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10° grado · Química
Concentración de soluciones y reactivo limitante · Concentración de soluciones

Porcentaje en masa y partes por millón

En una finca cafetalera de Marcala, el encargado fumiga con una solución de sulfato de cobre. Si prepara la mezcla con demasiado producto, daña las plantas; si usa muy poco, no controla el hongo. ¿Cómo se dice con un número cuánto soluto lleva una solución, ya sea una fumigación, un suero o el agua de un pozo? En esta página lo resolvemos y, al final, volvemos a esa pregunta.

Soluto, solvente y solución

Una solución es una mezcla homogénea. Tiene dos partes:

  • el soluto: lo que se disuelve (azúcar, sal, sulfato de cobre);

  • el solvente: donde se disuelve (casi siempre agua).

La masa se conserva al mezclar, así que:

$$m_{\text{solución}} = m_{\text{soluto}} + m_{\text{solvente}}$$

Observe un detalle que causa muchos errores: la masa de la solución es la suma de las dos masas, no solo la del solvente.

Barra que muestra que la masa de la solución es la suma de la masa del soluto y la masa del solvente soluto solvente masa de la solución = soluto + solvente
Practica★☆☆Sin empezar
Escriba la expresión del porcentaje en masa (% m/m) y la de las partes por millón (ppm) para una solución. Explique qué representa cada una con un ejemplo breve.

Escriba la expresión del porcentaje en masa (% m/m) y la de las partes por millón (ppm) para una solución. Explique qué representa cada una con un ejemplo breve.

Resolver

Porcentaje en masa (% m/m)

El porcentaje en masa dice cuántos gramos de soluto hay en cada 100 g de solución.

¿Por qué se multiplica por 100? Porque «por ciento» significa «por cada 100». Un 5 % m/m quiere decir 5 g de soluto en cada 100 g de solución.

Las partes de una solución suman $100\,\%$: si el soluto es $10\,\%$, el solvente es $90\,\%$. Sirve para comprobar sus resultados.

Practica★☆☆Sin empezar
Se disuelven $10$ g de azúcar en $90$ g de agua. Calcule la masa de la solución y el porcentaje en masa del azúcar.

Se disuelven $10$ g de azúcar en $90$ g de agua. Calcule la masa de la solución y el porcentaje en masa del azúcar.

Resolver
Practica★★☆Sin empezar
Un cafetalero de Marcala prepara una solución de sulfato de cobre para fumigar con $25$ g de $\text{CuSO}4$ y $475$ g de agua. Calcule el porcentaje en masa del soluto y…

Un cafetalero de Marcala prepara una solución de sulfato de cobre para fumigar con $25$ g de $\text{CuSO}_4$ y $475$ g de agua. Calcule el porcentaje en masa del soluto y del solvente, y verifique que sumen $100\,\%$.

Resolver

Preparar una solución de % m/m conocido

Si conoce el porcentaje y la masa total que quiere, despeje la masa de soluto:

$$m_{\text{soluto}} = \frac{\%\ \text{m/m}\times m_{\text{solución}}}{100}$$

y luego $m_{\text{solvente}} = m_{\text{solución}} - m_{\text{soluto}}$.

Practica★★☆Sin empezar
Una solución de cloruro de sodio al $8.0\,\%$ m/m debe prepararse con una masa total de $250$ g. Calcule cuántos gramos de $\text{NaCl}$ y cuántos gramos de agua se…

Una solución de cloruro de sodio al $8.0\,\%$ m/m debe prepararse con una masa total de $250$ g. Calcule cuántos gramos de $\text{NaCl}$ y cuántos gramos de agua se necesitan.

Resolver

Partes por millón (ppm)

Cuando hay muy poco soluto (contaminantes, minerales en el agua), el % m/m daría números diminutos. Se usan las partes por millón: miligramos de soluto por cada kilogramo de solución.

Su porqué: $1\ \text{kg} = 10^6\ \text{mg}$, así que 1 ppm es 1 mg en un millón de mg, es decir, una parte en un millón. En agua diluida, $1$ kg ocupa casi $1$ L, por lo que $1\ \text{ppm}\approx 1\ \text{mg/L}$.

