Concentraciones Quimicas

(1)

Concentración

Es

Estotos s vavasosos, s, quque e cocontntieienenen n un un titintnte e rorojojo, , dedemumuesestrtran an cacambmbioios s cucualalititatativivos os en en lala conc

concententracraciónión. . Las Las solsoluciuciones ones a a la la izqizquieuierda rda estestán án más más dildiluíduídas, as, comcomparparadas adas con con laslas soluciones más concentradas de la derecha.

soluciones más concentradas de la derecha. La

La concentraciónconcentración es la magnitud fisico-química que nos permite conocer la proporciónes la magnitud fisico-química que nos permite conocer la proporción entre el soluto y el disolvente en una disolución. En el

entre el soluto y el disolvente en una disolución. En el SISI se emplean las unidades mol·mse emplean las unidades mol·m-3-3_..

Cada sustancia tiene una

Cada sustancia tiene una solubilidadsolubilidad que es la cantidad máxima deque es la cantidad máxima de solutosoluto que puedeque puede mantenerse en

mantenerse en disolucióndisolución, y depende de condiciones como la temperatura, presión, y otras, y depende de condiciones como la temperatura, presión, y otras sub

substastancincias as disdisuelueltas tas o o en en sussuspenspensiónión. . EnEn químicaquímica, , para para expresexpresar ar cuantitcuantitativamativamente laente la proporción entre un

proporción entre unsolutosoluto y ely eldisolventedisolvente en unaen unadisolucióndisolución se emplean distintas unidades:se emplean distintas unidades: molaridad

molaridad ,, normalidad normalidad ,, molalidad molalidad ,, formalidad formalidad ,, porcentaje en peso porcentaje en peso,, porcentaje en volumen porcentaje en volumen,, fracción molar

fracción molar ,, partes por millón partes por millón,, partes por billón partes por billón,, partes por trillón partes por trillón, etc. También se, etc. También se pu

puedede e exexprpresesar ar cuacualilitatatitivamvamenente te ememplpleaneando do tétérmrmininos os comcomoo diluidodiluido, , ppaarra a bbaajjaass concentraciones, o

concentraciones, o concentradoconcentrado, para altas., para altas.

Molaridad

La

La molaridadmolaridad ((MM), o), oconcentración molarconcentración molar, es el número de, es el número de molesmoles de soluto por cadade soluto por cada litrolitro de disolución. Por ejemplo, si se disuelven 0,5 moles de soluto en 1000 mL de disolución, de disolución. Por ejemplo, si se disuelven 0,5 moles de soluto en 1000 mL de disolución, se tiene una concentración de ese soluto de 0,5 M (0,5 molar). Para preparar una disolución se tiene una concentración de ese soluto de 0,5 M (0,5 molar). Para preparar una disolución de esta concentración habitualmente se disuelve primero el soluto en un volumen menor, de esta concentración habitualmente se disuelve primero el soluto en un volumen menor, por ejemplo 300 mL, y se traslada esa disolución a un

por ejemplo 300 mL, y se traslada esa disolución a un matraz aforadomatraz aforado, para después, para después enrasarlo con más disolvente hasta los 1000 mL.

enrasarlo con más disolvente hasta los 1000 mL.

Es el método más común de expresar la concentración en química, sobre todo cuando se Es el método más común de expresar la concentración en química, sobre todo cuando se trabaj

trabaja a concon reacciones químicasreacciones químicas y relacionesy relaciones estequiométricasestequiométricas. Sin embargo, este proceso. Sin embargo, este proceso tiene el inconveniente de que el volumen cambia con la temperatura.

tiene el inconveniente de que el volumen cambia con la temperatura.

Se representa también como: M = n / V, en donde "n" son los moles de soluto y "V" es el Se representa también como: M = n / V, en donde "n" son los moles de soluto y "V" es el volumen de la disolución expresado en litros.

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Molalidad

La

La molalidadmolalidad ((mm) es el número de) es el número de molesmoles de soluto por de soluto por kilogramokilogramo de disolvente (de disolvente (no deno de disolución

disolución). Para preparar disoluciones de una determinada molalidad, no se emplea un). Para preparar disoluciones de una determinada molalidad, no se emplea un matraz aforado como en el caso de la molaridad, sino que se puede hacer en un

matraz aforado como en el caso de la molaridad, sino que se puede hacer en un vaso devaso de precipitados

precipitados y pesando con una balanza analítica, previo peso del vaso vacío para poderley pesando con una balanza analítica, previo peso del vaso vacío para poderle restar el correspondiente

restar el correspondiente valor.valor.

