Concentración en Química: Definición, fórmula y ejemplos

¿Qué es la Concentración en Química?

La palabra concentración tiene muchas formas diferentes de aplicarse en el lenguaje común y cotidiano. Podría referirse a la cantidad de esfuerzo mental que alguien pone en una actividad, el enfoque de un área de estudio particular o un juego de cartas popular, solo por nombrar algunos. En química, sin embargo, la palabra concentración tiene una definición y una forma de aplicar el término muy específicas. La concentración en química se refiere al número de partículas en un volumen determinado. El término se puede utilizar para describir mezclas en cualquier estado de la materia; sin embargo, a menudo se aplica cuando se analizan soluciones, por lo que este se convierte en el contexto principal de los ejemplos que se dan más adelante en esta lección.

En soluciones, la concentración se refiere al número de partículas de soluto que se han disuelto en el disolvente. Si la concentración se mide en molaridad (M) , esto indica el número de moles de partículas de soluto que se han disuelto en 1 litro de disolvente. Si la concentración se representa como molalidad , entonces es el número de moles de soluto en relación con el número de moles de partículas de disolvente presentes. Agregar más partículas de solvente a la solución se conoce como concentrar la solución, mientras que agregar más partículas de solvente se conoce como diluirla. En cualquier mezcla, si agrega más de una partícula particular al volumen dado o reduce el volumen sin cambiar la cantidad de partículas, ese agente químico específico se vuelve más concentrado . Cuando se agregan cantidades adicionales de otros tipos de moléculas o se aumenta el volumen, se vuelve más diluido.

Unidades de concentración

La concentración se puede representar tanto de forma cualitativa como cuantitativa, como se describe a continuación.

Unidades cualitativas de concentración

Las mediciones cualitativas de concentración pueden usarse en relación con las propiedades de una mezcla o solución o describirse en relación con otras mezclas o soluciones. El uso de los términos concentrado y diluido se utiliza para denotar o describir cualitativamente la concentración. Si un ácido está concentrado, entonces hay una gran cantidad de partículas de ácido presentes en comparación con la cantidad de partículas de agua. Esto también indica la fuerza de sus propiedades; este ácido sería muy corrosivo y peligroso de manipular. Para que sea seguro de manipular, se debe diluir añadiendo agua a la solución (más disolvente). Un ácido diluido sería nocivo o irritante pero no causaría daños importantes o inmediatos a los tejidos vivos, por ejemplo.

Cuando se utilizan los términos concentrado y diluido para describir la concentración relativa a otras soluciones, es necesario proporcionar cierta información sobre la cantidad de soluto que se ha agregado. Por ejemplo, mezclar una cucharada de sal en una taza de agua produciría una solución de sal diluida en comparación con agregar tres cucharadas de sal para disolverla en el mismo volumen de agua; tres cucharadas dan como resultado una solución más concentrada. Para hacer una solución más concentrada, se le deben agregar más partículas de soluto. Para hacer una solución más diluida, se le debe agregar más solvente. Cuando no se pueden disolver más partículas de soluto con el volumen de disolvente dado, se dice que la solución está saturada .

Unidades cuantitativas de concentración

Las mediciones cuantitativas de concentración requieren que se calculen los valores exactos utilizados y la cantidad de disolvente y soluto. Hay varias formas diferentes de representar cuantitativamente la concentración de una solución.

• Concentración de masa: esta medida de concentración representa la masa relativa de partículas de soluto y disolvente en la solución. Se puede calcular utilizando la masa de partículas de disolvente y el volumen de soluto, dando la unidad g/L o g/m3. También suele mostrarse como un porcentaje de soluto disuelto en la cantidad específica de disolvente presente. (fórmulas a continuación)
• Concentración molar: esta medida de concentración representa la cantidad de moles del solvente presentes en la solución. Se puede mostrar usando dos unidades diferentes. M denota el número de moles por litro de disolvente o molaridad . La concentración molar también se puede mostrar como una proporción de la masa de la solución, conocida como molalidad ; la unidad de molalidad es mol/kg. (fórmulas a continuación)
• Concentración numérica: esta medida de concentración indica el número exacto de partículas en un volumen determinado de mezcla de fluidos (gas o líquido). La unidad para esta medida será (número de partículas) (m3). La concentración numérica también se puede calcular contando el tipo específico de partícula en relación con un número mayor de partículas, dando la unidad en partes por millón (ppm) o partes por mil millones (ppb). Esto se determina tomando (masa de soluto) / (masa de muestra) x1.000.000 (ppm) o x1.000.000.000 (ppb)
• Concentración de volumen: esta medida de concentración divide el volumen de una especie química particular presente por el volumen total de la mezcla dada. En este caso, el volumen se divide por volumen, por lo que el valor final se muestra sin unidades SI o como porcentaje.

Fórmula de concentración

A continuación se muestran las fórmulas utilizadas para calcular diferentes medidas cuantitativas de concentración en química.

• Porcentaje de masa: (masa de soluto (g))/(masa total de solución (g)) x 100 o (masa de tipo específico)/(masa total de mezcla) x 100
• Molaridad: {eq}(moles\ de\ soluto)/ (litros\ de\ disolvente) {/eq}
• Molalidad: {eq}(moles\ de\ soluto)/ (masa\ de\ solución\ en\ kg) {/eq} o {eq}(moles\ de\ tipo\ específico)/ (masa\ de\ mezcla\ en \ kg) {/eq}

• Fracción molar: {eq}(moles\ de\ soluto)/ (moles\ de\ disolvente) {/eq} o {eq}(moles\ de\ tipo\ específico)/ (moles\ de\ todos\ los\ tipos\ en\ mezcla) {/eq}
• La fracción molar también se puede representar como una proporción molar; {eq}(moles\ de\ soluto): (moles\ de\ disolvente) {/eq} o {eq}(moles\ de\ tipo\ específico):(moles\ de\ todos\ los\ tipos\ en\ mezcla) {/eq}. Esta segunda representación se utiliza al comparar mezclas o soluciones con más de 2 tipos de elementos o partículas porque las proporciones pueden incluir varios números. Por ejemplo, la solución de concentración con disolvente D y solutos A, B y C se puede mostrar como {eq}A:B:C (en\ moles) {/eq}.

