Molaridad y partes por millón
Una naciente de San Carlos abastece a una comunidad. El informe del AyA dice que el agua tiene «3 ppm de nitratos», y en el laboratorio del colegio una disolución dice «0,25 M». ¿Qué significan esos valores y cómo se prepara una disolución con una concentración exacta? Eso se responde en esta página.
Molaridad: moles por litro
Los porcentajes (% m/m, % m/v, % v/v) comparan masas o volúmenes. Pero las reacciones químicas ocurren entre cantidades de partículas, y los químicos las cuentan en moles. Por eso se usa una unidad que cuenta moles de soluto en cada litro de disolución.
Una disolución $0{,}25\ M$ se lee «cero coma veinticinco molar» y significa que cada litro de disolución contiene $0{,}25\ mol$ de soluto.
La concentración no depende de cuánta disolución tenga: un vaso o un tanque de la misma disolución tienen la misma molaridad. Lo que cambia es la cantidad de moles. Despejando de la definición:
Se disuelven $0{,}50\ mol$ de cloruro de sodio en agua hasta completar $2{,}0\ L$ de disolución. Calcule la molaridad de la disolución e indique las unidades en que se…
Se disuelven $0{,}50\ mol$ de cloruro de sodio en agua hasta completar $2{,}0\ L$ de disolución. Calcule la molaridad de la disolución e indique las unidades en que se expresa.
Una disolución de ácido clorhídrico tiene una concentración de $0{,}25\ M$. Explique qué significa ese valor, indique cuántos moles de soluto hay en $1{,}0\ L$ y cuántos…
Una disolución de ácido clorhídrico tiene una concentración de $0{,}25\ M$. Explique qué significa ese valor, indique cuántos moles de soluto hay en $1{,}0\ L$ y cuántos hay en $200\ mL$ de esa disolución.
De la masa a los moles y preparación de una disolución
En el laboratorio no se pesan moles, se pesan gramos. El puente es la masa molar (en $g/mol$), que se lee en la tabla periódica sumando las masas atómicas. Para no confundirla con la molaridad $M$, aquí se escribe siempre «masa molar».
El plan para preparar una disolución de molaridad conocida es siempre el mismo:
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Calcular los moles: $n = M \cdot V$.
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Pasar a gramos con la masa molar.
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Pesar el soluto, disolverlo en un poco de agua en un beaker y trasvasarlo al balón aforado.
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Agregar agua hasta la marca de aforo (la línea del cuello) y agitar para homogeneizar.
Josué debe preparar $250\ mL$ de una disolución de hidróxido de sodio, $NaOH$, $0{,}20\ M$. La masa molar del $NaOH$ es $40{,}0\ g/mol$. a) Calcule los moles de $NaOH$…
Josué debe preparar $250\ mL$ de una disolución de hidróxido de sodio, $NaOH$, $0{,}20\ M$. La masa molar del $NaOH$ es $40{,}0\ g/mol$.
- a) Calcule los moles de $NaOH$ necesarios.
- b) Calcule la masa de $NaOH$ que debe pesar.
- c) Describa brevemente cómo prepararía la disolución en un balón aforado.
Partes por millón (ppm)
Algunas sustancias están en el agua en cantidades diminutas: un metal tóxico, un nitrato, el oxígeno disuelto. Para expresarlas con números manejables se usan las partes por millón.
En agua diluida, $1\ L$ de disolución tiene una masa de aproximadamente $1\ kg = 1.000\ 000\ mg$. Por eso:
Así, el agua de una naciente con $3\ mg$ de nitratos por litro tiene $3\ ppm$ de nitratos: en cada millón de partes de agua hay $3$ partes de nitrato.
Las masas de contaminantes se calculan con la concentración y el volumen: $m\ (mg) = ppm \cdot V\ (L)$.
Un análisis indica que el agua de una naciente contiene $3\ mg$ de nitratos por cada litro de agua. Exprese esta concentración en ppm, suponiendo que en una disolución…
Un análisis indica que el agua de una naciente contiene $3\ mg$ de nitratos por cada litro de agua. Exprese esta concentración en ppm, suponiendo que en una disolución acuosa diluida $1\ L$ de disolución tiene una masa de $1\ kg$. Explique qué significa «partes por millón».
