UNIDADES DE CONCENTRACIÓN EN LAS DISOLUCIONES

La cantidad de substancia disuelta en un peso o volumen determinado de disolución, o incluso de disolvente, contribuye a la concentración de la disolución.

Existen diferentes maneras de expresarla. La cantidad de substancia disuelta, conocida en general como soluto, puede expresarse en unidades físicas (corrientemente en gramos), o en unidades químicas (en moles o en equivalentes gramo).

Esta cantidad de soluto debe referirse a un peso determinado de disolución o de disolvente (100 o 1000 gramos) o a un volumen de disolución (1 litro) y más raramente de disolvente.

Las UNIDADES DE CONCENTRACIÓN utilizadas son las siguientes:

• Peso de soluto en peso de disolución: también llamado Tanto por ciento en peso, se refiere a Gramos de soluto en 100 gramos de disolución. (Unidad utilizada muy frecuentemente en la vida práctica).
• Peso de soluto en peso de disolvente: Gramos de soluto en 100 gramos de disolvente. (Poco utilizada. Siempre que la concentración se expresa en tanto por ciento en eso, se refiere a peso de soluto en 100 partes en peso de disolución. Puede ser útil para preparar la disolución correspondiente).
• Peso de soluto en volumen de disolución: Gramos de soluto en 1 litro de disolución. (Empleada también muchísimo en el trabajo corriente).
• Peso de soluto en volumen de disolvente: Gramos de soluto en 1 litro de disolvente. (Poco utilizada. Cuando la concentración se expresa simplemente en gramos por litro se refiere siempre a volumen de disolución. Puede ser útil, no obstante, para preparar rápidamente la disolución).
• Moles de soluto en volumen de disolución: También llamada Molaridad, se refiere a: Moles de soluto en 1 litro de disolución. (Unidad muy utilizada en los cálculos químicos).
• Equivalentes gramo de soluto en volumen de disolución: También llamada Normalidad, y se refiere a: Equivalentes gramo de soluto en 1 litro de disolución. (Unidad utilizada exclusivamente en análisis volumétrico. Es muy útil; disoluciones de igual normalidad reaccionan volumen a volumen).
• Moles de soluto en peso de disolvente: Llamada Molalidad, o Moles de soluto en 1000 gramos de disolvente. (Unidad utilizada en el estudio teórico de propiedades de las disoluciones)
• Fracción Molar: Moles de cada componente en 1 mol de disolución. ( Es la unidad de concentración químicamente más correcta. Se utiliza también en estudios teóricos, en especial cuando la división de los componentes de la disolución en soluto y solvente sería completamente arbitraria).

*Para transformar unidades de concentración referidas a peso, a unidades de concentración referidas a volumen, o viceversa, se necesita conocer la densidad de la disolución.

**No existe una relación matemática entre la concentración de una disolución y su densidad, si bien, en general, existe una relación unívoca entre ambas magnitudes, esto es, a cada concentración corresponde a una densidad y a cada densidad corresponde una sola concentración. Para diversas substancias se ha determinado esta relación, por lo cual, conocida la densidad de una disolución dada puede hallarse la concentración que corresponde.

COMPOSICIÓN PORCENTUAL % masa-volumen

COMPOSICIÓN PORCENTUAL MASA-VOLUMEN %m/v

Al calcular el % m/v se debe considerar que el soluto se expresa en gramos (unidad de masa) y la disolución en cm3, cc ó ml (unidades de volumen). Como estas unidades no son iguales, no se pueden sumar el valor del soluto + el valor del solvente de manera directa para obtener el volumen de la disolución.

La fórmula para determinar la concentración es:
% m/v = gramos de soluto / volumen disolución x 100

Ejercicio 1: ¿cómo calcular la concentración en % m/v?
Un alumno mezcló 300 mg de sal de mesa con agua hasta obtener 60 ml de disolución ¿Qué concentración tiene esta disolución?
a) lo primero que se debe haceer es convertir los 300 mg a gramos, plantearemos una regla de 3 simple:
1 gramo ------------------------ 1000 mg
x ------------------------ 300 mg

X = 300 mg . 1 g / 1000 mg , eliminando las unidades comunes, tenemos
X = 0,3 g

b) calcular la concentración

soluto = sal de mesa; solvente = agua; disolución= agua salada

% m/v = g soluto / ml disolución X 100

% m/ v = 0,3 g / 60 ml x 100 =
% m/v = 0,5 % m/v = 0,5 g/ml
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Ejercicio 2: ¿cómo calcular la masa del soluto?
Un blanqueador de ropa de uso doméstico conocido comúnmente como "cloro comercial" se prepara disolviendo hipoclorito de sodio (NaClO) en agua; la concentración adecuada de este limpiador es de 5,25 % g/ml. ¿Qué cantidad de soluto estará presente en un envase de 1/4 de litro del cloro comercial?

