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Concentración (en química)

Cuando medimos átomos, iones u otras partículas, utilizamos la cálculos estequiométricos:  La estequiometría es el proceso de medir la cantidad de reactivos y los productos de una reacción química. A menudo equilibramos las ecuaciones para comparar los distintos elementos. Pero, ¿qué ocurre cuando nuestras reacciones químicas implican mezclas homogéneas? No podemos separar físicamente estas disoluciones; entonces, ¿qué podemos hacer? En ese…

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Concentración (en química)

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Cuando medimos átomos, iones u otras partículas, utilizamos la cálculos estequiométricos:

La estequiometría es el proceso de medir la cantidad de reactivos y los productos de una reacción química.

A menudo equilibramos las ecuaciones para comparar los distintos elementos. Pero, ¿qué ocurre cuando nuestras reacciones químicas implican mezclas homogéneas? No podemos separar físicamente estas disoluciones; entonces, ¿qué podemos hacer? En ese caso, podemos calcular su concentración.

Para obtener información más detallada sobre la estequiometría, consulta nuestro artículo Estequiometría.

  • Este artículo introduce la idea de las concentraciones dentro de la química.
  • Empezaremos por repasar la definición de concentración.
  • Luego, pasaremos a la forma de medir la concentración.
  • A continuación, aprenderemos sobre los tipos de concentración de las disoluciones.
  • Por último, resolveremos ejemplos relacionados con la concentración.

¿Qué son las concentraciones, en química?

En química, las concentraciones pueden definirse formalmente como la cantidad de soluto presente en una determinada cantidad de disolución.

Algunos tipos de concentración se calculan únicamente en mezclas homogéneas; es decir, en disoluciones.

Un soluto es la sustancia que se disuelve en el disolvente y un disolvente es una sustancia en la que se disuelve el soluto, dando lugar a una disolución.

  • En la mayoría de los casos, el soluto y el disolvente son líquidoso, o el soluto es un sólido y el disolvente un líquido.

Una disolución concentrada es aquella con una cantidad significativa de soluto, mientras que una disolución con una pequeña cantidad de soluto se denomina disolución diluida.

¿Cómo medimos las concentraciones en las reacciones químicas?

Ahora que hemos aprendido sobre las concentraciones en química, probablemente te estés preguntando ¿cómo medimos exactamente la concentración de las diferentes mezclas?

Bueno, si es así: ¡estás de suerte! En esta sección repasaremos, no solo cómo medir la concentración, sino también las unidades que utilizamos. Recordemos que, en general, una concentración implica la cantidad de soluto sobre la cantidad de disolución. Esto significa que no solo debemos calcular el volumen de la mezcla, sino también la cantidad de soluto.

Tipos de concentraciones, en química

Los tipos de concentraciones más comunes en la química son la concentración en masa y la molaridad.

Concentración en masa

Masa de soluto en una cantidad específica de volumen:

  • Las unidades suelen ser g/L, gramo por litro.
  • Muestra cuánta masa (generalmente, en gramos) de una sustancia específica está presente en un litro de mezcla.

concentración en masa = masa de solutovolumen de disolución

Ejemplos de concentraciones

Se han disuelto 25 g de sacarosa (azúcar) en agua. El volumen total de esta disolución de sacarosa es de 0,98 L. ¿Cuál es la concentración en masa de la disolución de sacarosa?

Solución:

Para empezar, identificamos la fórmula necesaria en función de la pregunta. En este caso, estamos tratando de determinar la concentración en masa; por eso, la fórmula es:

concentración en masa = masa de soluto (g)volumen de disolución (L)

A continuación, tenemos que identificar las variables que sí tenemos y que, por tanto, podemos utilizar:

  • Masa del soluto (m): 25 g de sacarosa .
  • Volumen de la disolución (V): 0,98 L .

concentración de masa =25 g0,98L= 25,510 g/L

Molaridad

Número de moles de un soluto en una cantidad específica de volumen:

  • Las unidades son típicamente mol/L, mol por litro, o M (molaridad).
  • Muestra cuántos moles de una sustancia específica están presentes en un litro de mezcla.

Molaridad = moles del solutovolumen de disolvente

Medio litro de zumo contiene 0,3 mol de sacarosa. ¿Cuál es la concentración molar de sacarosa en este jugo?

Solución:

Primero, identificamos la fórmula necesaria, según la pregunta.