La principal ventaja de este método de medida respecto a la

La principal ventaja de este método de medida respecto a la molaridadmolaridad es que como eles que como el volumen

volumen de una disolución depende de lade una disolución depende de la temperaturatemperatura y de lay de la presión presión, cuando éstas, cuando éstas cambian, el volumen cambia con ellas. Gracias a que la molalidad no está en función del cambian, el volumen cambia con ellas. Gracias a que la molalidad no está en función del volumen, es independiente de la temperatura y la presión, y puede medirse con mayor volumen, es independiente de la temperatura y la presión, y puede medirse con mayor precisión.

precisión.

Es menos empleada que la molaridad pero igual de importante. Es menos empleada que la molaridad pero igual de importante.

Masa por volumen

Se pueden usar también las mismas unidades que para medir la

Se pueden usar también las mismas unidades que para medir la densidaddensidad aunque noaunque no conviene confundir ambos conceptos. La densidad de la mezcla es la masa de la disolución conviene confundir ambos conceptos. La densidad de la mezcla es la masa de la disolución dividida por el volumen de ésta, mientras que la concentración en dichas unidades es la dividida por el volumen de ésta, mientras que la concentración en dichas unidades es la masa de soluto dividida por el volumen de la disolución. Se suelen usar gramos por litro masa de soluto dividida por el volumen de la disolución. Se suelen usar gramos por litro (g/l) y a veces se expresa como

(g/l) y a veces se expresa como ««% m/v% m/v».».

Porcentaje en masa

Se define como la masa de soluto (sustancia que se disuelve) por cada 100 unidades de Se define como la masa de soluto (sustancia que se disuelve) por cada 100 unidades de masa de la disolución:

masa de la disolución:

Por ejempl

Por ejemplo, si o, si se disuelvse disuelven 20 en 20 gramos de azúcar en 80 gramos de azúcar en 80 ml de ml de agua, el porcentajagua, el porcentaje en e en masamasa será: 100•20/(80+20)=20% o, para distinguirlo de otros porcentajes, 20% p/p (en inglés, será: 100•20/(80+20)=20% o, para distinguirlo de otros porcentajes, 20% p/p (en inglés, w/w).

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Porcentaje en volumen

Expresa el volumen de soluto por cada cien unidades de volumen de la disolución. Se suele Expresa el volumen de soluto por cada cien unidades de volumen de la disolución. Se suele usar para mezclas líquidas o gaseosas, en las que el volumen es un parámetro importante a usar para mezclas líquidas o gaseosas, en las que el volumen es un parámetro importante a tener en cuenta. Es decir, el porcentaje que representa el soluto en el volumen total de la tener en cuenta. Es decir, el porcentaje que representa el soluto en el volumen total de la disolución. Suele expresarse simplificadamente como «

disolución. Suele expresarse simplificadamente como «% v/v% v/v».».

Por ejempl

Por ejemplo, si o, si se tiene una disolución del 20% en se tiene una disolución del 20% en volumevolumen (20% v/v) de n (20% v/v) de alcohoalcohol en l en aguaagua quiere decir que hay 20 ml de alcohol por cada 100 ml de disolución.

quiere decir que hay 20 ml de alcohol por cada 100 ml de disolución.

La graduación alcohólica de las bebidas se expresa precisamente así: un vino de 12 grados La graduación alcohólica de las bebidas se expresa precisamente así: un vino de 12 grados (12°) tiene un 12% (v/v) de alcohol.

(12°) tiene un 12% (v/v) de alcohol.

Formalidad

La

La formalidadformalidad ((FF) es el número de) es el número de peso-fórmula-gramo peso-fórmula-gramo por por litrolitro de disolución.de disolución. F = nº PFG / volumen (litro disolución)

F = nº PFG / volumen (litro disolución)

El número de peso-fórmula-gramo tiene unidad d

El número de peso-fórmula-gramo tiene unidad de g / PFG.e g / PFG.

