Unidades físicas y químicas de concentración
Un fresco de limón puede quedar muy dulce o casi sin sabor, aunque en los dos casos se haya usado azúcar y agua. ¿Cómo hacemos para decir con números qué tan "cargada" está una solución? A eso se le llama concentración, y en este apartado vas a aprender a calcularla de varias maneras.
Soluto, solvente y solución
Cuando se prepara una solución, hay dos partes:
En un fresco de limón con azúcar, el azúcar es el soluto, el agua es el solvente y el fresco completo es la solución. La concentración compara la cantidad de soluto con la cantidad de solución (o, en algunos casos, con la de solvente).
María José prepara un fresco de limón disolviendo 20 g de azúcar en agua hasta obtener 200 g de solución. Calculá el porcentaje en masa ($\%\,m/m$) de azúcar en el…
María José prepara un fresco de limón disolviendo 20 g de azúcar en agua hasta obtener 200 g de solución. Calculá el porcentaje en masa ($\%\,m/m$) de azúcar en el fresco y escribí la expresión que usaste.
Unidades físicas: porcentajes
Los porcentajes dicen cuántas partes de soluto hay en 100 partes de solución. Hay tres formas, según lo que se mida:
¿Por qué se multiplica por 100? Porque un porcentaje es "por cada cien". Si una solución es 10 %m/m, hay 10 g de soluto por cada 100 g de solución.
Se usa %m/m para sólidos mezclados (aleaciones, alimentos), %v/v para líquidos (alcohol en bebidas, desinfectantes) y %m/v cuando un sólido se disuelve en un líquido (sueros, medicinas).
En el laboratorio del centro escolar se mezclan 15 mL de alcohol etílico con agua hasta completar 150 mL de solución. Calculá el porcentaje en volumen ($\%\,v/v$) de…
En el laboratorio del centro escolar se mezclan 15 mL de alcohol etílico con agua hasta completar 150 mL de solución. Calculá el porcentaje en volumen ($\%\,v/v$) de alcohol en la solución y explicá qué significa el resultado.
Un suero casero se prepara con 3.5 g de sal en 250 mL de solución. Calculá el porcentaje masa-volumen ($\%\,m/v$) de la sal. Luego, calculá cuántos gramos de sal habría…
Un suero casero se prepara con 3.5 g de sal en 250 mL de solución. Calculá el porcentaje masa-volumen ($\%\,m/v$) de la sal. Luego, calculá cuántos gramos de sal habría en 1 L de un suero con esa misma concentración.
Concentraciones traza: ppm, ppb y ppt
Hay sustancias que están en cantidades diminutas: nitratos en el agua de un pozo, cloro en el agua potable, plomo en un alimento. Un porcentaje daría números muy pequeños, así que se usan unidades más finas:
| Unidad | Significado | Equivale a |
|---|---|---|
| ppm | partes por millón | mg de soluto por L de solución |
| ppb | partes por mil millones* | µg de soluto por L de solución |
| ppt | partes por billón* | ng de soluto por L de solución |
*Según el programa, estas escalas se definen con esas equivalencias; cada una es 1 000 veces más pequeña que la anterior.
Para pasar entre ellas: $1\ \text{mg} = 1\,000\ \mu\text{g}$ y $1\ \mu\text{g} = 1\,000\ \text{ng}$. Por eso $1\ \text{ppm} = 1\,000\ \text{ppb}$ y $1\ \text{ppb} = 1\,000\ \text{ppt}$.
Un análisis de agua de un pozo de Soyapango reporta que una muestra de 2 L contiene 6 mg de nitratos disueltos. Considerá que 1 L de esa agua tiene una masa de 1 kg. a)…
Un análisis de agua de un pozo de Soyapango reporta que una muestra de 2 L contiene 6 mg de nitratos disueltos. Considerá que 1 L de esa agua tiene una masa de 1 kg.
