Determinar la composición porcentual de masa en una solución acuosa

General Chemistry

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Overview

Fuente: Laboratorio de Dr. Neal Abrams — Universidad de SUNY de la ciencia ambiental y silvicultura

Determinar la composición de una solución es una importante técnica analítica y forense. Cuando las soluciones se hacen con agua, se refieren a como ser acuosa o con agua. El componente principal de una solución se denomina disolvente, y el componente menor disuelto se llama soluto. El soluto se disuelve en el solvente para hacer una solución. El agua es el solvente más común en la vida diaria, así como casi todos los sistemas biológicos. En los laboratorios de química, el disolvente puede ser otro líquido, como acetona, éter o un alcohol. El soluto puede ser un líquido o un sólido, pero este experimento sólo addressesthe determinación de sólidos.

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JoVE Science Education Database. Fundamentos de química general. Determinar la composición porcentual de masa en una solución acuosa. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Principles

Cuando un soluto se disuelve en un solvente, la masa de la solución resultante es una suma de la masa de soluto y el solvente. Esto sigue la ley de conservación de la masa:

Equation 1

Esto difiere de la adición de volúmenes, que es notadditive, ya que las moléculas del soluto encajan en espacios abiertos entre las moléculas del disolvente y mantiene el volumen total más bajo de lo esperado. Determinación de por ciento por la masa es una técnica simple e importante para el análisis de maquillaje de la solución. Por definición, un porcentaje es un valor fraccionario, sin unidades de un componente en comparación con el conjunto. En este caso, el porcentaje en masa puede ser representado matemáticamente como:

Equation 2

Aunque por ciento por la masa es menos de la unidad, este valor se representa a veces con las unidades (w/w) para transmitir que la comparación es por masa (peso) solamente y no por volumen. Por ciento de los volúmenes se indica como peso por volumen (w/v) o por volumen (v/v). En los cálculos de peso, es importante tener en cuenta que el denominador es la masa de la solución, no el solvente. Mientras que el porcentaje en masa se utiliza para determinar la concentración de la solución, por ciento por el mole se utiliza normalmente para calcular el porcentaje de anelement o grupo en una molécula. Es difícil calcular por ciento por el topo en una solución, ya que el total moles de soluto y disolvente tendría que ser conocido. Si se conocen esos valores, el cálculo global sería irrelevante.

En algunos casos, obtener la masa del solvente o de soluto individualmente puede ser difícil o poco práctico. En estos casos, la densidad de una solución puede utilizarse para determinar la masa por ciento primer produciendo una curva de calibración de soluciones con las composiciones conocidas. Esto requiere primero el siguiente que se conoce: la identidad de la gama razonable anda soluto de concentración de la solución. Métodos analíticos más complejos se requiere más de un soluto está presente en la solución. Por ejemplo, precipitación selectiva o intercambio iónico podría utilizarse para analizar de un soluto de interés. Solo soluciones soluto, suficiente material debe estar disponible para crear una serie de soluciones de concentración conocida. Dos por ciento por métodos de masa se demuestran aquí.

Procedure

1. por ciento en masa - directo

  1. Coloque un pequeño volumen de una solución en un plato limpio y secado al horno de la taza o cristalización.
  2. Después de determinar con precisión el peso total exacto de la solución, calentar el vaso o el plato sobre una placa o en un horno para eliminar el agua. Evaporación lenta es el mejor método, como punto de ebullición puede resultar en salpicaduras de la solución.
  3. Una vez que el solvente se haya evaporado, enfriar el resto sólido (soluto) y determinar la masa.
  4. Calcular el porcentaje total como:
    Equation 3

