Concentración

En química, la concentración de una disolución es laproporción o relación que hay entre la cantidad de solutoy la cantidad de disolvente, donde el soluto es la sustanciaque se disuelve, el disolvente es la sustancia que disuel-ve al soluto, y la disolución es el resultado de la mezclahomogénea de las dos anteriores. A menor proporción desoluto disuelto en el disolvente, menos concentrada es-tá la disolución, y a mayor proporción más concentradaestá. [1]

El término también es usado para hacer referencia al pro-ceso de concentración, aumentar la proporción de solutoen el disolvente, inverso al de dilución.

Diluido Concentrado

Estos vasos, que contienen un tinte pardo rojizo, muestran cam-bios cualitativos en la concentración. Las disoluciones a la iz-quierda están más diluidas, comparadas con las soluciones másconcentradas de la derecha.

1 Solubilidad

Cada sustancia tiene una solubilidad para un disolventedeterminado. La solubilidad es la cantidad máxima desoluto que puede mantenerse disuelto en una disolución,y depende de condiciones como la temperatura, presión,y otras sustancias disueltas o en suspensión.[2] Cuando sealcanza la máxima cantidad de soluto en una disoluciónse dice que la disolución está saturada, y ya no se ad-mitirá más soluto disuelto en ella. Si agregamos un pocode sal común a un vaso de agua, por ejemplo, y la agita-mos con una cucharita, la sal se disolverá. Si continuamosagregando sal, habrá cada vez más concentración de éstahasta que el agua ya no pueda disolver más sal por muchoque la agitemos. Entonces, la disolución estará saturada,y la sal que le agreguemos, en vez de disolverse se preci-pitará al fondo del vaso. Si calentamos el agua, ésta podrádisolver más sal (aumentará la solubilidad de la sal en elagua), y si la enfriamos, el agua tendrá menos capacidadpara retener disuelta la sal, y el exceso se precipitará.

2 Formas de expresar la concentra-ción

Los términos cuantitativos son cuando la concentraciónse expresa científicamente de una manera numérica muyexacta y precisa. Algunas de estas formas cuantitativasde medir la concentración son los porcentajes del soluto,la molaridad, la normalidad, y partes por millón, entreotras. Estas formas cuantitativas son las usadas tanto en laindustria para la elaboración de productos como tambiénen la investigación científica.

2.0.1 Ejemplos

El alcohol comercial de uso doméstico. Generalmente noviene en una presentación pura (100% alcohol), sino quees una disolución de alcohol en agua en cierta proporción,donde el alcohol es el soluto (la sustancia que se disuelve)y el agua es el disolvente (la sustancia que disuelve el so-luto). Cuando la etiqueta del envase dice que este alcoholestá al 70% V/V (de concentración) significa que hay un70% de alcohol, y el resto, el 30%, es agua. El zumo denaranja comercial suele tener una concentración de 60%V/V, lo que indica que el 60%, (el soluto), es zumo de na-ranja, y el resto, el 40% (el disolvente), es agua. La tinturade yodo, que en una presentación comercial puede teneruna concentración 5%, significa que hay un 5% de yodo,(el soluto), disuelto en un 95% de alcohol, (el disolvente).

2.1 Concentración en términos cualitati-vos

La concentración de las disoluciones en términos cuali-tativos, también llamados empíricos, no toma en cuentacuantitativamente (numéricamente) la cantidad exacta desoluto y disolvente presentes, y dependiendo de su pro-porción la concentración se clasifica como sigue:

2.1.1 Diluida o concentrada

Amenudo en el lenguaje informal, no técnico, la concen-tración se describe de una manera cualitativa, con el usode adjetivos como “diluido” o “débil” para las disolucio-nes de concentración relativamente baja, y de otros como“concentrado” o “fuerte” para las disoluciones de concen-tración relativamente alta. En una mezcla, esos términosrelacionan la cantidad de una sustancia con la intensidad

1

2 3 PORCENTAJE MASA-MASA, VOLUMEN-VOLUMEN Y MASA-VOLUMEN.

observable de los efectos o propiedades, como el color,sabor, olor, viscosidad, conductividad eléctrica, etc, cau-sados por esa sustancia. Por ejemplo, la concentración deun café puede determinarse por la intensidad de su colory sabor, la de una limonada por su sabor y olor, la delagua azucarada por su sabor. Una regla práctica es quecuanto más concentrada es una disolución cromática, ge-neralmente más intensamente coloreada está.Dependiendo de la proporción de soluto con respecto aldisolvente, una disolución puede estar diluida o concen-trada:

• Disolución diluida: Es aquella en donde la canti-dad de soluto está en una pequeña proporción en unvolumen determinado.

