar que esta se pesara con las moléculas de agua de cristalización. Es frecuente también preparar una solución diluida a partir de una solución más concentrada; para lo cual se debe considerar que el número de equivalentes de soluto en la solución diluida es igual al número de equivalentes de la solución concentrada y que se obtendrá la concentración final (solución diluida) solo por adición del solvente (agua). Asia por ejemplo, si N1 y V1 son la normalidad y el volumen de la solución diluida respectivamente, N2 la normalidad de la solución concentrada y V2 su volumen, se tiene: N° de equivalentes solución 1 = N° equivalente solución 2 N1 * V1 = N2 * V2 V2 = N1 * V1 N2 El volumen, la concentración de la solución diluida y la concentración de la solución concentrada deben ser conocidas. Cuando no se conoce la normalidad de la solución concentrada, esta puede determinarse conociendo su densidad y su porcentaje en masa de soluto. Así, la normalidad de una solución, queda expresada en mili equivalentes de soluto por mL de solución. III. MATERIALES Y REACTIVOS MATERIALES 4 botellas con tapa de 300 ml aprox. Una probeta de 100 ml Una pipeta de 5ml Cinta Masking Tape Plumón indeleble Semana 1 FÍSIOLOGIA FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y RECURSOS NATURALES REACTIVOS Agua destilada (2 litros) Sal IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Preparación de la solución madre: a) Obtener una solución diez veces concentrada de sal (al 10%); pesar la cantidad de sal requerida para un volumen de 200 ml. b) En una de las botellas agregar la sal pesada y adicionar aproximadamente 180 ml de agua destilada. Agregar el agua en tres tiempos, en cada adición, tapar y agitar para que los cristales de sal puedan disolverse. c) Poner la botella a contra luz para comprobar que la solución sea homogénea. d) Esta solución nos servirá para preparar las soluciones siguientes. e) Para evitar confusión entre las botellas etiquetarlas. Preparación de una solución de sal al 0,1% - solución hipotónica a) Aplicar las fórmulas estudiadas para obtener el volumen necesario de solución madre para esta preparación (volumen X). b) En una segunda botella, agregar este volumen X. Completar con agua destilada hasta 200 ml. c) Agitar para homogenizar. d) Colocar la etiqueta respectiva. Preparación de una solución de sal al 0,9% - solución isotónica a) Nuevamente aplicar las fórmulas estudiadas para obtener el volumen necesario de solución madre para esta preparación (volumen Y). b) En una tercera botella, agregar este volumen Y. Completar con agua destilada hasta 200 ml. c) Agitar para homogenizar. d) Colocar la etiqueta respectiva. Preparación de una solución de sal al 5,0% - solución hipertónica a) Repetir los pasos anteriores para obtener el volumen necesario de solución madre para esta preparación (volumen Z). b) En una cuarta botella, agregar este volumen Z. Completar con agua destilada hasta 200 ml. c) Agitar para homogenizar. d) Colocar la etiqueta respectiva. Para finalizar, escoger dos de las soluciones preparadas y sumergir en ellos, independientemente de cada uno, un indicador de pH. Anotar el pH en su respectiva etiqueta. Semana 1 FÍSIOLOGIA FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y RECURSOS NATURALES V. CÁLCULOS Y RESULTADOS SOLUCION STOCK (solución de sal al 10%): pH=5,00 Hallando la masa de sal necesaria: SOLUCION HIPOTONICA (solución de sal al 0,1%) Hallando el volumen necesario de solución stock (X): SOLUCION ISOTONICA (solución de sal al 0,9%): pH= 5,5 Hallando el volumen necesario de solución stock (Y): SOLUCION HIPERTONICA (solución de sal al 5%) Hallando el volumen necesario de solución stock (Z): Cuadro resumen: Solución/Concentración NaCl H2O 0.1% 2 ml 198 ml 0.9% 18 ml 182 ml 5% 100 ml 100 ml Semana 1 FÍSIOLOGIA FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y