Grado de Biología – Prácticas de Química. Práctica 2-Pág. 1
PRÁCTICA 2: PREPARACIÓN DE DISOLUCIONES
1. OBJETIVO GENERAL
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Las disoluciones que vamos a utilizar en este curso práctico s...
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2. Si el compuesto se ha medido con pipeta o dosificador se pu...
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11. Se etiqueta la disolución indicando: nombre o fórmula del ...
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- ¿Cómo pesar el sulfato de cobre?
Los reactivos nunca deben p...
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El hidróxido sódico se encuentra en forma de “lentejas” y es d...
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Experimental:
Por tanto, medirá 5 mL de la disolución de CuSO4...
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  1. 1. Grado de Biología – Prácticas de Química. Práctica 2-Pág. 1 PRÁCTICA 2: PREPARACIÓN DE DISOLUCIONES 1. OBJETIVO GENERAL Con el objetivo de resaltar la importancia que las disoluciones tienen en el trabajo cotidiano de laboratorio, se pretende que los alumnos aprendan a preparar disoluciones “tipo”. 2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Al término de esta práctica los alumnos deberán haber aprendido a: 1. Expresar las concentraciones de las disoluciones en molaridad. 2. Dada la molaridad de una disolución, calcular la masa de soluto en un volumen dado, o el volumen de disolución que contiene una cantidad dada de soluto. 3. Transferir un producto sólido a un recipiente. 4. Trasvasar un producto líquido a otro recipiente. 5. Pesar un producto sólido. 6. Leer correctamente el volumen de un líquido. 7. Utilizar una pipeta. 8. Utilizar un matraz aforado. 9. Preparar una disolución de una concentración dada a partir del soluto en estado sólido y a partir de un líquido (por dilución). 3. INTRODUCCIÓN TEÓRICA Una disolución es una mezcla homogénea de las moléculas, átomos o iones de dos o más sustancias diferentes, que reciben el nombre de componentes de la disolución. La mayoría de las disoluciones que se utilizan contienen dos componentes, a uno de ellos se le llama disolvente y al otro soluto. En general, se llama disolvente al componente que no cambia de estado al realizarse la disolución, o al que se encuentra en mayor proporción y, se llama soluto a la sustancia minoritaria en una disolución o, en general, a la sustancia de interés. Las propiedades físicas y químicas de las disoluciones dependen de las cantidades relativas de soluto y disolvente presentes. Por otra parte, para disponer de la cantidad deseada de un producto que se encuentra en disolución, o para calcular la cantidad presente de una sustancia dada en una mezcla problema hace falta saber expresar la concentración de las disoluciones. En química, la concentración de una disolución es la proporción o relación que hay entre la cantidad de soluto y la cantidad de disolvente, donde el soluto es la sustancia que se disuelve, el disolvente la sustancia que disuelve al soluto, y la disolución es el resultado de la mezcla homogénea de las dos anteriores. A menor proporción de soluto disuelto en el disolvente, menos concentrada está la disolución, y a mayor proporción más concentrada es ésta. La concentración puede expresarse en masa-masa, masa-volumen y volumen-volumen.
