sals al mar i a les minescesire.cat.mialias.net/recursos/context/quimica/rmt v1.0/rmt1.pdf · sals...

____________________________________Centre de Documentació i Experimentació en ciències

Recursos del mar i de la terra Química en context 1

RTM1

pàg. Sals al mar i a les mines

L’aigua de mar i la seva composició. Diferents salinitats en diferents mars i oceans. L’obtenció de la sal en les salines. Les mines de sal.

Substàncies iòniques. Estructura i formulació.

Solucions aquoses. Concentracions.

Corbes solubilitat de les sals.

Procés de dissolució. Solubilitat de les sals. Gràfiques de solubilitat.

Estructura dels cristalls. Ions en els sòlids Model de sòlid iònic. Les sals dobles. Les sals hidratades.

RMT 1.1

(CC)

7 Què hi ha a l’aigua de mar?

La composició d’aigües de mars i oceans. La salinitat. L’obtenció de sal en les salines.

Solut i solvent. Solucions .Concentració en massa (g/L). % en massa

Composició de les solucions expressades en ions. Ions en solució. Dissociació iònica.

Solubilitat. Corbes de solubilitat.

Solució saturada, solució concentrada, solució diluïda.

RMT 1.2

(TE)

12 Fem aigua de mar

Preparació d’una solució simulada d’aigua de mar a partir de la concentració en massa dels ions.

Concentracions expressades en concentració en massa (ions o compostos).

Preparació de solucions d’una determinada concentració en massa (g/L)

Fer el càlculs corresponents, escriure el procediment i preparar les solucions.

RMT 1.3

(TIC)

14 L’estructura dels cristalls

Els cristalls de sal que es formen a les salines i que es troben a les mines (mina Nieves de Cardona)

Les mines de sal de Cardona. Sals dobles i sals hidratades.

Ús de la simulació Cristalline Solids ( es pot descarregar des de la unitat) .

Relació propietats /estructura

L’estructura dels cristalls iònics

Sòlid iònic

Enllaç iònic.



RMT 1.4

(TIC)

20 Com es dissolen les sals en aigua?

El procés de dissolució. (Simulacions Tiger...)

Quantitat d’ions dissolts (simulació del saler, Phet).

Procés de dissolució (electròlit i tb no electròlit).

Solvatació.

Solubilitat dels compostos iònics (sal solubles i sals poc solubles).

Solució saturada i sobresaturada.

Càlculs de concentració molar.

RMT 1.5

(CC/TP)

24 Or als oceans? i als medicaments homeopàtics?

Descobriment de la presència d’or dissolt en aigua de mar i cerca d’or als oceans.

Els medicaments homeopàtics. Contenen realment algun principi actiu?

Càlculs amb concentracions (molaritat).

Dilucions.

Càlcul de nombre de molècules utilitzant la concentració.

RMT 1.6

(TE)

28 Preparem solucions

Preparació de solucions de la vida quotidiana

Preparació de solucions a partir de soluts sòlids, soluts líquids.

Preparar solucions a partir de solucions més concentrades.

RMT 1.7 36 Formulem ions i compostos iònics Formulació de compostos iònics i ions.

RMT 1.8 38 Síntesi-Conceptes. Què he après?



RMT 1.1 Què hi ha a l‟aigua del mar? pàg. 7

RMT 1.2 Fem aigua de mar pàg. 12



RMT 1.3 L‟estructura dels cristalls minerals pàg. 14

RMT 1.4. Com es dissolen les sals en aigua? pàg. 20



RMT 1.5 Or als oceans? I als medicaments homeopàtics? pàg. 24

RMT 1.6 Preparem solucions pàg. 28



RMT 1.7 Formulem compostos iònics i ions pàg. 36

RMT 1.8 Què hem après? pàg. 38



RMT 1.1 Què hi ha a l’aigua de mar?

L‟aigua de mar és una solució. En totes les solucions hi ha una substància que es dissol, el solut (generalment el que està en proporció menor), i una altra, que sol estar en proporció més elevada, el dissolvent.

L‟aigua de mar és una solució aquosa de sals. En

mars que contenen una elevada concentració de sals és possible veure-les a les vores, quan l‟aigua que les

dissolia s‟evapora (figura 1).

Els ions dissolts són els que l‟hi donen el gust “salat”. La taula 1 indica els principals ions

presents en l‟aigua del mar. Com podeu observar, la principal quantitat correspon als

ions sodi i als ions clorur, per això, molt sovint es considera l‟aigua de mar com una

solució de clorur de sodi. Però, com podeu observar en la taula 1, l‟aigua de mar conté

també altres ions dissolts.

El nostre cos sembla que vol imitar aquesta composició. L‟aigua, amb els ions Na+ i Cl- dissolts, es troba present en els nostres fluids corporals. Una persona adulta conté uns 300 g de clorur de sodi, una part dels quals són expulsats diàriament en forma d‟orina i de suor, i cal que siguin substituïts perquè el cos funcioni amb normalitat.

No tots els mars són igual de "salats". La taula 2 i la figura 2 mostren la salinitat (concentració total de sals dissoltes) en diferents mars i oceans.

Ió Massa, en grams d’aquest ió en 1 litre d’aigua de mar

Na+ 10,7

K+ 0,39

Mg2+ 1,29

Ca2+ 0,4

Cl- 19,2

Br- 0,07

HCO3- 0,14

SO4 2- 2,51

mar Mort

mar Roig

mar Mediterrani

oceà Atlàntic

oceà Pacífic

oceà Àrtic

oceà Antàrtic

mar Bàltic

Valor mitjà

Salinitat (g/L)

330 40 38 37,0 35,2 32 34,6 8 35,5

Taula 1. Composició de l’aigua de mar.

Taula 2. Salinitat de diferents mars i oceans.

Figura 1. Cristalls de sals a les vores de la Mar Morta.



Figura 2. Salinitat mitjana anual superficial per als oceans, expressada en grams de sal per litre.

Dades de World Ocean Atlas 2009.

Les sals que contenen els mars provenen de processos de dissolució d‟alguns minerals de les

roques terrestres. Una part d‟aquests minerals dissolts són transportats pels rius, i d‟altres

provenen de les erupcions hidrotermals que es produeixen en el fons marí.

Per explicar les diferències de salinitat en els mars i oceans cal tenir presents molts factors com els corrents marins, les pluges, l‟aigua que reben dels rius, la temperatura o la quantitat d‟aigua

que transvasen a altres mars o oceans.

Des de l‟antiguitat, l‟evaporació de l‟aigua de mar en les

salines, s‟ha aprofitat per obtenir la sal del mar (figura 3).

Quan s‟evapora l‟aigua, es posa en evidència que conté

diversos soluts, el més abundant és el clorur de sodi, de fórmula NaCl, però també conté altres soluts com el clorur de potassi, KCl, el clorur de magnesi, MgCl2, i altres com el sulfat de sodi, Na2SO4.

En anar-se evaporant l'aigua, van quedant uns petits cristalls de forma cúbica. El fet que la sal pugui cristal·litzar és una propietat característ ica del clorur de sodi. Però és molt important que en les salines no es deixi evaporar totalment l‟aigua del mar, ja que també cristal·litzarien els altres soluts, entre ells el clorur de magnesi que és molt amargant (figura 4).

Figura 3. Salines a Aveiro, Portugal.

Figura 4. Fases en l’evaporació de l’aigua del mar.

http://en.wikipedia.org/wiki/World_Ocean_Atlas



L‟ordre de precipitació de les sals depèn de la seva solubilitat que canvia segons la temperatura, tal com mostren les corbes de solubilitat de la figura 5.

L‟aigua de mar també conté petites quantitats de gasos dissolts. Els més abundants són el

nitrogen i l‟oxigen, seguits del diòxid de carboni i d‟alguns

gasos nobles (figura 6). Per a aquests soluts la concentració es sol expressar en percentatge en volum.

La concentració de gasos dissolts en l‟aigua de mar varia amb

la temperatura i la salinitat. Les aigües fredes i poc salines tenen concentracions més elevades de gasos dissolts.

Exercicis i qüestions

1. Anomeneu quins serien el solut i dissolvent en l‟aigua de mar.

2. Com és que en taula 1 s‟expressen les concentracions dels ions i no de les substàncies

com el clorur de sodi, el sulfat de magnesi, o el clorur de potassi?

3. El diagrama següent mostra la proporció d‟ions en l‟aigua de mar. Utilitzeu les dades de

la taula 1 per calcular el percentatge corresponent a cada ió .

Resp: Na+: 30,83%; K+: 1,12%; Mg2+: 3,71%; Ca2+: 1,15%; Cl-: 51,33%;SO42-

:7,23%.

4. Si volguéssim omplir una piscina olímpica amb aigua (volum 2500 m3) i afegir la sal necessària per reproduir l‟aigua del Bàltic, quina quantitat de sal necessitaríem? I si

volem tenir una aigua com la del Mediterrani? Utilitzeu les dades de la taula 2.

Figura 6. Proporció de gasos dissolts en l’aigua de mar.

Figura 5. Corbes de solubilitat de les sals dissoltes. en aigua. de mar

Corbes de solubilitat

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

T(ºC)

So

lub

ilit

at (

g /

100

g a

igu

a)

NaCl

KCl

MgCl2

Na2SO4

CaSO4



Resp: Mar Bàltic: 20.000 kg de sal Mar Mediterrani: 95.000 kg de sal

5. Calculeu la concentració en mg per litre dels ions Na+, Mg2+ i Br- en l‟aigua de mar. Resp: Na+: 10,7·103 mg/L; Mg2+: 1290 mg/L; Br- : 70 mg/L

6. La densitat mitjana de l‟aigua de mar en superfície és de 1,025 g/mL. Expresseu la

salinitat mitjana del mar en % en massa. Utilitzeu les dades de la taula 2.

Recordeu que:

Resp: 3,4 %

7. Calculeu, en tant per cent en massa, la concentració de cada ió en l‟aigua de mar.

Densitat de l‟aigua de mar, d=1025 kg·m -3 Resp: Na+: 1,04; K+: 1,03; Mg2+: 0,12; Ca2+: 0,04; Cl-: 1,87; Br-: 6·10 -3; HCO3

-:13·10 -3; SO4

2-: 0,24.

8. Expliqueu com es modifica la concentració de l‟aigua de mar en els casos següents:

a. La major part de l‟aigua evaporada de l‟Atlàntic, arrossegada pels vents alisis,

travessa Centroamèrica i cau al Pacífic.

b. En l‟oceà Atlàntic, hi ha uns corrents càlids que van des de l‟Antàrtida fins

Europa.

c. El mar Bàltic recull molta aigua dolça dels rius i aboca molta aigua a l‟Atlàntic.

d. En el mar Mort es produeix molta evaporació d‟aigua deguda a les altes

temperatures.

