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2° medio · Química
Propiedades coligativas de las soluciones · Concentración y solubilidad de las soluciones

Unidades de concentración físicas y químicas

En la etiqueta de un vino de Casablanca dice «13 % alc./vol.». En la de un agua mineral, «nitratos: 2 mg/L». En el laboratorio, el profesor te pide una solución «0,5 M». Las tres cifras dicen lo mismo: cuánto soluto hay en una solución. Pero cada una lo cuenta de una manera distinta. En esta página aprenderás a leerlas, a calcularlas y a pasar de una a otra.

Qué es la concentración y por qué hay tantas unidades

Una solución es una mezcla homogénea de un soluto (lo que se disuelve) y un solvente (en lo que se disuelve, casi siempre agua). La concentración indica cuánto soluto hay en una cantidad dada de solución o de solvente.

Siempre es una razón: $\dfrac{\text{cantidad de soluto}}{\text{cantidad de solución (o de solvente)}}$.

Lo que cambia entre unidades es cómo mides cada cantidad: en masa, en volumen o en moles. Se agrupan así:

Tipo Unidades Soluto medido en Solución medida en
Físicas %m/m, %m/v, %v/v, ppm masa o volumen masa o volumen
Químicas molaridad, molalidad, fracción molar moles volumen, kg de solvente o moles totales
Una solución se compone de soluto y solvente; la masa de la solución es la suma de ambas. Soluto 25 g de sal + Solvente 225 g de agua = Solución 250 g Ojo: la masa de la solución incluye al soluto

Unidades físicas: %m/m, %m/v y %v/v

Las unidades de porcentaje dicen cuánto soluto hay en 100 partes de solución. Lo que cambia es qué mides.

¿Por qué se divide por la solución y se multiplica por 100? Porque un porcentaje es «cuántos por cada 100». Un 20 %m/m significa 20 g de soluto en cada 100 g de solución.

El %m/v equivale a gramos de soluto por cada 100 mL de solución. Por eso un suero fisiológico al 0,9 %m/v tiene 0,9 g de sal en 100 mL, es decir, 9 g por litro.

Cuándo se usa cada uno:

  • %m/m: sólidos mezclados o soluciones muy concentradas (reactivos comerciales, aleaciones).

  • %m/v: un sólido disuelto en un líquido (sueros, soluciones de laboratorio).

  • %v/v: líquido en líquido (vino, pisco, alcohol gel). El grado alcohólico es un %v/v.

Practica★☆☆Sin empezar
Se disuelven 25 g de sal en 225 g de agua. Calcula el porcentaje masa/masa (%m/m) de la solución e interpreta el resultado con una frase.

Se disuelven 25 g de sal en 225 g de agua. Calcula el porcentaje masa/masa (%m/m) de la solución e interpreta el resultado con una frase.

Resolver
Practica★☆☆Sin empezar
Una solución se prepara con 35 mL de etanol y agua hasta completar 250 mL de solución. Calcula su porcentaje volumen/volumen (%v/v) e indica qué significa ese valor.

Una solución se prepara con 35 mL de etanol y agua hasta completar 250 mL de solución. Calcula su porcentaje volumen/volumen (%v/v) e indica qué significa ese valor.

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Concentraciones muy bajas: g/L, mg/L y ppm

Cuando el soluto es una traza (nitratos en un pozo, arsénico en el agua de Antofagasta, cloro en una piscina), los porcentajes darían números diminutos. Se usan mejor:

  • g/L: gramos de soluto por litro de solución. Se relaciona con el %m/v: $1\ \%\,m/v = 10\ \text{g/L}$.

  • mg/L: miligramos de soluto por litro de solución.

  • ppm (partes por millón): $1\ \text{ppm}=1\ \text{mg}$ de soluto por kg de solución, o $\dfrac{\text{mg de soluto}}{\text{kg de solución}}$.

En soluciones acuosas muy diluidas, 1 L de solución pesa casi 1 kg (densidad $\approx 1\ \text{g/mL}$). Entonces:

$$1\ \text{ppm}\approx 1\ \text{mg/L}$$ Un litro de agua diluida pesa cerca de un kilogramo, por lo que mg por litro y mg por kilogramo coinciden. 1 L de agua con 2 mgde soluto ≈ 1 kg de solución 2 mg/L ≈ 2 ppm solo si la solución es muy diluida
Practica★★☆Sin empezar
Una muestra de 2,5 L de agua de un pozo contiene 15 mg de nitrato disuelto. Considera que la densidad del agua es $1\ \text{g/mL}$. a) Expresa la concentración en…

Una muestra de 2,5 L de agua de un pozo contiene 15 mg de nitrato disuelto. Considera que la densidad del agua es $1\ \text{g/mL}$.

