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Tema 1Disoluciones

Material preparado por: Lic. Victoria Chan Revisadopor: MSc. Lilliana Abarca

Bibliografía:Chang, R. Química, Mc Graw Hill, 7ma ed. 2003, México. pp. 8-10, 106, 468-470

1.4 Preparación de disoluciones

1.3 Clasificación

1.2 Factores que afectan la solubilidad

1.1 Terminología

Disoluciones Preparado por V.Chan/Esc.Química/ITCR

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�MATERIA: Cualquier cosa que ocupa espacio y tiene masa. Es todo lo que nos rodea.

�SUSTANCIA: Forma de materia que tieneuna composición constante, definida y propiedades características.

�ELEMENTO: Sustancia que no puedesepararse en sustancias más simples pormétodos químicos. Se han identificado 115 elementos.

�COMPUESTO: Sustancia formada porátomos de dos o más elementos unidosquímicamente en proporciones definidas.

Terminología


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�MEZCLA: �Combinación de dos o más sustancias en la

cual cada una mantiene su identidad (lassustancias conservan sus propiedadescaracterísticas).

�Son de composición variable. �Se pueden separar en sus componentes

puros por métodos físicos sin cambiar la identidad de éstos.

�Pueden ser: sólidas, líquidas o gaseosas.

Terminología

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� Se subdividen en: mezcla homogénea y mezcla heterogénea.

� MEZCLA HOMOGÉNEA: Es uniforme, sucomposición es la misma en su totalidad.

� MEZCLA HETEROGÉNEA: Consiste en partes distintas físicamente, cada una con propiedades diferentes. Su composición no es uniforme.

Terminología

Disoluciones Preparado por V.Chan/Esc.Química/ITCR 5

Materia

MezclasSustancias

puras

Mezclas

homogéneasMezclas

heterogéneasCompuestos Elementos

Separación por métodos físicos

Separación

por métodos químicos


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� DISPERSIÓN: Mezcla formada por dos o más componentes. Compuesta por unafase dispersa y fase dispersante.

� FASE: Porción físicamente distinta de materia.

� FASE DISPERSA: Es la fase que se encuentra en menor cantidad de moles con respecto de la totalidad de la mezcla.

� FASE DISPERSANTE: Es aquella que se encuentra en mayor cantidad de moles con respecto de la totalidad de la mezcla.

Terminología

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� DISOLUCIÓN: Mezcla homogénea de dos o más sustancias. Compuesta por soluto y disolvente.

� El soluto es la sustancia presente en menorcantidad de moles y el disolvente es el que se encuentra en mayor cantidad (en moles) en una disolución.

� Disolución acuosa: disolución en la que el disolvente es agua.

Terminología


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� MISCIBLE: Cuando dos fluídos (líquidos y gases) son solubles entre sí en todasproporciones.

� INMISCIBLE: Cuando dos líquidos o fluídosno se mezclan.

� SOLUBLE E INSOLUBLE, son términos másgenerales y se aplican a cualquier estado de agregación.

Terminología


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�SOLUBILIDAD: Máxima cantidad de soluto (en número de moles o de partículas) que puede disolverse en unacantidad determinada de disolventepara obtener una disolución a unatemperatura dada.

� Se considera que una sustancia es insoluble si la cantidad presente es menor de 0,02 moles de soluto por litro de disolvente.

Terminología

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PROCESO DE DISOLUCION(sección 12.2 del Chang, 7ma edición, 2003)

� En los estados líquido y sólido, las moléculas se mantienen unidas por atracciones moleculares.

� Cuando un soluto se disuelve en un disolvente, laspartículas del soluto ocupan posiciones de lasmoléculas de disolvente.

� El que una partícula de soluto pueda reemplazar a una de disolvente depende de la fuerza de las interacciones:– SOLUTO-SOLUTO S-S

– DISOLVENTE-DISOLVENTE D-D

– SOLUTO-DISOLVENTE S-D


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PROCESO DE DISOLUCION Tomado del Chang,R.Química. 7ma edición,Cap.12

Etapa 2

Etapa 3

Disolución

SolutoDisolvente

Etapa 1

∆∆∆∆Hdn = ∆∆∆∆H1 + ∆∆∆∆H2 + ∆∆∆∆H3El proceso puede ser endotérmico (∆H +) o exotérmico (∆H -)

Las etapas 1 y 2 son endotérmicas (se requiere energía para separar las fuerzas de atracción intermoleculares)

Etapa 1:Separación de las partículas de disolvente

Etapa 2: Separación de laspartículas de soluto

Etapa 3: Solvatación


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� Solvatación: Proceso en el cual el soluto (ióno molécula) es rodeado por moléculas de disolvente, distribuidas de una forma específica.