9. La mar Morta o mar Mort és un llac salat que troba entre Cisjordània, Israel i Jordània. La seva aigua és molt concentrada, té una concentració de 330 g/L i una densitat de 1,240 g·cm -3

. Expresseu la concentració de l‟aigua del mar en g sal/100 g H2O. Resp: 26,6 g de sal/100 g aigua

10. S‟anomena solubilitat a la màxima concentració de sal dissolta a una determinada

temperatura. Se sol expressar en g de sal/100 g aigua. La solució que té una concentració igual que la solubilitat s‟anomena saturada, si és propera li direm concentrada i si la concentració és molt inferior, serà una solució diluïda. Fent l‟aproximació de considerar que tota la sal de la mar Morta és clorur de sodi, i que es

troba a 20ºC, com qualificaríeu l‟aigua de la mar Morta?

11. Si comparem les concentracions d‟ions a la Mar Morta i a l‟aigua oceànica tenim

aquests resultats:

Aigua oceànica Ió g·dm-3aigua

Aigua Mar Morta Ió g·dm -3aigua

Na+ 10,70 K+ 0,39 Mg2+ 1,29 Ca2+ 0,40 Cl- 19,22 Br- 0,07 HCO3

- 0,14 SO4

2- 2,51

Na+ 31,5 K+ 6,8 Mg2+ 36,2 Ca2+ 13,4 Cl- 183,0 Br- 5,2 HCO3

- traces SO4

2- 0,6

Com podem comprovar l‟aigua de la Mar Morta és més salina que l‟aigua oceànica.



a. Què es pot observar respecte a l‟abundància dels ions del grup 1 i 2 en les dues

mostres? b. Quantes vegades són més abundants els ions de la Mar Morta que els ions de

l‟aigua oceànica?

12. Volem preparar un litre d‟aigua de mar saturada a 20ºC. Utilitzarem només el clorur de sodi i el clorur de magnesi com a soluts. Observeu la figura 5 per respondre les preguntes següents:

a. Quina massa necessitarem de cada solut? b. Una vegada preparada la solució l‟escalfem fins a 60ºC, segueix essent

saturada? Quina massa de cada sal hauríem d‟afegir per saturar-la a aquesta temperatura?

c. Després de tenir la solució saturada a 60ºC, la refredem fins a 10ºC, quina massa de clorur de magnesi precipitarà?

Resp: a) 370 g NaCl i 550 g de MgCl2, b) 5 g NaCl i 60 g de MgCl2, c) 70 g MgCl2

13. El gràfic següent mostra la solubilitat del gas oxigen en aigua. Quina diferència hi haurà en l‟oxigen dissolt en les aigües de dos mars, un amb temperatura superficial de 6ºC i

l‟altre de 20ºC?

Resp: Es dissoldran 3 mg més, d‟oxigen per litre d‟aigua, en el mar de 6 ºC.



RMT 1.2 Fem aigua de mar

En aquesta activitat primer preparareu una solució d'una determinada concentració en massa a partir d'un solut sòlid: preparació de 100 mL d‟una solució de clorur de sodi de

concentració en massa 6 g·L -1.

A continuació aplicareu el procediment après per preparar una solució de composició similar a l‟aigua de mar.

Concentració en massa d’un solut

La concentració en massa d‟un solut en un determinat volum de solució, és igual al quocient

entre la massa de solut dissolta i el volum de la solució.

Les unitats de la concentració en massa depenen de les unitats en què expressem la massa i el volum:

Així, si una zona del mar Mediterrani té una concentració de 39 g·L-1 ens indica que cada litre d‟aigua de mar conté 39 grams de sals dissoltes.

Si preparem una solució de clorur de sodi dissolent 6,00 g de solut fins a un volum de 10 mL de solució, la concentració en massa del clorur de sodi serà :

En la figura 1 es veu el material que es necessitaria per preparar la solució.

Figura 1. Preparació d’una solució. Podeu veure el procés a http://politube.upv.es/play.php?vid=2948

No s‟ha de confondre la concentració en massa d‟un solut amb la densitat d‟una substància o

d‟una solució. Encara que en aparença les unitats són les mateixes, no indiquen el mateix.

http://politube.upv.es/play.php?vid=2948



Com podeu veure la diferència està en què la concentració en massa ens indica una quantitat de solut per unitat total de solució, mentre que la densitat, una propietat característica d‟una

substància, ens indica quanta massa de la substància hi ha continguda en un determinat volum d‟aquesta substància.

A) Preparació de 100 mL d’una solució de clorur de sodi de concentració en massa 6 g ·L-1

Indiqueu:

Els productes químics que emprareu.

El material de laboratori.

El procediment experimental que heu seguit amb els passos numerats.

Els càlculs realitzats.

B) Preparació d’una solució de la mateixa concentració en massa d’ions sodi que l’aigua

de mar. La taula 1 del document RMT 1.1, mostra la composició d‟una aigua de mar oceànica. Fixeu-vos que la concentració en massa (g solut· L -1 solució) està expressada en grams d‟ions per litre

de solució. Per què creieu que és així? Suposant que tots els ions sodi que conté l‟aigua de mar els afegim utilitzant clorur de sodi i utilitzant la dada de concentració en massa d‟ions sodi de la taula, prepareu, utilitzant clorur de

sodi i aigua, una solució que contingui la mateixa concentració en massa d‟ions sodi que conté

l‟aigua de mar.

a. Expliqueu i realitzeu el càlculs previs a la preparació de la solució.

b. Descriviu el procediment a seguir.

c. Prepareu la solució.

Aigua de mar oceànica Ió g·dm-3aigua mar Na+ 10,70 K+ 0,39 Mg2+ 1,29 Ca2+ 0,40 Cl- 19,22 Br- 0,07 HCO3

- 0,14 SO4

2- 2,51



RMT 1.3 L’estructura dels cristalls

A les salines, per evaporació de l‟aigua

es formen cristalls de sal, però també podem trobar sal cristal·lina en els jaciments de sal.

Un exemple de jaciment, del qual se n‟ha parlat en l‟activitat de presentació

de la unitat, és la muntanya de sal de Cardona, que és una meravella natural que amaga en el seu interior una antiga explotació minera, les antigues instal·lacions de Mina Nieves (figura 1), que fou una de les explotacions de sals potàssiques més importants d'Europa fins a l'any 1990.

La sal cristal·litza en solucions aquoses saturades formant bellíssims cristall cúbics. La halita, coneguda com a sal gemma, és un mineral de color hialí blanc, de composició química NaCl, que té exfoliació cúbica perfecte. Té una estructura cristal·lina formada per ions clorur i per ions sodi i els cristalls iònics com la halita es trenquen fàcilment, són fràgils.

La fragilitat dels cristalls i altres de les seves propietats han portat als científics a proposar un model per a la seva estructura. A més, avui dia hi ha tècniques d‟anàlisi estructural que posen de

manifest l‟estructura dels anomenats sòlids iònics. Una de les tècniques experimentals més utilitzades és la difracció de raigs X. En un cristall és possible determinar la distància mitjana que hi ha entre ions i la disposició d‟aquests.

Un model per als sòlids cristal·lins com la sal.

Els minerals que aporten els seus ions a l‟aigua són substàncies iòniques. En els sòlids iònics,

els ions es mantenen units per acció de les seves càrregues elèctriques oposades. Cada ió n‟atreu

d‟altres de càrrega oposada i tots ells s‟integren en una estructura tridimensional gegant, formant el que s‟anomena enllaç iònic, tal i com apareix a la figura 2.

Figura 2. La xarxa cristal·lina de NaCl està formada per ions Na+ i ions Cl-.

En l‟estructura tridimensional de clorur de sodi, cada ió Na+ està envoltat per sis ions Cl- i cada ió clorur per sis ions sodi. Cada ió Na+ és atret pels sis ions Cl- que l‟envolten, però és repel·lit

pels sis ions sodi que es troben una mica més lluny i és atret pel següent grup de ions clorur i així successivament. D‟aquesta manera hi ha una enorme sèrie d‟atraccions i repulsions, en la qual les atraccions són més fortes que les repulsions, la qual cosa fa que la xarxa es mantingui unida. L'atracció electrostàtica entre els ions de diferent signe els porta a formar una estructura

Figura 1. Mines de sal a Cardona



tridimensional d'un sòlid iònic, la seva fórmula química representa la proporció catió/anió (fórmula empírica). La unió és tan forta que la temperatura de fusió dels compostos iònics és molt alta.

D‟altra banda els cristalls iònics no condueixen el corrent elèctric. Aquest fet és compatible amb el model de sòlid iònic en el qual els ions ocupen posicions fixes en el reticle i es no es poden desplaçar (només vibrar). En no haver desplaçament de càrrega no hi ha conducció de corrent elèctric.

La disposició dels ions en el cristall, és a dir el tipus d‟empaquetament ve determinat per la

mida relativa dels ions (relació dels radis dels ions positius i dels ions negatius) i per les seves càrregues.

Els ions poden situar-se en diferents empaquetaments: en el cas de la sal comuna (NaCl) la manera com s‟ordenen els ions dóna com a resultat uns cristalls cúbics. La duresa i l‟elevada

temperatura de fusió tenen la seva explicació en la fortalesa de la unió entre ions.

El nombre de coordinació d‟un ió és el nombre d‟ions de signe contrari que l‟envolten a la mínima distància. Dins la xarxa es diu que és el nombre de coordinació de volum i en la superfície del cristall es diu nombre de coordinació de superfície. Si no s‟especifica, se suposa

que parlem del nombre de coordinació de volum.

Si els ions de la mateixa càrrega queden a prop, es repel·leixen. Aquesta és la causa que els sòlids iònics es trenquin fàcilment. La facilitat de trencament i la fragilitat dels cristalls iònics s‟explica en base al model de sòlid iònic. Els cristalls iònics són fràgils, es trenquen fàcilment: si es fan lliscar unes capes de cristall sobre unes altres, queden a prop ions de la mateixa càrrega, la qual cosa fa que el cristall es trenqui per repulsió electrostàtica.

Una estructura cristal·lina és una dispersió (iònica, atòmica o molecular) ordenada que presenta una determinada periodicitat en l‟espai. S‟anomena node a cadascuna de les posicions de l‟espai

on s‟ubica el tipus de partícula que es va repetint en el cristall. L‟estructura bàsica que es

repeteix en les tres dimensions, s‟anomena cel·la bàsica.

