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La solución piraña es una mezcla de ácido sulfúrico y peróxido de hidrogeno, se utiliza para limpiar ciertos materiales metálicos y semiconductores de contaminantes orgánicos. Se requiere preparar una solución piraña con relación molecular 5:1 (por cada 5 moléculas de ácido sulfúrico, se tenga 1 molécula de peróxido de hidrógeno). Para ello se tiene una botella de ácido sulfúrico al 98% en peso y densidad de 1.84 g/cm3 , además se tiene una botella de peróxido de hidrógeno al 30% en volumen y densidad de 1.11 g/ml. Si tomamos 10 ml de la botella de peróxido de hidrógeno, ¿Qué cantidad de ácido sulfúrico debemos añadir para tener la relación molecular correcta?
Respuestas
La cantidad de ácido sulfúrico requerida para mezclar con 10 ml de peróxido de hidrógeno en la relación molecular dada es 26,6 ml.
Mezcla de Acido Sulfúrico (H₂SO₄) y peróxido de hidrógeno (H₂O₂)
Relación molecular 5:1 (5 moléculas de H₂SO₄ : 1 molécula H₂O₂)
Reactivos disponibles:
H₂SO₄ 98% en peso densidad 1,84 g/ml
H₂O₂ 30% en volumen densidad 1,11 g/ml
Masa molar H₂O₂ = 34 g/mol
Masa molar H₂SO₄ = 98 g/mol
Tomamos 10 ml de la botella de H₂O₂, entonces tenemos:
10 ml × 0,30 × (1,11 g / ml) × (1 mol / 34 g) = 0,0978 mol H₂O₂
Tenemos 0,0978 mol H₂O₂, entonces calculamos cuánto ácido sulfúrico necesitamos:
1 mol de moléculas de H₂O₂ tiene una masa de 34 g y equivale a 6,022 × 10²³ moléculas. Entonces, tenemos:
( 6,022 × 10²³ moléculas / 1 mol ) × 0,0978 mol = 0,589 × 10²³ moléculas H₂O₂
(5 moléculas H₂SO₄ / 1 molécula H₂O₂) × 0,589 × 10²³ moléculas H₂O₂ = 2,94 × 10²³ moléculas H₂SO₄
2,94 × 10²³ moléculas × 1 mol / 6,022 × 10²³ moléculas = 0,489 mol H₂SO₄
Necesitamos 0,489 mol H₂SO₄
0,489 mol H₂SO₄ × (98 g/ mol) × (100 g / 98 g) × (1 ml / 1,84 g)= 26,6 ml
Se requieren 26,6 ml de ácido sulfúrico para tener la relación molecular correcta.