Conceptos y Ejercicios Prácticos de Química: Soluciones, Concentraciones y Propiedades de las Sustancias

Preparación de Soluciones y Cálculo de Concentraciones

1. **¿Cómo prepararías ½ L de una mezcla homogénea de sacarosa en almidón al 15% en masa?**

• Calculamos la masa de sacarosa necesaria: 500,15 g * (15/100) = 75 g de sacarosa.
• Calculamos la masa de almidón necesaria: 500 g - 75 g = 425 g de almidón.
• Se deben pesar 75 g de sacarosa y 425 g de almidón, y mezclarlos hasta obtener una mezcla homogénea.

2. **Tenemos 0,5 L de disolución acuosa de glicerina al 20% en volumen. ¿Qué cantidad en cm³ de glicerina lleva la disolución?**

• Calculamos el volumen de glicerina: 500 ml * (20/100) = 100 ml de glicerina.
• La disolución contiene 100 ml, o 100 cm³, de glicerina.

3. **Se disuelven 12 g de paracetamol en 60 g de H₂O. Calcula la concentración en % en masa.**

• Calculamos la concentración en % en masa: (12 g / (12 g + 60 g)) * 100 = (12/72) * 100 = 16,67% en masa.

4. **¿Qué masa en g de NaCl tienes que pesar si quieres realizar 2 L de suero fisiológico (0,9% m/v)?**

• 0,9 g NaCl -- 100 ml
• x g NaCl -- 2000 ml (2 L)
• x = (0,9 g * 2000 ml) / 100 ml = 18 g NaCl.
• Se deben pesar 18 g de NaCl.

Cálculo de Moles y Molaridad

5. **¿Cuántos moles hay en 1 kg de glucosa (C₆H₁₂O₆)?**

• Masa molar de la glucosa: 180 g/mol.
• 1 kg = 1000 g.
• Número de moles: 1000 g / 180 g/mol = 5,56 mol.

6. **¿Cuántos moles hay en 200 g de ácido sulfúrico (H₂SO₄)?**

• Masa molar del ácido sulfúrico: 98 g/mol.
• Número de moles: 200 g / 98 g/mol = 2,04 mol.

7. **¿Cuántos moles hay en 100 g de ácido fosfórico (H₃PO₄)?**

• Masa molar del ácido fosfórico: 98 g/mol.
• Número de moles: 100 g / 98 g/mol = 1,02 mol.

8. **¿Cuántos moles de NaCl posee ½ L de solución acuosa 2 M?**

• 2 M significa 2 moles de NaCl en 1 L de solución.
• En ½ L habrá 1 mol de NaCl.

9. **¿Qué molaridad contiene una disolución de cloruro sódico en agua cuya concentración es de 9 g/L?**

• Masa molar del NaCl: 58,44 g/mol (aproximadamente 58,55 g/mol).
• Molaridad (M) = (9 g/L) / (58,55 g/mol) = 0,15 M.

Preparación de Disoluciones a Partir de Disoluciones Concentradas

10. **Indica cómo prepararías 250 ml de una disolución acuosa de NaOH al 3% (m/v) partiendo de una disolución comercial de NaOH con un 90% de riqueza.**

• a) Calculamos la masa de NaOH pura necesaria:
• 3 g NaOH -- 100 ml
• x g NaOH -- 250 ml
• x = (3 g * 250 ml) / 100 ml = 7,5 g NaOH pura.
• b) Calculamos la masa de NaOH comercial necesaria:
• 90 g NaOH pura -- 100 g NaOH comercial
• 7,5 g NaOH pura -- x g NaOH comercial
• x = (7,5 g * 100 g) / 90 g = 8,33 g NaOH comercial.
• Se deben pesar 8,33 g de NaOH comercial y disolverlos en agua hasta alcanzar un volumen final de 250 ml.

Concentración en Partes por Millón (ppm) y Diluciones

11. **La concentración de ion fluoruro en una pasta dentífrica comercial es de 15 ppm. ¿Qué concentración de ion fluoruro posee la pasta en mg/kg?**

• 1 ppm equivale a 1 mg/kg.
• Por lo tanto, la pasta dentífrica posee una concentración de 15 mg/kg de ion fluoruro.