Factores que afectan la concentración de una solución

Hay varios factores además de la simple cantidad de partículas de soluto presentes que pueden afectar la concentración de una solución.

• Temperatura: Cuando un disolvente se calienta, es capaz de disolver más partículas de soluto que cuando se enfría. Esto se debe al aumento de energía en las fuerzas intermoleculares que está presente a temperaturas más altas. Se puede preparar una solución sobresaturada calentando el solvente, disolviendo la máxima cantidad de partículas de solvente posible en ese volumen y luego dejando que la solución se enfríe. A medida que se enfría, las partículas de soluto comenzarán a precipitar fuera de la solución. Esta técnica se usa comúnmente para cultivar cristales y hacer cosas como caramelos.
• Volumen: cuando las mezclas tienen un volumen mayor, las partículas pueden extenderse más y diluirse más. En un volumen menor, se vuelven más concentrados. En soluciones, el volumen de disolvente utilizado determinará la concentración del soluto que se puede añadir.
• Presión: a medida que aumenta la presión, también aumenta la concentración porque se pueden contener más partículas dentro de un volumen dado (en relación con el concepto anterior).

Ejemplos de concentración en química

A continuación se muestran algunos ejemplos sencillos de cómo preparar y calcular la concentración en soluciones.

• Ejemplo de porcentaje de masa: creación de soluciones de % de sal

Para crear una solución de {eq}NaCl {/eq} al 3 %

1. Mida 3 g de {eq}NaCl {/eq} con un balance de masa

2. Mida 97 ml de agua destilada con una probeta graduada.

3. Añade el {eq}NaCl {/eq} al agua y revuelve para que se disuelva.

La masa de 1 ml de agua pura es 1 g. Al aplicar la fórmula: masa de soluto = 3 g {eq}NaCl {/eq}, masa de solvente = 97 g {eq}H_2O {/eq}, masa total de solución = 100 g

{eq}3g\ / 100g\ x\ 100\ =\ 3% {/eq}

• Ejemplo de molaridad: creación de soluciones con concentración molar

Para crear una solución de {eq}NaOH {/eq} 2 M

1. Determina la masa molar de {eq}NaOH (23\ +16\ +1\ =\ 40) {/eq}

2. Multiplique la masa molar por la concentración final para determinar los gramos de soluto que se deben agregar {eq}(40\ x 2\ =\ 80) {/eq}

3. Mida 80 g de {eq}NaOH {/eq} con un balance de masa

4. Disolver los 80g de{eq}NaOH {/eq} en 1 litro de agua destilada

Para convertir esto en una solución 1 M, se puede agregar 1 litro más de agua para obtener {eq}(moles\ de\ soluto (2))/(volumen\ de\ disolvente\ en\ litros (2)) {/eq}

Aplique la fórmula: {eq}(moles\ de\ soluto (2))/(litros\ de\ disolvente (1)) 2/ 1\ =\ 2M {/eq} solución

• Conversión de molaridad en molalidad:

Número de moles de NaOH= 2

Masa de 1 litro de agua en kg = 1 [nota: solo se utiliza disolvente, no la masa total de la solución]

{eq}2\ moles\ de\ soluto/ masa\ de\ disolvente\ (1) = 2 mol/ kg {/eq}

Resumen de la lección

La concentración en química es la medida del número de partículas presentes en un volumen determinado, a menudo en una mezcla o solución. La concentración de una solución representa la cantidad de partículas de soluto que se disuelven en el disolvente. La concentración se puede representar de manera cualitativa describiendo las soluciones como concentradas o diluidas . Al concentrar una solución, se añaden más partículas de soluto; al diluirlo se añaden más partículas de disolvente. Se dice que una solución está saturada cuando no se pueden disolver más partículas de soluto en un volumen dado de disolvente. La concentración también se puede mostrar cuantitativamente mediante varios cálculos y unidades diferentes.

• La concentración de masa se puede mostrar como porcentaje, si las unidades medidas son {eq}(masa/masa) {/eq} o como {eq}g/L {/eq} o {eq}g/m^{3} {/eq} si las unidades medidas son {eq}(masa/volumen) {/eq}.
• Las concentraciones molares se pueden mostrar usando la molaridad {eq}(moles/litro) {/eq} con la unidad M, o la molalidad {eq}(moles/masa\ de\ disolvente) {/eq} con la unidad {eq}(mol /kg) {/eq}, como fracción o como relación.

• La concentración numérica se puede mostrar como un recuento simple como ppm (partes por millón) o partículas/volumen.
• La concentración en volumen siempre se muestra como un valor numérico sin unidades o como porcentaje porque se calcula mediante {eq}(volumen\ de\ soluto\ específico\ o\ tipo)/ (volumen\ total\ de\ solución\ o\ mezcla ) {/eq}

Otros factores, como la temperatura, el volumen y la presión, también pueden afectar la concentración de una solución o mezcla. Se puede calentar una solución para crear una solución sobresaturada en la que el soluto comenzará a precipitar de la solución a medida que se enfría, formando a menudo cristales.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador