Masa, peso y volumen

Masa

La masa es la medida de la cantidad de materia que tiene un cuerpo. Su unidad de medida en el sistema internacional (SI) es el kilogramo (Kg) y el instrumento para medir la masa de un cuerpo es la balanza. Existen distintos tipos de balanzas:

1. Balanzas granatarias: la masa se mide por comparación con otras masas, que se presentan en pesas de distintas cantidades.

2. Balanzas digitales: son electrónicas y las mas utilizadas en los laboratorios, ya que son precisas y cómodas.

Diferencia entre masa y peso

La masa y el peso se usan comúnmente como sinónimos, sin embargo, son magnitudes distintas. El peso o fuerza de gravedad es la fuerza con que la Tierra atrae a un cuerpo haca su centro ( P = m x g). Este depende de:

• La masa del cuerpo; en general a mayor masa mayor es el peso
• La distancia a la que se encuentre el cuerpo del centro de la Tierra. Mientras más cerca se encuentre un cuerpo del centro de la Tierra, mayor será su peso.

La unidad de medida del peso es el Newton (N) y se mide con un instrumento llamado dinamómetro.

Volumen

El volumen es la medida del espacio que cupa un cuerpo. Su unidad de medida S.I. es el metro cúbico (m³), sin embargo, a menudo se usa el litro (L)

La temperatura influye sobre el volumen de los sólidos, líquidos y gases.

• Si esta aumenta, los sólidos y los líquidos se dilatan ligeramente
• Si disminuye, los sólidos y líquidos se contraen

En los gases, la influencia de la temperatura es muy importante, como ya se vio en el tema de propiedades de los gases – Clic Aquí -

Midiendo Volúmenes

Existen diferentes formas de medir volúmenes. Para medir el volumen de:

• un líquido, se deben utilizar instrumentos como: probeta, pipeta, matraz de aforo o vasos de precipitados.

• un sólido irregular, se utiliza el método por inmersión en agua. Así, el volumen del sólido será la diferencia entre el volumen final (2), que se mide cuando el objeto está dentro de la probeta, menos el volumen inicial. En la gráfica se observa que el volumen de la piedra es 4 ml (26 – 22)

• Un sólido geométrico de forma regular, se aplican fórmulas matemáticas.

Proton

¿Qué es el protón?

El protón es una partícula subatómica fundamental, el cual tiene una carga relativa de +1 (carga absoluta de +1,6 x 10^-19C). La masa del protón es:

• En gramos: 1,6 x 10^-24
• En UMA: 1,0073

Experimentalmente, se observa el protón como estable, con un límite inferior en su vida media de unos 1035 años, aunque algunas teorías predicen que el protón puede desintegrarse en otras partículas.

El protón y el neutrón, en conjunto, se conocen como nucleones, ya que conforman el núcleo de los átomos.

¿Qué determinan los protones?

En un átomo, el número de protones en el núcleo determina las propiedades químicas del átomo y qué elemento químico es.

El núcleo del isótopo más común del átomo de hidrógeno (también el átomo estable más simple posible) está formado por un único protón. Al tener igual carga, los protones se repelen entre sí. Sin embargo, pueden estar agrupados por la acción de la fuerza nuclear fuerte, que a ciertas distancias es superior a la repulsión de la fuerza electromagnética. No obstante, cuando el átomo es grande (como los átomos de Uranio), la repulsión electromagnética puede desintegrarlo progresivamente.

Descubrimiento del Protón

Se le acredita a Ernest Rutherford el descubrimiento del protón. En el año 1918 Rutherford descubrió que cuando se disparan partículas alfa contra un gas de nitrógeno, sus detectores de centelleo muestran los signos de núcleos de hidrógeno. Rutherford determinó que el único sitio del cual podían provenir estos núcleos era del nitrógeno y que por tanto el nitrógeno debía contener núcleos de hidrógeno.

Por estas razones Rutherford sugirió que el núcleo de hidrógeno, que en la época se sabía que su número atómico era 1, debía ser una partícula fundamental.

Molaridad o concentración Molar (M)

La molaridad (M) es una propiedad intensiva que determina el numero de moles de soluto presentes en cada litro de solución.

Ejemplo 1: Al disolver 120 gramos de NaOH en suficiente agua forman 5 litros (l) de solución. Hallar la molaridad. Pesos atómicos [Na = 23 , O = 16 , H = 1]

Ejemplo 2: Calcular la molaridad de una solución de H₂SO₄ al 35% en peso y densidad 1,4 g/ml. Pesos atómicos [H = 1 , S = 32 , O = 16]

Partes por millon (ppm)

Las partes por millón (ppm) es una propiedad intensiva que determina cuantas partes de soluto están contenidos de 1 millón de partes de solución.