• Disolución concentrada: Es la que tiene una canti-dad considerable de soluto en un volumen determi-nado. Las soluciones saturadas y sobresaturadas sonaltamente concentradas.

2.1.2 Insaturada, saturada y sobresaturada

La concentración de una disolución puede clasificarse,en términos de la solubilidad. Dependiendo de si el so-luto está disuelto en el disolvente en la máxima canti-dad posible, o menor, o mayor a esta cantidad, para unatemperatura y presión dados:

• Disolución insaturada: Es la disolución que tiene unamenor cantidad de soluto que elmáximo que pudieracontener a una temperatura y presión determinadas.

• Disolución saturada: Es la que tiene la máxima can-tidad de soluto que puede contener a una temperatu-ra y presión determinadas. Una vez que la disoluciónestá saturada ésta no disuelve más soluto. En ellasexiste un equilibrio entre el soluto y el disolvente.

• Disolución sobresaturada: Es la que contiene un ex-ceso de soluto a una temperatura y presión deter-minadas (tiene más soluto que el máximo permitidoen una disolución saturada). Cuando se calienta unadisolución saturada, se le puede disolver una mayorcantidad de soluto. Si esta disolución se enfría len-tamente, puede mantener disuelto este soluto en ex-ceso si no se le perturba. Sin embargo, la disoluciónsobresaturada es inestable, y con cualquier pertur-bación, como por ejemplo, un movimiento brusco, ogolpes suaves en el recipiente que la contiene, el so-luto en exceso inmediatamente se precipitará, que-dando entonces como una disolución saturada.

2.2 Concentración en términos cuantitati-vos

Para usos científicos o técnicos, una apreciación cualita-tiva de la concentración casi nunca es suficiente, por lo

tanto las medidas cuantitativas son necesarias para des-cribir la concentración.A diferencia de las concentraciones expresadas de unamanera cualitativa o empírica, las concentraciones expre-sadas en términos cuantitativos o valorativos toman encuenta de una manera muy precisa las proporciones entrelas cantidades de soluto y disolvente que se están utili-zando en una disolución. Este tipo de clasificación de lasconcentraciones es muy utilizada en la industria, los pro-cedimientos químicos, en la farmacia, la ciencia, etc, yaque en todos ellos es necesario mediciones muy precisasde las concentraciones de los productos.Hay varias maneras de expresar la concentración cuan-titativamente, basándose en la masa, el volumen, o am-bos. Según cómo se exprese, puede no ser trivial convertirde una medida a la otra, pudiendo ser necesario conocerla densidad. Ocasionalmente esta información puede noestar disponible, particularmente si la temperatura varía.Por tanto, la concentración de la disolución puede expre-sarse como:

• Porcentaje masa-masa (% m/m)

• Porcentaje volumen-volumen (% V/V)

• Porcentaje masa-volumen (% m/V)

• Molaridad

• Molalidad

• Formalidad

• Normalidad

• Fracción molar

• En concentraciones muy pequeñas:

• Partes por millón (PPM)• Partes por billón (PPB)• Partes por trillón (PPT)

• Otras:

• Densidad• Nombres propios

En el Sistema Internacional de Unidades (SI) se empleanlas unidades mol·m−3.

3 Porcentaje masa-masa, volumen-volumen y masa-volumen.

3.1 Porcentaje masa-masa (% m/m)

Se define como la masa de soluto (sustancia que se di-suelve) por cada 100 unidades de masa de la solución:

3

%masa = masa de soluto(g)masa de disolución(g) · 100

Por ejemplo, si se disuelven 10 g de azúcar en 40 g deagua, el porcentaje en masa será: [10/(40+10)] x 100 =20% o, para distinguirlo de otros porcentajes, 20% m/m(en inglés, %w/w)

3.2 Porcentaje volumen-volumen (% V/V)

Expresa el volumen de soluto por cada cien unidades devolumen de la disolución. Se suele usar para mezclas lí-quidas o gaseosas, en las que el volumen es un parámetroimportante a tener en cuenta. Es decir, el porcentaje querepresenta el soluto en el volumen total de la disolución.Suele expresarse simplificadamente como «% v/v».