  2. 2. Grado de Biología – Prácticas de Química. Práctica 2-Pág. 2 Las disoluciones que vamos a utilizar en este curso práctico serán disoluciones líquidas, en las que el disolvente va a ser el agua. La concentración de la disolución la vamos a expresar en términos de molaridad. La molaridad, o concentración molar, es el número de moles de soluto por cada litro de disolución. Se representa con la letra M y se expresa en mol/L. M = n / V (L) = moles de soluto / litros de disolución Preparación de disoluciones con material aforado Para preparar una disolución lo primero que debemos conocer es el volumen y la concentración que queremos preparar y, una vez conocidos, calcular la cantidad de soluto necesario. La forma en que se calcule y mida esta cantidad depende de si partimos de solutos: - Sólidos: basta pesar para obtener la cantidad que corresponda a los moles necesarios. - Líquidos: pueden ser líquidos puros o disoluciones de riqueza o molaridad conocida. a) Si el líquido de partida es puro podemos: 1. Pesar el líquido 2. Si conocemos la densidad, calcular el volumen correspondiente y medirlo con una pipeta u otro material calibrado b) Si partimos de una disolución del compuesto podemos: 1. Si conocemos la molaridad de la disolución, calcular el volumen necesario por una simple operación matemática 2. Si conocemos la densidad de la disolución y su riqueza (% del compuesto en la disolución), calcular el volumen correspondiente a los moles necesarios Además, debemos tener presente de qué instrumentos y utensilios se dispone en el laboratorio. Debemos disponer de: - Un matraz aforado del volumen que deseamos preparar (con el tapón adecuado) - Papel de aluminio, pesa-sustancias, vaso de precipitados, etc. y una espátula para pesar si el compuesto es sólido. - Un vial, vaso de precipitados, erlenmeyer, etc. para pesar en caso de que el compuesto sea líquido, o bien una pipeta, dosificador, bureta, etc. para medir un volumen. - Un vaso de precipitados (sólo disoluciones acuosas) o matraz erlenmeyer, varilla de vidrio o agitador magnético+barra magnética para disolver. - Un embudo cónico para trasvasar. - Un cuentagotas para enrasar. El procedimiento a seguir será el siguiente: 1. Se pesa o se mide el volumen del compuesto utilizando el recipiente más adecuado según la cantidad que se necesite. Observaciones: • Si se trata de un sólido apelotonado o en forma de cristales grandes, es mejor triturarlo antes de pesar. • Si se utiliza la pipeta para medir el volumen necesario, nunca se pipeteará directamente del frasco original (se depositará una cantidad adecuada en un recipiente limpio y seco y se pipeteará de él).
  3. 3. Grado de Biología – Prácticas de Química. Práctica 2-Pág. 3 2. Si el compuesto se ha medido con pipeta o dosificador se puede introducir la muestra directamente en el matraz aforado y se sigue a partir del punto 8. Precaución: si el compuesto es un líquido concentrado, hay que tener en cuenta su naturaleza química. Por ejemplo: si es un ácido concentrado, se debe añadir un poco de agua desionizada en el matraz aforado y después, el ácido. 3. Si el compuesto se ha pesado, se trasvasa al vaso de precipitados o erlenmeyer (si es necesario, ayudándose de una espátula o un cuentagotas). 4. Para arrastrar todo el compuesto que pueda quedar adherido al recipiente, se lava éste con pequeñas cantidades de disolvente (a partir de aquí, “agua desionizada”) y se vierte el lavado en el vaso. 5. Se disuelve el compuesto utilizando la mínima cantidad de agua desionizada posible. Durante este proceso se puede utilizar una varilla de vidrio o un agitador magnético para favorecer la disolución. Observación: En caso de disoluciones endotérmicas o exotérmicas, se homogeneiza y se deja reposar hasta que alcance la temperatura ambiente → no se podrá trasvasar al matraz aforado hasta que no esté a temperatura ambiente. 6. Se trasvasa la disolución cuidadosamente al matraz aforado. Para ello se puede hacer uso de un embudo, de una varilla de vidrio, o directamente desde el vaso de precipitados. 7. Se lava el vaso varias veces con pequeñas cantidades de agua desionizada y se vierten los lavados al matraz aforado por el mismo sistema usado en el apartado anterior (embudo, varilla o vaso directamente). De este modo la disolución se trasvasa cuantitativamente. 8. Se añade agua desionizada al matraz aforado hasta una zona cercana a la marca de enrase, pero sin llegar a ella. 9. Se tapa el aforado y se homogeneiza la disolución agitando varias veces. Se quita el tapón y se deja reposar para que las gotas del cuello del matraz resbalen hacia la disolución. 10. Se enrasa con agua desionizada hasta la marca del aforado. Para ello: • Se colocan los ojos a la misma altura que el nivel del líquido con el matraz apoyado sobre una superficie horizontal. • Se iguala el fondo cóncavo del menisco con la marca del matraz aforado con la ayuda de un cuentagotas y agua desionizada añadida gota a gota.
