Cómo calcular la concentración de una solución química

La concentración de una solución química se refiere a la cantidad de soluto que se disuelve en un solvente. Aunque es común pensar en un soluto como un sólido que se agrega a un solvente (por ejemplo, agregando sal de mesa al agua), el soluto podría existir en otra fase. Si el soluto y el solvente están en la misma fase, entonces el solvente es la sustancia presente en el mayor porcentaje. Por ejemplo, si agregamos una pequeña cantidad de etanol al agua, entonces el etanol es el soluto y el agua es el solvente. Si agregamos una cantidad menor de agua a una mayor cantidad de etanol, entonces el agua sería el soluto.

Unidades de concentración

Una vez que se han identificado el soluto y el solvente, puede determinar la concentración de la solución. Hay varias formas de expresar la concentración. Las unidades más comunes son composición porcentual en masa, fracción molar, molaridad, molalidad o normalidad.

Composición porcentual por masa (%)

Esta es la masa del soluto dividida por la masa de la solución (masa de soluto más masa de solvente), multiplicada por 100.

Ejemplo:
Determine la composición porcentual en masa de una solución salina de 100 g que contiene 20 g de sal.

20 g de NaCl / 100 g de solución x 100 = 20% de solución de NaCl

Fracción Molar (X)

La fracción molar es el número de moles de un compuesto dividido por el número total de moles de todas las especies químicas en la solución. La suma de todas las fracciones molares en una solución debe ser igual a 1.

Ejemplo:
¿Cuáles son las fracciones molares de los componentes de la solución que se forman cuando se mezclan 92 g de glicerol con 90 g de agua? (peso molecular de agua = 18; peso molecular de glicerol = 92)

90 g de agua = 90 gx 1 mol / 18 g = 5 mol de agua
92 g de glicerol = 92 gx 1 mol / 92 g = 1 mol de glicerol
total mol = 5 + 1 = 6 mol
x _agua = 5 mol / 6 mol = 0.833
x _glicerol = 1 mol / 6 mol = 0.167

Es una buena idea verificar sus matemáticas asegurándose de que las fracciones molares sumen 1:
x _agua + x _glicerol =0.833 + 0.167 = 1.000Molaridad (M)

La molaridad es probablemente la unidad de concentración más utilizada. Es el número de moles de soluto por litro de solución (no el volumen de solvente).

Ejemplo:
¿Cuál es la molaridad de una solución que se obtiene cuando se agrega agua a 11 g de CaCl ₂ para obtener 100 ml de solución?

11 g CaCl ₂ / (110 g CaCl ₂ / mol CaCl ₂ ) = 0,10 mol CaCl ₂
100 mL x 1 L / 1000 mL = 0,10 L
molaridad = 0,10 mol / 0,10 L
molaridad = 1,0 MMolalidad (m)

La molalidad es el número de moles de soluto por kilogramo de disolvente. Debido a que la densidad del agua a 25 ° C es de aproximadamente 1 kilogramo por litro, la molalidad es aproximadamente igual a la molaridad para las soluciones acuosas diluidas a esta temperatura. Esta es una aproximación útil, pero recuerde que es solo una aproximación y no se aplica cuando la solución está a una temperatura diferente, no está diluida o usa un solvente que no sea agua.

Ejemplo:
¿Cuál es la molalidad de una solución de 10 g de NaOH en 500 g de agua?

10 g de NaOH / (4 g de NaOH / 1 mol de NaOH) = 0,25 mol de NaOH
500 g de agua x 1 kg / 1000 g = 0,50 kg de agua
molalidad = 0,25 mol / 0,50 kg
molalidad = 0,05 M / kg
molalidad = 0,50 mNormalidad (N)

La normalidad es igual al peso equivalente en gramos de un soluto por litro de solución. Un gramo de peso equivalente o equivalente es una medida de la capacidad reactiva de una molécula dada. La normalidad es la única unidad de concentración que depende de la reacción.

Ejemplo: El
ácido sulfúrico 1 M (H ₂ SO ₄ ) es 2 N para las reacciones ácido-base porque cada mol de ácido sulfúrico proporciona 2 moles de iones H ⁺. Por otro lado, el ácido sulfúrico 1 M es 1 N para la precipitación con sulfato, ya que 1 mol de ácido sulfúrico proporciona 1 mol de iones sulfato.

Hacer diluciones

Usted diluye una solución cada vez que agrega solvente a una solución. La adición de disolvente da como resultado una solución de menor concentración. Puede calcular la concentración de una solución después de una dilución aplicando esta ecuación:

M _yo V _yo = M _f V _f

donde M es la molaridad, V es el volumen y los subíndices i y f se refieren a los valores inicial y final.

Ejemplo:
¿Cuántos mililitros de NaOH 5,5 M se necesitan para preparar 300 ml de NaOH 1,2 M?

Solución:
5.5 M x V ₁ = 1.2 M x 0.3 L
V ₁ = 1.2 M x 0.3 L / 5.5 M
V ₁ = 0.065 L
V ₁ = 65 mL

Entonces, para preparar la solución de NaOH 1.2 M, vierte 65 mL de NaOH 5.5 M en su recipiente y agrega agua para obtener un volumen final de 300 mL.