% volumen = volumen de soluto(mL)

volumen de disolución(mL)· 100

Por ejemplo, si se tiene una disolución del 20% en volu-men (20% v/v) de alcohol en agua quiere decir que hay20 mL de alcohol por cada 100 mL de disolución.La graduación alcohólica de las bebidas se expresa pre-cisamente así: un vino de 12 grados (12°) tiene un 12%(v/v) de alcohol.

3.3 Porcentaje en masa-volumen (% m/V)

Se pueden usar también las mismas unidades que paramedir la densidad aunque no conviene combinar ambosconceptos. La densidad de la mezcla es la masa de la di-solución dividida por el volumen de ésta, mientras quela concentración en dichas unidades es la masa de solutodividida por el volumen de la disolución por 100. Se sue-len usar gramos por mililitro (g/mL) y a veces se expresacomo «%m/V».

% m/V = masa de soluto(g)volumen de disolución(mL)

· 100

3.4 Cálculos con porcentajes masa-masa yvolumen-volumen

Para cálculos con los porcentajes masa-masa y volumen-volumen debemos manejar dos conceptos:

1. La suma de la masa del soluto más la masa del di-solvente es igual a la masa de la disolución

Disolución = soluto + disolvente

2. Se usa la regla de tres para calcular diferentesproporciones.

4 Molaridad

Lamolaridad (M), o concentración molar, es la canti-dad de sustancia (n) de soluto por cada litro de disolución.Por ejemplo, si se disuelven 0,5 moles de soluto en 1000mL de disolución, se tiene una concentración de ese solu-to de 0,5 M (0,5 molar). Para preparar una disolución deesta concentración habitualmente se disuelve primero elsoluto en un volumen menor, por ejemplo 300 mL, y setraslada esa disolución a un matraz aforado, para despuésenrasarlo con más disolvente hasta los 1000 mL.

M = cantidad de sustancia (n)volumen de disolución (L)

Es el método más común de expresar la concentraciónen química, sobre todo cuando se trabaja con reaccionesquímicas y relaciones estequiométricas. Sin embargo, esteproceso tiene el inconveniente de que el volumen cambiacon la temperatura.Se representa también como: M = n / V, en donde “n” esla cantidad de sustancia (n=gr soluto/masa molar) y “V”es el volumen de la disolución expresado en litros.

5 Molalidad

La molalidad (m) es el número de moles de soluto quecontiene un kilogramo de disolvente. Para preparar di-soluciones de una determinada molalidad, no se empleaun matraz aforado como en el caso de la molaridad, sinoque se puede hacer en un vaso de precipitados y pesandocon una balanza analítica, previo peso del vaso vacío parapoderle restar el correspondiente valor.

m = moles de soluto (n)kg de solvente

La principal ventaja de este método de medida respectoa la molaridad es que como el volumen de una disolucióndepende de la temperatura y de la presión, cuando éstascambian, el volumen cambia con ellas. Gracias a que lamolalidad no está en función del volumen, es indepen-diente de la temperatura y la presión, y puede medirsecon mayor precisión.Es menos empleada que la molaridad pero igual de im-portante.

6 Formalidad

La formalidad (F) es el número de peso-fórmula-gramoo Masa Molecular Relativa por litro de disolución.

F = nº PFGvolumen (litro disolución)

El número de peso-fórmula-gramo tiene unidad de g /PFG.

4 8 CONCENTRACIONES PEQUEÑAS

7 Normalidad

La normalidad (N) es el número de equivalentes (eq-g)de soluto (sto) entre el volumen de la disolución en litros(L)

N = eqgstoVL

Normalidad ácido-base Es la normalidad de una disolu-ción cuando se utiliza para una reacción como ácido o co-mo base. Por esto suelen titularse utilizando indicadoresde pH.En este caso, los equivalentes pueden expresarse de la si-guiente forma:

n = moles ·H+ para un ácido, o n = moles ·OH− para una base.

Donde:

• moles es la cantidad de moles.

• OH– es la cantidad de hidroxilos cedidos por unamolécula de la base.

Por esto, podemos decir lo siguiente:

N = M ·H+ para un ácido, oN = M ·OH−

para una base.

Donde:

• M es la molaridad de la disolución.

• H+ es la cantidad de protones cedidos por unamolécula del ácido.

• OH– es la cantidad de hidroxilos cedidos por unamolécula de la base.

Ejemplos:

• Una disolución 1 M de HCl cede 1 H+, por lo tanto,es una disolución 1 N.

• Una disolución 1 M de Ca (OH)2 cede 2 OH–, porlo tanto, es una disolución 2 N.