  4. 4. Grado de Biología – Prácticas de Química. Práctica 2-Pág. 4 11. Se etiqueta la disolución indicando: nombre o fórmula del compuesto, la concentración, el grupo de prácticas y el puesto de trabajo. En caso de tener que almacenarla, se añadirá la fecha de preparación así como los símbolos de peligrosidad. Observación: Si la sustancia o compuesto utilizado es un patrón primario, se obtiene así una disolución de concentración exactamente conocida. Si la sustancia no es patrón primario, se obtiene una disolución de concentración aproximada que habría que valorar con un patrón primario para estandarizarla. 4. MATERIAL Y REACTIVOS Material 2 matraces aforados de 100 mL 1 matraz aforado de 50 mL 1 pipeta de 5 mL 1 pipeta de 1 mL 2 vasos de precipitados de 50 mL 2 embudos cónicos 1 varilla de vidrio 1 cuentagotas de plástico 1 propipeta Frasco lavador Balanza Papel de pH Reactivos CuSO4 (s) NaOH (s) HCl conc (35% riqueza en peso y d=1,18 g/mL) Agua desionizada 5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 5.1. Preparación de disoluciones a partir de productos en estado sólido. (Cálculos y preparación) A) Preparación de 50 mL de disolución 0,10 M de sulfato de cobre (CuSO4·5H2O; Mr=249,68 g/mol) en agua. - ¿Qué masa de sulfato de cobre necesitaremos para preparar la disolución? Anteriormente vimos que la molaridad de una disolución se expresa como: M = n / V (L) = moles de soluto / litros de disolución A partir de esta ecuación podemos obtener los moles de sulfato de cobre que necesitamos, de la siguiente manera: 0,10 M = n CuSO4.5H2O/ 0,050 L ; n CuSO4.5H2O= 5*10-3 moles Una vez calculados los moles necesarios y sabiendo que el número de moles (n) se expresa como: n=masa de soluto (m) / masa relativa del soluto (Mr), despejando de esta ecuación obtendremos la masa exacta de sulfato de cobre que debemos pesar para preparar la disolución, de la siguiente manera: N CuSO4.5H2O = m CuSO4.5H2O / Mr CuSO4.5H2O m CuSO4.5H2O = 5*10-3 moles * 249,68 g/mol = 1,25 gramos
  5. 5. Grado de Biología – Prácticas de Química. Práctica 2-Pág. 5 - ¿Cómo pesar el sulfato de cobre? Los reactivos nunca deben ponerse en contacto directamente sobre el platillo de la balanza, ya que esto podría conducir tanto a su contaminación como al deterioro del plato de la balanza por corrosión. Para pesar cualquier tipo de reactivo hay que seguir las siguientes indicaciones: 1º) Tome el frasco del reactivo deseado y lea la etiqueta que indica el nombre del producto antes de usarlo. Asegúrese de que ha entendido los riesgos que conlleva su manipulación y tome las medidas de protección adecuadas (uso de guantes, vitrina, gafas, etc.) 2º) Ponga en la balanza un pesasustancias limpio, seco, tárelo y añada el reactivo a pesar hasta alcanzar el peso deseado. 3º) Anote la cantidad exacta del reactivo pesado. 4º) No retorne nunca el posible exceso de producto al bote original de reactivo, ya que podría contaminarlo. -¿Cómo preparar la disolución? Para preparar la disolución se utilizará un matraz aforado de 50 mL. En este tipo de matraces se ha medido su volumen, a una temperatura dada, y se ha señalado éste mediante una raya horizontal grabada. Antes de introducir el sólido pesado en el matraz aforado, se procede a su disolución previa con el disolvente (en esta práctica agua desionizada), en un vaso de precipitados y con ayuda de una varilla de vidrio o imán agitador se disuelve el soluto. Una vez realizada la disolución se lleva ésta al matraz. Se lava el vaso repetidas veces con agua desionizada, hasta asegurarse que todo el soluto ha sido transferido al matraz. Para ajustar el volumen de disolución, se añade agua destilada al matraz hasta el comienzo del cuello y luego con un cuentagotas se añade el resto de agua hasta que la tangente a la curvatura del menisco coincida con la línea de enrase grabada en el matraz (Figura 1). Figura 1. Ejemplo de matraz aforado enrasado. Finalmente, se tapa el matraz y se mezcla bien la disolución agitando e invirtiendo varias veces el matraz y se transfiere la disolución obtenida a un frasco limpio y seco. Nota: No tirar la disolución preparada ya que será utilizada posteriormente en el apartado 5.2.A. B) Preparación de 100 mL de disolución 0,10 M de hidróxido sódico (NaOH) en agua. (MrNaOH = 40 g/mol) La técnica de preparación de esta disolución es similar a la del apartado A. Realice los cálculos necesarios y prepare dicha disolución.
