Definición de Concentración Química
Ingeniera Química
La concentración química hace referencia a la cantidad de soluto contenida en determinado monto de solvente o solución. Además, es una propiedad intensiva, ya que independientemente del volumen tomado de solución, su concentración será constante.
En el caso de una disolución química se habla de soluciones diluidas, concentradas, saturadas o sobresaturadas, términos que hacen referencia a la concentración de la solución, específicamente a la relación entre las cantidades de soluto y solvente presentes en la misma, no obstante tienen una propiedad cualitativa. Si se quiere identificar un valor a la concentración tenemos distintas formas de hacerlo.
Cuantificación de la concentración
A las relaciones entre cantidad de soluto y solvente o solución se las puede expresar de diversas maneras, entre ellas: molaridad, % m/m; %m/v, fracción molar, molalidad, entre otras.
Molaridad: indica la cantidad de moles de soluto contenidos en 1 L de solución. Si decimos que la concentración una solución acuosa de ácido clorhídrico es 0,3 mol/L, quiere decir que 1 L de solución conlleva 0,3 moles del soluto (ácido clorhídrico). En este caso, en ese litro de solución estará contenido el volumen ocupado por 0,3 moles de soluto y el volumen restante para llegar al litro de solución será el solvente, agua.
%m/m: indica la cantidad de soluto medido en gramos, por cada 100 gramos de solución. Supongamos que se tiene una solución acuosa de sacarosa al 20% m/m, esto implica que se tienen 20 g de sacarosa en 100 g de solución. Es decir, 100 g de solución están formados por 20 g de sacarosa (soluto) y 80 g de solvente (agua).
%m/v: indica la cantidad de soluto en gramos, por cada 100 mililitros de solución. Ahora bien, pensemos en una solución de sacarosa al 20% m/v, ¿qué diferencia hay con el caso anterior? Se tienen 20 g de sacarosa en 100 mL de solución. Si conociéramos la densidad de la solución podríamos rápidamente calcular cuánta masa representan los 100 mL de solución y luego conocer en 100 g de solución cuánto soluto hay contenido, convirtiendo así %m/v en %m/m.
Fracción molar: se expresa mediante una relación entre moles de un soluto respecto de moles totales, que tendrán en cuenta, moles de soluto más moles de solvente. Por ejemplo, si una solución posee 3 moles de sacarosa y 10 moles de agua, los moles totales de solución son 13. La fracción molar de sacarosa en agua no será otra que el cociente entre 3 y 13, es decir, XS=0,23. Si lo deseamos expresar para el agua, será 10/13, XA=0,77. Notar que la suma de fracciones molares de una solución debe ser 1.
Molalidad: indica la cantidad de moles de soluto por cada 1 kg de disolvente. Por ejemplo, si se tienen 30 g de azúcar en 200 g de agua, la molalidad se buscará llevando la cantidad de solvente hasta 1 kg o, lo que es lo mismo, 1000 g. De esta manera, con una simple proporcionalidad se conocerá que para 1000 g de disolvente habrá 150 g de azúcar, la concentración expresada en molalidad es m=150.
¿Cómo preparar soluciones de distinta concentración?
Para ello, se debe contar con el material adecuado para hacerlo de la manera más exacta posible. En un laboratorio de química, se cuenta con matraces aforados, que nos indican el volumen exacto contenido y con balanzas granatarias cuyo grado de precisión es alto. Además, se deben tener en cuenta las medidas de seguridad y los objetos de protección personal utilizados en base al riesgo del trabajo.
En el caso de que se desee preparar una solución 0,1 mol/L de hidróxido de sodio, se buscará el reactivo en el almacén y se buscará algún matraz aforado disponible. Por ejemplo, que se tenga un matraz de 500 mL, al preparar 500 mL de solución, debemos considerar que la cantidad de moles de soluto contenidos en medio litro será la mitad que la expresada en la molaridad, es decir, 0,05 moles de soluto. Ahora bien, debemos pesar dicha masa en un recipiente adecuado, y asegurarnos que la masa pesada sólo corresponda al soluto y no contenga la masa del recipiente contenedor.
Si se desean pesar 0,05 moles de NaOH se debe conocer su masa molar, la cual es aproximadamente 40 g/mol, quiere decir que 0,05 mol equivalen a 2 g de soluto. Se transfiere al matraz con cuidado dicha masa y se agrega agua hasta llegar al aforo, observando dicho aforo a la altura de los ojos. Se homogeniza la solución y quedará lista para su posterior uso.
Trabajo publicado en: Nov., 2021.
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