Podeu trobar més informació a: http://www.chemguide.co.uk/atoms/structures/ionicstruct.html#top

Utilitzeu la simulació Cristalline Solids que podeu descarregar-vos en aquesta activitat. Tot seguit es mostren els menús superior i lateral que us permetran el seu funcionament.

http://www.chemguide.co.uk/atoms/structures/ionicstruct.html#top



Les opcions View i Rotation permeten modificar el format de visualització de les estructures (més grans, més petit; des de diferents angles; girant de manera automàtica, etc.)

1) Aneu a l‟opció “Lattices” i observeu les tres opcions “cúbic primitiu”, “cúbic centrat en el

cos” i “cúbic centrat en cares”. Visualitzeu les opcions amb barres i sense barres. Feu girar l‟estructura per poder-la veure des de diferents angles.

Quines diferències hi ha en les tres estructures?

Quin tipus de partícules ocuparien els nodes en el cas d‟un sòlid

iònic?

En quin tipus d‟estructura hi ha

més partícules per unitat de volum?

2) Aneu a l‟opció “Compounds”, escolliu el clorur de sodi.

Observeu la seva estructura clicant a les diferents opcions de visualització del reticle (Mostrar cel·les múltiples, Mostrar els àtoms grans, Mostrar les barres, etc). Feu girar l‟estructura per poder-la veure des de diferents angles.

Per ajudar-vos en les vostres interpretacions, compareu l‟estructura tridimensional que observeu amb la figura 2

d‟aquesta activitat i indiqueu si el que veieu a la simulació i a la figura 2 són estructures

diferents o dues maneres de representar la mateixa estructura.

En la simulació que utilitzeu, com estan representats els ions clorur (negatius)? Quins llocs ocupen? Com estan representats els ions sodi (positius)? Quins llocs ocupen?

En quin dels tres sistemes d‟empaquetament cúbic (cúbic primitiu, cúbic centrat en

el cos i cúbic centrat en les cares) estan ordenats els ions que formen el clorur de sodi?

Quins ions ocupen els nodes? Quins ions ocupen els espais entre nodes (espais intersticials)?

Quin és el nombre de coordinació (de volum) dels ions clorur i dels ions sodi.

3) A la mateixa opció “Compounds” escolliu ara el clorur de cesi.

Observeu la seva estructura clicant a les diferents opcions de visualització del reticle (Mostrar cel·les múltiples, Mostrar els àtoms grans, etc). Feu girar l‟estructura per poder-la veure des de diferents angles.

Indiqueu quines diferències i similituds hi ha amb l‟estructura del clorur de sodi. En quin

dels tres sistemes d‟empaquetament cúbic

(cúbic primitiu, cúbic centrat en el cos i cúbic centrat en les cares) estan ordenats els ions que formen el clorur de cesi?


Quin és el nombre de coordinació (de volum) dels ions clorur i dels ions cesi.

Quina fórmula és d‟esperar per a aquest compost.

Figura 4. Cristalls de clorur de cesi.

Figura 3. Cristalls de sal comuna (clorur de sodi).



4) A la mateixa opció “Compounds” escolliu ara el

fluorur de calci (fluorita).

Observeu la seva estructura clicant a les diferents opcions de visualització del reticle (Mostrar cel·les múltiples, Mostrar els àtoms grans, etc). Feu girar l‟estructura per

poder-la veure des de diferents angles.

Indiqueu quines diferències i similituds hi ha amb l‟estructura del clorur de sodi. En quin

dels tres sistemes d‟empaquetament cúbic

(cúbic primitiu, cúbic centrat en el cos i cúbic centrat en les cares) estan ordenats els ions que formen el fluorur de calci?


Quin és el nombre de coordinació (de volum) dels ions fluorur i dels ions calci.

Quina fórmula és d‟esperar per a aquest compost.

Altres estructures cristal·lines iòniques una mica més complexes. La xarxa iònica pot estar modificada: Les sals dobles

A l‟interior d‟una xarxa d‟anions es poden adaptar dues

classes diferents de cations (ions carregats positivament), sempre que les càrregues es compensin, de manera que la xarxa sigui un conjunt elèctricament neutre. Un exemple d‟això és el mineral carnal·lita (figura 6). En aquesta sal de composició KCl·MgCl2·H2O; els ions K+ i Mg+2 es situen a la xarxa d‟ions Cl

-. Encara que el KCl i el MgCl2 poden existir per separat com a sals, la carnal·lita no és una mescla de les dues, sinó que és una substància diferent, és una sal doble. En aquestes substàncies els diferents cations es situen en la xarxa seguint una disposició regular.

Sals dobles: Són sals que s'originen, en general, per cristal·lització de solucions que contenen mescles d'ions, com ara els alums, les oxisals i hidroxisals, conegudes genèricament com a sals bàsiques, en les quals intervenen oxocations o hidroxications, com l'oxiclorur de bismut, BiClO, i l'hidroxiclorur de magnesi, MgCl(OH).

Els cristalls hidratats

Observeu que la fórmula de la carnal·lita inclou una molècula d‟aigua. Realment, l‟aigua no està mesclada amb els cristalls de carnal·lita, ja que si fos així estarien humits. Al contrari, les molècules d‟aigua estan incloses en la xarxa de la mateixa

manera regular que els ions. Per tant, la xarxa de la carnal·lita és una estructura composta per un entramat de quatre partícules diferents: ions K+, ions Mg+2 , ions Cl- i molècules d‟aigua. L‟aigua d‟aquests tipus de compostos rep el nom

d‟aigua de cristal·lització i els cristalls s‟anomenen cristalls hidratats.

Figura 6. Mostra de carnal·lita

Figura 5. Cristalls de fluorita (fluorur de calci).

Figura 7. Cristalls de CuSO4 ·5H2O.



Un cas conegut és el dels cristalls blaus del CuSO4·5H2O (figura 7). Aquesta sal s‟anomena

“sulfat de coure (II) pentahidratat”


1. Anomeneu quines partícules formen l‟estructura cristal·lina de la sal comuna, quina és la

seva disposició a l‟espai i perquè es mantenen unides aquestes partícules.

2. Per què són fràgils els cristalls iònics? Raoneu la vostra resposta en base al model de sòlid iònic.

3. Per què són durs i amb punts de fusió elevats els cristalls iònics? Raoneu la vostra resposta en base al model de sòlid iònic.

4. Què ens indica la fórmula d‟un compost iònic?

5. Què és el nombre de coordinació? En què us heu de fixar per poder-lo determinar?

6. Quins tipus d‟empaquetament coneixeu? De què depèn que un compost adopti una

estructura cristal·lina amb un tipus d‟empaquetament o un altre?

7. Quin tipus d‟empaquetament es representa en la següent figura. Quin tipus d‟ions

representen les boles més grans (A)? I les petites (B)? Quina fórmula caldria esperar?

8. Què són les sals dobles? Quin és el seu procés de formació? Seria correcte afirmar que una sal doble és una mescla de dues sals? Raoneu la vostra resposta en base al model de sòlid iònic.

9. Què són els cristalls hidratats? Seria correcte dir que els cristalls hidratats contenen aigua i per això estan humits? Quin tipus de partícules formen els cristalls hidratats? Raoneu la vostra resposta en base al model de sòlid iònic.

10. Expliqueu en que consisteix l‟enllaç iònic. Quin tipus d‟àtoms s‟enllacen amb aquest

tipus d‟enllaç? Per què?

11. Els cristalls de sal s‟utilitzen amb finalitat decorativa per fer de pantalla en les

anomenades làmpades de sal. Expliqueu, en base al model de sòlid iònic si el cristall pot conduir el corrent elèctric.

12. Quines propietats dels compostos iònics coneixeu i sabríeu explicar fins al moment?

13. La figura 8 mostra una secció de l‟estructura de la xarxa del clorur de cesi.

a. Predieu la forma dels cristall de clorur de cesi b. Quants ions clorur envolten cada ió cesi? c. Quants ions cesi envolten cada ió clorur? d. Per què el clorur de cesi és dur i té un punt de fusió elevat? e.

a

aa

Cl-

Cs+

a

aa Figura 8. Estructura de la xarxa del clorur de cesi. Cada ió

cesi es situa al centre d’un cub d’ions clorur i cada ió clorur

al centre d’un cub d’ions cesi.



14. Quins ions hi ha presents en les solucions de: NaCl; KCl; KNO3; MgSO4; NaHCO3; Pb(NO3)2?

15. Escriviu una equació per al procés de dissociació iònica que té lloc quan es dissolen en aigua els compostos iònics següents:

KCl; NaNO3; Na2O; Ca(OH)2; NH4NO3; KMnO4; KClO3; Na2SO4

16. Escriviu els ions i la fórmula dels següents compostos iònics: clorur de ferro (III); nitrat d‟estronci; carbonat de sodi decahidratat; sulfur de ferro (II)



RMT1.4 Com es dissolen les sals en aigua?

Les sals són substàncies iòniques i en estat sòlid tenen l‟estructura de sòlid iònic (veure

RMT1.3). Moltes substàncies iòniques es dissolen fàcilment en aigua. Altres es dissolen molt poc, són les anomenades sals insolubles, però fins i tot en aquest cas, també hi ha una part molt petita de solut en solució.

Com explicaríeu el que passa quan una sal com el clorur de sodi es dissol? On va a parar la sal? Quin paper té l‟aigua?

Com creieu que és el procés de dissolució explicat a nivell d‟ions i molècules? Què passa

amb l‟estructura cristal·lina? On van a parar els ions? Què fan les molècules d‟aigua? Visualitzeu l‟animació que trobareu a: http://www.dlt.ncssm.edu/tiger/Flash/moles/Dissolving_NaCl-Electrolyte.html (Per descarregar i executar: http://www.dlt.ncssm.edu/flashdownloads/moles/Dissolving_NaCl-Electrolyte.exe) La figura 1 mostra un instant del funcionament de l‟animació. Després de visualitzar l‟animació:

Expliqueu què heu vist que passa amb els ions i les molècules d‟aigua

Per què al final de l‟animació la pantalla queda buida?

Fixeu-vos bé en la manera en que les molècules d‟aigua s‟apropen als ions?

Hi ha alguna diferència si són ions positius o negatius?

Quines similituds i diferències creien que hi ha entre aquesta simulació i la realitat?