  6. 6. Grado de Biología – Prácticas de Química. Práctica 2-Pág. 6 El hidróxido sódico se encuentra en forma de “lentejas” y es difícil pesar, exactamente, el valor calculado; por tanto, se anotará el valor pesado y se recalculará la concentración de la disolución preparada. Hay que tener en cuenta que para conocer dicha concentración, de forma exacta, la disolución preparada se debería valorar siguiendo el procedimiento que se indica en la práctica 3. MEDIDA DEL pH de ESTA DISOLUCIÓN Tome un trocito de papel de pH. Introduzca la punta de una varilla de vidrio limpia y seca en la disolución a medir y moje el trozo de papel de pH. Anote de qué color se torna dicho papel y asegúrese de limpiar y secar bien la varilla de vidrio antes de introducirla en otras disoluciones, para evitar contaminarlas. RESIDUOS La disolución preparada se recoge en el recipiente marcado como Residuos de NaOH. Esta disolución será la que se valorará en la práctica 3. LIMPIEZA DEL MATERIAL El material utilizado para preparar esta disolución se limpiará con agua del grifo, no siendo necesario, en este caso, emplear detergente. Para eliminar los restos de cal del agua del grifo, se realizará un último lavado, empleando pequeñas porciones del agua contenida en los frascos lavadores (agua desionizada). 5.2. Preparación de disoluciones por dilución. Cuando el soluto se encuentra en estado líquido es más fácil medir el volumen que pesar la cantidad necesaria. Con objeto de que se acostumbre a manejar productos en estado líquido, vamos a aprender a obtener disoluciones de una determinada concentración a partir de disoluciones líquidas más concentradas del reactivo deseado, de las cuales conocemos: - Su densidad - Su porcentaje en peso de riqueza - Su molaridad Para medir volúmenes de líquidos se utilizan vasos, matraces, probetas, pipetas, buretas, etc, dependiendo de la precisión con la que se quiera medir y la exactitud con la que se quiera preparar una disolución. A) Preparación de 50 mL de disolución 0,01 M de CuSO4 a partir de la disolución 0,10 M de dicho producto previamente preparada en el apartado 5.1.A. Cálculos: Por definición de molaridad: 0,01 M = nº moles de CuSO4 / 0,050 L ; nº moles de CuSO4 = 0,01 mol/L * 0,050 L= 5*10-4 moles - ¿Qué volumen de la disolución de concentración 0,010 M contendrá 5*10-4 moles de CuSO4? 0,10 M = 5*10-4 moles de NaOH / V (L); V= 5*10-4 moles / 0,10 mol/L = 5*10-3 L = 5 mL
  7. 7. Grado de Biología – Prácticas de Química. Práctica 2-Pág. 7 Experimental: Por tanto, medirá 5 mL de la disolución de CuSO4 0,10 M con una pipeta limpia y seca y los pondrá en un matraz aforado de 50 mL limpio (no es necesario que esté seco) y enrasará con agua desionizada. RESIDUOS Todas las disoluciones del CuSO4 preparado se recogerán en un mismo recipiente. Al acabar el curso la disolución se deja evaporando y el CuSO4 vuelve a cristalizar, recuperándose, de este modo, todo el reactivo utilizado. LIMPIEZA DEL MATERIAL El material utilizado para preparar esta disolución se limpiará con agua del grifo, no siendo necesario, en este caso, emplear detergente. Para eliminar los restos de cal del agua del grifo, se realizará un último lavado, empleando pequeñas porciones del agua contenida en los frascos lavadores (agua desionizada). B) Preparación de 100 mL de disolución 0,10 M de ácido clorhídrico (HCl) a partir de un ácido clorhídrico comercial (MrHCl = 36,46 g/mol, d = 1,18 g/mL, 35% de riqueza) Cálculos: - ¿Qué volumen de HCl comercial tendremos que disolver en el agua correspondiente? Por definición de molaridad: 0,100 = nº de moles de HCl necesarios / 0,100 L nº de moles de