� Hidratación: Si se usa como disolvente al agua.

� El proceso de solubilidad se considera un proceso físico si ocurre una solvatación e hidratación y un proceso químico si ocurreuna ionización.

PROCESO DE DISOLUCION

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� Si la atracción S-D es más fuerte que la atracción S-S ó D-D , el proceso de disolución es favorable o exotérmico(∆Hdn< 0).

� Si la atracción S-D es más débil que la atracción S-S ó D-D; el proceso de disolución es endotérmico (∆Hdn> 0).



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� El proceso de disolución está regido por dos factores:

a) Energético, determina si el proceso esendotérmico o exotérmico.

b) Aleatorio, este factor se refiere a la tendencia natural hacia el desorden o entropía.



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� El factor aleatorio justifica el por qué un soluto puede disolverse en un disolventeaún si la atracción entre sus propiaspartículas es más fuerte que la atracción S-D (proceso de disolución endotérmico).

� Al mezclar las partículas de soluto y disolvente se produce un aumento en el desorden o entropía.

� El aumento en el desorden del sistemafavorece la solubilidad de una sustancia.


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� Por lo general:

� En un proceso de disolución endotérmico, un aumento de temperatura aumenta la solubilidad de la sustancia en un determinado disolvente.

� En un proceso exotérmico un aumento de temperatura disminuye la solubilidad.



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� Si una sustancia con proceso de disoluciónendotérmico aumenta su solubilidad al aumentar la temperatura; significa que el factor aleatorio está influyendo más que el energético.

Recuerde:� El proceso de disolución está acompañado

por un aumento de desorden.



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Depende de:

1. La agitación.2. El grado de subdivisión. 3. La temperatura.4. La presión en el caso de los gases.

VELOCIDAD DE DISOLUCIÓN

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Velocidad de disolución

La velocidad de disolución aumenta con:

1. La agitación ya que habrá mayor contactoentre las partículas de soluto y de disolvente.

2. Un aumento en el grado de subdivisión de las partículas sólidas o líquidas (ésta últimapor aspersión por ej), puesto que se aumenta la superficie de contacto y habrámayor exposición de partículas S-D.


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3. Un aumento de la temperatura, aumentala energía cinética de las partículas, hay mayor posibilidad de separación de laspartículas de S y las de D; se disminuye el tiempo para que se dé el proceso de disolución.

4. Un aumento de presión en sistemasgaseosos, aumenta el contacto de laspartículas S-D.

Velocidad de disolución


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� Naturaleza de las sustancias.

� Temperatura.

� Presión (sólo para sistemas L-G).

FACTORES QUE AFECTAN LA SOLUBILIDAD

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i. Tipo de sustancias

ii. Polaridad

iii. Constante dieléctrica del disolvente

NATURALEZA DE LAS SUSTANCIAS repasar capítulos 9,10 y 11 del Chang,R. Química. 7ma

ed.

Factores que afectan la solubilidad


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i. Tipo de sustancias (cap.9 y 20, Chang. R ¨Química¨):

Iónicas Covalentes Metálicas

� se clasifican antes de aplicar concepto de fuerzas intermoleculares o interpartículas


1 NATURALEZA DE LAS SUSTANCIAS


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Sustancia Enlace Fuerza interpartículaIónica Iónico IónicasMetálica Metálico MetálicasCovalente Covalente Dp-Dp

Puente de hidrógenoDi-Di

Otras fuerzas interpartículas a considerar son:

Di-Dp, Dp-Di,Ión-Dp, Ión-Di


1 NATURALEZA DE LAS SUSTANCIASi. i. i. i. TipoTipoTipoTipo de de de de sustanciassustanciassustanciassustancias

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Factores que afectan la solubilidad1 NATURALEZA DE LAS SUSTANCIASii. ii. ii. ii. PolaridadPolaridadPolaridadPolaridad

� ii. Polaridad: Este concepto se aplica sólo a lassustancias covalentes (moléculas).

� Fuerzas intermoleculares: son fuerzas de atracción entre las moléculas responsables de las propiedades macroscópicas de la materia (ej; temperatura de ebullición, de congelación).