La relación con el porcentaje es: $1\,\% \text{ m/m} = 10{,}000$ ppm.

Practica★☆☆Sin empezar
Una muestra de $2.0$ kg de agua de un pozo contiene $0.010$ g de nitratos disueltos. Exprese esa concentración en ppm (mg de soluto por kg de solución).

Una muestra de $2.0$ kg de agua de un pozo contiene $0.010$ g de nitratos disueltos. Exprese esa concentración en ppm (mg de soluto por kg de solución).

Resolver
Practica★★☆Sin empezar
Un análisis del agua del río Choluteca reporta $0.45$ mg de plomo en $500$ g de muestra. Calcule la concentración en ppm. Si el límite recomendado para agua potable…

Un análisis del agua del río Choluteca reporta $0.45$ mg de plomo en $500$ g de muestra. Calcule la concentración en ppm. Si el límite recomendado para agua potable fuera $0.010$ ppm de plomo, decida si la muestra lo supera y justifique.

Resolver

Mezclas de soluciones

Al mezclar dos soluciones del mismo soluto, se suman las masas de soluto y las masas de solución; los porcentajes no se suman.

$$\%\ \text{final} = \frac{m_{\text{soluto},1}+m_{\text{soluto},2}}{m_{\text{sol},1}+m_{\text{sol},2}}\times100$$
Practica★★★Sin empezar
Se mezclan $200$ g de una solución de $\text{NaCl}$ al $5.0\,\%$ m/m con $300$ g de otra solución de $\text{NaCl}$ al $15\,\%$ m/m. Calcule el porcentaje en masa de la…

Se mezclan $200$ g de una solución de $\text{NaCl}$ al $5.0\,\%$ m/m con $300$ g de otra solución de $\text{NaCl}$ al $15\,\%$ m/m. Calcule el porcentaje en masa de la solución resultante. Luego argumente por qué el resultado debe estar entre $5.0\,\%$ y $15\,\%$ y por qué no es el promedio simple de ambos valores.

Resolver

Del % m/m a la molaridad con la densidad

Los reactivos comerciales vienen rotulados con % m/m y densidad. La densidad ($\rho$) es el puente entre masa y volumen: $m = \rho\cdot V$.

Para obtener la molaridad ($M = n/V$ en mol/L):

  1. Con el volumen, halle la masa de solución: $m = \rho V$.

  2. Con el % m/m, halle la masa de soluto.

  3. Con la masa molar, pase a moles.

  4. Divida entre el volumen en litros.

Practica★★★Sin empezar
Una solución de ácido clorhídrico, $\text{HCl}$, tiene $36\,\%$ m/m y densidad $1.18$ g/mL. Calcule la masa de $\text{HCl}$ en $100$ mL de solución y su molaridad.…

Una solución de ácido clorhídrico, $\text{HCl}$, tiene $36\,\%$ m/m y densidad $1.18$ g/mL. Calcule la masa de $\text{HCl}$ en $100$ mL de solución y su molaridad. Después determine el volumen de esta solución que se necesita para preparar $500$ mL de solución $0.50$ M. Datos: $\text{H}=1$, $\text{Cl}=35.5$ g/mol.

Resolver

Clasificación y factores de solubilidad

Según la cantidad de soluto, una solución puede ser:

  • diluida: poco soluto; concentrada: mucho soluto;

  • insaturada: aún admite más soluto a esa temperatura;

  • saturada: ya no admite más soluto;

  • sobresaturada: tiene más soluto del que normalmente cabe (es inestable).

Lo que cambia la solubilidad (cuánto soluto cabe) es la temperatura y la naturaleza del soluto y del solvente: «lo semejante disuelve lo semejante» (la sal se disuelve en agua; el aceite no).

Lo que cambia la velocidad de disolución (qué tan rápido se disuelve) es la agitación, la temperatura y la superficie de contacto. Por eso el azúcar molida se disuelve más rápido que un terrón, y el atol se revuelve con cuchara.

Vuelva al principio: el cafetalero de Marcala expresa su fumigación como un % m/m (por ejemplo $5.0\,\%$ si usa $25$ g de $\text{CuSO}_4$ en $500$ g de solución), y así controla la dosis con un número claro.

Resumen

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