2. porcentaje por masa - usando una curva de calibración

  1. Realizar una serie de soluciones patrón disolviendo cantidades conocidas de soluto en un solvente. Cinco normas se recomiendan y deben estar comprendida entre el mínimo a las composiciones por ciento esperadas máximo.
    1. Si se conoce el valor aproximado, producen una serie de soluciones que van desde 0% a través de la máxima solubilidad del soluto en agua. Tablas de referencia están disponibles para indicar la solubilidad máxima para muchos sólidos en agua en una variedad de rangos de temperatura.
    2. Por ejemplo, para producir una solución de cloruro de sodio (NaCl) 35% (w/w), agregue 35 g a un matraz, luego agregue 65 g (o 65 mL, volumen puede utilizarse también cuando medir agua puro desde la densidad se sabe que es 1.0 g/mL a temperatura ambiente) de agua y mezcle la solución hasta que el sólido se disuelva. Porque la masa es aditivo, esto sería lo mismo que agregar agua suficiente para la total solución tiene una masa de 100 g.
  2. Después de medir la masa de un volumen preciso de cada una de las soluciones estándar, calcular la densidad como:

Equation 4
3. Análisis de los datos

  1. Trazar los valores de densidad contra el porcentaje en masa de las soluciones patrón y determinar la pendiente de la línea. Esta vertiente corresponde a la densidad vs % masa de la solución, ajuste una ecuación lineal, y = mx + b (figura 1).
  2. Obtener la masa del volumen específico de soluciones para calcular la densidad de la solución de la muestra desconocida. Ahora que se conoce la pendiente de la línea, determinar el porcentaje en masa de soluto resolviendo para "x" usando la densidad medida y pendiente de la curva de calibración.

Determinar y comprender la composición de una solución es fundamental en una amplia gama de técnicas de química. Una solución es una mezcla homogénea, compuesta de una sustancia disuelta en un líquido. La sustancia disuelta se denomina soluto y el líquido a granel se llama solvente. Soluciones pueden ser descritas de varias maneras: primero, por el tipo de solvente usado para disolver el soluto. Soluciones acuosas utilizan agua como solvente. Se utilizan disolventes orgánicos, como cloroformo, acetonitrilo, acetona, soluciones orgánicas, dependiendo de las propiedades del soluto.

Soluciones también se describen por la cantidad de soluto disuelto en un volumen determinado de solvente y la concentración. Para obtener más información, ver vídeo de la colección "Soluciones y concentraciones".

Una forma puede calcularse la concentración de la solución se basa en la masa de cada componente de la solución, denominada masa por ciento. Este video se introduce el porcentaje total de soluciones y demostrar cómo determinar el valor en el laboratorio.

La cantidad de soluto en el disolvente se puede expresar en un número de maneras. En primer lugar, masa % se calcula como la masa de soluto dividida por la masa total de la solución. Por ciento de la masa se escribe como porcentaje peso/peso, como que a veces se conoce como por ciento del peso. Sin embargo, el porcentaje total del término es generalmente considerado como correcta.

La cantidad de soluto en una solución también puede expresarse en términos de por ciento masa en volumen, de uso general en biología y se calcula como la masa total del soluto dividido por el volumen de la solución. Esta unidad no es un cierto porcentaje, ya que no es una cantidad adimensional. Del mismo modo, por ciento de volumen también se utiliza, donde el volumen del soluto es dividido por el volumen total de la solución.

Por ciento de la masa difiere por ciento del volumen, como masa única es una cantidad aditiva. La masa de la solución es la suma de los componentes. Volumen, por otra parte, no siempre es aditivo, como las moléculas del soluto se ajusta a espacios abiertos entre las moléculas de disolvente, lo que resulta en menos volumen de lo esperado.

Pueden utilizarse varios métodos simples para determinar el porcentaje de masa de una solución en el laboratorio. En primer lugar, el método directo requiere la masa total de solución de grabación y luego de evaporación de solvente. El sólido izquierda detrás es el soluto, que es pesado y permite calcular masa por ciento.