Quan un compost iònic es dissol, se separen els ions que formen la xarxa iònica. La separació dels ions requereix subministrar energia per vèncer l‟atracció elèctrica entre les

càrregues dels ions de diferent signe. Les molècules d‟aigua són polars i les petites càrregues elèctriques que es troben en les molècules d‟aigua són atretes per les

càrregues dels ions. Això passa, en el primer moment de posar el sòlid en contacte amb l‟aigua (figura 2). Figura 2. Procés de dissolució d’un cristall de NaCl en aigua. En ser les molècules d’aigua polars, cada ió és envoltat per molècules que s’orienten segons la càrrega de l’ió.

+

+ -Cl-Cl-Cl-

Cl- Cl-

Cl- Cl- Cl-

Cl-Cl-

Cl- Cl- Cl-

Na+

Na+ Na+

Na+ Na+

Na+Na+

Na+ Na+ Na+

Na+ Na+

+

+ -+

+-

+

+-

+

+-

+

+-

+-+-+

+-+

+-+

+-

+-

+-

+-+

+-

+

+-+

+-+

+-+

Cl- -+

-+

+

++

-

+

+ -

Na+

+-

+-

+

-+ -

+-

+

Figura 1. Animació Dissolving NaCl- Electrolyte (TIGER).

http://www.dlt.ncssm.edu/tiger/Flash/moles/Dissolving_NaCl-Electrolyte.html

http://www.dlt.ncssm.edu/flashdownloads/moles/Dissolving_NaCl-Electrolyte.exe

http://www.dlt.ncssm.edu/flashdownloads/moles/Dissolving_NaCl-Electrolyte.exe



Els ions en solució estan hidratats, existeixen enllaços entre els ions i les molècules d‟aigua. La

taula 1 mostra el nombre aproximat de molècules d‟aigua que es troben unides a un catió.

Podem observar que els ions més petits i amb una càrrega més gran atrauen a un nombre de molècules d‟aigua més gran. Poden existir diverses capes de molècules d‟aigua al voltant de l‟ió,

per exemple l‟ió Al3+ fixa al seu voltant 26 molècules d‟aigua!

Ió Nombre de molècules d’aigua Ió Nombre de molècules

d’aigua Li+ 5 Mg2+ 15 Na+ 5 Ca2+ 13 K+ 4 Al3+ 26 Taula 1. Nombre de molècules d’aigua unides a un catió.

El procés de dissolució de la sal comuna el podem expressar així:

Sòlid (Na+Cl-) → Na+(aq) + Cl-(aq).

(aq) significa "solució aquosa" i ens indica que els ions estan dissolts en aigua.

Les substàncies iòniques són solubles en dissolvents polars, però insolubles en dissolvents no polars, com l‟hexà. Les molècules dels dissolvents no polars no tenen regions amb petites càrregues positives i negatives de manera que són incapaces d‟interaccionar fortament amb els

ions.

D‟altra banda hi ha substàncies que són moleculars, però que són substàncies polars. Aquestes

substàncies són solubles en aigua, però en el seu procés de dissolució no hi intervenen ions. L‟animació següent representa el procés de dissolució del sucre en aigua

http://www.dlt.ncssm.edu/tiger/Flash/moles/Dissolving_Sugar_Non-electrolyte.html

(Per descarregar i executar:

http://www.dlt.ncssm.edu/flashdownloads/moles/Dissolving_Sugar_Non-electrolyte.exe)

Quines similituds i diferències observeu entre els dos processos? Solubilitat de les substàncies iòniques. Solucions saturades i sobresaturades.

A l‟activitat RMT 1.1 es mostra un gràfic de solubilitat de les sal que hi ha a l‟aigua de mar per explicar perquè, a les salines, unes sals precipiten més que les altres. Quan s‟evapora aigua de mar té lloc el

procés invers de preparar una solució. Per tant, els ions cristal·litzaran com sals idèntiques a les utilitzades. Aquestes sals tenen distintes solubilitats cosa que fa que comencin a cristal·litzar a diferents instants a mesura que el volum de la solució disminueix. Si no hi ha sals de magnesi, el clorur de sodi és la primera sal que cristal·litza sota la forma de halita. La solubilitat de la sal comuna gairebé no varia amb la temperatura mentre que la solubilitat d‟algunes substàncies iòniques, com

és el cas del nitrat de potassi, varia

mas

sa d

e so

lut,

en g

ram

s, q

ue e

s di

ssol

t en

100

g d'

aigu

a

temperatura / ºC

clorur de sodi

sulfat de potassi

nitrat de potassi

sulfat de coure (II)

pentahidrtat

Figura 3. Solubilitat d’algunes sal. ( massa de substància que es dissol en 100 g d’aigua a diferents temperatures.

http://www.dlt.ncssm.edu/tiger/Flash/moles/Dissolving_Sugar_Non-electrolyte.html

http://www.dlt.ncssm.edu/flashdownloads/moles/Dissolving_Sugar_Non-electrolyte.exe



molt amb la temperatura (figura 3).

En els processos d‟evaporació de l‟aigua, es pot sobrepassar el punt de saturació i aconseguir tenir una solució amb més solut dissolt del que correspon a una temperatura determinada. Aquesta solució s‟anomena sobresaturada. La solució no es manté estable i si es remena o s‟hi introdueix un objecte

dins, immediatament l‟excés de solut cristal·litza.

Amb quasi tots els soluts, aquest fenomen va acompanyat d‟alliberament d‟energia en forma de

calor.

Aquest fenomen s‟aprofita per les bosses

“termoactives”: aquestes contenen una solució sobresaturada d‟etanoat de sodi que quan cristal·litza l‟excés de solut, allibera calor. El procés, és

reversible i si s‟escalfa la mescla final, es torna a tenir la solució sobresaturada (figura 4).

En la següent activitat podreu observar la solubilitat de diferents sals, distingint entre sals molt solubles i altres menys solubles.

També haureu de fer els càlculs adients per determinar quina és la solubilitat de cadascuna de les sals i predir com la variació del volum d‟aigua afecta la solució.

Utilitzareu una simulació que us permetrà conèixer la concentració d‟ions dissolts en aigua. La trobareu

a http://phet.colorado.edu/en/simulation/soluble-salts.

Us podeu descarregar la simulació a partir de l‟enllaç (si la voleu veure en castellà podeu anar al final de la pàgina on diu “translated versions” i

escollir la versió en castellà).

Escollirem la sal comuna com a exemple de sal soluble, i una sal menys soluble com el bromur de plata, AgBr, compost iònic que s‟utilitza en el procés de revelat fotogràfic per la seva sensibilitat a la llum.

Cliqueu primer a la pestanya “table salt” (sal de taula) Emprant el cursor, sacsegeu el saler per afegir sal a l‟aigua. Feu-ho fins que vegeu que ja no

se‟n dissol més. Llegiu ara el nombre d‟ions que queden en la solució i el volum d‟aigua. Calculeu, amb aquestes dades, quants mols de clorur de sodi

es dissolen en 1 litre de solució. Proveu ara d„afegir més aigua. Què observeu?

Cliqueu ara la pestanya de les sals lleugerament solubles (slightly soluble salts) i escolliu el

bromur de plata

Figura 4. En doblegar la peça metàl·lica, indicada per la fletxa, es provoca una inestabilitat dins la solució i s’inicia el procés de cristal·lització

de l’etanoat de sodi sobresaturat amb despreniment de calor.

http://phet.colorado.edu/en/simulation/soluble-salts



Feu el mateix que abans, sacsegeu el saler fins que vegeu que la sal que heu triat, el bromur

de plata, AgBr, ja no es dissol més i teniu una solució saturada i un equilibri de solubilitat:

AgBr(s) ⇄Ag+(aq) + Br-(aq). Llegiu, com abans, el nombre d‟ions presents de cada espècie química i el volum d‟aigua. Proveu-ho amb alguna de les altres 7 sals: Sal de taula (clorur de sodi), bromur de plata,

sulfur de tal·li (I) , arseniat de plata, iodur de coure (I), bromur de mercuri (II) i fosfat d‟estronci

Responeu les següents qüestions:

1. Escriviu els ions presents quan es dissol cada sal. 2. Calculeu els mols de cada ió en 1dm3 de solució. 3. A partir dels valors calculats en l‟apartat anterior, classifiqueu les sals en ordre creixent

de solubilitat. Exercicis i qüestions

1. Una de les propietats dels compostos iònics és que es dissolen en aigua. Expliqueu en base al model del sòlid iònic, el procés de solubilització d‟un compost iònic.

2. Les solucions aquoses de compostos iònics i les sals foses condueixen el corrent elèctric, mentre que els sòlids cristal·lins no condueixen el corrent elèctric. Expliqueu aquests fenòmens en base als models de sòlid iònic, ions en solució i corrent elèctric.

3. Quines diferències hi ha en el procés de dissolució de la sal i del sucre? Raoneu la vostra resposta.

4. Són tots els compostos iònics igual de solubles? En afegir dues sals a dos recipients que contenen el mateix volum d‟aigua, arribarem abans a obtenir una solució saturada en el cas de la sal més soluble? Raoneu la vostra resposta.

5. Esteu d‟acord amb la següent afirmació: Les solucions sobresaturades contenen sempre

una quantitat molt gran de solut en solució. Raoneu la vostra resposta.

6. La solubilitat de les sals depèn de la temperatura. Examineu el gràfic de la figura 3 i descriviu com canvia la solubilitat en cada una de les sals.

7. Utilitzeu la gràfica de solubilitat de la figura 6, per trobar:

a. Quina quantitat de nitrat de potassi es necessita per tenir la saturació en 100 g d‟aigua a 25ºC; a 50ºC i a 70ºC?

b. Una solució saturada de sulfat de coure (II) en 100 g aigua a 60ºC es deixa refredar fins 20ºC. Descriviu quins fenòmens poden passar en aquesta solució.

c. Un tub d‟assaig conté 10 mL d‟aigua. Quina massa màxima de clorur de sodi es pot dissoldre a 25ºC?

d. Està saturada una solució de 5 g de nitrat de potassi en 20 mL d‟aigua a 25ºC? Resp: a) 25ºC:40g; 50ºC:76g; 70ºC: 120g, b) Precipitarà CuSO4 ;c) 4,1 g NaCl; d) no.



RMT 1.5 Or als oceans? I als medicaments homeopàtics?

Or als oceans?

El mes de juny de 1934 la revista Popular Mechanics publicava un article on es preguntava si es podria extreure or del mar (figura 1).

Aquesta idea va néixer després que el químic anglès S. Sonstadt establís definitivament, el 1872, que en l‟aigua del mar hi ha or

dissolt en concentracions molt baixes.

