UNIDADES QUIMICAS DE CONCENTRACION DE LAS SOLUCIONES

 ´¿ QUE SON LAS UNIDADES QUIMICAS DE CONCENTRACION DE LAS SOLUCIONES ?

La concentración química es la proporción de las sustancias que se disuelven (solutos) en relación con la cantidad total de la solución. En este sentido, la cantidad de soluto siempre será menor al solvente para que se considere una solución.

La preparación de una solución química requiere de calcular las medidas de soluto y solvente. Esto determinará la concentración de la solución y el tipo de solución. Las concentraciones de las soluciones se expresan por molaridad, molalidad o fracción molar, entre otros.

Medidas y fórmulas de concentración química

Las medidas de concentración de soluciones químicas son determinadas por unidades físicas y unidades químicas de concentración.

Por un lado, las unidades físicas son aquellas que definen la proporción entre el soluto y el solvente en masa, volumen o sus partes.

Las unidades químicas, por otro lado, definen la concentración de la solución por moles o equivalentes químicos que presenta el solvente.

Unidades químicas de concentración de soluciones

Las unidades químicas de concentración de soluciones calculan la cantidad de moles o de equivalentes químicos de un soluto en una solución.

Las concentraciones químicas a diferencia de las porcentuales, emplean una unidad de medida distinta, denominada mol (n), que corresponde a la cantidad de sustancia que tiene tantas entidades elementales (átomos, moléculas o iones) como el número de átomos que hay en 12 g de carbono-12.

Como lo vimos anteriormente, existen unidades físicas y químicas de concentración. En esta

ocasión aprenderás sobre las unidades químicas de concentración, las cuales son:

• Molaridad

• Molalidad

• Normalidad

• Fracción molar

Molaridad (M)

Es la cantidad de moles de soluto disuelto en un litro (L) de solución. Matemáticamente se

expresa así:

M=moles de soluto/ L de solución

Los moles de un compuesto se representan por una letra "n", de tal manera que la ecuación para calcular los moles de soluto es:

n moles de soluto= gramos de soluto / masa molar 

Ejemplo demostrativo de molaridad

• Calcular la molaridad de una solución preparada al disolver 11.5 g de hidróxido de

sodio (NaOH) en agua suficiente, hasta un volumen de 1.5 L de solución.

Para encontrar la M de esta solución necesitamos conocer:

a) Los moles de soluto.

b) El volumen total de solución.

Los datos que tenemos son:

a) 11.5 g de NaOH (soluto).

b) 1.5 L de solución.

Ya que conocemos el volumen de la solución en L, únicamente necesitamos conocer los

moles de soluto. Primero calcularemos la masa molar del NaOH (aproximando a dos cifras):

Na: 1 x 23.00 g = 22.99 g

O: 1 x 16.00 g = 16.00 g

H: 1 x 1.00 g = 1.00 g

Masa molar de NaOH = 40.00 g/mol

Esto significa que 1 mol de NaOH tiene una

masa de 40.00 g 

Utilizando la siguiente fórmula, se encuentran los moles de soluto, en este caso NaOH.

n moles de soluto= gramos de soluto/masa molar 

n moles de NaOH= gramos de NaOH / mas molar de NaOH

n moles de NaOH 11.5g NaOH /40.00 g / mol 

n moles de NaOH = 0.288 moles 

Una vez se tienen los moles de NaOH= 0.288 moles y el volumen de la solución en litros= 1.5

L, se sustituye en la ecuación de molaridad (M) de la siguiente manera:

M = moles de soluto / L de solución 

M = moles de NaOH /L de solución

M=0.288 moles de NaOH /1.5 L de solución 

M =0.192 mol / L de NaOH 

La molaridad (M) de la solución es de 0.195 mol/L.

. Molalidad (m)

Es la cantidad de moles de soluto presentes en

1 kilogramo (Kg) de solvente. Se expresa así:

M= moles de soluto / masa del solvente (kg)

Normalidad (N)

Es la cantidad de equivalente gramo de soluto disuelto en un litro de solución. 