Densidad puede utilizarse también para determinar el porcentaje total de una concentración desconocida. En primer lugar, se prepara una serie de soluciones estándar, con una gama de cantidades de soluto. Seleccionar las normas que van en la concentración de ningún soluto a la solubilidad máxima del soluto. La densidad entonces se calcula para cada estándar y comparada con la de la muestra. Ahora que los conceptos básicos de cálculos de masa por ciento han sido descritos, permite echar un vistazo por ciento masa calcular utilizando el método directo y el método de densidad en el laboratorio.

En primer lugar, pesan un plato vaso o cristalización limpio y secado al horno y registrar la masa.

Coloque un pequeño volumen de la solución en el recipiente y pesar exactamente la solución y el plato. Reste el peso del plato y registrar la masa de la solución.

A continuación, coloque el plato sobre una placa o en un horno para eliminar el agua. Evaporación lenta es ideal como punto de ebullición puede resultar en salpicaduras de la solución y la pérdida de soluto. Una vez que el solvente se haya evaporado, enfriar el sólido restante, que es el soluto. Determinar con precisión la masa. Calcular el porcentaje de la masa dividiendo la masa del soluto después de la evaporación por la masa de la solución inicial.

En primer lugar, preparar cinco normas, con composiciones porcentuales desde el mínimo hasta el máximo de la esperada composición porcentaje desconocido. No exceda la solubilidad del sistema. Calcular la cantidad de soluto y de solvente necesarios para preparar las composiciones por ciento.

Pesar el soluto y luego disolverla en el peso específico de solvente.

A continuación, medir la masa de un volumen preciso de cada solución estándar. Luego calcular la densidad de cada solución. Hacer lo mismo con la solución desconocida. Ver vídeo de la colección en densidad para obtener más información.

Representar los valores de densidad de las soluciones estándar contra los porcentajes de masa. En este ejemplo, un conjunto de normas de cloruro de sodio fue preparado con masa por ciento composiciones que van desde 5-25% de soluto en solución. Después de trazar los datos, aplicar una línea de tendencia lineal y determinar la ecuación, donde y es densidad y x es la composición porcentual de masa. Utilizar la densidad de la solución desconocida, en este caso 1,053 g/mL, para determinar su masa por ciento. Resolviendo para x, se encontró que 7,4%.

Ahora que has visto los conceptos básicos de determinar el porcentaje de masa de soluciones acuosas, permite echar un vistazo a algunos casos donde la concentración de una solución debe ser conocida.

Soluciones tampón se utilizan en muchos experimentos de laboratorio, especialmente en aplicaciones biológicas. Soluciones contienen una concentración específica de ácidos débiles disueltos o sus conjugados, permitiéndole mantener y resistir cambios de pH y base. A menudo, almacenadores intermediarios se preparan con una mezcla de muchas sales, los grupos fosfato que mantienen un pH constante en el rango de 7,2 – 7,6 incluidos.

Por ciento de la masa también se utiliza para separar mezclas complejas, como con este ejemplo de un gradiente de densidad. Para esto, soluciones con una gama de masa por ciento son preparadas y entonces capas secuencialmente de alto porcentaje masa a baja masa por ciento. Esto crea un gradiente de densidad en el tubo. La muestra es entonces cargada en la parte superior del gradiente y se centrifugó. Los componentes de la mezcla entonces se separan en base a cuánto viajan por el tubo.

Comprensión por ciento masa no sólo es crítico para aplicaciones de la química, sino también al medio ambiente. Contenido de humedad del suelo es importante para entender con el fin de identificar las condiciones ambientales que influyen en los ecosistemas. Contenido de humedad del suelo es una masa por ciento que describe la cantidad de agua en el suelo. Contenido de humedad se encuentra fácilmente por el peso del suelo húmedo, el suelo de la desecación en un horno y pesajes.

Sólo ha visto la introducción de Zeus para determinar el porcentaje de masa de una solución acuosa. Ahora debe comprender la importancia de la masa por ciento, su uso en el laboratorio y cómo determinar en una solución acuosa.