RECURSOS NATURALES HALLANDO LA MOLARIDAD, NORMALIDAD Y MOLALIDAD Para NaCl 0.1% M=msto/ᴍsto (Vsln (L)) M=2/58.5(200.10-3) M=0.17 molar N=Mθ N=0.17 (1) N=0.17 normal m=msto/ᴍsto (mste (kg)) m=2/58.5(198.10-3) m=0.172 molal Para NaCl 0.9% M=msto/ᴍsto (Vsln (L)) M=18/58.5(200.10-3) M=1.54 molar N=Mθ N=1.54 (1) N=1.54 normal m=msto/ᴍsto (mste (kg)) m=18/58.5(182.10-3) m=1.69 molal Para NaCl 5% M=msto/ᴍsto (Vsln (L)) M=100/58.5(200.10-3) M=8.55 molar N=Mθ N=8.55 (1) N=8.55 normal m=msto/ᴍsto (mste (kg)) m=100/58.5(100.10-3) m=17.09 molal Semana 1 FISIOLOGIA FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y RECURSOS VI. ANÁLISIS DE RESULTADOS Para la preparación de la solución madre no fue necesario agregar los 200ml de agua destilada requeridos sino solo 180 ml, esto debido a que la masa de la sal tiene un volumen no despreciable que, para el experimento se consideró con el valor aproximado de 20ml. En el momento de vaciar el agua destilada, fue recomendable agregarla paulatinamente pues si no se hacía de ese modo, la agitación de la botella con la mezcla sería inútil pues no disolvería los cristales de sal. A través del método de dilución se obtuvieron las tres últimas soluciones. Para la preparación de estas, se pudo observar que a medida que se aumentaba la concentración la cantidad necesaria de agua destilada era menor. La preparación de cada solución satisface la denominación que recibe cada una según la concentración de sal que posee: 0,1% - solución hipotónica 0,9% - solución isotónica 5,0% - solución hipertónica Como las cuatro experiencias se trataron de una mezcla, conservaron sus propiedades físicas. Por último se supo que a mayor concentración de soluto mayor es el grado de acidez. VII. CONCLUSIONES A través del experimento se pudo verificar la preparación de soluciones, mediante el uso de instrumentos y formulas pre establecidas. Mediante el experimento se pudo comprobar que es posible preparar soluciones a partir de una solución concentrada. Llegamos a la conclusión de que el tipo de pH tiene cierta relación con la concentración. Semana 1 FISIOLOGIA FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y RECURSOS VIII. ANEXOS PESADO PREPARACION Semana 1 FISIOLOGIA FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y RECURSOS OBTENCION DEL pH Semana 1 FISIOLOGIA FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y RECURSOS IX. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS LIBROS o o o o o o o o VIDAL CALDAS, Clelia – DIAZ CABRERA, Carlos.1997.”Quimica: Experiencias de Laboratorio”. I Edicion.pags. 65-68 págs. Instituto de ciencias y humanidades. QUIMICA análisis de principios y aplicaciones. editorial Lumbreras. tercera edición.1027 págs. Perez Terrel Walter. FISICA teoría y problemas. editorial Megabyte. primera edición. Carrasco Venegas Luis. QUIMICA EXPERIMENTAL aplicaciones. editorial Macro. quinta edición. Benites Nuñez Walter. QUIMICA resumen teórico. editorial Rodo. edición 2011. Timoteo Salvador. QUIMICA. editorial San Marcos. segunda edición. Timoteo Salvador Valentín. QUIMICA teoría y práctica. editorial Ingeniería. primera edición. Benites M. Wilman. QUIMICA teoría y problemas. editorial Moshera. segunda edición. REFERENCIAS DE INTERNET o http://www.tiposde.org/ciencias-naturales/115-tipos-de-soluciones/ o http://www.buenastareas.com/ensayos/Soluciones-Quimicas/31758265.html o http://es.scribd.com/doc/13087832/Concentraciones-Quimicas. o o o o http://www.amschool.edu.sv/Paes/science/concentracion.htm http://es.wikipedia.org/wiki/Concentraci%C3%B3n#Porcentaje_en_volumen http://www.amschool.edu.sv/Paes/science/concentracion.htm http://www.cespro.com/Materias/MatContenidos/Contquimica/QUIMICA_INO RGANICA/soluciones.htm Semana 1 FISIOLOGIA FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y RECURSOS Semana 1