Fritz Haber va ser un químic alemany brillant que va desenvolupar un procés per produir amoníac durant la Guerra Mundial dels anys 1915 a 1918. En acabar la guerra, Haber va decidir que els deutes del seu país provocats per la guerra es podien cancel·lar mitjançant l‟extracció d‟or del mar. Haber va

calcular que es podien extreure enormes quantitats d‟aquell metall preciós mitjançant aparells

especials adaptats als vaixells. Durant els anys 20, els vaixells alemanys van navegar per tot el món amb l‟esperança de tornar carregats d‟or. Però no ho van aconseguir. El principal problema va ser que la xifra donada per Haber per a la concentració d‟or en l‟aigua de mar era 4,0.10-9 g·dm -3

. A mesura que s‟ha analitzat millor, s‟ha observat que aquesta concentració no era real.

Per exemple, un estudi dut a terme entre els anys 1988 i 1990 va establir una concentració màxima d‟or en el mar de 10

-11 g·dm -3.

Qüestions

1. Feu una estimació del valor màxim de la massa total d‟or que actualment es creu que hi ha als

oceans. Suposeu que la superfície mitjana dels mars i oceans és de 3,60·10 8 km2 i la profunditat mitjana de 3,7 km.

Si tot l‟or es pogués extreure del mar i es repartís en parts iguals entre la població de la Terra (que és de 7 x109 persones, aproximadament), quina seria la part que us correspondria avui?

En el mar, a part de l‟or, s‟hi han detectat molts més

elements.

A la pàgina: http://www.mbari.org/chemsensor/pteo.htm trobareu una taula periòdica que us informa de quins elements hi ha al mar, en quina concentració i moltes més dades interessants. Fixeu-vos en l‟or. Quina és la

concentració mitjana d‟or en els oceans?

Expresseu la concentració d‟or en el mar en mol·dm-3 .

(Densitat mitjana aigua de mar: 1,025 g/mL)

Figura 1. Gold from the sea? Revista popular Mechanics.

http://www.mbari.org/chemsensor/pteo.htm



Els medicaments homeopàtics Us heu preguntat mai que contenen els medicament homeopàtics? Quin efecte poden tenir els preparats homeopàtics com a fàrmacs? Curiosament alguns medicaments homeopàtics també contenen or i són un bon context per aprendre sobre quantitats molt petites i solucions molt diluïdes.

Un dels preparats homeopàtics que conté or es diu Aurum metallicum30 CH.

Per entendre què significa aquest nom, podeu observar el vídeo del Quèquicom que trobareu a http://blogs.tv3.cat/quequicom.php?itemid=42399 i que tracta sobre diferents aspectes relacionats amb la homeopatia.

Després de veure el vídeo, responeu les preguntes següents:

a. Com es prepara un medicament homeopàtic?

b. Què és un centèsim homeopàtic, CH ?

c. La homeopatia ha estat discutida com a remei eficaç precisament per la extraordinàriament baixa concentració del principi curatiu que tenen el preparats homeopàtics. Què vol dir “efecte

placebo” d‟un medicament?

d. Per què mai es produeixen efectes secundaris ni intoxicacions en els tractaments homeopàtics?

e. Busqueu informació sobre com es prepara la tintura mare del preparat homeopàtic Aurum metallicum30 CH.

Què és el procés de dilució homeopàtica?

La preparació d‟un medicament homeopàtic (procediment anomenat dinamització o potenciació), consisteix en anar diluint una solució inicial, un nombre elevat de vegades.

En el procés de dilució homeopàtica les lletres DH, CH, MH indiquen la dilució a realitzar: 1/10, 1/100, 1/1000

1/10: la solució inicial s‟ha diluït 10 vegades. (DH)

1/100: la solució inicial s‟ha diluït 100 vegades. (CH)

1/1000: la solució inicial s‟ha diluït 1000 vegades. (MH)

http://blogs.tv3.cat/quequicom.php?itemid=42399



Les dilucions més freqüents són 6CH, 15CH y 30CH (figura2).

Suposem que el procés comença per diluir una solució amb el principi actiu 100 vegades. En la segona dilució es torna a diluir altres cent vegades, amb la qual cosa es passa de la concentració inicial a una concentració 10.000 vegades menor que la inicial, això s‟indica com a 2 CH

(“centèsims homeopàtic”).

D‟acord amb els principis de la homeopatia, com més diluïda sigui una preparació més vigorós serà l‟efecte curatiu. Es considera convenient arribar a dilucions repetint el procés fins a 30

vegades (30 CH).

Els medicaments homeopàtics així preparats es comercialitzen en forma de granulats de glucosa o lactosa impregnades amb les solucions extremadament diluïdes.

Eficàcia o efecte placebo?

a) Suposeu que la preparació d‟un medicament es comença per una solució d‟un principi actiu

de concentració 1,72 mol·dm -3. Quina serà la concentració d‟aquest producte quan s‟arribi a 10

CH i a 30 CH? (recordeu que cada CH vol dir que s‟ha diluït 100 vegades la solució inicial).

b) Quantes dilucions s‟han de fer a partir de la solució inicial perquè només hi hagi una

molècula del solut inicial? Com podeu explicar el resultat que heu obtingut en l‟apartat

anterior?

c) La homeopatia ha estat discutida com a remei eficaç precisament per la extraordinàriament baixa concentració del principi curatiu que tenen el preparats homeopàtics. En alguns casos se l‟ha qualificat de “pseudociència”, per diferenciar-la de les ciències mèdiques i farmacèutiques. Feu una recerca en pàgines Web entorn dels següents aspectes:

- Què vol dir “efecte placebo” d‟un medicament?

- Per què mai es produeixen efectes secundaris en els tractaments homeopàtics?

- Per què mai es poden produir intoxicacions per abusar d‟un medicament homeopàtic?

- Cal una titulació per receptar i per preparar aquests medicaments?

- Són de venda lliure o cal recepta mèdica?

d) Prepareu una breu exposició sobre el que heu aprés dels tractaments homeopàtics, amb una opinió personal de la seva eficàcia o inutilitat.

Nom del principi actiu

(escrit en llatí).

És el Clorur de sodi

El nombre de dilucions Tipus de dilució (centesimal)

Figura 2. Etiquetatge d’un preparat homeopàtic.



Preparem dilucions d’un colorant

Us proposem un treball pràctic per estudiar el procés de dilució.

1. Preparareu solucions d‟un colorant alimentari de color vermell, el “roig Poceau”, de

fórmula C29H11N2Na3O10S3 i massa molar de 604 g/mol.

Primer es prepara una solució inicial del colorant d‟ 1% en massa. Quina quantitat en

mols i quantes molècules del colorant conté aquesta solució?

Preparació de successives dilucions.

Primera dilució (solució 1): amb una pipeta s‟agafa 1 mL de la solució inicial, es

diposita en un tub d‟assaig i es dilueix amb 9 mL d‟aigua.

Segona dilució (solució 2): s‟agafa amb una pipeta, 1 mL de la solució anterior (solució

1), es diposita en un segon tub d‟assaig i es dilueix amb 9 mL d‟aigua. Observeu i

compareu el color d‟aquesta segona dilució amb el color de la primera dilució.

Més dilucions: es repeteix el procés fins a 10 vegades, calculant cada vegada, quina és la concentració de colorant i el nombre de molècules de colorant que conté.

2. Representeu en un diagrama de barres les concentracions del colorant en cada una de les dilucions.

3. Quina seria la concentració si féssim 20 dilucions? A quina dilució ja no trobaríem cap molècula del colorant?


1. Hi ha medicaments homeopàtics, com el que observeu a la figura, que contenen l‟anomenada “Calcarea Carbonica”, que

és carbonat de calci. El carbonat de calci és molt poc soluble en aigua.

Argumenteu com influeix el fet que el carbonat de calci sigui molt poc soluble en la concentració d‟ions en aquest preparat.

2. Us proposem comparar el nombre d‟àtoms

d‟or en una gota d‟aigua oceànica amb el

nombre d‟àtoms d‟or que hi pugui haver en

una gota de solució 30CH utilitzada per preparar l‟Aurum metallicum 30 CH. Podeu suposar que el volum d‟una gota d‟aigua és

0,1 mL.

Per calcular el nombre d‟àtoms d‟or que hi ha en una gota d‟aigua de mar utilitzeu les

dades següents:

Concentració mitjana d‟or en els oceans: 50·10-15 mol/kg

Densitat mitjana aigua de mar: 1,025 g/mL

Per calcular el nombre d‟àtoms d‟or que hi ha en una gota de solució 30 CH suposeu que en la solució mare, a partir de la qual es comença a fer les dilucions, hi ha 3.10-7 mol/L d‟or.

Com argumentaríeu els vostres resultats? Resp. A la gota d‟aigua de mar hi haurà 3085 àtoms d‟or i al medicament homeopàtic

1,8·10 -44 àtoms d‟or.



RMT 1.6 Preparem solucions

En aquesta activitat posareu a prova la vostra capacitat de preparar solucions al laboratori, de descriure el procediment que empreu i de fer els corresponents càlculs de concentració per poder preparar les solucions.

Us proposem preparar algunes solucions d‟us comú, en l‟àmbit sanitari o en el dels productes de

neteja: un sèrum fisiològic, una solució d‟hidròxid de sodi per al tractament de les berrugues i un salfumant com el que pugueu tenir a la vostra llar. Les tres solucions que demanem preparar corresponen respectivament a clorur de sodi al 0,9%, hidròxid de sodi 2M i àcid clorhídric 2 M a partir d‟un solut sòlid o d‟una solució concentrada.

En cadascun dels casos haureu de preparar 250 mL de solució. En primer lloc haureu de calcular quina massa o quin volum de solut heu d‟utilitzar, el material que necessiteu emprar i haureu de

dissenyar i descriure el procediment que seguireu.

Si teniu dubtes sobre els càlculs, el material o el procediment a seguir, podeu consultar els procediments de preparació de solucions d‟un determinat % en massa i % en volum, i de

preparació de solucions d‟una determinada molaritat que trobareu en aquesta activitat. L‟activitat també inclou exercicis de càlcul de concentracions per tal que poseu a prova els

vostres coneixements.