7.1 Normalidad redox

Es la normalidad de una disolución cuando se la utilizapara una reacción como agente oxidante o como agentereductor. Como un mismo compuesto puede actuar comooxidante o como reductor, suele indicarse si se trata de lanormalidad como oxidante (Nₒₓ) o como reductor (Nᵣ ).Por esto suelen titularse utilizando indicadores redox.

En este caso, los equivalentes pueden expresarse de la si-guiente forma:

n = moles · e−

Donde:

• n es la cantidad de equivalentes.

• moles es la cantidad de moles.

• e– es la cantidad de electrones intercambiados en lasemirreacción de oxidación o reducción.

Por esto, podemos decir lo siguiente:

N = M · e−

Donde:

• N es la normalidad de la disolución.

• M es la molaridad de la disolución.

• e–: Es la cantidad de electrones intercambiados en lasemirreacción de oxidación o reducción por mol desustancia.

Ejemplos:

• En el siguiente caso vemos que el anión nitrato enmedio ácido (por ejemplo el ácido nítrico) puede ac-tuar como oxidante, y entonces una disolución 1 Mes 3 Nₒₓ.

4 H+ + NO3– + 3 e– ↔ NO + 2 H2O

• En el siguiente caso vemos que el anión ioduro puedeactuar como reductor, y entonces una disolución 1Mes 2 Nᵣ .

2 I– ↔ I2 + 2 e–

• En el siguiente caso vemos que el catión argéntico,puede actuar como oxidante, donde una disolución1 M es 1 Nₒₓ.

1 Ag+ + 1 e– ↔ Ag0

8 Concentraciones pequeñas

Para expresar concentraciones muy pequeñas, trazas deuna sustancia muy diluida en otra, es común emplear las

5

relaciones partes por millón (ppm), partes por “bi-llón” (ppb) y partes por “trillón” (ppt). El millón equi-vale a 106, el billón estadounidense, o millardo, a 109 yel trillón estadounidense a 1012.Es de uso relativamente frecuente en la medición de lacomposición de la atmósfera terrestre. Así el aumento dedióxido de carbono en el aire, uno de los causantes delcalentamiento global, se suele dar en dichas unidades.Las unidades que se usan con más frecuencia son las si-guientes:

*Nota: Se pone una v o una m al final según setrate de partes en volumen o en masa.

Sin embargo, a veces se emplean otras unidades.Por ejemplo, 1 ppm de CO2 en aire podría ser, en algunoscontextos, una molécula de CO2 en un millón de molé-culas de componentes del aire.Otro ejemplo: hablando de trazas en disoluciones acuosas,1 ppm corresponde a 1 mg soluto/ kg disolución o, lo quees lo mismo, 1 mg soluto/ L disolución -ya que en estoscasos, el volumen del soluto es despreciable, y la densidaddel agua es 1 kg/L.También se habla a veces de relaciones más pequeñas,por ejemplo “cuatrillón”. Sin embargo son concentracio-nes excesivamente pequeñas y no se suelen emplear.La IUPAC desaconseja el uso de estas relaciones (espe-cialmente en el caso de masa entre volumen) y recomien-da usar las unidades correspondientes.Es particularmente delicado el uso de ppb y ppt, dadoel distinto significado de billón y trillón en los entornosestadounidense y europeo.

9 Conversiones útiles•

Xst =m

1000Psv

+m

• Fracción molar a molalidad ( Xst→m ), y recordan-do que Xst + Xsv = 1

m =1000 ·Xst

Psv ·Xsv

• Molalidad a molaridad ( m→M )

M =1000 · d ·m

1000 + (m · Pst)

• Molaridad a molalidad ( M→m )

m =1000 ·M

1000 · d−M · Pst

• Porcentaje en peso a porcentaje peso en volumen

%P/V = %P/P · d

• Peso en volumen a molaridad

M =%P/V · 10

Pst

Donde:

• Psv = Peso molar del disolvente (g/mol)

• Pst = Peso molar del soluto (g/mol)

• d = densidad (g/mL)

• %P/P = Concentración en g soluto/100 g disolución

• %P/V = Concentración en g soluto/100 mL disolu-ción

10 Otras formas de indicar la con-centración

Para ciertas disoluciones de usomuy frecuente (por ejem-plo ácido sulfúrico, hidróxido de sodio, etc.) se indica laconcentración de otras formas:

10.1 Densidad

Si bien la densidad no es una forma de expresar la con-centración, ésta es proporcional a la concentración (en lasmismas condiciones de temperatura y presión). Por estoen ocasiones se expresa la densidad de la disolución encondiciones normales en lugar de indicar la concentra-ción; pero se usa más prácticamente y con disolucionesutilizadas muy ampliamente. También hay tablas de con-versión de densidad a concentración para estas disolucio-nes, aunque el uso de la densidad para indicar la concen-tración es una práctica que está cayendo en desuso.