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Results

Utilizando el ejemplo que se muestra en la figura 1, un conjunto de normas de cloruro de sodio fue preparado con masa por ciento composiciones de 5.000%, 10.00%, 15,00%, 20,00% y 25,00% de soluto en solución. Las densidades medidas fueron 1.025, 1.042, 1.060, 1.070 y 1,090 g/mL, respectivamente. Después de trazar estos datos, se aplica una línea de tendencia lineal, ajuste de la ecuación de y = 3.446 x 10-3x + 1.0048, donde y es la densidad y x es la composición porcentual de masa.

A continuación, el volumen de 10,00 g de solución con composición desconocida por ciento es medido y determinado que mL 9,497. Dividiendo la masa por el volumen, la densidad se calcula entonces como 1,053 g/mL. Insertar el valor de densidad en la ecuación lineal, el porcentaje de masa se determina como x:

Equation 5

Equation 6

Figure 1
Figura 1. Densidad de la solución acuosa de cloruro de sodio en función de la composición porcentual en masa.

Applications and Summary

El porcentaje de azúcar en soda, fácilmente podría ser determinedusing el principio de la composición porcentual de masa. El procedimiento para hacer este experimento sería medir la masa y el volumen de Sosa desgasificada (sin burbujas) y para calcular la densidad de la solución. Necesario crear una curva de calibración de densidad vs % en masa de varios solutionswould estándar de sacarosa (azúcar), y luego esa calibración podría utilizarse para resolver para el porcentaje de sacarosa en la soda. Una suposición es que la sacarosa es el principal contribuyente a un cambio en la densidad de la soda, que es el caso de sosa no libre de azúcar.

Agua de mar se compone de varias diversas sales disueltas en el agua; por ejemplo, NaCl, MgCl2y NaBr2. Aunque sería difícil determinar la masa por ciento mediante una curva de calibración, evaporación proporciona una solución simple al problema. Al tomar una masa conocida de agua de mar y lo de evaporación, la masa se puede determinar por la cantidad de soluto restante después de que el solvente se evapora. Entonces, la masa de soluto debe dividirse por la masa total de la solución original para calcular el porcentaje de masa de sales (sólidos disueltos) en agua de mar.

Hay una gran variedad de compuestos iónicos que tienen las moléculas de agua y se conocen como hidratos. El número de moléculas de agua en un compuesto se puede determinar por la composición porcentual. Por ejemplo, cloruro de cobalto (II) es normalmente azul, pero se vuelve rosa cuando está hidratado. Si 5.0 gramos de hidrato del cloruro de cobalto rosado (II) se calienta hasta el punto se vuelve azul, entonces la masa final del azul sólido se registra como 2,73. La diferencia, 2,27 g, corresponde a la masa de agua que estaba en el 5 g de sólido hidratado. La muestra original fue agua de 45.4% en masa. Mediante la conversión de valores de masa a moles, se puede calcular que 0,02101 moles de cloruro de cobalto (129.93 g/mol) y 0,126 moles de agua (18 g/mol) están presentes. Dividiendo entre el valor más pequeño, se puede determinar que existen 6 moles de agua por cada un mol de cloruro de cobalto.

1. por ciento en masa - directo

  1. Coloque un pequeño volumen de una solución en un plato limpio y secado al horno de la taza o cristalización.
  2. Después de determinar con precisión el peso total exacto de la solución, calentar el vaso o el plato sobre una placa o en un horno para eliminar el agua. Evaporación lenta es el mejor método, como punto de ebullición puede resultar en salpicaduras de la solución.
  3. Una vez que el solvente se haya evaporado, enfriar el resto sólido (soluto) y determinar la masa.
  4. Calcular el porcentaje total como:
    Equation 3

