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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 a la pregunta
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.