- a) Calculá la concentración de nitratos en ppm ($\text{mg/kg}$ de solución).
- b) Si un filtro redujera esa concentración a la mitad, ¿cuántos miligramos de nitratos quedarían en 2 L?
Unidades químicas: molaridad
Los químicos prefieren contar moles de soluto, no gramos, porque así se comparan cantidades de partículas. Recordá que la masa molar $M_m$ (g/mol) se obtiene sumando las masas atómicas, y que
$$n = \frac{m}{M_m}$$El volumen va siempre en litros y es el de la solución, no el del solvente.
Una solución contiene 0.5 mol de soluto disueltos en 2 L de solución. Calculá su molaridad ($M$) y escribí la unidad correcta del resultado.
Una solución contiene 0.5 mol de soluto disueltos en 2 L de solución. Calculá su molaridad ($M$) y escribí la unidad correcta del resultado.
Daniela disuelve 11.7 g de cloruro de sodio, $\text{NaCl}$, en agua hasta formar 500 mL de solución. Datos: $\text{Na} = 23\ \text{g/mol}$ y…
Daniela disuelve 11.7 g de cloruro de sodio, $\text{NaCl}$, en agua hasta formar 500 mL de solución. Datos: $\text{Na} = 23\ \text{g/mol}$ y $\text{Cl} = 35.5\ \text{g/mol}$.
- a) Calculá la masa molar del $\text{NaCl}$.
- b) Calculá los moles de $\text{NaCl}$ disueltos.
- c) Calculá la molaridad de la solución.
Molalidad y fracción molar
Hay dos unidades más que usan moles pero no dependen del volumen (que cambia con la temperatura).
Kevin prepara una solución disolviendo 18 g de glucosa, $\text{C}6\text{H}{12}\text{O}6$, en 200 g de agua. Datos: $\text{C} = 12\ \text{g/mol}$,…
Kevin prepara una solución disolviendo 18 g de glucosa, $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$, en 200 g de agua. Datos: $\text{C} = 12\ \text{g/mol}$, $\text{H} = 1\ \text{g/mol}$, $\text{O} = 16\ \text{g/mol}$, y la masa molar del agua es $18\ \text{g/mol}$.
- a) Calculá la masa molar de la glucosa y los moles de glucosa.
- b) Calculá la molalidad de la solución.
- c) Calculá la fracción molar de la glucosa y la del agua, y comprobá que su suma da 1.
Normalidad
Algunas sustancias, como los ácidos, liberan más de un ion $\text{H}^+$ por cada mol. La normalidad toma en cuenta eso.
Para un ácido, los equivalentes por mol son los $\text{H}^+$ que libera cada molécula. El HCl libera 1; el $\text{H}_2\text{SO}_4$ libera 2.
Por eso la normalidad de esta solución es distinta de su molaridad: cuenta equivalentes, no moles. Solo coinciden cuando cada mol aporta 1 equivalente (como el HCl).
Una solución de ácido sulfúrico, $\text{H}2\text{SO}4$, tiene una concentración de 0.5 M. Datos: $\text{H} = 1\ \text{g/mol}$, $\text{S} = 32\ \text{g/mol}$,…
Una solución de ácido sulfúrico, $\text{H}_2\text{SO}_4$, tiene una concentración de 0.5 M. Datos: $\text{H} = 1\ \text{g/mol}$, $\text{S} = 32\ \text{g/mol}$, $\text{O} = 16\ \text{g/mol}$. Cada mol de $\text{H}_2\text{SO}_4$ libera 2 equivalentes de iones $\text{H}^+$.
- a) Calculá la masa molar del ácido y la masa de soluto en 250 mL de esta solución.
- b) Calculá la normalidad ($N$) de la solución.
- c) Explicá por qué la normalidad de esta solución es distinta de su molaridad.
Resumen
Volvé al principio: para decir qué tan "cargado" está un fresco, comparamos soluto con solución usando una unidad de concentración.