Normalidad

[[editar

editar]]

La

La normalidadnormalidad (( N N ) es el ) es el número denúmero de equivalentesequivalentes ((nn) de soluto () de soluto ( sto sto) por litro de disolución) por litro de disolución (( sc sc). El número de equivalentes se calcula dividiendo la masa total por la masa de un). El número de equivalentes se calcula dividiendo la masa total por la masa de un equivalente:

equivalente: nn == mm // mmeqeq, o bien como el producto de la masa total y la cantidad de, o bien como el producto de la masa total y la cantidad de

equivalentes

equivalentes por por mol, mol, dividido dividido por por la la masa masa molar: molar: ..

Normalidad ácido-base

Es la normalidad de una disolución cuando se la utiliza para una reacción como

Es la normalidad de una disolución cuando se la utiliza para una reacción como ácidoácido oo como

como base base. Por esto suelen. Por esto suelen titularsetitularse utilizandoutilizando indicadores de pHindicadores de pH.. En este caso, los equivalentes puede

En este caso, los equivalentes pueden expresarse de la siguiente forma:n expresarse de la siguiente forma: para

para un un ácido, ácido, o o para para una una base.base. Donde:

(4)

•

• nn es la cantidad de equivalentes.es la cantidad de equivalentes. •

• molesmoles es la cantidad dees la cantidad de molesmoles.. •

• HH++ es la cantidad dees la cantidad de protonesprotones cedidos por unacedidos por una moléculamolécula del ácido.del ácido. •

• OHOH – – es la cantidad dees la cantidad de hidroxiloshidroxilos cedidos por una moléculacedidos por una molécula de la base.de la base. Por esto, podemos decir lo siguiente:

Por esto, podemos decir lo siguiente: para

para un un ácido, ácido, o o para para una una base.base. Donde:

Donde: •

• NN es la normalidad de la disolución.es la normalidad de la disolución. •

• MM es laes la molaridadmolaridad de la disolución.de la disolución. •

• HH++ es la cantidad dees la cantidad de protonesprotones cedidos por unacedidos por una moléculamolécula del ácido.del ácido. •

• OHOH – – es la cantidad dees la cantidad de hidroxiloshidroxilos cedidos por una moléculacedidos por una molécula de la base.de la base. Ejemplos:

Ejemplos: •

• Una disolución 1 M deUna disolución 1 M de HClHCl cede 1 M decede 1 M de HH++, por lo tanto, es , por lo tanto, es una disoluciónuna disolución 1 N.

1 N. •

• Una disolución 1 M deUna disolución 1 M de Ca(OH)Ca(OH)₂₂ cede 2 M decede 2 M de OHOH––, por lo tanto, es una, por lo tanto, es una disolución 2 N.

disolución 2 N.

Normalidad red-ox

Es la normalidad de una solución cuando se la utiliza para una reacción como

Es la normalidad de una solución cuando se la utiliza para una reacción como agenteagente oxidante

oxidante o comoo como agente reductor agente reductor . Como un mismo compuesto puede actuar como oxidante. Como un mismo compuesto puede actuar como oxidante o como reductor, suele indicarse si se trata de la normalidad como oxidante (N

o como reductor, suele indicarse si se trata de la normalidad como oxidante (Noxox) o como) o como

reductor (N

reductor (Nrdrd). Por esto suelen). Por esto suelen titularsetitularse utilizandoutilizando indicadores redoxindicadores redox..

En este caso, los equivalentes puede

En este caso, los equivalentes pueden expresarse de la siguiente forma:n expresarse de la siguiente forma: ..