soluto = NaClO; solvente = agua; disolución= cloro comercial

a) convertir 1/4 l a ml, se plantea una regla de 3 simple:

1 litro----------------- 1000 ml
1/4 litro -------------- X (1/4 = 0,25)
X = 0,25 litro. 1000 ml / 1 litro eliminando unidades comunes
X = 250 ml

b) se aplica la fórmula general % m/v = g soluto / ml disolución x 100, despejamos g soluto

g soluto = % m/v . ml disolución / 100
g soluto = 5,25 g/ml . 250 ml / 100, eliminando unidades comunes,
g soluto = 13,125 g de NaClO
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Ejercicio 3: ¿cómo calcular el volumen de disolución?
Un niño desea preparar una bebida instantánea al 10 %m/v y sólo dispone de 50 mg del concentrado en polvo. ¿Qué volumen de disolución puede preparar con esa cantidad de soluto?

soluto = concentrado en polvo; solvente = agua; disolución = bebida instantánea

a) aplicar la fórmula general
% m/v = g soluto / ml disolución X 100; y se despeja los ml de disolución

ml disolución = g soluto / % m/v x 100
10 % m/v = 10 g/ ml
ml disolución = 50 g / 10 g/ml x 100 , eliminando unidades comunes, tenemos:
ml disolución = 500 ml de la bebida instantánea

COMPOSICIÓN PORCENTUAL volumen-volumen % v/v

DISOLUCIONES (SOLUCIONES)

COMPOSICIÓN PORCENTUAL VOLUMEN-VOLUMEN % v/v

LA CONCENTRACIÓN VOLUMEN-VOLUMEN %v/v

Para calcular la concentración porcentual volumen-volumen %v/v, el volumen puede expresarse en mililitros ml, centímetros cúbicos cm3 ó cc.

El volumen varía con la presión y la temperatura; sin embargo, estas condiciones son constantes, pues la variación de volumen es despreciable (es muy pequeña). La concentración de algunas disoluciones se expresan en %v/v debido al estado físico de sus componentes.

Se debe tener presente que los volúmenes son aditivos, esto significa que la suma del volumen del soluto con el del solvente es igual al volumen de la disolución.

Ejercicio 1: ¿cómo calcular la concentración en % v/v?

Un ama de casa desea preparar una limonada disolviendo 50 cc de zumo de limón en medio litro de agua = 500 cc ¿Qué concentración tiene la limonada?

a) se debe determinar el volumen total de la disolución preparada

soluto = zumo de limón; solvente = agua; disolución = limonada

Disolución = soluto + solvente

Disolución = 50 cc + 500 cc

Disolución = 550 cc

b) determinar %v/v

%v/v = cc soluto / cc disolución x 100

%v/v = 50 cc / 550 cc x 100, eliminaando unidades comunes, tenemos que:

%v/v = 9,09 % v/v




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Ejercicio 2: ¿cómo calcular el volumen de soluto y de disolvente?

En un hospital se prepara 1 litro = 1000 cc de una disolución de glicerina en alcohol al 5 % v/v ¿Qué volumen de glicerina y alcohol se deben mezclar?

Lo primero que debemos hacer es identificar soluto = glicerina, solvente = alcohol, disolución = preparación glicerina en alcohol = 1000 cc

Nota el valor numérico del %v/v se expresará sin unidades 5 %v/v = 5

%v/v = cc soluto /cc disolución x 100,

a) Volumen de glicerina = soluto, se despeja de la fórmula general

cc soluto = % v/v . cc disolución /100

cc soluto = 5 . 1000 cc / 100

cc soluto = 5O cc de glicerina


b) Volumen de agua = solvente,

Disolución = soluto + solvente, se despeja solvente quedando:

Solvente = disolución - soluto

Solvente = 1000 cc - 50 cc

Solvente = 950 cc de alcohol




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Ejercicio 3: ¿cómo calcular el volumen de disolución?

Un profesor desea preparar una disolución de agua oxigenada al 20 % v/v y dispone solamente de 50 cc de peróxido de hidrógeno ¿Qué volumen de disolución deberá preparar y qué volumen de agua requiere?