Ejemplo 1: 10 L. de solución de iones Hg²⁺ contiene 1 mg de Hg²⁺. Hallar cuantas ppm de Hg²⁺ resulta la solución.

.: Entonces resulta 0,1 ppm

Ejemplo 2: Se encuentra que una mezcla de pescado contiene 5mg de Hg en un kilogramo de pescado. ¿Cuántas ppm representa?

.: Entonces representa 5 ppm

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Porcentaje en volumen

El porcentaje en volumen (%V) es una propiedad intensiva que determina cuantos mL. de soluto están contenidos en cada 100 mL. de solución.

Propiedades:

1. %V (soluto) + %V (solvente) = 100%

2. V (soluto) + V (solvente) = V (solución)

Ejemplo: Sea una solución acuosa de etanol al 15% en volumen.

15% en volumen, significa que en cada 100 mL. de solución están contenidos 15 mL. de etanol.

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Porcentaje en Masa – Volumen

El porcentaje en masa – volumen (% p–v) , es una propiedad intensiva que determina cuantos gramos de soluto están presentes en cada 100 mL. de solución.

Ejemplo 1: El agua de mar contiene aproximadamente 3,1% p-v de cloruro de sodio (NaCl). ¿Cuánta sal (NaCl) se puede obtener por medio de la evaporación de cada metro cúbico del agua de mar?

Solución:

3,1% p-v  : Significa que hay 3,1 g. de sal por cada 100 mL. de agua de mar, o también 3,1 Kg de sal por cada 100 L. de agua.

Nos piden cuanta sal hay en 1 m³ de agua de mar ( 1m³ = 1000 L.)

Aplicando regla de tres simple (multiplicación en aspa):

X = 31 Kg de sal

Guia de problemas - Estructura Atómica

En Fullquimica.com hemos realizado esta guía de problemas del tema de estructura atómica. Los temas en esta guía son:

• Estructura atómica
• Isótopos
• Isóbaros
• Isótonos
• Isoelectrónicos

Para descargar la guía hagan clic en la imagen. Es completamente gratuita

Esperemos que les resulte útil.

Porcentaje peso–peso

El porcentaje peso-peso (%p-p) es una propiedad intensiva que determina la cantidad de gramos de soluto presentes en cada 100 gramos de solución.

Propiedades:

• msoluto + msolvente = msolución
• %msoluto + %msolucion = 100%
• 0 <= %msoluto <= 100%

Ejemplo 1: Una mena contiene 9,2%p-p de Cu₂S. ¿Cuánto sulfuro cuproso se puede obtener por tonelada de material?

Solución:

Tenemos de dato:  9,2% p-p de Cu₂S ; esto significa que por cada 100 unidades de mena, existen 9.2 unidades de Cu₂S.

Entonces podemos decir que por cada 100 Toneladas (Tn) de del mineral existen 9,2 Tn de Cu₂S.

Nos piden calcular cuanto de Cu₂S hay en 1 Tn de mineral.

Resolviendo por regla de tres simple (multiplicación en aspa)

X = 0,092 Tn = 9,2 x 10^-2 Tn

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Clasificación de soluciones por su solubilidad

1. De acuerdo a la cantidad de soluto:

1.1. Soluciones diluidas.- Cuando el peso del soluto esta lejos de su solubilidad a una determinada temperatura.

Ejemplo: agua potable, agua oxigenada

1.2. Soluciones concentradas.- Cuando el peso del soluto está cerca de su solubilidad a una determinada temperatura.

Ejemplo: ácido muriático, agua regia

1.3. Soluciones saturadas.- Son aquellas soluciones que contienen la máxima cantidad de soluto, respecto a lo que establece la solubilidad a una temperatura dada y es igual a su solubilidad.

En consecuencia, la adición de mayor cantidad de soluto no disuelve encontrándose en exceso en la fase superior o inferior según sea el caso. Una disolución saturada es aquella que esta en equilibrio con el soluto no disuelto.

1.4. Soluciones sobresaturadas.- Son soluciones que contienen mayor cantidad de soluto por encima de su solubilidad a una determinada temperatura.

2. De acuerdo a la conductividad:

2.1 Electrolíticas.- Son las soluciones iónicas, presentan una apreciable conductividad eléctrica.

Ejemplo: soluciones acuosas de ácidos, bases y sales.

2.2 No electrolíticas.- Son las soluciones que presentan una conductividad prácticamente nula, no forma iones, el soluto se disgrega hasta el estado molecular.

Ejemplo: soluciones de azúcar, alcohol, glicerina.

Curvas de solubilidad

La solubilidad de las sustancias por lo general aumenta al elevarse la temperatura y su representación gráfica se realiza mediante las curvas de solubilidad.

Consecuencia:

Si se enfría una solución saturada, la solubilidad disminuye y el exceso de soluto cristaliza. En tanto, que la solubilidad de los gases en líquido varia en forma inversa con la temperatura y de forma directa con la presión.

Ejemplo: bebidas carbonatadas, donde el CO₂ se absorbe a temperaturas bajas, y que a temperatura ambiente hay desprendimiento de burbujas.

Factores que afectan la solubilidad

1. Interacciones Soluto-Disolvente (Naturaleza del disolvente y soluto)

Al aumentar la superficie de contacto del soluto con el disolvente las interacciones soluto-solvente amentaran y el cuerpo se disuelve con mayor rapidez.

El aumento de la superficie de contacto del soluto se favorece al pulverizar el mismo.

Líquidos polares se disuelven fácilmente en disolventes polares. Así:

• La acetona, es una molécula polar que se mezcla en todas proporciones con el agua.

Por otra parte, las interacciones por puente hidrógeno entre soluto y disolvente dan lugar a una mayor solubilidad. Así:

• El agua es completamente miscible con el etanol ( CH₃CH₂OH ), puesto que las moléculas del etanol son capaces de formar puentes de hidrogeno tanto con las moléculas de agua, como entre si mismos.

Enlace puente hidrógeno entre agua y etanol

A los líquidos que se mezclan en todas proporciones se dice que son miscibles, y los líquidos que no se mezclan se llaman inmiscibles, por ejemplo el agua con el hexano son inmiscibles.

La generalización importante de estas interacciones se expresa en forma sencilla:

Lo semejante se disuelve en lo semejante

2. Agitación

Cuando se disuelve un sólido, las partículas del mismo deben fundirse por toda la masa del disolvente. Sin embargo este proceso es lento debido a que alrededor del cristal se forma una capa de disolución muy concentrada que dificulta la continuación del proceso. Tal es así, que mediante la agitación de la solución se logra la separación de la capa originando que nuevas moléculas del disolvente alcancen la superficie del solido.

3. Efecto de la temperatura

En general la solubilidad de los solidos y líquidos se incrementa a medida que aumenta la temperatura, en tanto que, para los gases la solubilidad disminuye al aumentar la temperatura.

4. Efectos de la presión (del soluto gaseoso)

En general la solubilidad de los gases aumenta con la presión que el gas ejerce sobre la superficie del solvente. Mientras que las solubilidades de los solidos y los líquidos no se ven afectados por la presión.

Al disolver un gas en un líquido, la solubilidad del gas es directamente proporcional a la presión. Si se duplica la presión del gas en contacto con el liquido, la solubilidad del gas también se duplica. Esta ley se conoce como ley de Henry en honor a su descubridor.

 Ejemplo 1: Sea la solubilidad del NaCl a 20°C: S = 35 gr. NaCl / 100 gr de H₂O

Significa que hasta 35 gramos de NaCl pueden disolver como máximo en cada 100 gr. de H₂O

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Solubilidad

La solubilidad (S) es una propiedad intensiva que determina la cantidad máxima de soluto que puede disolverse en cada 100 gramos de solvente a una determinada temperatura.

La solubilidad mide la concentración de soluciones saturadas.

La solubilidad frecuentemente esta asociado con absorción o emisión de calor, existen procesos de solubilidad exotérmicos y endotérmicos.

Emulsiones

Dispersión en gotas muy pequeñas de un líquido en otro líquido, es decir, dos líquidos que son mutuamente insolubles, no se disuelven entre sí, y pueden emulsionarse por agitación mecánica.

Características de las emulsiones

• Si la emulsión contiene mas del 1% de la fase dispersa, la emulsión no es estable, separándose rápidamente de los líquidos componentes en dos capas.
• La emulsificación ayuda a la digestión de las grasas en los intestinos, facilitando el metabolismo por las enzimas llamadas Lipasas.
• El área total de la superficie de las partículas de un sistema coloidal es enorme, en comparación con una masa igual de materia compacta.
• Si la partícula coloidal es esponjosa se tendrá un área superficial todavía mayor.