Donde: Donde:

•

• nn es la cantidad de equivalentes.es la cantidad de equivalentes. •

• molesmoles es la cantidad dees la cantidad de molesmoles.. •

• ee – – es la cantidad de electrones intercambiados en la semirreacción dees la cantidad de electrones intercambiados en la semirreacción de oxidaci

oxidación o ón o reducción.reducción. Por esto, podemos decir lo siguiente: Por esto, podemos decir lo siguiente:

.. Donde:

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•

• NN es la normalidad de la disolución.es la normalidad de la disolución. •

• MM es laes la molaridadmolaridad de la disolución.de la disolución. •

• ee – – : Es la cantidad de electrones intercambiados en la semirreacción de: Es la cantidad de electrones intercambiados en la semirreacción de oxidaci

oxidación o ón o reducción.reducción. Ejemplos:

Ejemplos: •

• En el siguiente caso vemos que elEn el siguiente caso vemos que el aniónanión nitratonitrato en medio ácido (poren medio ácido (por ejemplo el

ejemplo el ácido nítricoácido nítrico) puede actuar como oxidante, y entonces una) puede actuar como oxidante, y entonces una disolución 1 M es 3 N disolución 1 M es 3 Noxox.. 4 4 HH++ ₊_{+ NO}_NO 3 3–– + 3+ 3 ee––

↔

NONO + 2+ 2 HH22OO •

• En el siguiente caso vemos que elEn el siguiente caso vemos que el aniónanión ioduroioduro puepuede de actactuar uar comcomoo reductor, y entonces una disolución 1 M es

reductor, y entonces una disolución 1 M es 1 N1 Nrdrd..

2

2 II–– _{- 2}_{- 2 e}_e––

↔

_I_I 2

2

•

• En el siguiente caso vemos que elEn el siguiente caso vemos que el catióncatión argéntico, puede actuar comoargéntico, puede actuar como oxida

oxidante, donde una nte, donde una solución 1 M es 1 solución 1 M es 1 NNoxox..

1

1 AgAg++ _{+ 1}_{+ 1 e}_e––

_↔

_Ag_Ag00

Concentracion

Concentraciones

es pequeñas

pequeñas

Para expresar concentraciones muy pequeñas, trazas de una sustancia muy diluida en otra, Para expresar concentraciones muy pequeñas, trazas de una sustancia muy diluida en otra, es común emplear las relaciones

es común emplear las relaciones partes por millónpartes por millón ((ppmppm),), partes por "billón"partes por "billón" ((ppbppb) ) yy

partes por "trillón"

partes por "trillón" ((pptppt). El millón equivale a 10). El millón equivale a 1066, el, el billón billón estadounidense, oestadounidense, o millardomillardo, a, a 10

1099 _{y el}_{y el trillón}_{trillón estadounidense a 10}_{estadounidense a 10}1212_..

Es de uso relativamente frecuente en la medición de la composición de la

Es de uso relativamente frecuente en la medición de la composición de la atmósferaatmósfera terrestre

terrestre. Así el aumento de dióxido de carbono en el aire debido al. Así el aumento de dióxido de carbono en el aire debido al calentamiento globalcalentamiento global sese suele dar en dichas unidades.

suele dar en dichas unidades.

Las unidades que se usan con más frecuencia son las siguientes: Las unidades que se usan con más frecuencia son las siguientes:

ppmm = μg × g ppmm = μg × g–1–1 ppmv = μg × ml ppmv = μg × ml–1–1 ppbm = ng × g ppbm = ng × g–1–1 ppbv = ng × ml ppbv = ng × ml–1–1 pptm = pg × g pptm = pg × g–1–1 pptv = pg × ml pptv = pg × ml–1–1

**Nota: Se pone unaNota: Se pone una v v o unao una mm al final según se trate de partes enal final según se trate de partes en

volumen o en masa. volumen o en masa.

Sin embargo, a veces se emplean otras unidades. Por ejemplo, 1 ppm de CO

Sin embargo, a veces se emplean otras unidades. Por ejemplo, 1 ppm de CO22 en aire podríaen aire podría

ser, en algunos contextos, una molécula de CO

ser, en algunos contextos, una molécula de CO22 en un millón de moléculas de componentesen un millón de moléculas de componentes

del aire. Otro ejemplo: hablando de trazas en disoluciones acuosas, 1 ppm corresponde a 1 del aire. Otro ejemplo: hablando de trazas en disoluciones acuosas, 1 ppm corresponde a 1

(6)

mg soluto/ kg disolución o, lo que es lo mismo, 1 mg soluto/ L disolución -ya que en estos mg soluto/ kg disolución o, lo que es lo mismo, 1 mg soluto/ L disolución -ya que en estos casos, el volumen del soluto es despreciable, y la densidad del agua es 1

casos, el volumen del soluto es despreciable, y la densidad del agua es 1 kgkg/L/L.. T

