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 |
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).
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%m/v: un sólido disuelto en un líquido (sueros, soluciones de laboratorio).
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%v/v: líquido en líquido (vino, pisco, alcohol gel). El grado alcohólico es un %v/v.
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.
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.
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:
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g/L: gramos de soluto por litro de solución. Se relaciona con el %m/v: $1\ \%\,m/v = 10\ \text{g/L}$.
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mg/L: miligramos de soluto por litro de solución.
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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:
$$1\ \text{ppm}\approx 1\ \text{mg/L}$$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 $1\ \text{g/mL}$.
- a) Expresa la concentración en $\text{mg/L}$.
- b) Expresa la concentración en ppm.
- c) Explica por qué, en soluciones acuosas muy diluidas, ambas cifras coinciden.
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.
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.
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.
- a) Calcula la molaridad de la solución.
- b) Calcula el porcentaje masa/volumen (%m/v).
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:
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 $18\ \text{g/mol}$).
- a) Calcula la fracción molar del etanol y la del agua.
- b) Calcula la molalidad de la solución.
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.
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Si el dato es %m/m, parte de 100 g de solución.
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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:
$$\rho=\frac{m_{\text{solución}}}{V_{\text{solución}}}$$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 $36{,}5\ \text{g/mol}$.
- a) Calcula la molaridad del ácido.
- b) Calcula la molalidad del ácido.
- c) Explica por qué la molaridad y la molalidad son tan distintas en esta solución concentrada.
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:
- a) El porcentaje masa/masa.
- b) La molalidad.
- c) La fracción molar del NaOH, usando $18\ \text{g/mol}$ como masa molar del agua.
- d) Comenta por qué, en este caso, molaridad y molalidad resultan casi iguales.
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.