12. **Si a 100 ml de suero salino fisiológico (SSF) le añado 200 ml de agua destilada, ¿qué dilución he efectuado?**

• Volumen inicial: 100 ml.
• Volumen final: 100 ml + 200 ml = 300 ml.
• Dilución: 100 ml / 300 ml = 1/3.
• Se ha efectuado una dilución 1/3.

13. **¿Qué concentración tendrá la disolución que acabo de efectuar si la concentración inicial del SSF es de 0,9% (m/v)?**

• Concentración final: 0,9% / 3 = 0,3% (m/v).

14. **¿Cómo preparamos 250 ml de disolución acuosa de NaOH 0,5 M partiendo de otra 3 M?**

• Aplicamos la fórmula V₁ * C₁ = V₂ * C₂, donde:
• V₁ = volumen de la disolución concentrada.
• C₁ = concentración de la disolución concentrada (3 M).
• V₂ = volumen de la disolución diluida (250 ml).
• C₂ = concentración de la disolución diluida (0,5 M).
• V₁ * 3 M = 250 ml * 0,5 M
• V₁ = (250 ml * 0,5 M) / 3 M = 41,67 ml.
• Se deben tomar 41,67 ml de la disolución 3 M y enrasar hasta 250 ml con agua destilada.

Formas de Expresar la Concentración y Número de Avogadro

15. **Cita 5 formas de expresar la concentración de una disolución.**

• % en masa (% m/m).
• % en volumen (% v/v).
• % masa/volumen (% m/v).
• Molaridad (M).
• Partes por millón (ppm).

16. **¿A cuántas unidades elementales equivale el número de Avogadro (1 mol)?**

• 1 mol equivale a 6,022 * 10²³ unidades elementales.

17. **En un litro de disolución acuosa 3 M de acetilcisteína, ¿cuántas moléculas hay de acetilcisteína?**

• 3 M significa 3 moles de acetilcisteína en 1 L de solución.
• Número de moléculas: 3 mol * 6,022 * 10²³ moléculas/mol = 18,066 * 10²³ moléculas.

18. **Si tengo en un matraz ½ L de disolución 0,5 M de paracetamol en agua, ¿cuántos moles de paracetamol tengo en el matraz?**

• 0,5 M significa 0,5 moles de paracetamol en 1 L de solución.
• En ½ L habrá 0,25 moles de paracetamol.

Clasificación de Sustancias y Mezclas

19. **Completa los espacios en blanco:**

Mezcla

• Homogénea
• Heterogénea

Sustancia Pura

• Compuesto
• Elemento

Dibujos y su clasificación:

• Sustancia pura: Elemento molecular.
• Sustancia pura: Compuesto cristalino.
• Sustancia pura: Elemento molecular.
• Sustancia pura: Cristal atómico.
• Mezcla heterogénea.
• Sustancia pura: Elemento atómico.
• Mezcla heterogénea.

20. **Clasifica las siguientes sustancias:**

• He: Sustancia pura, elemento atómico.
• H₂SO₄: Sustancia pura, compuesto molecular.
• Agua de mar: Mezcla homogénea.
• O₂: Sustancia pura, elemento molecular.
• Granito: Mezcla heterogénea.
• Amalgama dental: Mezcla homogénea.
• Agua pura: Sustancia pura, compuesto molecular.

Mezclas Homogéneas y Cromatografía

Mezclas homogéneas: Son aquellas en las que no se diferencian sus componentes a simple vista y se pueden separar mediante métodos físicos. Presentan un aspecto uniforme y no existe sedimentación de partículas sólidas al estar en reposo.

Cromatografía: Engloba un conjunto de técnicas de análisis que se emplean para separar los componentes de una mezcla según su distribución entre una **fase fija** y una **fase móvil**.

• Fase móvil o eluyente: Consiste en un fluido (gas o líquido) que arrastra la muestra, cuyos componentes queremos separar, a través de una fase fija.
• Fase fija o estacionaria: Es una sustancia sólida o líquida que retiene en distinta proporción cada componente de la muestra. Puede ir empaquetada en una columna o extendida en una placa.

Liofilización y Cambios de Estado

La liofilización es una técnica de desecación de un sólido que contiene un disolvente, generalmente agua, que es congelada y más tarde eliminada por **sublimación** a través de un sistema de vacío.