En la solució 1 es demana preparar una solució de un determinat tant per cent en massa i els solucions 2 i 3 es demana preparar solucions de concentració 2M. Això expressa la concentració molar, que es defineix de la manera següent:

Concentració en quantitat de substància o concentració molar d’un solut La concentració molar d‟un solut en un determinat volum de solució, és igual al quocient entre la quantitat de solut dissolta i el volum de la solució. S‟expressa en mol/litre o mol·dm

-3 o mol·L -1 i en algunes ocasions en mol·m -3 Recordeu que Aquesta manera d‟expressar la concentració s‟anomena també “Molaritat”. Exemple: Una solució aquosa de sacarosa, C12H22O11, conté 6,00 g d‟aquest solut en un volum

de 50 mL. Quina és la concentració d‟aquesta solució? Solució: La massa molar de la sacarosa és de 342 g·mol-1 El nombre de mols de solut presents en la solució és de : La concentració és de :

molmolg

gn 0175,0

.342

00,61

soluciódelitres

solutdelmols

Vnc

molarmassa

gramsenmassa

M

mn

3.359,0050,0

0175,0 dmmolc



Solució 1

Sèrum fisiològic salí (NaCl al 0,9 % m/m) a partir de clorur de sodi i aigua destil·lada.

Solució 2

Solució per al tractament d‟eliminació de berrugues (KOH 2M) a partir d'hidròxid de potassi i aigua destil·lada.

Solució 3

Fabricació de salfumant per dilució (HCl 2M) a partir d'àcid clorhídric concentrat (mireu a l'etiqueta la concentració i la densitat) i aigua destil·lada.

Per a cada cas, indiqueu:

Els productes químics i el material de laboratori emprats.

El procediment experimental que heu seguit amb els passos numerats.

Els càlculs realitzats.

Les etiquetes de perillositat que hauríem de col·locar als recipients.



Preparació de solucions En els laboratoris la preparació d‟una solució de concentració determinada es fa o bé per

dissolució d‟un solut pur sòlid o líquid en un dissolvent o bé per dilució d‟una solució concentrada, per obtenir una de més diluïda. Solució d’un solut sòlid Exemple: Hem de preparar 250 mL d‟una solució d‟hidròxid de potassi de concentració 0,20

mol·dm -3 a partir del solut sòlid. a) Quina quantitat de solut necessitem? b) Quin material i quin procediment s‟ha de seguir? Massa molar del KOH; M(KOH) = 56,1 g·mol-1 Resposta: a) La quantitat de solut que necessitem és:

b) Material necessari 1: balança; 2: espàtula; 3: vareta de vidre; 4: vas de precipitats de 250 mL; 5: embut; 6: matràs aforat de 250 mL; 7: flascó amb aigua destil·lada

A més a més, en ser el solut una substància càustica, com s‟indica en l‟etiqueta del

producte caldrà també: guants i ulleres de seguretat. c) Procediment: - Pesar el vas de precipitats. Un cop es llegeix el pes del vas, es prem la tecla de “tara”. - Amb els guants i les ulleres de seguretat posats, s‟obre el pot del solut (KOH en aquest

exemple) i amb l‟espàtula es posen petites quantitats del solut en el vas, fins a tenir la massa calculada. Tapar el pot i retornar-lo al seu lloc. Retirar el vas de la balança.

- Afegir una mica d‟aigua destil·lada al vas de precipitats (per exemple fins uns 50 mL) i amb l‟ajut de la vareta, agitar per dissoldre el solut. Podeu afegir una mica més d‟aigua per acabar

de dissoldre el sòlid. NO S‟HA D‟OMPLIR EL VAS! - Amb l‟ajut de l‟embut, transvasar la solució al matràs aforat (figura 1). Esbaldir el vas de

precipitats amb una mica d‟aigua destil·lada i afegir-la al matràs (figura 2). Aquesta operació cal repetir-la un parell o tres de vegades, per assegurar-se que hem transvasat tot el solut dissolt al matràs aforat.

Figura 1 Figura 2

1

2

3

45 6

7

8

9

1 10

2

3

45 6

7

8

9

11

001.20

1 2 3 4 5 6 7

KOHgKOHmol

KOHgdm

dm

KOHmolsolutdemassa 81,2

1

1,56.250,0.

1

20,0 33



- Acabar d‟omplir el matràs aforat amb aigua destil·lada fins la línia d‟arrasament (figura 3), les últimes gotes s‟omplen amb l‟ajut d‟un comptagotes. Figura 3 - Tapar el matràs aforat amb el seu tap i giravoltar-ho unes quantes vegades per tal d‟

homogeneïtzar la solució preparada. - La solució preparada es passa a un flascó per guardar-la i s‟etiqueta amb la següent

informació: FÓRMULA QUÍMICA

CONCENTRACIÓ DATA DE PREPARACIÓ

RESPONSABLE PICTOGRAMA DE SEGURETAT

Solució d’un solut líquid Exemple: Hem de preparar 500 g d‟una solució etanol en aigua al 40% en massa. L‟etanol

“absolut” és un líquid. a) Quines quantitats d‟aigua i d‟etanol necessitem? b) Quin material i quin procediment s‟ha de seguir? Resposta: a) Massa d‟etanol que necessitem és:

Massa d‟aigua que necessitem = 300 g

b) Material necessari 1: balança; 2: vareta de vidre; 3: vas de precipitats de 1000 mL; 4: flascó amb aigua destil·lada

L‟etanol és un líquid molt inflamable, caldrà tenir el flascó lluny de qualsevol

flama. c) Procediment - Pesar el vas de precipitats. Un cop es llegeix el pes del vas, es prem la tecla de “tara”. - A poc a poc, posar aigua en el vas de precipitats fins a tenir els 300 g que necessitem. Després

fer el mateix amb l‟etanol, no caldrà tornar a prémer la tecla “tara” de la balança, serà suficient buidar l‟etanol fins a tenir el total de 500 g.

- Agitar la mescla amb la vareta.

1

2

3

45 6

7

8

9

1 10

2

3

45 6

7

8

9

11

001.20

1 2 3 4



- La solució preparada es passa a un flascó per guardar-la, i s‟etiqueta amb la següent

informació: FÓRMULA QUÍMICA

CONCENTRACIÓ DATA DE PREPARACIÓ

RESPONSABLE PICTOGRAMA DE SEGURETAT

Solució preparada a partir d’una altra solució més concentrada Exemple: Com es preparen 100 mL d‟una solució de permanganat de potassi, KMnO4 0,0200 mol·dm -3 a partir d‟una solució més concentrada de c= 0,100 mol·dm

-3? Resposta: a) S‟ha de determinar el volum de la solució inicial (la més concentrada) que s‟ha de diluir per

obtenir la solució de la concentració demanada. El volum V, de solució a preparar ha de tenir la següent quantitat de mols de solut: n = c . V = 0,0200 · 0,1 = 2,00·10-3 mol de KMnO4 aquesta quantitat és la que ha d‟estar en un volum, V0 de la solució concentrada.

Per tant, és suficient, agafar 20,0 mL de la solució concentrada i afegir 80 mL d‟aigua

destil·lada, per obtenir els 100 mL de solució diluïda. b) Material

1: Flascó amb la solució concentrada; 2: matràs aforat de 100 mL; 3: pipeta de 25 mL; 4: succionador per pipetes

c) Procediment 1- Acoblar el succionador per pipetes a la pipeta i succionar fins la capacitat màxima de la

pipeta (25,0 mL). No és aconsellable pipetejar directament del flascó del producte, per, tant és convenient buidar-ne una quantitat raonable en un vas de precipitats.

2- Buidar 20 mL en el matràs aforat de 100 mL 3- Acabar d‟omplir el matràs amb aigua destil·lada fins a la línia d‟arrasament.

El quocient entre les concentracions de les solucions concentrada i la diluïda defineix el “factor de dilució”.

0

0

V

V

c

c

0

10

20

25

1 2 3 4

KMnO4

0,10 mol.dm-3

mLLc

nV 0,2010.00,2

1,0

10.00,2 23

0

00



4- Tapar el matràs aforat amb el seu tap i giravolta-ho unes quantes vegades per homogeneïtzar la solució preparada.

5- La solució preparada es passa a un flascó amb l‟etiqueta corresponent. En determinades ocasions haurem de preparar una solució a partir d‟una més concentrada de la qual, només sabem el percentatge en

massa i la seva densitat. Tal és el cas de les solucions concentrades d‟àcids o d‟amoníac. Exemple: Hem de preparar 1000 mL una solució d‟àcid clorhídric de

concentració 0,50 mol·dm -3 i disposem del flascó d‟àcid concentrat,

en l‟etiqueta podem llegir: Quina massa i quin volum de la solució concentrada del flascó hem d‟agafar?. Com prepararíem

la solució? Resposta: a) L‟esquema de càlcul respon sempre al següent diagrama de flux: Calcularem la quantitat de solut que necessitem: n = V · c = 1 L· 0,50 mol·dm -3 = 0,50 mol HCl La massa d‟aquests 0,50 mol HCl és: M = n·M = 0,50 mol HCl· 36,5 g·mol -1 = 18,3 g HCl La solució que tenim té una concentració en massa del 37 %, la massa de solució que necessitem és: Si no disposem de balança, caldrà mesurar el volum. El volum de solució que necessitem és de:

37% en massa

1,10 g/mL

M = 36,5 g/mol

gHClgHClg

soluciógm 5,493,18.

37

100

mLm

V 0,4510,1

5,49



b) Material flascó amb la solució concentrada matràs aforat de 1000 mL vas de precipitats de 1000 mL vareta per remenar embut balança de sensibilitat 0,1 g ulleres de seguretat i guants campana extractora de gasos o treballar prop d‟una finestra oberta i ventilada i en el cas de no tenir balança: proveta de 100 mL de sensibilitat 1 mL c) Procediment TREBALLAR A LA CAMPANA EXTRACTORA AMB LES ULLERES I ELS GUANTS POSATS! 1- Posar el vas de precipitats amb una quantitat d‟aigua. Tarar. 2- Buidar molt a poc a poc la solució de HCl sobre l‟aigua del vas, fins que marqui la massa

desitjada. 3- Remenar amb la vareta i esperar que la mescla s‟hagi refredat. 4- Passar la mescla al matràs aforat amb ajut de l‟embut. 5- Esbaldir el vas amb una mica d‟aigua destil·lada i buidar-la dins el matràs aforat. Repetir

aquesta operació un parell de vegades. 6- Acabar d‟omplir el matràs aforat amb aigua destil·lada fins la línia d‟arrasament. 7- Tapar el matràs aforat amb el seu tap i giravoltar unes quantes vegades per homogeneïtzar la

solució preparada. 8- La solució preparada es passa a un flascó per guardar-la etiquetada. Si no disposem de balança, el pas 1, consisteix primer en tenir un cert volum d‟aigua en el vas

de precipitats de 1000 mL i després en mesurar amb la proveta els 45 mL de la solució concentrada de HCl. Exercicis i qüestions

1. Expliqueu com prepararíeu 500 mL d‟una solució 0,1 mol·dm-3 de sulfat de sodi.

2. Quina massa d‟etanol “absolut” de densitat 0,789 g·cm-3 es necessita per a preparar 250

mL d‟una solució aquosa al 80% en massa? Resp: 157,8 g

3. Mentre preparem una solució ens pot passar algun dels incidents següents:

i Omplim una mica més del compte el matràs aforat amb aigua destil·lada.

ii Vessem una mica de la solució ja preparada quan la transvasem del matràs aforat al flascó on la volem guardar.

iii Ens oblidem d‟esbaldir vàries vegades el vas de precipitats on hem dissolt els solut

sòlid.

a. En quines d‟aquestes ocasions variarà la concentració de la solució del que ens havíem proposat de preparar?

b. La variació, farà que la solució sigui més o menys concentrada?



