Concentración de Soluciones Químicas: Métodos Cualitativos y Cuantitativos

Concentración en Términos Cualitativos

La concentración de las soluciones en términos cualitativos, también llamados empíricos, no toman en cuenta cuantitativamente (numéricamente) la cantidad exacta de soluto y disolvente presentes. Dependiendo de su proporción, la concentración se clasifica como sigue:

• Diluida y concentrada: La concentración se describe de una manera cualitativa con el uso de adjetivos como diluido y débil para las soluciones de concentración relativamente baja, y de otros como concentrado o fuerte para las soluciones de concentración relativamente alta.
• Solución diluida: Es aquella en donde la cantidad de soluto está en una pequeña proporción en un volumen determinado.
• Solución concentrada: Es la que tiene una cantidad considerable de soluto en un volumen determinado.

Concentración Porcentual

Se refiere a las partes que existen de soluto en 100 partes de solución y puede expresarse en porcentaje masa/masa (m/m), porcentaje masa/volumen (m/v) y porcentaje volumen/volumen (v/v). Se calcula mediante las siguientes expresiones:

• % masa: (masa de soluto / masa de disolución) x 100
• % en masa/volumen: [masa de soluto (g) / volumen de disolución (ml)] x 100
• % volumen: (volumen de soluto / volumen de disolución) x 100

Unidades de Concentración Química

Molaridad (M)

Se define como el número de moles de soluto que contiene un litro de solución. La concentración molar se calcula con la siguiente fórmula:

M = moles de soluto / litros de disolución

Molalidad (m)

Es el número de moles de soluto por kilogramo de solvente:

m = moles de soluto / kg de disolvente

Normalidad (N)

Se define como el número de equivalentes de soluto que contiene un litro de solución. Se calcula de la siguiente manera:

N = equivalentes de soluto / litros de solución

Equivalente Químico

El equivalente químico de una sustancia se define como los gramos de sustancia que reaccionan, equivalen o reemplazan a un mol de iones hidrógeno.

• Peso equivalente gramo de los ácidos: Peso molecular / número de hidrógenos.
• Peso equivalente de las bases: Masa molecular / número de iones OH.
• Peso equivalente de sales: Masa molecular / número de oxidación del catión.

Fracción Molar y Partes por Millón

Fracción Molar (X)

Expresa la concentración de una solución en moles de soluto o solvente por moles totales de la solución:

• Xsto + Xste = 1
• Xste = moles de Ste / (moles de sto + moles de ste)

Partes por millón (ppm)

Es la unidad empleada usualmente para valorar la presencia de elementos en pequeñas cantidades (traza) en una mezcla. Se define como: "la cantidad de materia contenida en una parte sobre un total de un millón de partes".

Cálculos de Masa y Dilución

Relaciones fundamentales entre densidad, molalidad, molaridad, normalidad y fracción molar:

• Moles de soluto: masa de soluto (g) / Peso molecular soluto (g/mol)
• Moles de solvente: masa de solvente (g) / peso molecular solvente (g/mol)
• Peso de solvente: masa de solución - masa del soluto

Para determinar el volumen y concentración de NaCl para una solución 0.2 p/v, se utiliza la relación de dilución:

Volumen concentrado × %p/v concentrado = volumen diluido × %p/v diluido