� Comprenden las fuerzas Dp-Dp; Di-Di (fuerzasde van der Waals) y la particular puente de hidrógeno. Repasar el concepto en Sección 11.2, ¨Química¨, Chang. R.

� Polarizabilidad: Facilidad con se puede distorsionar la densidad electrónica de un átomo o molécula.


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� Una sustancia se solubiliza en otra si lasmagnitudes de las fuerzas interpartículas del soluto y del disolvente son semejantes.

� En este curso no se permite hacer la generalización ¨ igual disuelve a igual¨

Factores que afectan la solubilidad1 NATURALEZA DE LAS SUSTANCIASii. ii. ii. ii. PolaridadPolaridadPolaridadPolaridad


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MAGNITUDES DE LAS FUERZAS

Tipo de fuerza Energía (kJ/mol)Dp-Dp 4 a 25Di- Di 0,08 a 42Di-Dp 0,08 a 8,4Puente de Hidrógeno 8 a 42Ión molécula 42 a 669Enlace iónico 603 a 1036

Factores que afectan la solubilidad1 NATURALEZA DE LAS SUSTANCIAS

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28

� El proceso de disolución puede interpretarseen términos de fuerzas eléctricas que operanentre las moléculas (compuestos covalentes) que ionizan y los iones (compuestos iónicos).

� Los disolventes difieren en cuanto a sucapacidad para reducir la atracción entre losiones (+) y los (-) del soluto.

Factores que afectan la solubilidad1 NATURALEZA DE LAS SUSTANCIASiii. Constante dieléctrica del disolvente (εεεε) (Longo.F. Química General Universitaria)


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La atracción de dos iones en el vacío a unadeterminada distancia se denomina F (fuerza de atracción), pero si hay otra sustancia (el disolvente) en el espacio que separa a estos iones, la F disminuye.

F = q1 * q2

ε r2

F: fuerza de atracción entre ionesq1 y q2 : cargas de los ionesr: distancia separación entre las cargas

ε : constante dieléctrica del disolvente

Factores que afectan la solubilidad1 NATURALEZA DE LAS SUSTANCIASiii. Constante dieléctrica del disolvente (ε)


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Correlación entre constante dieléctrica-polaridad

Por lo general:

Los líquidos polares tienen ε altas y loslíquidos con ε baja son no polares.

Factores que afectan la solubilidad1 NATURALEZA DE LAS SUSTANCIASiii. Constante dieléctrica del disolvente (ε)

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La temperatura de la disolución afecta la solubilidad de la mayoría de las sustancias.

�Como tendencia general si el proceso de disolución es:

�ENDOTÉRMICO: un aumento de temperatura favorece la solubilidad.

�EXOTÉRMICO: un aumento de temperaturadisminuye la solubilidad.

Factores que afectan la solubilidad2222 TEMPERATURA (sección 12.4, Química. Chang,R. 2003)


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Por lo general (HAY EXCEPCIONES!):

� Los sólidos presentan procesos de disolución endotérmicos .

� Los gases presentan procesos de disolución exotérmicos.

� En el caso de los líquidos esvariable.

� ver material de apoyo del folleto

Factores que afectan la solubilidad2 TEMPERATURA


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� La solubilidad aumenta al aumentar la temperatura (proceso de

disolución endotérmico)

Figura tomada del Chang,R.Química. Cap.12

Temperatura y solubilidad

En los sólidos, por lo general (HAY EXCEPCIONES!):

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3412.4

So

l ub

ilid

ad

Temperatura

Temperatura y solubilidad

En los líquidos, por lo general (HAY EXCEPCIONES!):

� La solubilidad disminuye al aumentar la temperatura (proceso de

disolución endotérmico)

Figura tomada del Chang,R.Química. Cap.12


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� La presión sólo afecta a sistemas gas-líquidos.

� La relación cuantitativa entre la solubilidad de los gases y la presión está dada por la ley de Henry.

Factores que afectan la solubilidad3 PRESION (sección 12.5, Quimica. Chang.R.2003)


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La ley de Henry establece que la solubilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión del gas en la disolución.

c = k Pc: concentración molar (mol/l) del gas disuelto o solubilidad

k: constante de proporcionalidadP: presión (en atm) del gas sobre la disolución

Factores que afectan la solubilidad3 PRESION

bajo P

bajo c

alto P

alto c

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Se clasifican por: (ver material de apoyo del Folleto)

� ESTADO DE AGREGACION:

� disoluciones sólidas, líquidas y gaseosas.� CONDUCTIVIDAD ELECTRICA:

� disoluciones electrolíticas (fuertes y débiles).

