Unidades de Concentración: Física y Química Explicadas

Unidades Físicas de Concentración

El porcentaje en masa $$ es una forma común de expresar concentraciones. Se calcula dividiendo la masa del soluto entre la masa de la solución y multiplicando por 100.

% p/p = (masa de soluto (g) / masa de solución (g)) × 100

Por ejemplo, si tenemos una solución de 325g de sulfato de cobre (CuSO₄) y después de evaporar obtenemos 125g de CuSO₄, podemos calcular que:

• La masa evaporada fue 200g (agua)
• El porcentaje peso/peso es (125g ÷ 325g) × 100 = 38,5%
• El porcentaje del solvente sería 61,5% $100$

💡 Consejo: Para calcular el % p/p siempre necesitas conocer la masa del soluto y la masa total de la solución. La diferencia entre la masa total y la del soluto te dará la masa del solvente.

Más Unidades Físicas de Concentración

El porcentaje volumen/volumen $$ se calcula dividiendo el volumen del soluto entre el volumen total de la solución y multiplicando por 100:

% v/v = (ml de soluto / ml de solución) × 100

Por ejemplo, si tenemos 1ml de ácido en 19ml de agua, el porcentaje v/v sería: (1ml ÷ 20ml) × 100 = 5%.

El porcentaje peso/volumen $$ se calcula:

% p/v = (g soluto / ml solución) × 100

Si tenemos 20g de dextrosa en 80ml de solución, el % p/v será: (20g ÷ 80ml) × 100 = 25%.

Las partes por millón (ppm) se usan para concentraciones muy pequeñas:

ppm = (mg soluto / kg solución) o (mg soluto / L solución)

🔍 Recuerda: Las ppm son útiles para medir sustancias en cantidades muy pequeñas, como contaminantes en agua. Por ejemplo, 4mg de flúor en 500ml de agua equivale a 8ppm.

Unidades Químicas de Concentración

La molaridad (M) es una unidad química de concentración que expresa la cantidad de moles de soluto por litro de solución:

M = moles de soluto / litros de solución

Por ejemplo, si disolvemos 196g de H₂SO₄ en 0,5L de solución, primero calculamos los moles:

• 196g de H₂SO₄ ÷ 98g/mol = 2 moles
• Molaridad = 2 moles ÷ 0,5L = 4M

Para soluciones con concentración en porcentaje, podemos convertir a molaridad usando la densidad. Por ejemplo, con una solución de H₃PO₄ al 30% y densidad 1,2g/ml:

1. Calculamos la masa de H₃PO₄ en un litro: 1,2g/ml × 1000ml × 0,30 = 360g
2. Convertimos a moles: 360g ÷ 98g/mol = 3,7 moles
3. Molaridad = 3,7 moles/L = 3,7M

⚗️ Dato clave: La molaridad es la unidad más usada en los laboratorios porque relaciona directamente la cantidad química (moles) con el volumen, facilitando la preparación de soluciones.

Normalidad y Molalidad

La normalidad (N) expresa la cantidad de equivalentes de soluto por litro de solución:

N = equivalentes de soluto / litros de solución

Los equivalentes se calculan dividiendo los moles por la masa equivalente, que depende de la sustancia:

• Hidróxidos: #OH
• Ácidos: #H⁺
• Sales: suma de cargas positivas (o negativas)

La normalidad se relaciona con la molaridad: N = M × número de equivalentes

Por ejemplo, para calcular la normalidad de una solución de HCl 0,2M:

• N = 0,2M × 1 = 0,2N (el HCl tiene un solo H⁺)

Para una solución de H₂SO₄ 0,2M:

• N = 0,2M × 2 = 0,4N (el H₂SO₄ tiene dos H⁺)

La molalidad $m$ se expresa como moles de soluto por kilogramo de solvente:

m = moles de soluto / kg de solvente

Por ejemplo, para 40g de NaOH en 250ml de agua:

• Moles NaOH = 40g ÷ 40g/mol = 1 mol
• Molalidad = 1 mol ÷ 0,25kg = 4m

🧪 Importante: La molalidad, a diferencia de la molaridad, no cambia con la temperatura porque depende de la masa del solvente, no del volumen de la solución.

Fracción Molar

La fracción molar (X) representa la proporción de moles de un componente respecto al total de moles en la solución:

Xsoluto = moles de soluto / moles totales de la solución

Donde moles totales = moles de soluto + moles de solvente. La suma de todas las fracciones molares en una solución debe ser igual a 1:

Xsoluto + Xsolvente = 1

Por ejemplo, para calcular la fracción molar de HClO₄ en 1000g de solución al 20% p/p:

1. Calculamos la masa del soluto: 1000g × 0,20 = 200g de HClO₄
2. Calculamos los moles de soluto: 200g ÷ 100,5g/mol = 1,99 moles de HClO₄
3. La masa del solvente (agua) es: 1000g - 200g = 800g
4. Moles de agua: 800g ÷ 18g/mol = 44,4 moles
5. Moles totales: 1,99 + 44,4 = 46,39 moles
6. Fracción molar del HClO₄: 1,99 ÷ 46,39 = 0,043

🔢 Truco: La fracción molar es útil en cálculos termodinámicos y para soluciones donde intervienen gases o se estudian propiedades como la presión de vapor.