Soluto = peróxido de hidrógeno = 50 cc; solvente = agua; disolución = preparado de agua oxigenada

a) Volumen de disolución

% v/v = soluto / disolución x 100, se despeja la disolución

Nota el valor numérico del %v/v se expresará sin unidades 20 %v/v = 20

Disolución = soluto / %v/v x 100

Disolución = 50 cc / 20 x 100

Disolución = 250 cc de agua oxigenada


b) Calcular el volumen del solvente = agua

Disolución = soluto + solvente, despejamos solvente,

Solvente = disolución - soluto

Solvente = 250 cc - 50 cc

Solvente = 200 cc de agua

COMPOSICIÓN PORCENTUAL masa-masa %m/m

DISOLUCIONES (SOLUCIONES)

COMPOSICIÓN PORCENTUAL masa-masa %m/m

LA CONCENTRACIÓN PORCENTUAL MASA-MASA (% m/m)

La masa es una medida constante que no se ve afectada por las variaciones de temperatura, presión ni fuerza de gravedad,y es igual, medida en cualquier parte del Universo; por lo tanto la concentración % m/m es muy usada para los análisis químicos debido a su exactitud.

Ejercicio 1: ¿cómo calcular la concentración en % m/m?

Un alumno preparó una disolución de agua salada mezclando 150 g de agua con 5 g de sal común (NaCl). ¿Cuál será la concentración de la disolución preparada?

a) en primer lugar se debe calcular la masa total de la disolución, para lo cual debemos identificar: soluto = 5 g de sal; solvente = 150 g de agua

b) Disolución = soluto + solvente
Disolución = 5 g + 150 g
Disolución = 155 g

Aplicando la fórmula:
% m/m = g soluto / g disolución x 100
% m/m = 5 g / 155 g x 100, eliminando unidades comunes, tenemos:
% m/m = 500 / 155
% m/m = 3,23 % m/m

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Ejercicio 2: ¿cómo calcular la masa de soluto y de disolvente?

Un estudiante en el laboratorio desea preparar 250 g de disolución acuosa de bicarbonato de sodio (NaHCO3) al 3 % m/m ¿Qué cantidad de bicarbonato de sodio debe pesar para preparar la disolución? ¿Que cantidad de agua se requiere?

a) Masa de soluto que se requiere

% m/m = g soluto / g disolución x 100
Conocemos la concentración = 3 % m/m y la masa de la disolución = 250 g, entonces, despejamos los gramos de soluto:

g soluto = %m/m . g disolución / 100
nota: el valor numérico del % m/m se expresará sin unidades 3 % m/m = 3
g soluto = (3 . 250 g) / 100
g soluto = 7,5 g

b) Masa del disolvente que se deberá agregar al soluto

soluto = bicarbonato de sodio, solvente = agua, disolución = preparación acuosa de NaHCO3, como no conocemos la caantidad de agua que se necesita, se debe calcular de la siguiente manera:

Disolución = soluto + solvente, concemos la disolución y el soluto, despejamos solvente

Solvente = Disolución - soluto
Solvente = 250 g - 7,5
Solvente = 242, 5 g de agua

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Ejercicio 3: cómo calcular la masa de una disolución?

Luis necesita preparar una solución de ácido oxálico en agua al 4 % m/m y solamente dispone de 5 g del soluto, ¿qué masa de disolución podrá preparar con esa cantidad de ácido oxálico en la concentración requerida y que cantidad de agua deberá utilizar?

Soluto = ácido oxálico; solvente = agua; disolución = preparación acuosa de ácido oxálico

a) Masa de disolución que se debe preparar
% m/m = g soluto / g disolución x 100, se despeja los g de disolución:

g disolución = g soluto / %m/m x 100

el valor numérico del % m/m se expresará sin unidades 4 % m/m = 4
g disolución = 5 g / 4 x 100
g disolución = 125 g

b) Masa de disolvente que se requiere
Disolución = soluto + solvente, se despeja solvente y queda:
Solvente = disolución - soluto
Solvente = 125 g - 5 g
Solvente (agua) = 120 g

CONCENTRACION EN TERMINOS CUANTITATIVOS

DISOLUCIONES (SOLUCIONES)

CONCENTRACIÓN EN TÉRMINOS CUANTITATIVOS

CONCENTRACIÓN PORCENTUAL DE LAS DISOLUCIONES:

La concentración cuantitativa de las disoluciones se puede expresar en términos porcentuales. La concentración porcentual indica la cantidad de soluto disuelto en 100 partes de disolución: este tipo de concentración se común observarla en envases de productos comerciales, cosméticos y farmacéuticos.

