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Metrología

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by

Sarai Fuentes

on 2 March 2014

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METROLOGÍA

Partes por millón y partes por billón
A veces la composición se expresa en partes por millón (ppm) o partes por billón (ppb), que significan gramos de sustancia por un millón o mil millones de gramos de disolución o mezcla total. Dado que la densidad de una disolución acuosa diluida es próxima a 1,00 g/mL, de ordinario equiparamos 1 g de agua con 1 mL de agua.

Y por tanto:


ppm equivale a un µg/mL (= 1mg/L)

ppb a un ng/mL (= 1 µg/L)


Cuando nos referimos a gases, las ppm de ordinario se refieren a volumen en vez de a masa.
Ejemplo
Conversión de ppm en molaridad
Los alcanos normales son hidrocarburos de fórmula CnH(2n+2). Las plantas sintetizan selectivamente alcanos con un número impar de átomos de carbono. La figura 1.3 , muestra las concentraciones de alcanos en agua de lluvia en Hannover, Alemania. En el agua de lluvia en verano, abundan más los alcanos de número impar de carbonos. Este hecho implica que en verano los alcanos presentes en los aerosoles provienen principalmente de las plantas. En invierno, la concentración de alcanos disminuye, y no predominan los alcanos de número impar, de lo que se deduce que el origen de los alcanos en invierno no son las plantas, sino probablemente la actividad del hombre. La concentración de C29H60 (nonacosano) en el agua de lluvia en verano es 34 ppb. Hallar la molaridad del C29H60.
Disoluciones y estequiometría
Una solución (o disolución) es una mezcla de dos o más componentes, perfectamente homogénea ya que cada componente se mezcla íntimamente con el otro, de modo tal que pierden sus características individuales. Esto último significa que los constituyentes son indistinguibles y el conjunto se presenta en una sola fase (sólida, líquida o gas) bien definida.

Una solución que contiene agua como solvente se llama solución acuosa.
Características de las disoluciones:
I) Sus componentes no pueden separarse por métodos físicos simples como decantación, filtración, centrifugación, etc.
II) Sus componentes sólo pueden separase por destilación, cristalización, cromatografía.
III) Los componentes de una solución son soluto y solvente.
IV) En una disolución, tanto el soluto como el solvente interactúan a nivel de sus componentes más pequeños (moléculas, iones). Esto explica el carácter homogéneo de las soluciones y la imposibilidad de separar sus componentes por métodos mecánicos.

*Soluto es aquel componente que se encuentra en menor cantidad y es el que se disuelve.
*Solvente es aquel componente que se encuentra en mayor cantidad y es el medio que disuelve al soluto.

Mayor o menor concentración

Para saber exactamente la cantidad de soluto y de solvente de una disolución se utiliza una magnitud denominada concentración.
Dependiendo de su concentración, las disoluciones se clasifican en:

Diluidas:
si la cantidad de soluto respecto del solvente es pequeña. Ejemplo: una solución de 1 gramo de sal de mesa en 100 gramos de agua.
Concentradas:
si la proporción de soluto con respecto del solvente es grande. Ejemplo: una disolución de 25 gramos de sal de mesa en 100 gramos de agua.
Saturadas:
se dice que una disolución está saturada a una determinada temperatura cuando no admite más cantidad de soluto disuelto. Ejemplo: 36 gramos de sal de mesa en 100 gramos de agua a 20º C. Si intentamos disolver 38 gramos de sal en 100 gramos de agua, sólo se disolvería 36 gramos y los 2 gramos restantes permanecerán en el fondo del vaso sin disolverse.
Sobresaturadas:
disolución que contiene mayor cantidad de soluto que la permitida a una temperatura determinada. La sobresaturación se produce por enfriamientos rápidos o por descompresiones bruscas. Ejemplo: al sacar el corcho a una botella de refresco gaseoso.

Unidades físicas de concentración
Las unidades físicas de concentración están expresadas en función del peso y del volumen, en forma porcentual, y son las siguientes:
Porcentaje peso a peso (% P/P): indica el peso de soluto por cada 100 unidades de peso de la solución.
Porcentaje volumen a volumen (% V/V): se refiere al volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de la solución.
Porcentaje peso a volumen (% P/V): indica el número de gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solución.
Unidades químicas de concentración
Para expresar la concentración de las soluciones se usan también sistemas con unidades químicas, como son:
a)
Fracción molar
b)
Molaridad M
= (número de moles de soluto) / (1 litro de solución)
c)
Molalidad m
= (número de moles de soluto) / (1 kilo de solvente)

