Molaridad
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- Distinguir las partes de una solución
- Definir las unidades de concentración
Concentración significa cuánto de algo hay en un volumen dado, algo así como densidad, excepto que describe soluciones. Una solución es algún compuesto, llamado el soluto que se disuelve en otro compuesto más abundante, llamado el disolvente. Para ser una solución, las moléculas o iones del soluto deben estar separados entre sí y rodeados por moléculas o iones solventes. Si se mezclan trozos muy pequeños de un compuesto en otro compuesto, pero en realidad no se disuelven en moléculas o iones, eso se llama suspensión (un sólido en un líquido) o emulsión (dos líquidos). En una solución, tanto el soluto como el disolvente pueden ser cualquier fase, sólido, líquido o gas. La concentración de una solución es la cantidad de soluto dividida por la cantidad total de solución, generalmente. Sin embargo, hay muchas unidades diferentes que se utilizan para la concentración, y algunas de ellas suponen que hay tanto más disolvente que soluto que se puede usar cantidad de disolvente en lugar de cantidad de solución.
Unidades para Concentración
Hay muchas, muchas unidades utilizadas para la concentración. Algunos se utilizan principalmente para describir soluciones concentradas (que tienen mucho soluto) y otros se utilizan principalmente para describir soluciones diluidas (que tienen muy poco soluto). La unidad más común en química es la molaridad (abreviada M), que es moles de soluto divididos por litros de solución.
\[Molarity=\frac{(moles\; of\; solute)}{(liters\; of\; solution)}\]
Por ejemplo, si disuelves 1 mol de NaCl en 1L de agua, es decir una solución de NaCl 1 M (léase “1 molar”).
Otra unidad común es% en peso, lo que significa
\[Weight\; (Mass)\; \%=\frac{(mass\; of\; solute)}{(mass\; of\; solution)}\; \times 100\%\]
Esto se usa a menudo para soluciones muy concentradas. Para soluciones muy diluidas, verá ppm (partes por millón) o ppb (partes por mil millones):
\[ppm=\frac{(mass\; of\; solute)}{(mass\; of\; solution)}\; \times 10^{6}\]
\[ppb=\frac{(mass\; of\; solute)}{(mass\; of\; solution)}\; \times 10^{9}\]
Muchos compuestos son importantes incluso a estas concentraciones muy bajas. Algunos productos químicos utilizados en la agricultura o la industria se denominan “disruptores endocrinos” y los estudios sugieren que pueden ser peligrosos para los seres vivos a nivel de ppb. (Resumen de ejemplo de un artículo científico: tenga en cuenta que ppm se describe como “alta concentración”.) En los semiconductores, que son de lo que están hechos los chips de computadora y los LED, las soluciones sólidas a nivel ppm permiten las propiedades esenciales.
Ejemplo
El HCl (cloruro de hidrógeno) es un gas realmente desagradable y peligroso, pero disuelto en agua hace un ácido conveniente (ácido clorhídrico) para muchas aplicaciones en el laboratorio o en la industria. Cuando trabajamos con una solución de HCl en el laboratorio, a menudo queremos medir la masa de volumen de solución utilizada y saber cuántos moles de HCl agregamos. Desafortunadamente, cuando compras HCl, generalmente viene como HCl concentrado, y la botella dirá algo así como "32% en peso, densidad 1.1593”. Convertir esto en molaridad.
Para resolver esto, necesitamos pensarlo como una conversión de unidades. Un buen truco para lidiar con% de cantidades es simplemente traducir eso en g/g, así: 32 peso% = (32 g HCl)/(100 g solución). Ahora hacemos nuestra conversión de unidades habitual:
\[\left(\dfrac{32\; \cancel{g\; HCl}}{100\; \cancel{g\; solution}}\right) \left(\dfrac{1\; mol\; HCl}{36.46\; \cancel{g\; HCl}}\right) \left(\dfrac{1.1593\; \cancel{g}}{1\; \cancel{mL\; solution}}\right) \left(\dfrac{\cancel{1000\; mL}}{1\; L}\right)=10\; M\; HCl\]
Aquí comenzamos con unidades de g de solución de HCl/g, y convertimos el g de HCl a moles, y la solución g a litros usando la densidad, que es (g/ml). Observe que el número de cifras significativas es bastante bajo. Esto se debe a que el gas HCl puede evaporarse de la solución, al igual que el agua, por lo que la concentración podría cambiar un poco con el tiempo. Si quieres conocer la concentración con mayor precisión, consulta la siguiente sección sobre titulaciones para saber cómo medirla.
Ahora suponga que desea hacer HCl 2.5 M usando el HCl 10 M. Necesitarás diluirlo, lo que significa agregar solvente para disminuir la concentración. Si quieres hacer 1 L de HCl 2.5 M, ¿cuánto HCl 10 M diluye?
Para resolver esto, todavía podemos pensarlo como una conversión de unidades. Queremos 1 L de solución de HCl 2.5 M. En el primer paso, convertiremos al número de moles de HCl necesarios para elaborar esa solución. En el segundo paso, encontraremos cuántos ml de solución 10 M tienen este número de moles de HCl.
\[(1\; \cancel{L\; of\; 2.5\; M\; HCl}) \left(\dfrac{2.5\; \cancel{mol\; HCl}}{1\; \cancel{L\; of\; 2.5\; M\; HCl}}\right) \left(\dfrac{1000\; mL\; of\; 10\; M\; HCl}{10\; \cancel{mol\; HCl}}\right)=250\; mL\; of\; 10\; M\; HCl\]
Para hacer la solución, tomaremos 250 mL de HCl 10 M, y la pondremos en un matraz aforado de 1 L, y luego agregaremos agua lentamente, con mezcla, hasta que el volumen alcance la marca de 1 L. La razón por la que lo hacemos de esta manera, en lugar de solo agregar 750 mL de agua, es que la densidad puede cambiar debido al soluto. Si usamos el matraz aforado, podemos estar seguros de que tenemos exactamente 2.5 mol de HCl en exactamente 1 L de solución.
Colaboradores y Atribuciones
Emily V Eames (City College of San Francisco)