* Por ejemplo, en una etiqueta de jugo de cóctel de frutas se puede leer su composición porcentual:

Jugo de naranja
30 %
Jugo de piña
25 %
Jugo de parchita
10 %
Agua
35 %

** O bien, la información nutricional de un queso fundido comercial, aporte aproximado por 100 gramos de producto:

Grasa
4,25 g
4,25 %
Colesterol
6,4 mg
0,01 %
Carbohidratos
8,1 g
8,1 %
Proteínas
10,14 g
10,14 %

La unidad física más utilizada es la concentración porcentual de las disoluciones, cuyas expresiones matemáticas son:

1. Porcentaje en masa (% m/m): se define como los gr de soluto disueltos en 100 gr de solucion.
% m/m = gr de soluto/ gr de solucion x 100
gr de solucion= gr de solvente + gr de soluto

2. Porcentaje en volumen (% v/v): se define como los mililitros de soluto en 100 ml de solucion.
% v/v = ml de soluto / ml de solucion x 100

3. Porcentaje en masa-volumen (% m/v): se define como los gramos de soluto en 100 ml de solucion.
% m/v = gr de soluto/ ml de solucion x 100

En la vida cotidiana es muy útil conocer el manejo de estas medidas de concentración de las soluciones, ya que con ellas podemos conocer las informaciones de las etiquetas de cualquier producto que vayamos a comprar.

Se encuentran en las informaciones nutricionales de los alimentos que consumimos, en los limpiadores caseros, en los medicamentos, en los cosméticos y en cualquier producto comercial, tal como pinturas, tintes, fibras, telas, etc.

Con las composiciones porcentuales de los alimentos podemos elegir mejor los productos que vamos a comprar y escoger el que más nos conviene para nuestras necesidades

CONCENTRACIÓN EN TÉRMINOS CUALITATIVOS

DISOLUCIONES (SOLUCIONES)
CONCENTRACIÓN EN TÉRMINOS CUALITATIVOS

La concentración de una disolución, en términos cualitativos, se refiere simplemente a la cantidad relativa de soluto en la disolución; para lo cual se usan los térmicos de diluído y concentrado.

DISOLUCIÓN DILUÍDA: Es la que contiene una pequeña cantidad de soluto disuelto en una cantidad de solvente.

DISOLUCIÓN CONCENTRADA: Es la que contiene una cantidad mayor de soluto disuelto en una cantidad de solvente.

Tomemos como ejemplo la preparación de dos bebidas instantáneas. una diluída y otra concentrada; para lo cual usaremos el mismo volumen de agua, 1 litro para cada preparación y 2 bolsitas de bebida en polvo, preferiblemente ambas del mismo color y sabor para poder detectar las diferencias entre las disoluciones preparadas.

Al leer las instrucciones del paquete, se indica que debemos disolver el contenido total del paquete en el litro de agua para obtener una bebida bien preparada.

Identificamos las partes de la disolución, el soluto = bebida en polvo; solvente = 1 litro de agua

DISOLUCIÓN A [concentrada]: Al litro de agua le añadimos el total del contenido del paquete de bebida instantánea, revolvemos la solución resultante.

DISOLUCIÓN B [diluída]: A otro litro de agua, le añadimos aproximadamente la mitad del otro paquete de bebida instantánea, revolvemos la solución resultante.

Las disoluciones preparadas: diluída y concentrada son relativas; la diferencia se aprecia, en este caso en particular, mediante algunas propiedades organolépticas: olor, color, sabor.

Al examinar la Disolución A [concentrada], se aprecia un color más oscuro, con olor y sabor definidos; en cambio, la Disolución B [diluída], su color es más claro, su olor es más suave y casi no se aprecia el sabor.

Sin embargo, el color, olor y sabor no siempre son propiedades útiles para determinar las concentraciones de las disoluciones, ya que algunas son incoloras y otras no deben ser probadas por ser peligrosas. Cabe resaltar que nunca debe ser probada ninguna disolución ni compuesto desconocido, pues podría tener efectos dañinos para el organismo.

Otra forma de expresar las concentraciones cualitativas de las disoluciones, es mediante su solubilidad. Entendemos por SOLUBILIDAD, la máxima cantidad de soluto que puede disolverse en una cantidad determinada de solvente, a una temperatua y presión determinadas.

En relación a ésto, podemos decir que existen disoluciones saturadas, insaturadas y sobresaturadas.