4. A partir de les dades de l‟etiqueta de l‟ampolla d‟àcid fosfòric:

a. Calculeu la massa d‟aquesta solució que es necessita per a

preparar 100 mL de solució de concentració 1,0 mol·dm-3

b. Trobeu quin volum de solució té la massa que heu calculat.

c. Expliqueu detalladament el procediment a seguir per preparar aquesta solució. Resp: a) 6,2 g; b) 3,2 cm3

5. Una solució està formada per 17 g de solut dissolts en aigua fins un volum final de 750

cm3. Calculeu:

a. La concentració de la solució en g·L -1

b. Si la densitat de la solució es de 1,2 g·cm -3, calculeu la massa total de la solució. Resp: a) 22,7 g . L-1; b) 9000 g

6. L‟etiqueta d‟un flascó d‟àcid etanoic concentrat indica que és del 84,2% en massa i que

la seva densitat és 1,069 g·cm -3. Calculeu la concentració en mol·dm -3 de l‟àcid etanoic

del flascó. Resp: 15 mol·dm -3 .

7. Preparem una solució d‟àcid sulfúric en el laboratori. Si en preparar la solució omplim

el matràs aforat, amb un volum d‟aigua més gran, la solució preparada serà més concentrada o menys concentrada que la que inicialment teníem intenció de preparar?.

Suposa que la solució que hem preparat és d‟1 L de volum i concentració 0,1 mol·dm-3.

Quins passos s‟han de seguir per preparar, a partir d‟aquesta una solució, 1L de solució de concentració 0,01 mol·dm -3?

H3PO4 85% m/m

= 1,87 g·cm-3



RMT 1.7 Formulem ions i compostos iònics

Aquesta activitat us servirà per repassar la formulació dels compostos iònics. Segurament ja heu practicat la formulació, a mesura que sorgia la necessitat d’escriure la fórmula d’algun compost, però aquesta activitat posarà a prova els vostres coneixements.

Introducció Anomenant ions S‟obtenen ions positius (cations) quan àtoms metàl·lics perden electrons. El nom de l‟ió és el

de l‟element corresponent, precedit de la paraula ió.

Alguns metalls poden produir més d'un tipus d'ions positius, ja que poden perdre un nombre diferent d'electrons per formar ions estables. En aquest cas s‟ha d'incloure la càrrega de l‟ió

(també anomenada nombre d'oxidació) a continuació del nom de l‟ àtom metàl·lic, això ens permet saber de quin ió es tracta - per exemple, el ferro pot produir ferro(II), Fe2+, o ferro(III), Fe3 +.

Un catió que no està format per un àtom metàl·lic és l'ió amoni, NH4+.

Els ions negatius (anions) es produeixen quan els àtoms no metàl·lics, o grups d'àtoms, guanyen electrons. Quan l'anió és només un àtom no metàl·lic, el nom de l'anió acaba en -ur. Així, l'ió clorur i S2- és l'ió sulfur. Quan l‟anió conté un àtom del no metall i oxigen, el nom de l‟ió acaba en -at. Per tant, SO42- és l'ió sulfat i NO3- és l'ió nitrat.

Les càrregues dels ions Els àtoms metàl·lics dels grups 1, 2 i 13 de la taula periòdica, formen ions, perdent tots els electrons de la capa de valència: Grup 1... càrrega 1+; Grup 2... càrrega 2+; Grup 13... càrrega 3+.

Els metalls del grup 14, poden perdre dos dels seus quatre electrons de la capa externa per formar ions que tindran una càrrega 2 +. La càrrega d'un ió metàl·lic del bloc d, és més difícil de predir.

Els elements no metàl·lics formen ions en guanyar electrons suficients per aconseguir tenir la capa de valència plena. El clor, del Grup 17, guanya un electró per convertir-se en l‟ió Cl

-. El sofre del Grup 16 guanya 2 electrons per formar l‟ió S

2-.

Fórmula Nom Na+ ió sodi K+ ió potassi Ag+ ió plata NH4

+ ió amoni Ca2+ ió calci Mg2+ ió magnesi Pb2+ ió plom(II) Zn2+ ió zinc Cu2+ ió coure(II) Fe2+ ió ferro(II) Fe3+ ió ferro(III) Al3+ ió alumini Cl− ió clorur Br− ió bromur I− ió iodur F− ió fluorur S2− ió sulfur H− ió hidrur O2− ió òxid O2

2− ió peròxid OH− ió hidròxid ClO- ió hipoclorit ClO2

- ió clorit ClO3

- ió clorat ClO4

- ió perclorat IO3

- ió iodat HCO3

− ió hidrogencarbonat CO3

2− ió carbonat NO2

- ió nitrit NO3

- ió nitrat SO3

2- ió sulfit SO4

2- ió sulfat PO4

3- ió fosfat MnO4

- ió permanganat CrO4

2- ió cromat Cr2O7

2- ió dicromat HS- ió hidrogensulfur HSO3

− ió hidrogensufit HSO4

- ió hidrogensulfat HPO4

2- ió hidrogenfosfat H2PO4

- ió dihidrogenfosfat



Com s’anomenen i formulen els compostos iònics Exemple 1 Exemple 2


1. Completeu el quadre següent de manera que la fórmula d‟un compost iònic correspongui amb

la seva composició en ions:

Catió Anió

Fe3+ NH4+ Al3+ Ca2+

F-

OH-

Pb(NO3)2

S2-

SO42-

Podeu trobar més exercicis de formulació per poder practicar a les següents adreces web: www.alonsoformula.com/inorganica http://www.xtec.cat/~cfuente3/

Nitrat de sodi

l'ió nitrat té una càrrega negativa

NO3-

l'ió sodi té una càrrega positiva

Na+

NO3Na

Nitrat de ferro (III)

l'ió nitrat té una càrrega negativa

NO3-

l'ió ferro (III) té tres càrregues positives

Fe3+

Falten tres ions nitrat per compensar les càrregues positives de l'iò ferro (III)

NO3- NO3

- NO3-

Fe (NO3)3



RMT 1.8 Síntesi - Conceptes. Què he après? En aquesta activitat trobareu una llista amb els punts fonamentals que convé que tingueu recollits en els vostres apunts i unes qüestions per comprovar els vostres coneixements de química. Al final també hi trobareu recollides diferents maneres d’expressar la concentració de

les solucions i alguns exercicis per comprovar que sou capaços de realitzar aquests càlculs. Assegureu-vos que els vostres apunts recullen els punts següents. Recordeu que haureu de consultar moltes vegades aquests conceptes i aquests procediments en estudiar unitats posteriors.

1. Estructura del sòlid iònic. 2. Formulació dels compostos iònics. 3. Procés de dissolució d‟un sòlid iònic. 4. Solubilitat i la seva variació amb la temperatura. 5. Diferents formes d‟expressar la composició d‟una solució: concentració en massa,

concentració en quantitat de substància o concentració molar 6. Preparació de solucions

Alguns conceptes a recordar

Propietats de les substàncies iòniques

Tenen punts de fusió i ebullició elevats Són dures i fràgils (es trenquen fàcilment) No condueixen el corrent elèctric en estat sòlid, però si quan es fonen o es dissolen. Són solubles en aigua. Són sòlides a temperatura ordinària.

solucions aquoses

un dissolvent

(l'aigua)

els soluts

(que poden ser sòlids, líquids o gasos)

solut d'estructura iònica

Ex: KCl, MgSO4, KNO3

ELECTRÒLIT iònic

ions en solució

(solució conductora)

solut d'estructura molecular

Ex: glucosa(s), NH3(g), H2SO4(l)

queda en forma de molècules

Ex: glucosa

es dissocia en ions

Ex: H2SO4(l), HCl(g)

ELECTRÒLIT molecular

ions en solució

(solució conductora)



Percentatge en massa i en volum En l‟activitat RMT 1.1 es mostren dades de concentració de l‟aigua de mar expressades en

concentració en massa (g·L -1). La concentració total de sals dissoltes en el mar, o salinitat, sol expressar-se en percentatge en massa, i en la taula 1 es presenten aquestes dades, en concret expressades en tant per mil, que és una manera molt freqüent d‟expressar la concentració de les aigües de mar. El percentatge en massa d‟un component d‟una solució (o d‟una mescla qualsevol) és igual al

quocient entre la massa del component i la massa total de la mescla. El resultat es multiplica per cent i s‟obté el % en massa. Ocasionalment es pot multiplicar per 1000 i s‟obté el ‰. Per exemple el percentatge en massa del component A d‟una mescla és:

Taula 1. Salinitat de diferents mars expressada en tant per mil L‟aigua de mar també conté petites quantitats de gasos dissolts. Els més abundants són el

nitrogen i l‟oxigen, seguits del diòxid de carboni i d‟alguns gasos nobles (argó i neó). Per

aquests soluts la concentració es pot expressar en percentatge en volum. El percentatge en volum d‟un component d‟una solució (o d‟una mescla qualsevol) és igual al

quocient entre el volum que ocupa el component i el volum total de la mescla. El resultat es multiplica per cent. Per exemple el percentatge en volum del component A d‟una mescla és:

En les mescles de líquids també és habitual expressar la composició en percentatge en volum (figura 4).

Si el volum del component és molt petit comparat amb el volum de la mescla, la concentració s‟expressa en ppm o “parts per milió”. Així, en la composició de l‟aire la concentració del gas

CO2 actual és d‟unes 400 ppm, que equival a 0,04 % en volum.