En un análisis del agua de un tanque se determinó una concentración de plomo de $0{,}015\ ppm$. El tanque contiene $1.000\ L$ de agua, y se considera que $1\ ppm$…
En un análisis del agua de un tanque se determinó una concentración de plomo de $0{,}015\ ppm$. El tanque contiene $1.000\ L$ de agua, y se considera que $1\ ppm$ equivale a $1\ mg/L$.
- a) Calcule la masa de plomo, en miligramos, que hay en todo el tanque.
- b) Suponga que el límite permitido para el agua potable es de $0{,}010\ ppm$. Indique si el agua cumple el límite y por cuántas veces lo excede o queda por debajo.
Pasar entre molaridad, g/L y ppm
Las tres expresiones miden lo mismo con distinta escala. Se pasa de una a otra con la masa molar y con factores de unidades:
Para pasar de g/L a % m/v recuerde que $1\ \% \ m/v = 10\ g/L$ (ver Concentración porcentual).
Un análisis del agua de un pozo indica que contiene carbonato de calcio, $CaCO_3$ (masa molar $100\ g/mol$), con una concentración de $2{,}5\cdot 10^{-3}\ M$. a) Calcule…
Un análisis del agua de un pozo indica que contiene carbonato de calcio, $CaCO_3$ (masa molar $100\ g/mol$), con una concentración de $2{,}5\cdot 10^{-3}\ M$.
- a) Calcule la concentración de $CaCO_3$ en $g/L$ y en $mg/L$.
- b) Exprese el resultado en ppm, considerando que $1\ mg/L$ equivale a $1\ ppm$.
- c) Suponga que en un criterio de clasificación dado se considera «agua dura» la que supera $180\ ppm$ de $CaCO_3$. Indique si el agua del pozo se clasifica como dura y cuántas veces mayor o menor es su concentración respecto al valor de referencia.
Diluciones
Muchas veces se parte de una disolución concentrada («disolución madre») y se agrega agua para obtener otra más diluida. El agua no trae soluto, así que los moles de soluto no cambian:
$$n_{antes} = n_{después} \quad\Rightarrow\quad M_1 \cdot V_1 = M_2 \cdot V_2$$El factor de dilución es $\dfrac{V_2}{V_1} = \dfrac{M_1}{M_2}$: indica cuántas veces se diluyó.
También se usa al revés: ¿qué volumen de madre se necesita para preparar cierta cantidad? $V_1 = \dfrac{M_2 V_2}{M_1}$.
Ximena toma $50{,}0\ mL$ de una disolución de sulfato de cobre(II) $2{,}0\ M$ y la diluye con agua hasta un volumen final de $250{,}0\ mL$. a) Calcule la molaridad de la…
Ximena toma $50{,}0\ mL$ de una disolución de sulfato de cobre(II) $2{,}0\ M$ y la diluye con agua hasta un volumen final de $250{,}0\ mL$.
- a) Calcule la molaridad de la disolución diluida.
- b) Calcule los moles de soluto antes y después de la dilución e interprete el resultado.
- c) Indique cuál es el factor de dilución.
En el laboratorio del colegio se desea preparar $500\ mL$ de una disolución de glucosa, $C_6H_{12}O_6$ (masa molar $180\ g/mol$), de concentración $0{,}10\ M$ a partir…
En el laboratorio del colegio se desea preparar $500\ mL$ de una disolución de glucosa, $C_6H_{12}O_6$ (masa molar $180\ g/mol$), de concentración $0{,}10\ M$ a partir de una disolución madre de $2{,}0\ M$.
- a) Calcule el volumen de disolución madre que debe medirse.
- b) Exprese la concentración final en $g/L$ y en % m/v.
- c) Se toma una alícuota de $25{,}0\ mL$ de la disolución final. Calcule los moles y los gramos de glucosa que contiene esa alícuota.
Resumen
Vuelva al principio: «3 ppm de nitratos» significa $3\ mg$ de nitrato en cada litro de agua de la naciente, y «0,25 M» significa $0{,}25\ mol$ de soluto por litro de disolución; ambas son formas de decir cuánto soluto hay, y se pasa de una a otra con la masa molar.