N= numero de equivalentes gramo / L de solución

Número de equivalente gramo de una sustancia es la relación entre los gramos de soluto

contenidos en una solución y el peso equivalente, es decir:

Número eq. g = gramos de soluto/ peso equivalente 

Peso equivalente (Peq.):

El peso equivalente de una sustancia es la relación entre la masa molar y el número n, que

dependerá del tipo de sustancia que se tiene, si es un ácido, una base o una sal. Es decir:

Peq= masa molar / n 

Peso equivalente para un acido 

Peq=masa molar/ no.de H sustituibles 

Peso equivalente para una base 

Peq=masa molar /no. de OH sustituibles 

Peso equivalente para sal 

Peq= masa molar /no. total de cargas positivas o negativas 

Ejemplo demostrativo de normalidad

• Calcular la normalidad de una solución acuosa de hidróxido de bario Ba(OH)2, que contiene

42.8 g de esta base en 5 L de solución.

Para calcular la normalidad necesitamos:

a) Número de equivalentes gramo.

b) El volumen total de la solución.

Los datos que tenemos son:

a) 42.8 g de Ba(OH)2

b) 5 L de solución

Ya que conocemos el volumen de la solución en litro (L), únicamente se necesita conocer el

número de equivalentes gramo.

Paso 1: se calcula la masa molar del Ba(OH)2 (aproximando a dos cifras):

Ba: 1 x 137.33 g = 137.33 g

O: 2 x 16.00 g = 32.00 g

H: 2 x 1.00 g = 2.00 g

La masa molar de Ba(OH)2 = 171.33 g/mol

Esto significa que 1 mol de Ba(OH)2 tiene una masa de 171.33 g de Ba(OH)2.

Fracción Molar (X)

Es la relación entre los moles de cada uno de los

componentes de una solución y la totalidad de

los moles presentes en la solución. La fracción

molar de una solución puede ser expresada de

dos maneras:

Fracción molar del soluto (Xs): es la relación entre los moles del soluto y los moles de la

solución:

X soluto = moles de soluto / moles de soluto + moles de solvente 

Fracción molar del solvente: es la relación entre

el número de moles de solvente y el número de

moles de solución:

X solvente

= moles de solvente / moles de soluto + moles de solvente 

Ejemplo demostrativo de fracción molar

• Se agregan 3 gramos de NaCl en un recipiente

con 4 L de agua. En esta solución, calcular la

fracción molar del soluto (NaCl) y del solvente

(H2O).

Los datos que tenemos:

a) 3 g de soluto.

b) 4000 ml (4 L) de solvente.

Se inicia calculando la masa molar del solvente,

que en este caso es H2O:

H: 2 x 1.00 g = 2.00 g

O: 1 x 16.00 g = 16.00 g

Masa molar de H2O = 18 g/mol

Esto significa que en 1 mol de H2O se tiene una masa de 18 g de H2O.

Paso 1: se calculan los moles de solvente H2O

n solvente = gramos del solvente / masa molar del solvente 

n solvente =gramos de H2O

Para calcular la masa en gramos del agua, debemos convertir los mililitros (ml) en gramos

 y para ello se utiliza el concepto de densidad. Densidad: es una magnitud escalar referida a la  cantidad de masa en un determinado volumen de una sustancia o un objeto sólido. Por tanto, la densidad = masa/volumen.

La densidad del agua es de 1 g/ml; el volumen

del agua es de 4 litros.

1 litro = 1000 mililitros.

4 litros = 4000 mililitros.

densidad=masa / volumen 

(1g/ml)=masa/4000ml

4000ml=(1g/ml) = masa 

4000g=masa  

Se tiene la masa del solvente que es 4000 g y se

tiene la masa molar, es hora de sustituir:

n solvente = masa del solvente/ masa molar del solvente 

n solvente= gramos de H2O/masa molar de H2O

n solvente4000g/18g/mol

n solvente= 222.2 moles 

Paso 2: se calculan los moles de soluto, en este

caso NaCl.

Calculamos la masa molar de NaCl:

Na: 1 x 23.00 g = 23.00 g

Cl: 1 x 35.5 g = 35.5 g

Masa molar de NaCl = 58.5 g/mol

Esto significa que en 1 mol de NaCl se tiene una

masa de 58.5 g de NaCl.

n soluto =gramos de soluto /masa molar del soluto 

n soluto= g de NaCl /masa molar de NaCl 

n soluto= 3 g de NaCl 

n soluto= 0.05128 moles

X solvente = moles de solvente / moles de soluto +moles de solvente 

X solvente = moles de H2O/moles de NaCl + moles de H2O/ 0.05128 moles de NaCl + 222.2moles de H2

X solvente =222.2moles de H2O/222.225128

X solvente =0.00023