2. porcentaje por masa - usando una curva de calibración

  1. Realizar una serie de soluciones patrón disolviendo cantidades conocidas de soluto en un solvente. Cinco normas se recomiendan y deben estar comprendida entre el mínimo a las composiciones por ciento esperadas máximo.
    1. Si se conoce el valor aproximado, producen una serie de soluciones que van desde 0% a través de la máxima solubilidad del soluto en agua. Tablas de referencia están disponibles para indicar la solubilidad máxima para muchos sólidos en agua en una variedad de rangos de temperatura.
    2. Por ejemplo, para producir una solución de cloruro de sodio (NaCl) 35% (w/w), agregue 35 g a un matraz, luego agregue 65 g (o 65 mL, volumen puede utilizarse también cuando medir agua puro desde la densidad se sabe que es 1.0 g/mL a temperatura ambiente) de agua y mezcle la solución hasta que el sólido se disuelva. Porque la masa es aditivo, esto sería lo mismo que agregar agua suficiente para la total solución tiene una masa de 100 g.
  2. Después de medir la masa de un volumen preciso de cada una de las soluciones estándar, calcular la densidad como:

Equation 4
3. Análisis de los datos

  1. Trazar los valores de densidad contra el porcentaje en masa de las soluciones patrón y determinar la pendiente de la línea. Esta vertiente corresponde a la densidad vs % masa de la solución, ajuste una ecuación lineal, y = mx + b (figura 1).
  2. Obtener la masa del volumen específico de soluciones para calcular la densidad de la solución de la muestra desconocida. Ahora que se conoce la pendiente de la línea, determinar el porcentaje en masa de soluto resolviendo para "x" usando la densidad medida y pendiente de la curva de calibración.

Determinar y comprender la composición de una solución es fundamental en una amplia gama de técnicas de química. Una solución es una mezcla homogénea, compuesta de una sustancia disuelta en un líquido. La sustancia disuelta se denomina soluto y el líquido a granel se llama solvente. Soluciones pueden ser descritas de varias maneras: primero, por el tipo de solvente usado para disolver el soluto. Soluciones acuosas utilizan agua como solvente. Se utilizan disolventes orgánicos, como cloroformo, acetonitrilo, acetona, soluciones orgánicas, dependiendo de las propiedades del soluto.

Soluciones también se describen por la cantidad de soluto disuelto en un volumen determinado de solvente y la concentración. Para obtener más información, ver vídeo de la colección "Soluciones y concentraciones".

Una forma puede calcularse la concentración de la solución se basa en la masa de cada componente de la solución, denominada masa por ciento. Este video se introduce el porcentaje total de soluciones y demostrar cómo determinar el valor en el laboratorio.

La cantidad de soluto en el disolvente se puede expresar en un número de maneras. En primer lugar, masa % se calcula como la masa de soluto dividida por la masa total de la solución. Por ciento de la masa se escribe como porcentaje peso/peso, como que a veces se conoce como por ciento del peso. Sin embargo, el porcentaje total del término es generalmente considerado como correcta.

La cantidad de soluto en una solución también puede expresarse en términos de por ciento masa en volumen, de uso general en biología y se calcula como la masa total del soluto dividido por el volumen de la solución. Esta unidad no es un cierto porcentaje, ya que no es una cantidad adimensional. Del mismo modo, por ciento de volumen también se utiliza, donde el volumen del soluto es dividido por el volumen total de la solución.

Por ciento de la masa difiere por ciento del volumen, como masa única es una cantidad aditiva. La masa de la solución es la suma de los componentes. Volumen, por otra parte, no siempre es aditivo, como las moléculas del soluto se ajusta a espacios abiertos entre las moléculas de disolvente, lo que resulta en menos volumen de lo esperado.

Pueden utilizarse varios métodos simples para determinar el porcentaje de masa de una solución en el laboratorio. En primer lugar, el método directo requiere la masa total de solución de grabación y luego de evaporación de solvente. El sólido izquierda detrás es el soluto, que es pesado y permite calcular masa por ciento.