HCl necesarios = 0,100 mol/L* 0,100 L = 0,010 moles, luego; mHCl = nHCl * MrHCl = 0,010 moles * 36,46 g/mol = 0,365 g de HCl Como el ácido clorhídrico comercial tiene tan sólo una riqueza del 35 % en peso tenemos que calcular la cantidad en peso que correspondería al 100%, de la siguiente manera: mHCl = 0,36511 g * 100/35 = 1,042 gramos de HCl Una vez calculada la masa, como el ácido clorhídrico es un líquido hemos de medir el volumen del reactivo comercial igual a: Volumen (V) = masa de reactivo (m) / densidad (d), por lo tanto; VHCl = 1,042 g /1,18 g/mL = 0,882 mL Experimental - ¿Cómo medir el ácido clorhídrico comercial necesario? Para medir volúmenes de líquidos se utilizan probetas, pipetas o buretas. En este caso vamos a emplear pipetas ya que miden volúmenes con mucha mayor precisión. 1. Tome una pipeta de 1 mL limpia y seca y proceda del modo siguiente: 2. No introduzca nunca la pipeta directamente en los frascos de reactivos. 3. Tome el frasco de ácido clorhídrico comercial y trasvase unos 3 mL a un vaso de precipitados limpio.
  8. 8. Grado de Biología – Prácticas de Química. Práctica 2-Pág. 8 4. Introduzca el extremo de la pipeta por debajo de la superficie de líquido y con ayuda de una pera de goma o de émbolo (NUNCA CON LA BOCA) succione 1 mL del reactivo e incline con cuidado la pipeta y rótela para que el líquido moje por entero las paredes interiores de la pipeta. Tome un vaso de precipitados y vierta en él los productos de desecho procedentes de los enjuagues realizados. 5. Vuelva a introducir la pipeta en el vaso donde se encuentra el reactivo y llénela ahora hasta por encima de la marca de calibrado y enrase correctamente la pipeta. 6. Sitúe la pipeta sobre el matraz aforado de 100 mL y vierta el líquido manteniendo el extremo de la pipeta contra la pared del matraz. 7. Enrase el matraz aforado con agua destilada de manera análoga al apartado 5.1.A (Figura 1). MEDIDA DEL pH de ESTA DISOLUCIÓN Tome un trocito de papel de pH. Introduzca la punta de una varilla de vidrio limpia y seca en la disolución a medir y moje el trozo de papel de pH. Anote de qué color se torna dicho papel y asegúrese de limpiar y secar bien la varilla de vidrio antes de introducirla en otras disoluciones, para evitar contaminarlas. RESIDUOS La disolución preparada se recoge en el recipiente marcado como Residuos de HCl. LIMPIEZA DEL MATERIAL El material utilizado para preparar esta disolución se limpiará con agua del grifo, no siendo necesario, en este caso, emplear detergente. Para eliminar los restos de cal del agua del grifo, se realizará un último lavado, empleando pequeñas porciones del agua contenida en los frascos lavadores (agua desionizada). 6. CUESTIONES 1. Calcule la concentración teórica de todas las disoluciones preparadas. 2. ¿Se puede pesar un producto sólido depositándolo directamente sobre el plato de la balanza? ¿Por qué? 3. ¿Se puede pipetear con la boca? Dé al menos dos razones. 4. ¿Cómo prepararía 100 mL de disolución 0,005 M de sulfato de cobre a partir del sólido? 5. ¿Qué volumen de la disolución de sulfato de cobre 0,005 M necesitaría tomar y diluir hasta 25 mL para obtener sulfato de cobre 0,0025 M? 6. ¿Debe volver los productos no usados al bote del correspondiente reactivo? Justifíquelo. 7. ¿Cómo diluirá un ácido o una base, agregando el producto sobre agua o al contrario? ¿Por qué? 7. BIBLIOGRAFÍA - R. Petrucci, W. Harwood, F. Herring .2003. Química General. Ed. Prentice Hall. - P. Atkins y L. Jones . 2006. Principios de Química: los caminos del descubrimiento. 3ª Ed. Ed Médica Panamericana.

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