DISOLUCIÓN SATURADA: Contiene la máxima cantidad de soluto que puede disolverse en una cantidad de sovente a una presión y temperatura determinadas. Esto se puede apreciar cuando al añadirle más soluto no puede disolverse más, quedando el exceso de soluto depositado en el fondo. Por ejemplo, cuando le echamos azúcar en exceso al café, el azúcar se deposita en el fondo de la taza y por más que intentemos revolverlo para que se disuelva, siempre quedará el depósito de azúcar.

DISOLUCIÓN INSATURADA: Contiene menos soluto disuelto que el que pudiera contener; pero, puede existir diferentes rangos de concentraciones de una disolución insaturada: desde diluída hasta concentrada, siempre y cuando esté por debajo del límite de solubilidad. Por ejemplo, cuando se preparaa el café, puede variar desde muy claro, hasta un café bastante "cargado", muy negro.

DISOLUCIÓN SOBRESATURADA: Tiene exceso de soluto disuelto a una determinada presión y temperatura; este tipo de solución se obtiene por calentamiento de una disolución saturada y se le disuelve una mayor cantidad de soluto, dejandose luego enfriar lentamente a la temperatura deseada. La disolución permanece estable mientras no se perturbe el equilibrio, pues en ese caso, se precipitará el exceso de soluto.

Las concentraciones cualitativas de las disoluciones nos son de mucha ayuda en la vida práctica, pero para preparaciones del laboratorio, comerciales o la industria, se debe tomar en consideración las concentraciones cuantitativas, pues son más exactas y precisas.

DISOLUCIONES (SOLUCIONES)

Para que los cuerpos reaccionen deben estar necesariamente en contacto, esto es, sus moléculas deben chocar entre sí para poder originar, el intercambio de átomos, moléculas distintas. Esta mezcla íntima de las sustancias existe en la fase gaseosa y en disolución.

Como el manejo de gases es algo difícil, y además el número de sustancias gaseosas no es muy elevado, se comprende que la mayoría de las reacciones químicas que tienen lugar en la industria y el laboratorio, se hacen en disolución, o por lo menos algunas de las sustancias reaccionantes se utilizan en el proceso correspondiente en estado disuelto.

Por este motivo, es necesario conocer exactamente la proporción de la sustancia disuelta en la disolución, esto es, su concentración, para calcular la sustancia empleada a partir de la disolución, o recíprocamente, para averiguar la cantidad que se precisa de ésta, bien en peso, o más frecuentemente en volumen, para tomar una cantidad determinada de sustancia disuelta.

Estudiaremos en el presente capítulo:

1) Concepto de disolución y sus partes
2) Los distintos tipos de concentración de una disolución
3) Unidades de concentración de las disoluciones (por cantidad de sustancia disuelta)

DISOLUCIONES (SOLUCIONES). CONCENTRACIÓN DE LAS SOLUCIONES

Concentración
[De Wikipedia, la enciclopedia libre]

Estos vasos, que contienen un tinte rojo, demuestran cambios cualitativos en la concentración. Las soluciones a la izquierda están más diluídas, comparadas con las soluciones más concentradas de la derecha.

La concentración es la magnitud química que expresa la cantidad de un elemento o un compuesto por unidad de volumen. En el SI se emplean las unidades mol/m3.

La disolución está compuesta de dos partes: soluto y solvente.
SOLUTO: Es la parte de la disolución que se disuelve en el solvente, y se encuentra en menor proporción en la disolución.

SOLVENTE: Es la parte que disuelve al soluto, y se encuentra en mayor proporción en la disolución.

Por tanto, se cumple que SOLUCIÓN = SOLUTO + SOLVENTE

Cada substancia tiene una solubilidad que es la cantidad máxima de soluto que puede disolverse en una disolución, y depende de condiciones como la temperatura, presión, y otras substancias disueltas o en suspensión.

En química, para expresar cuantitativamente la proporción entre un soluto y el disolvente en una disolución se emplean distintas unidades: molaridad, normalidad, molalidad, formalidad, porcentaje en peso, porcentaje en volumen, fracción molar, partes por millón, partes por billón, partes por trillón, etc.

También se puede expresar cualitativamente empleando términos como diluido, para bajas concentraciones, o concentrado, para altas.

Para el nivel al cual va dirigido éste curso, solamente se trabajará con las concentraciones porcentuales:
a) % m/m, porcentaje masa-masa
b) % v/v, porcentaje volumen-volumen
c) %m/v, porcentaje masa-volumen