  1. a) Expresa la concentración en $\text{mg/L}$.
  2. b) Expresa la concentración en ppm.
  3. c) Explica por qué, en soluciones acuosas muy diluidas, ambas cifras coinciden.
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Unidades químicas: la molaridad

En química importa cuántas partículas hay, no solo cuántos gramos. Por eso se usan los moles. La cantidad de sustancia se obtiene con la masa molar $M$ (g/mol):

$$n=\frac{m}{M}$$

La molaridad (M) es la cantidad de sustancia de soluto por litro de solución:

Se calcula en dos pasos: primero los moles (con $n=m/M$), después la división por el volumen en litros.

Practica★☆☆Sin empezar
Se disuelven 0,50 mol de NaCl en agua hasta completar 250 mL de solución. Calcula la molaridad e indica qué diferencia hay entre molaridad y molalidad.

Se disuelven 0,50 mol de NaCl en agua hasta completar 250 mL de solución. Calcula la molaridad e indica qué diferencia hay entre molaridad y molalidad.

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Practica★★☆Sin empezar
Se disuelven 18 g de glucosa (masa molar $180\ \text{g/mol}$) en agua hasta completar 400 mL de solución. a) Calcula la molaridad de la solución. b) Calcula el…

Se disuelven 18 g de glucosa (masa molar $180\ \text{g/mol}$) en agua hasta completar 400 mL de solución.

  1. a) Calcula la molaridad de la solución.
  2. b) Calcula el porcentaje masa/volumen (%m/v).
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Molalidad y fracción molar

La molaridad depende del volumen, y el volumen cambia con la temperatura (el líquido se dilata). La molalidad (m) evita ese problema porque usa masa de solvente, que no cambia al calentar.

La fracción molar $\chi$ no tiene unidad: es la parte de los moles totales que corresponde a cada componente. Sus valores van de 0 a 1.

Fíjate en la diferencia con la molaridad:

Comparación: la molaridad divide por litros de solución; la molalidad divide por kilogramos de solvente. Molaridad (M) mol de soluto por litro de SOLUCIÓN se mide con matraz de aforo Molalidad (m) mol de soluto por kg de SOLVENTE se mide con balanza
Practica★★☆Sin empezar
Una solución se prepara con 46 g de etanol, $C_2H_6O$ (masa molar $46\ \text{g/mol}$), y 144 g de agua (masa molar $18\ \text{g/mol}$). a) Calcula la fracción molar del…

Una solución se prepara con 46 g de etanol, $C_2H_6O$ (masa molar $46\ \text{g/mol}$), y 144 g de agua (masa molar $18\ \text{g/mol}$).

  1. a) Calcula la fracción molar del etanol y la del agua.
  2. b) Calcula la molalidad de la solución.
Resolver

Pasar de una unidad a otra

Los reactivos vienen rotulados en %m/m y densidad, pero los cálculos piden molaridad o molalidad. Para convertir, el truco es elegir una base de cálculo: una cantidad de solución que te simplifique las cuentas.

  • Si el dato es %m/m, parte de 100 g de solución.

  • Si el dato es molaridad, parte de 1 L de solución.

Luego calculas la masa de soluto, la masa de solvente, los moles y el volumen. La densidad ($\rho$) es el puente entre masa y volumen de la solución:

$$\rho=\frac{m_{\text{solución}}}{V_{\text{solución}}}$$
Practica★★★Sin empezar
Un ácido clorhídrico comercial tiene una concentración de 36 %m/m y una densidad de $1{,}18\ \text{g/mL}$. La masa molar del HCl es $36{,}5\ \text{g/mol}$. a) Calcula la…

Un ácido clorhídrico comercial tiene una concentración de 36 %m/m y una densidad de $1{,}18\ \text{g/mL}$. La masa molar del HCl es $36{,}5\ \text{g/mol}$.

  1. a) Calcula la molaridad del ácido.
  2. b) Calcula la molalidad del ácido.
  3. c) Explica por qué la molaridad y la molalidad son tan distintas en esta solución concentrada.
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Practica★★★Sin empezar
Una solución de NaOH (masa molar $40\ \text{g/mol}$) tiene una concentración de $2{,}0\ \text{mol/L}$ y una densidad de $1{,}08\ \text{g/mL}$. Considera 1,0 L de…

Una solución de NaOH (masa molar $40\ \text{g/mol}$) tiene una concentración de $2{,}0\ \text{mol/L}$ y una densidad de $1{,}08\ \text{g/mL}$. Considera 1,0 L de solución y calcula:

  1. a) El porcentaje masa/masa.
  2. b) La molalidad.
  3. c) La fracción molar del NaOH, usando $18\ \text{g/mol}$ como masa molar del agua.
  4. d) Comenta por qué, en este caso, molaridad y molalidad resultan casi iguales.
Resolver

Resumen

Vuelve al principio: «13 % alc./vol.» es un %v/v (13 mL de etanol por cada 100 mL de vino), «2 mg/L» son miligramos de soluto por litro de agua (casi igual a 2 ppm), y «0,5 M» son 0,5 mol de soluto por litro de solución.


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