Fracción molar (Xi)
: se define como la relación entre los moles de un componente (ya sea solvente o soluto) de la solución y los moles totales presentes en la solución.
Ejercicio: Se tiene un litro de solución al 37%. ¿Cuántos litros de agua se tienen que agregar para que quede al 4%?
• Ejercicio: Se agregan 3 gramos de sal en una cacerola con 4 litros de agua ¿cuál es la concentración de sal?, o dicho de otra forma ¿cuál es la concentración de la solución?
• Ejercicio: ¿Cuál será la molaridad de una solución que contiene 64 g de Metanol (masa molar del metanol 32 gr/mol) en 500 ml de solución?
Molaridad (M)
Es el número de moles de soluto contenido en un litro de solución. Una solución 4 molar (4 M) es aquella que contiene cuatro moles de soluto por litro de solución.
Molalidad
En primer lugar debemos advertir que molalidad no es lo mismo que molaridad por lo cual debemos evitar confundirlas puesto que el nombre es muy parecido pero en realidad cambian mucho los cálculos, y es un grave error pero muy frecuente. En la molalidad relacionamos la molaridad del soluto con el que estamos trabajando con la masa del disolvente (en kg) que utilizamos.
La definición de molalidad es la siguiente:
Relación entre el número de moles de soluto por kilogramos de disolvente (m)

Solubilidad
En química, mide la capacidad de una sustancia para disolverse en un líquido. Es la facilidad con que un sólido puede mezclarse homogéneamente con el agua para proporcionar una solución química

Factores que determinan la solubilidad
Solubilidad en líquidos
Al elevar la temperatura aumenta la solubilidad del soluto gas en el líquido debido al aumento de choques entre moléculas contra la superficie del líquido. También ocurre lo mismo con la presión.
Solubilidad de líquidos en líquidos
Al aumentar la temperatura aumenta la solubilidad de líquidos en líquidos. En este caso la solubilidad no se ve afectada por la presión.
Solubilidad de sólidos en líquidos
la variación de solubilidad está relacionada con el calor absorbido o desprendido durante el proceso de disolución. Si durante el proceso de disolución se absorbe calor la solubilidad crece con el aumento de la temperatura, y por el contrario, si se desprende calor durante el proceso de disolución, la solubilidad disminuye con la elevación de temperatura. La presión no afecta a la solubilidad en este caso.
Preparación de disoluciones
El primer paso ser pesar la cantidad necesaria de soluto. Pero antes de pesar debemos asegurarnos que el marcador de la balanza marque cero. En caso contrario, se ajustará. Las sustancias a pesar nunca se echan directamente sobre los platillos, sino sobre papel de filtro o un vidrio de reloj, que deben encontrarse limpios y secos. Para sacar el sólido del recipiente que lo contiene utilizaremos una espátula perfectamente limpia y seca.

Una vez pesado se pone en un vaso de precipitados con la menor cantidad posible de agua destilada (enjuagar con agua destilada el vidrio de reloj echando este agua en el vaso). Se disuelve agitando con una varilla de vidrio y se vierte en el matraz aforado. Enjuagamos con agua destilada el vaso y echamos este agua al matraz aforado. Se añadirá agua con el frasco lavador hasta que el nivel haya subido casi hasta el cuello del matraz, pero no dentro del mismo. A continuación se agita de modo que el líquido se mezcle bien. Se sigue añadiendo agua hasta que falte como un centímetro, para la marca de enrase. Por último, con un gotero y gota a gota, el matraz se llena de agua destilada hasta el enrase. El enrase se considera bien realizado cuando el menisco que forma el líquido queda tangente, por encima, a la marca de enrase.
Preparación de una disolución de una molaridad deseada

El sulfato de cobre prehidratado, CuSO4 ∙ 5H2O, tiene cinco moles de H2O por cada mol de CuSO4 en el cristal solido. La masa formula del CuSO4 ∙ 5H2O (=CuSO9H10) es 249,69 g/mol (el sulfato cúprico sin agua de cristalización se dice anhídrido y tiene la formula CuSO4). ¿Cuántos gramos de CuSO4 ∙ 5H2O deben de disolverse en un matraz de 500 mL para preparar una disolución 8,00 mM de Cu2+?
Dilución
Las disoluciones se pueden preparar a partir de disoluciones concentradas. Para ello se transfiere un volumen o masa de la disolución concentrada a un matraz vacio y se diluye al volumen o masa final deseados (normalmente se trabaja en volúmenes) el numero de moles del reactivo en V litros que contienen M moles/litro M∙V= (mol/litro) x litro y han de ser tales que se igualen el numero de moles de la disolución concentrada y diluida.
Integrantes
1602249 DOMINGUEZ MARTINEZ HERNAN DARIO
1553503 LOPEZ VILLANUEVA DEBANHI MELISA
1601623 FUENTES JAIME SARAI
Gpo: 424
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