• Sólido a líquido: **Fusión**.
• Líquido a sólido: **Solidificación**.
• Líquido a gas: **Vaporización** (en la superficie del líquido) o **Ebullición** (en toda la masa del líquido). En el texto original se menciona erróneamente 'condensación' que es el proceso inverso.
• Gas a sólido: **Sublimación inversa** o **Deposición**.
• Sólido a gas: **Sublimación**.

La liofilización se realiza a baja temperatura y presión reducida. Permite la conservación del sólido con sus características originales sin transformarlo. El producto resultante es un polvo liofilizado poroso. El polvo liofilizado debe ser reconstituido con un líquido, generalmente agua, en el momento de su utilización.

Determinación de Propiedades Físicas

Determinación del punto de fusión: La temperatura de licuefacción de una sustancia es el punto de fusión y se define como la temperatura a la que una sustancia se licúa (pasa de estado sólido a líquido a 760 mm de Hg).

Determinación del punto de ebullición: Se define como la temperatura a la que hierve el líquido cuando la presión exterior es 1 atmósfera.

Determinación del punto de solidificación: Es un proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia de líquido a sólido por una disminución de la temperatura. Es inverso a la fusión.

Punto de fusión o congelación de un líquido: Se define como la temperatura a la que un líquido sometido a una presión determinada se transforma en sólido.

Determinación del índice de refracción: Es el cociente entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de la luz al atravesar una sustancia. Cuando un rayo de luz atraviesa oblicuamente desde un medio a otro de diferente densidad, cambia su dirección al traspasar la superficie de separación entre ambos medios. Este fenómeno se llama **refracción**.

Tipos de Cromatografía

Cromatografía en columna: Sirve para separar cantidades de materia superiores a 100 mg.

Cromatografía de gases: Se emplea con sustancias volátiles cuyo punto de ebullición es inferior a 400 ºC.

Cromatografía de capa fina: La fase estacionaria está compuesta por una sustancia adherida a un soporte en forma de capa muy fina. El soporte empleado puede ser vidrio, plástico o metal.

Cromatografía en papel:

• Fase móvil: Suele ser una mezcla de disolventes. Dependiendo de las sustancias a separar, la más empleada es una mezcla de alcohol etílico y agua.
• Fase fija: Se emplea papel de filtro.

Destilación

Destilación: Es el proceso físico utilizado para separar los componentes líquidos de una mezcla homogénea en función de sus distintos puntos de ebullición.

• Destilación simple: Se emplea cuando la diferencia entre los puntos de ebullición de los componentes es grande.
• Destilación fraccionada: Se emplea cuando la diferencia entre los puntos de ebullición de los líquidos a separar es muy pequeña y no se puede realizar la destilación simple.
• Destilación al vacío: Permite destilar líquidos a temperaturas más bajas que en la destilación simple y fraccionada.

Desecación, Electroforesis, Higroscopicidad y Viscosidad

Desecación: Es la pérdida de líquido de una sustancia por aporte de calor. Este proceso se aplica a sólidos que retienen cantidades variables de líquido, casi siempre agua, y es un procedimiento muy utilizado en la industria alimenticia y farmacéutica.

Electroforesis: Es una técnica que permite separar las sustancias presentes en una mezcla en función de su carga eléctrica y su movilidad.

Sólidos higroscópicos: Presentan gran capacidad para retener el agua de la atmósfera en que se encuentran.

Viscosidad: Es la medida de la resistencia que opone un sistema a fluir bajo una fuerza aplicada. Se puede expresar mediante la ecuación: F/S = η * dv/dr, donde F es la fuerza aplicada, S es la superficie, η es el coeficiente de viscosidad, dv es la diferencia de velocidad y dr es la distancia.

Densidad: Es el resultado de la división entre la masa y el volumen que ocupa una sustancia (ρ = m/v). La densidad de una sustancia obtenida al dividir su masa entre el volumen que ocupa se llama **densidad absoluta**. Si relacionamos la densidad absoluta de una sustancia con la de otra sustancia que tomamos como referencia, obtenemos la **densidad relativa**. ρ_r(x) = densidad absoluta de x / densidad del agua (4 ºC, 1 atmósfera).