Tambambién ién se se hablhabla a a a veceveces s de de relrelaciaciones más ones más peqpequeñaueñas, s, por por ejemejemplo plo "cu"cuatratrillillón". Sinón". Sin embargo son concentraciones excesivamente pequeña

embargo son concentraciones excesivamente pequeña s y no se suelen emplear.s y no se suelen emplear. La

La IUPACIUPAC desaconseja el uso de estas relaciones (especialmente en el caso de masa entredesaconseja el uso de estas relaciones (especialmente en el caso de masa entre volumen) y recomienda usar las unidades correspondientes. Es particularmente delicado el volumen) y recomienda usar las unidades correspondientes. Es particularmente delicado el us

uso o de de ppppb b y y ppppt, t, dadado do el el didiststininto to sisigngnifificicado ado dede billónbillón yy trillóntrillón en en lolos s enentotornrnosos estadounidense y europeo.

estadounidense y europeo.

Conversiones útiles

•

• Molalidad a fracción molar ( m→XMolalidad a fracción molar ( m→Xstst ))

•

• FFracción molar a molalidad ( Xst→m ), y racción molar a molalidad ( Xst→m ), y recordando que Xst + Xsv = 1recordando que Xst + Xsv = 1

•

• Molalidad a molaridad ( m→M )Molalidad a molaridad ( m→M )

•

• Molaridad a molalidad ( M→m )Molaridad a molalidad ( M→m )

•

• PorPorcentaje en peso a centaje en peso a porcentaje peso en volumenporcentaje peso en volumen

•

(7)

Donde: Donde:

•

• PP_sv_sv= Peso molar del disolvente (g/mol)= Peso molar del disolvente (g/mol) •

• PP_st_st= Peso molar del soluto (g/mol)= Peso molar del soluto (g/mol) •

• dd = densidad (g/mL)= densidad (g/mL) •

• %P/P%P/P = Concentración en g soluto/100 g = Concentración en g soluto/100 g disolucióndisolución •

• %P/V %P/V = Concentración en g soluto/100 mL = Concentración en g soluto/100 mL disolucióndisolución

Otras formas de indicar la concentración

Para ciertas disoluciones de uso muy frecuente (por ejemplo

Para ciertas disoluciones de uso muy frecuente (por ejemplo ácido sulfúricoácido sulfúrico,, hidróxido dehidróxido de sodio

sodio, etc.) se indica la conc, etc.) se indica la concentración de otras formas:entración de otras formas:

Densidad

Si bien la

Si bien la densidaddensidad no es una forma de expresar la concentración, ésta esno es una forma de expresar la concentración, ésta es proporcionalproporcional a laa la

concentración

concentración (en las mismas condiciones de(en las mismas condiciones de temperaturatemperatura yy presiónpresión). Por esto en ocasiones). Por esto en ocasiones se expresa la densidad de la disolución en condiciones normales en lugar de indicar la se expresa la densidad de la disolución en condiciones normales en lugar de indicar la con

concecentntraraciciónón; ; pepero ro se se ususa a mámás s prpráctácticicamamenente te y y con con didisosoluclucioionenes s ututililizizadadas as mumuyy ampliamente. También hay tablas de conversión de densidad a concentración para estas ampliamente. También hay tablas de conversión de densidad a concentración para estas disoluciones, aunque el uso de la densidad para indicar la concentración es una práctica que disoluciones, aunque el uso de la densidad para indicar la concentración es una práctica que está cayendo en desuso.

está cayendo en desuso.

Nombres propios

Algunas disoluciones se usan en una concentración determinada para algunas técnicas Algunas disoluciones se usan en una concentración determinada para algunas técnicas específicas. Y en estos casos suele usarse un nombre propio.

específicas. Y en estos casos suele usarse un nombre propio.

Ejemplos Ejemplos Compuest Compuest o o Nomb Nomb re re Densid Densid ad ad Concentraci Concentraci ón ón H H22SOSO44 Gerbe Gerbe r r 1,820-1,825 1,825 91,00-92,25 91,00-92,25 % m/m % m/m Alcohol Alcohol isoamílico isoamílico Gerbe Gerbe r r 0,810-0,812 0,812