Concentració en quantitat de substància o concentració molar d’un solut

La concentració molar d‟un solut en un determinat volum de solució, és igual al quocient entre

la quantitat de solut dissolta i el volum de la solució. S‟expressa en mol/L o mol·dm -3 o mol·L -1 i en algunes ocasions en mol·m -3

mar Mort

mar Roig

mar Mediterrani

oceà Atlàntic

oceà Pacífic

mar Bàltic

Salinitat (‰) 330 40 38 36 36 6

Figura 4. Etiqueta d’un vi que conté 14,5% en volum d’etanol

soluciódelitres

solutdelmols

Vnc



Recordeu que També s‟anomena “Molaritat” a aquesta concentració. Exemple: Una solució aquosa de sacarosa, C12H22O11, conté 6,00 g d‟aquest solut en un volum

de 50 mL. Quina és la concentració d‟aquesta solució? Solució: La massa molar de la sacarosa és de 342 g.mol-1 El nombre de mols de solut presents en la solució és :

La concentració és : Què significa la concentració molar d’un solut? Tres flascons tenen les etiquetes següents: Què significa aquesta informació? En preparar cada una d‟aquestes solucions hem agafat una determinada quantitat de solut i l‟hem dissolt fins a un cert volum, de tal manera que per a cada litre de solució hi trobem el nombre de mols de solut que ens indica el valor de la concentració.

Observeu que la concentració d‟una solució és una magnitud que no depèn del volum de solució

que considerem. A aquestes magnituds se les anomena magnituds intensives.

Cada una de les solucions conté en primer lloc, i en abundància, molècules d‟aigua i després els corresponents anions i cations.

Per cada una de les solucions que hem preparat a partir del solut sòlid podríem escriure l‟equació de dissociació iònica: CuCl2(s) → Cu

2+(aq) + 2Cl-(aq) NaNO3(s) → Na

+(aq) + 2NO3-(aq)

NaOH(s) → Na+(aq) + OH-(aq)

La concentració de cada un dels ions presents en les solucions és: A partir d‟ara, les concentracions dels ions les podem escriure amb la notació següent: 0,10 mol·L -1 de Cu2+ l‟escriurem… Cu2+ = 0,10 0,50 mol·L -1 de NO3

- l‟escriurem… NO3- = 0,50

OBSERVEU que no podem escriure CuCl2 ni NaNO3 perquè no són substàncies moleculars, per tant no hi ha molècules de CuCl2 ni de NaNO3. En canvi és correcte escriure

molmolg

gn 0175,0

.342

00,61

molarmassa

gramsenmassa

M

mn

3.359,0050,0

0175,0 dmmolc

Clorur de coure (II) CuCl2

0,10 mol·L-1

Nitrat de sodi NaNO3

0,50 mol·L-1

Hidròxid de sodi NaOH

1,0 mol·L-1

Clorur de coure (II) H2O

Cu2+ 2 Cl-

Nitrat de sodi H2O

Na+ NO3-

Hidròxid de sodi H2O

Na+ OH-

Solució de clorur de coure (II) 0,10 mol·L-1 de Cu2+ 0,20 mol·L-1 de Cl-

Solució de nitrat de sodi 0,50 mol·L-1 de Na+

0,50 mol·L-1 de NO3 -

Solució d‟hidròxid de sodi 1,0 mol·L-1 de Na+

1,0 mol·L-1 de OH-



C12H22O11 = 0,359 perquè la sacarosa és una substància molecular. Exemple: Es prepara una solució dissolvent 10,0 g de clorur de ferro (III) fins un volum de 250 mL.

a) Quina és la concentració de la solució? b) Quina és la concentració dels ions ferro (III) i dels ions clorur?

Solució: La massa molar del solut FeCl3 és 162,3 g·mol-1

a) El nombre de mols de solut presents en la solució és :

La concentració és: b) El clorur de ferro (III) en solució, conté els ions: FeCl3(s) → Fe

3+ (aq) + 3 Cl-(aq) Les concentracions de cada ió són: Fe3+(aq) = 0,246; Cl-(aq) = 3·0,246 = 0,738

Recordeu també la concentració en massa, una altra manera d‟expressar la concentració de les solucions:

Concentració en massa d’un solut

La concentració en massa d‟un solut en un determinat volum de solució, és igual al quocient

entre la massa de solut dissolta i el volum de la solució. Les unitats de la concentració en massa depenen de les unitats en què expressem la massa i el volum:

cm unitat de massa

unitat de volum

Exemple: Es prepara una solució de clorur de coure (II) dissolent 6,00 g de solut fins un volum de 100 mL de solució. Quina és la concentració en massa del clorur de coure (II)? Solució:

c6,0g

100mL 0,060g mL1 60 g L1

No s‟ha de confondre la concentració en massa d‟un solut amb la densitat d‟una substància o

d‟una solució, encara que en aparença les unitats són les mateixes, no indiquen el mateix

solució de volum

solut de massa ióconcentrac és diferent de

solució) (de volum

solució) (de massa densitat

Com podeu veure la diferència està en que la concentració en massa ens indica una quantitat de solut per unitat total de solució, mentre que la densitat, una propietat característica d‟una

substància ens indica quanta massa de la substància hi ha continguda en un determinat volum d‟aquesta substància.

molmolg

gn 0616,0

.3,162

0,101

3.246,0250,0

0616,0 dmmolc



Exercicis

1. En la taula següent s‟indiquen les solubilitats del clorur de potassi en aigua a diferents

temperatures:

Temperatura / ºC Solubilitat

(g de KCl en 100 g d‟aigua)

20 32

30 35

40 38

50 41

60 45

a. Dibuixeu la corba de solubilitat d‟aquesta sal.

b. Es poden dissoldre 100 g de KCl en 250 g d‟aigua a 30 ºC? I a 60 ºC? Justifiqueu

la resposta.

c. En 250 g d‟aigua, a 50 ºC, dissolem la quantitat de KCl necessària per saturar la

solució. A continuació es deixa refredar la solució fins a 20 ºC. Calculeu la quantitat de solut que precipitarà.

Resp: b) A 30 ºC no.; c) A 60 ºC sí.

2. Una solució conté 40 g de nitrat de potassi i 75 g de clorur de sodi dissolts en 750 g d‟aigua. Calculeu el tant per cent en massa de cada solut en la solució. Resp: 4,62 % en massa KNO3, 8,67 % en massa NaCl.

3. Les begudes alcohòliques indiquen la concentració en volum en “graus” (10 % en

volum d‟alcohol = 10 graus). Calculeu el volum d‟alcohol que conté una botella de 750

mL d‟una beguda alcohòlica de 40º. Resp: 300 mL d‟alcohol.

4. L‟aigua d‟un cert mar conté com a mitjana 18,5 g d‟ions clorur (Cl-) per cada litre

d‟aigua de mar. Calculeu:

a. El nombre d‟ions clorur dissolts en 1 L d‟aigua de mar.

b. La concentració molar d‟ions clorur. Resp: a) 3,1·1025 ions Cl-; b) 0,52 mol · L -1

5. El sèrum sanguini humà conté 3,5 g·dm -3 de ions sodi, Na+ . Calculeu la concentració molar d‟ions sodi del sèrum sanguini. Resp: 0,15 mol·dm -3

6. Calculeu la massa de clorur de sodi dissolta en 250 mL d‟una solució 2 M de clorur de

sodi. Resp: 29,25 g NaCl.

7. Calculeu la concentració molar d‟una solució de clorur de sodi en aigua al 20 % en

massa si la seva densitat és de 1,022 kg·dm-3. Resp: 3,49 mol·dm -3

8. Una solució conté 12 g de clorur de sodi en 95 g d‟aigua. Calculeu la concentració

molar de la solució. Dada: densitat de la solució = 1,020 kg·dm -3.

Resp: 1,95 mol ·dm -3



9. Quants mols de solut contenen cadascuna de les solucions següents?

a. 1 dm3 de solució KCl de concentració 0,5 mol·dm -3 b. 250 cm3 de solució H2SO4 de concentració 0,2 mol·dm -3 c. 50 mL de solució NaI de concentració 0,04 mol·dm -3 d. 5 L de solució de carbonat de sodi de concentració 0,1 mol·dm -3 Resp: a) 0,5 mol KCl; b) 0,05 mol H2SO4 ; c) 2·10 -3 mol NaI; d) 0,5 mol Na2CO3

10. Quina és la concentració en mol·dm -3 de les solucions, la composició de les quals és:

a. 2 mol KOH en 1 dm3 b. 0,5 mol HCl en 500 cm3 c. 10 g NaOH en 1 L d. 100 g CaBr2 en 100 mL

Resp: a) 2 mol·dm -3 b) 1 mol·dm -3 c) 0,25 mol·dm -3 d) 0,5 mol·dm -3

11. Per muntar un aquari d‟aigua salada, en lloc d‟anar a buscar aigua del mar podem

preparar la nostra pròpia aigua marina. Per fer un litre d‟aigua de mar necessitem:

Clorur de sodi 24,0 g

Clorur de magnesi 5,0 g

Sulfat de sodi 4,0 g

Clorur de calci 1,1 g

Clorur de potassi 0,7 g

Hidrogencarbonat de sodi 0,2 g

a. Quina és la concentració en ions sodi ?

b. Quina és la concentració en ions clorur?

c. Quants grams d‟ ions sodi i quants grams d‟ ions clorur hi ha en un litre d‟aigua

així preparada? Podeu comparar els valors que obteniu amb els que trobeu a RMT 1.1

d. En el manteniment de l‟aquari, es recomana molt especialment quan s‟observa

que el nivell de l‟aigua disminueix perquè s‟evapora, que cal afegir aigua destil·lada

i mai afegir més solució com la que s‟ha preparat. Pots explicar perquè? Resp: a) 0,45 mol ·dm -3 ; 0,53; c) 10,35 g Na+, 10,65 g Cl-; c) Solament s‟evapora

l‟aigua (dissolvent), no el solut. 12. En un matràs aforat de 250 mL s‟han dissolt 17,0 g de sulfat d‟alumini, Al2(SO4)3

a.Quina és la concentració molar de la solució?

b.Quines són les concentracions de cada un dels ions que formen aquesta solució? Resp: a) 0,2 mol ·dm -3; b) 0,6 mol ·dm -3

13. Una solució d‟1 litre conté 20 mL d‟etanol. L‟etanol és l‟alcohol que contenen les begudes com el vi i els licors, és un líquid de densitat 0,79 g·cm-3. Quina és la concentració d‟aquesta solució? Resp: 0,346 mol ·dm -3

sals al mar i a les minescesire.cat.mialias.net/recursos/context/quimica/rmt v1.0/rmt1.pdf · sals...

Documents