En este caso, estamos tratando de determinar la concentración molar, o molaridad; por tanto, por la fórmula es:

Molaridad (M) = moles del solutovolumen de disolvente (L)A continuación, tenemos que identificar las variables que sí tenemos y que, por tanto, podemos utilizar:
  • Moles de soluto (n): 0,3 mol de sacarosa
  • Volumen de la disolvente (V): 0,5 L

Molaridad (M) =0,3 mol0,5 L= 0,6 mol/L

Molalidad

Molalidad (m): similar a la molaridad (M), pero implica calcular el número de moles por kilogramo de disolvente.

molalidad (m) = moles de soluto kg de disolvente

La ventaja de usar la molalidad, en lugar de molaridad (moles soluto / volumen disolución), en ciertos casos radica en que al aumentar la temperatura de una disolución, las moléculas de agua se expanden y su volumen aumenta; esto afecta a la molaridad. Luego, como la molalidad no considera volumen, es una medida de concentración más precisa.

Normalidad y el número de equivalentes

Aunque ya no es tan común usar la normalidad, ni calcular el número de equivalentes, en algunos libros lo encontrarás; por lo tanto, es importante que sepas a qué se refieren.

La normalidad (N) relaciona el número de equivalentes con el volumen. El número de equivalente relaciona la masa con la cantidad de sustancia necesaria para que se pueda dar reacciones de óxido-reducción (redox) y ácido-base.

Número de equivalentes =masa (g)masa molarvalencia

La valencia sería el número de hidrógenos o electrones intercambiados en una reacción de ácido-base, o redox, respectivamente.

Porcentaje en masa y en volumen

Si quieres encontrar la composición en porcentajes, puedes utilizar las siguientes fórmulas:

Porcentaje en masa

Utilizamos el porcentaje en masa cuando se proporcionan las masas del soluto y de la disolución, y deseamos encontrar sus concentraciones.

El porcentaje de masa se representa por m/m %: % en masa= masa de solutomasa de disolución·100

Si hablamos de líquidos, sería disolución; si hablamos de sólidos, sería mezcla.

Porcentaje en volumen

Usamos el porcentaje de volumen cuando se proporcionan los volúmenes del soluto y de la disolución, y deseamos encontrar sus concentraciones.

El porcentaje de volumen se representa por v/v%: % de volumen = volumen de solutovolumen de disolución·100

Para disoluciones a nivel traza, muy diluidas, en lugar de utilizar concentraciones porcentuales tan pequeñas, podemos usar fórmulas de partes por X.

Partes por X

Cada unidad que se muestra a continuación se utiliza para disoluciones cada vez más diluidas:

  • Partes por mil (ppmil)
    • ppmil = masa de solutomasa de muestra·1000
  • Partes por millón (ppm)
    • ppm = masa de solutomasa de muestra·106
    • ppm = 1 mg de soluto1kg de disolución=1 mg L =1μgmL
  • Partes por mil millones (ppb)
    • ppb = masa de solutomasa de muestra·109
  • Partes por trillón (ppt)

    • ppt = masa de solutomasa de muestra·1012

Para el análisis de agua, se suele usar ppm con las unidades mg/L, ya que las impurezas se encuentran en el agua; pero el análisis de una roca se usa ppb, porque las impurezas se encuentran en una muestra sólida. ppb se llama así por sus siglas en inglés (partes por billón), puesto que un billón inglés son mil millones.

Las fracciones molares (χ) son una forma de calcular la concentración de una disolución similar a la molalidad y la molaridad.

Pero, las fracciones molares se implementan para cantidades adimensionales; mientras que la molaridad tiene unidades de mol/L y la molalidad tiene unidades de mol/kg.

  • Las fracciones molares se utilizan, principalmente, para los gases.
  • Muestran, en una disolución, la relación del número de moles de un componente específico dividido por el número total de moles de todos los componentes.

fracción molar (χA)= moles de un componentetodos los moles de los componentes

Fíjate en la ecuación: las fracciones molares se representan con la letra griega chi, y no con la letra X.

Ejemplos de concentraciones

Ahora que hemos visto las fórmulas más comunes de concentración, es hora de ponerlas en práctica con ejemplos. Estos ejemplos se darán en el orden de las fórmulas enumeradas anteriormente, para aclararlas.

Además, a continuación se ofrece una tabla que resume todas las fórmulas de concentración, para ayudarte a entender cuándo y dónde utilizar cada una de las expresiones.