� disoluciones no electrolíticas. � CONCENTRACION:

� diluidas y concentradas.� Insaturada, saturada ó sobresaturada.

CLASIFICACION DE LAS DISOLUCIONES


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Clasificación de disoluciones

1 ESTADO DE AGREGACION:Está dado por lo general por el disolvente. Se pueden encontrar disoluciones sólidas, líquidas y gaseosas.

Na-K fundidoSólido Sólido

Líquida NaCl en agua, sirope, agua potable, éter-iodo

Sólido

Líquido Etanol en agua, gasolinaLíquido

Refrescos gaseososGas

Bronce (Cu-Sn), acero (Fe, C, Mn)Sólido

SólidoSólido

Ejemplos Estado de agregación

Aire puroGas

Aire húmedoLíquido Gas Gas

H2 gaseoso en Pd, Pt-O2Gas

amalgama (Hg-Ag)Líquido

Soluto Disolvente Disolución


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2 CONDUCTIVIDAD ELECTRICA :

� En disoluciones acuosas la conducción de la corriente eléctrica se da por la migración o movimiento de los iones presentes en la disolución.

� Si no existe la presencia de iones en disolución no se produce la conductividadeléctrica.

� La conductividad eléctrica de lasdisoluciones dependerá de presencia y de la libertad de movimiento de los iones.


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40

� Conforme aumenta la concentración de la disolución, la conductividad no necesariamente aumentará ya que: los ionespresentes tienden a unirse en pares iónicos o no pueden moverse libremente porimpedimento estérico.

� La presencia de un par iónico reduce el número de partículas en disolución.

� La migración neta disminuye al igual que la conductividad eléctrica (ver material de apoyo).

Clasificación de disoluciones2 Conductividad eléctrica


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La presencia de iones en una disolución electrolítica, se puede dar por los procesos de:

Disociación: compuestos iónicos (sales) que entrar en contacto con el agua se separa en sus ionesrespectivos.

Ej: NaCl(s) + H2O (l) ⇌ Na +(ac) + Cl -(ac)

Ionización: Compuestos covalentes (moléculas) queen disolución acuosa producen iones.

Ej: HCl(ac) + H2O(l) ⇌ Cl -(ac) + H3O+

(ac)



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Las disoluciones se clasifican en electrolíticasy no electrolíticas.

Disolución electrolítica: es aquella que poseeiones en disolución.

� Conducen la corriente eléctrica y se clasifican en fuertes y débiles, dependiendo de la cantidad de iones presentes en la disolución.


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Disolución electrolítica fuerte: Puede ser producto de la disociación de una sal o de la ionización de un compuesto covalente en sutotalidad.

� Las sales (se disocian).�Acidos y bases fuertes (se ionizan).�La intensidad eléctrica es fuerte.



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Disolución electrolítica débil: Se da en loscompuestos covalentes que no ionizan al 100% sino que lo hacen parcialmente.

� Acidos y bases débiles.� Algunos ejemplos: ácido acético, ácido

bórico, ácido sulfuroso, amoniaco, trimetilamina, hidroxilamina y metilaminaentre otros.

� La intensidad eléctrica es débil.



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Disoluciones no electrolíticas: Son disoluciones que no producen iones no conducen la corriente eléctrica.

La mayoría de los compuestos covalentes(moléculas) no producen iones en disolución. Ej: azúcares (ej: sacarosa, fructosa, glucosa), urea, los alcoholes, hidrocarburos, hemoglobina entre otros.


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O2, C12H22O11, N2, C6H6

Covalentes que no ionizan

Ninguna No electrolítica

RCOOH, NH3, R3N, HCN

Algunos covalentes que ionizan parcialmente

Poca Electrolítica débil

KCl,CuSO4,HCl, H2SO4, HNO3

Iónico, algunos covalentes que ionizan casi 100%

Mucha Electrolítica fuerte

EJEMPLOSTIPOS DE SOLUTO

CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA

DISOLUCION

Clasificación de disoluciones por conductividad eléctrica


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� El cuadro de constantes de acidez (folleto de práctica) le daráuna idea de los ácidos y bases fuertes y débiles.