Densidad puede utilizarse también para determinar el porcentaje total de una concentración desconocida. En primer lugar, se prepara una serie de soluciones estándar, con una gama de cantidades de soluto. Seleccionar las normas que van en la concentración de ningún soluto a la solubilidad máxima del soluto. La densidad entonces se calcula para cada estándar y comparada con la de la muestra. Ahora que los conceptos básicos de cálculos de masa por ciento han sido descritos, permite echar un vistazo por ciento masa calcular utilizando el método directo y el método de densidad en el laboratorio.

En primer lugar, pesan un plato vaso o cristalización limpio y secado al horno y registrar la masa.

Coloque un pequeño volumen de la solución en el recipiente y pesar exactamente la solución y el plato. Reste el peso del plato y registrar la masa de la solución.

A continuación, coloque el plato sobre una placa o en un horno para eliminar el agua. Evaporación lenta es ideal como punto de ebullición puede resultar en salpicaduras de la solución y la pérdida de soluto. Una vez que el solvente se haya evaporado, enfriar el sólido restante, que es el soluto. Determinar con precisión la masa. Calcular el porcentaje de la masa dividiendo la masa del soluto después de la evaporación por la masa de la solución inicial.

En primer lugar, preparar cinco normas, con composiciones porcentuales desde el mínimo hasta el máximo de la esperada composición porcentaje desconocido. No exceda la solubilidad del sistema. Calcular la cantidad de soluto y de solvente necesarios para preparar las composiciones por ciento.

Pesar el soluto y luego disolverla en el peso específico de solvente.

A continuación, medir la masa de un volumen preciso de cada solución estándar. Luego calcular la densidad de cada solución. Hacer lo mismo con la solución desconocida. Ver vídeo de la colección en densidad para obtener más información.

Representar los valores de densidad de las soluciones estándar contra los porcentajes de masa. En este ejemplo, un conjunto de normas de cloruro de sodio fue preparado con masa por ciento composiciones que van desde 5-25% de soluto en solución. Después de trazar los datos, aplicar una línea de tendencia lineal y determinar la ecuación, donde y es densidad y x es la composición porcentual de masa. Utilizar la densidad de la solución desconocida, en este caso 1,053 g/mL, para determinar su masa por ciento. Resolviendo para x, se encontró que 7,4%.

Ahora que has visto los conceptos básicos de determinar el porcentaje de masa de soluciones acuosas, permite echar un vistazo a algunos casos donde la concentración de una solución debe ser conocida.

Soluciones tampón se utilizan en muchos experimentos de laboratorio, especialmente en aplicaciones biológicas. Soluciones contienen una concentración específica de ácidos débiles disueltos o sus conjugados, permitiéndole mantener y resistir cambios de pH y base. A menudo, almacenadores intermediarios se preparan con una mezcla de muchas sales, los grupos fosfato que mantienen un pH constante en el rango de 7,2 – 7,6 incluidos.

Por ciento de la masa también se utiliza para separar mezclas complejas, como con este ejemplo de un gradiente de densidad. Para esto, soluciones con una gama de masa por ciento son preparadas y entonces capas secuencialmente de alto porcentaje masa a baja masa por ciento. Esto crea un gradiente de densidad en el tubo. La muestra es entonces cargada en la parte superior del gradiente y se centrifugó. Los componentes de la mezcla entonces se separan en base a cuánto viajan por el tubo.

Comprensión por ciento masa no sólo es crítico para aplicaciones de la química, sino también al medio ambiente. Contenido de humedad del suelo es importante para entender con el fin de identificar las condiciones ambientales que influyen en los ecosistemas. Contenido de humedad del suelo es una masa por ciento que describe la cantidad de agua en el suelo. Contenido de humedad se encuentra fácilmente por el peso del suelo húmedo, el suelo de la desecación en un horno y pesajes.

Sólo ha visto la introducción de Zeus para determinar el porcentaje de masa de una solución acuosa. Ahora debe comprender la importancia de la masa por ciento, su uso en el laboratorio y cómo determinar en una solución acuosa.

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