UnidadFórmulaCuando usarlo
Concentración en masa masa de soluto (g)volumen de disolución (L)Cuando tienes gramos en una disolución.
Molaridadmoles de soluto volumen de disolvente (L)Cuando tienes dos sustancias miscibles o una sustancia que se disuelve en otro.
Molalidadmoles de soluto masa de disolvente (kg)Cuando la temperatura es un variable.
% en masa masa de soluto (g)masa de disolución (g)·100Cuando tienes dos sólidos, o la masa de ambas sustancias, tteniendo en cuenta que ambos tienen que tener las mismas unidades).
% en volumenvolumen de soluto (L)volumen de disolución (L)·100Cuando tienes el volumen de ambas sustancias, teniendo en cuenta que ambos tienen que tener las mismas unidades
Partes por mil (ppmil)

masa de solutomasa de muestra·1000

Disoluciones diluidas.
Partes por millón (ppm)

masa de solutomasa de muestra·106

1 mg de soluto1kg de disolución=1 mg L =1μgmL

Disoluciones con cantidades a nivel de traza.
Partes por mil millones (ppb)

masa de solutomasa de muestra·109

Disoluciones con cantidades a nivel de traza.
Partes por trillón (ppt)

ppb = masa de solutomasa de muestra·1012

Disoluciones con cantidades a nivel de traza.
Fracción molar (χA)

moles de un componentetodos los moles de los componentes

Utilizado cuando tenemos gases.

Tabla 1. Todas las fórmulas de concentración más frecuentes, resumidas para mayor facilidad.

Para obtener información más detallada sobre la masa molar, consulta nuestros artículos El mol y La constante de Avogadro.

¿Cuál es la molalidad de una disolución preparada con 0,3 kg de sacarosa (C12H22O11) disuelta en 0,9 kg de agua?

Datos: masa molar de la sacarosa es 342,3 g/mol

Solución:

Empezamos identificando la fórmula necesaria, según la pregunta. Se trata de determinar la molalidad, y la fórmula es:

molalidad (m) = moles de soluto kg de disolvente

A continuación, tenemos que averiguar las variables que sí tenemos y que, por tanto, podemos utilizar:

Moles de soluto (n)Dado que el enunciado nos da la masa molar, podemos calcular los moles de sacarosa:moles de sacarosa = 0,3 kg ·0,001g1 kg·1 mol 342,3g =0,8764 molesKilogramos de disolvente (kg): 0,9 kgYa podemos calcular la molalidad: molalidad (m) = 0,8764 moles0,9 kg=0,974 molkg

Encuentra el porcentaje en masa de 4 g de sacarosa disueltos en 60 g de agua.

Solución:

Como siempre, identificamos la fórmula necesaria, en función de la pregunta. Estamos tratando de determinar el porcentaje en masa y tenemos todos los datos, solo tenemos que acordarnos que la masa de la disolución es: 4 g de sacarosa+ 60 g de agua, por lo que la masa total de la disolución = 64 g

% de masa = masa soluto (g)masa disolución (g)·100=4 g de sacarosa60 g de agua + 4 g de sacarosa ·100 = 6,25 % de sacarosa

Encuentra el porcentaje de volumen de nitrógeno, una disolución que se crea al mezclar 0,7 L de hidrógeno y 0,2 L de nitrógeno.

Solución:

Identificamos la fórmula necesaria, según la pregunta:

Estamos tratando de determinar el porcentaje de volumen, y tenemos 0,2 L de soluto y 0,7 L de disolvente, lo que el volumen de disolución es 0,9 L.

% de volumen (v/v%) = volumen de solutovolumen de disolución·100=0,2 L de nitrógeno0,2 L de nitrógeno + 0,7 L de hidrógeno·100=22.2% Nitrógeno

Encuentra la concentración de una disolución que contiene 1 g de dióxido de carbono disuelto en 1000 g de agua.

Solución:

Estamos tratando de determinar la concentración de una disolución muy diluida; por lo tanto, podemos utilizar cualquiera de las fórmulas de partes por x. Escogemos el ppm.

A continuación, tenemos que averiguar las variables que sí tenemos y que, en consecuencia, podemos utilizar:

Masa del soluto: 1 g de dióxido de carbono

Masa de la muestra: 1000 g de agua + 1 g de dióxido de carbono = 1001 g de masa total

ppm = 1 g de CO21001 g de disolución·106= 999 ppm

Encuentra la fracción molar de dióxido de carbono en un gas que contiene 5,00 moles de dióxido de carbono en 10 moles de oxígeno.

Solución:

Estamos tratando de determinar la fracción molar del dióxido de carbono, y la fórmula es:

fracción molar (χA)= moles de un componentetodos los moles de los componentes

A continuación, tenemos que averiguar las variables que sí tenemos y que, por tanto, podemos utilizar:

Moles del componente A: El componente en el que nos centramos es el dióxido de carbono, por lo que moles = 5

Total de moles de todos los componentes: 5 moles de dióxido de carbono + 10 moles de oxígeno = 15 moles totales:

fracción molar (χA)= 5 moles de CO215 moles totales=0,33 moles

Has llegado al final del artículo. Ahora deberías entender qué son las concentraciones en química, cómo se miden y las unidades implicadas. Por último, deberías poder resolver problemas que impliquen la concentración de una variedad de disoluciones. Para practicar un poco más, visita nuestras flashcards.