� Los ácidos y bases fuertes son disoluciones electrólíticas fuertes (ej: HClO4, H2SO4, HI, HBr, HNO3, HCl son ácidos fuertes; NaOH, KOH, LiOH(hidróxidos de los grupos I y II) son bases fuertes.

� Los ácidos y bases débiles producen disoluciones electrolíticas débiles (ácidos débiles: H2SO3, H3PO4, HNO2, HF, H2CO3,HClO, HCN entre otros; los ácidos orgánicos como HCOOH, C6H5COOH, CH3COOH; las bases débiles NH3, HONH2, H2CNNH2)

Cómo determinar si un soluto formará una disolución electrolítica fuerte o débil ó una disolución no

electrolítica?


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Cómo determinar si un soluto formará una disolución electrolítica fuerte o débil ó una disolución no

electrolítica?

� Las sales (compuestos iónicos) en disolución acuosa producen disoluciones electrolíticas fuertes.

� Los haluros y cianuros provenientes de metales pesados producen disoluciones electrolíticas débiles, ej: PbI2.

� Ver figuras de conductividad eléctricas en el folleto

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49

3 CONCENTRACION:Es la cantidad de soluto presente en unacantidad dada de disolvente o de disolución.

Las disoluciones se pueden clasificarcomo:

� Diluídas y concentradas. En estaclasificación es necesario tener otradisolución para compararlas.

� Saturadas, insaturadas y sobresaturadas.



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Una disolución concentrada se puedeobtener a partir de :

� Un reactivo puro. � Una disolución diluída a la cual se le

adiciona más soluto o por evaporación del disolvente (siempre que no haya reacciónni que el soluto se evapore).

Clasificación de disoluciones3 Por concentración


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� Disolución saturada: Es aquella que tiene la máxima cantidad de soluto (en moles o número de partículas) disuelto en unacantidad dada de disolvente a unatemperatura específica.

� Disolución insaturada: Contiene menoscantidad de soluto (en moles o número de partículas) que la que es capaz de disolver.

� Disolución sobresaturada: Contiene mayor cantidad de soluto que la disoluciónsaturada.

� CURVAS DE SOLUBILIDAD� Ver material del folleto

Clasificación de disoluciones3 Por concentración

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52

� Disolución� Disolución acuosa� Disolver: Término que se aplica cuando un sólido se

solubiliza en un líquido.� Dilución: Procedimiento para preparar una disolución

menos concentrada a partir de otra másconcentrada.

� Alícuota: Muestra líquida obtenida de una totalidadmediante la técnica de medición de volúmenesutilizando para ello equipo con baja incertidumbre.

PREPARACIÓN DE DISOLUCIONESTerminología


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• Unidades de concentración:

� Porcentajes: en masa (%m/m), *en volumen (% /v),*masa-volumen (% m/v).

� *Molaridad: M� Molalidad: m� Fracción molar: X� Partes por millón: ppm

*cuando las unidades de concentración conllevanvolumen, dependen de la temperatura

FORMAS DE EXPRESAR LA CONCENTRACIÓN


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Las unidades de concentración quedependen de la temperatura son aquellasen la cual se involucra el volumen.

� El volumen de un cuerpo varía (se expandeo se contrae) con la temperatura, no así sumasa por lo que a menudo se utiliza ésta.

� La relación entre la masa y el volumen se da con la densidad, D = masa / volumen


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PorcentajesEn masa% m/m = masa de soluto (g) x 100 %

masa de disolución (g)

*En volumen% v/v = volumen de soluto (ml) x 100 %

volumen de disolución (ml)

*En masa- volumen% m/v = masa de soluto (g) x 100 %

volumen de disolución (ml)

* Depende de la temperatura


Masa disolución = masa soluto + masadisolvente


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*Molaridad (M)M = cantidad de materia soluto (mol)

volumen de disolución (l)Molalidad (m)m = cantidad de materia soluto (mol)

masa de disolvente (kg)Fracción molar (X)XA = cantidad de materia A (mol)

cantidad de materia total ** (mol)* Depende de la temperatura

** se refiere a la disolución



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Partes por millón: ppm

Hay dos formas para expresarlo:

ppm = masa de soluto (mg) masa disolución (kg)

ó*ppm = masa de soluto (mg)

volumen de disolución (l)* Depende de la temperatura** se refiere a la disolución


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