Concentración - Puntos Clave

  • En química, las concentraciones pueden definirse formalmente como la cantidad de soluto presente en una determinada cantidad de disolución.
  • Un soluto es la sustancia que se disuelve en el disolvente. El disolvente es la sustancia en la que se disuelve otra sustancia, el soluto, para formar una disolución.
  • Las disoluciones son mezclas homogéneas o de composición uniforme. Una disolución concentrada es aquella que tiene una cantidad significativa de soluto disuelto en ella en comparación con una disolución diluida.
  • Hay varios tipos de concentración:
    • Concentración en masa
    • Molaridad
    • Molalidad
    • Normalidad
    • Porcentaje en masa y en volumen
    • Partes por X
    • Fracción molar

Referencias:

  1. Libretexts. (2021, September 12). 2.2: Concentration. Chemistry LibreTexts.

  2. Libretexts. (2022, January 20). 4.5: Concentration of solutions. Chemistry LibreTexts.

  3. Libretexts. (2020, August 13). 8.1: Concentrations of solutions. Chemistry LibreTexts.

  4. Ball, D. W., & Key, J. A. (2014, September 16). Quantitative units of concentration. Introductory Chemistry 1st Canadian Edition.

  5. 11.4 colligative properties - chemistry 2E. OpenStax. (n.d.).

Preguntas frecuentes sobre Concentración (en química)

Hay varios tipos de concentración:

  • Concentración en masa
  • Molaridad
  • Molalidad
  • Normalidad
  • Porcentaje en masa y en volumen 
  • Partes por X
  • Fracción molar.

El porcentaje de masa se representa por m/m % y se puede definir mediante la siguiente fórmula:

% en masa = (masa de soluto / masa de disolución) x 100.

Molaridad (M): La molaridad muestra el número de moles de un soluto en una cantidad específica de volumen.

Molalidad (m): Es similar a la molaridad, pero muestra el número de moles por kilogramo de disolvente.

  • Molaridad (M): moles de soluto / volumen de disolvente
  • Molalidad (m): moles de soluto / Kg de solvente

Cuestionario final de Concentración (en química)

Concentración (en química) Quiz - Teste dein Wissen

Pregunta

_______ se define como la cantidad de soluto presente en una determinada cantidad de disolución. 

Mostrar respuesta

Answer

La concentración

Show question

Pregunta

_________ es aquella que tiene una cantidad importante de soluto disuelto en ella en comparación con una _________.

Mostrar respuesta

Answer

Disolución concentrada; disolución diluida

Show question

Pregunta

¿Por qué utilizamos la molalidad?

Mostrar respuesta

Answer

Al aumentar la temperatura de una disolución, las moléculas de agua se expanden y su volumen aumenta, afectando así a la molaridad. Luego, como la molalidad no considera volumen, es una medida de concentración más precisa.

Show question

Pregunta

¿Qué son las disoluciones?

Mostrar respuesta

Answer

Las disoluciones son mezclas homogéneas o de composición uniforme.

Show question

Pregunta

Encuentra la concentración de una disolución que contiene 2 g de dióxido de carbono disueltos en 10.000 g de agua. 

Mostrar respuesta

Answer

Para resolver esto, podemos usar ppm (partes por millón). Donde:

  • Masa del soluto: 1 g de CO2
  • Masa de la muestra: 10000 g de agua + 1 g de dióxido de carbono = 10001 g de masa total 

Recuerda, 1 millón = 106 


ppm = 1 g de CO2  / 10001 g de disolución x 106 = 99 ppm


Show question

Pregunta

¿Cuál es la diferencia entre molaridad, molalidad y fracciones molares?

Mostrar respuesta

Answer

Las fracciones molares se utilizan para cantidades adimensionales, mientras que la molaridad tiene unidades de mol/L y la molalidad tiene unidades de mol/kg. Además, las fracciones molares se utilizan principalmente para los gases. 

Show question

Pregunta

¿Qué fórmula usarías para encontrar la composición del hidrógeno en un gas que contiene X moles de hidrógeno en Y moles de nitrógeno para formar amoníaco.  


Mostrar respuesta

Answer

Fracción molar = moles de A / moles totales

Show question

Pregunta

Un disolvente es la sustancia que se disuelve en el soluto y un soluto es una sustancia en la que se disuelve el disovente, dando lugar a una disolución.

Mostrar respuesta

Answer

Falso

Show question

Pregunta

¿Cómo se calcula la molaridad?

Mostrar respuesta

Answer

moles/volumen

Show question

Pregunta

¿Se puede cambiar de ppm a g/L?

Mostrar respuesta

Answer

Sí, ya que 1 ppm es 1 mg/L

Show question

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