10.2 Escala Baumé

La escala Baumé es una escala usada en la medidade las concentraciones de ciertas soluciones (jarabes,ácidos). Fue creada por el químico y farmacéutico francésAntoine Baumé (1728–1804) en 1768 cuando construyósu aerómetro. Cada elemento de la división de la escalaBaumé se denomina grado Baumé y se simboliza por ºBo ºBé.

6 13 ENLACES EXTERNOS

10.3 Escala Brix

Los grados Brix (símbolo °Bx) sirven para determinarel cociente total de sacarosa disuelta en un líquido. Unasolución de 25 °Bx contiene 25 g de azúcar (sacarosa)por 100 g de líquido. Dicho de otro modo, en 100 g desolución hay 25 g de sacarosa y 75 g de agua.Los grados Brix se cuantifican con un sacarímetro -quemide la densidad (o gravedad específica) de líquidos- o,más fácilmente, con un refractómetro o un polarímetro.La escala Brix es un refinamiento de las tablas de la escalaBalling, desarrollada por el químico alemán Karl Balling.La escala Plato, que mide los grados Plato, también partede la escala Balling. Se utilizan las tres, a menudo alterna-tivamente. Sus diferencias son de importancia menor. Laescala Brix se usa, sobre todo, en fabricación de zumos(jugos), de vinos de frutas y de azúcar a base de caña.La escala Plato se utiliza, sobre todo, en elaboración decerveza. La escala Balling es obsoleta, pero todavía apa-rece en los sacarímetros más viejos.

10.4 Nombres propios

Algunas disoluciones se usan en una concentración de-terminada para algunas técnicas específicas. Y en estoscasos suele usarse un nombre propio.

11 Referencias[1] Quimica Para El Acceso a Ciclos Formativos de Grado Su-

perior .e-book. en Google Libros.

[2] Quimica Para El Acceso a Ciclos Formativos de Grado Su-perior .e-book. en Google Libros.

12 Véase también• Emulsión

• Disolvente

• Disolución

• Equilibrio químico

• Fracción molar

• Soluto

• Solubilidad

• Osmol

13 Enlaces externos• Tabla de fórmulas de concentración de disoluciones

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14 Text and image sources, contributors, and licenses

14.1 Text• Concentración Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Concentraci%C3%B3n?oldid=82550217 Colaboradores: Zuirdj, JorgeGG, Untrozo,

ManuelGR, Rosarino, Dodo, Sms, Rsg, Tostadora, Felipealvarez, Jarfil, Xenoforme, Rodrigouf, Porao, Vinoysandia, Soulreaper, Xuankar,Airunp, Taichi, RobotQuistnix, Platonides, Alhen, Superzerocool, Jomra, Yrbot, Amadís, BOT-Superzerocool, FlaBot, Vitamine, Yurik-Bot, Mortadelo2005, Ombresaco, GermanX, KnightRider, No sé qué nick poner, Eloy, Txo, Fobenavi, Eskimbot, Vbenedetti, Maldoror,Tomatejc, Paintman, Sigmanexus6, BOTpolicia, CEM-bot, Laura Fiorucci, Dmharvey~eswiki, JMCC1, Alexav8, Federoy, Mister, Kars-han, Rastrojo, Rosarinagazo, Antur, Gafotas, Montgomery, Gilwellian, AngelHerraez, Luis evangelion, Raymond.cidad, Estevoaei, Yeza,RoyFocker, LMLM, McR.inc, Isha, Hanjin, Góngora, Rrmsjp, Ponko, JAnDbot, Kved, Muro de Aguas, TXiKiBoT, Humberto, Netito777,Idioma-bot, Pólux, Macalla, Biasoli, Pablo 15, Panchobio, Cipión, Snakeyes, Technopat, Queninosta, Matdrodes, BlackBeast, Luis1970,Chasconrq, Muro Bot, Edmenb, Racso, Srbanana, Jmvgpartner, SieBot, Batxillerdeciencies, Carmin, Cobalttempest, CASF, Bigsus-bot,Dark, Marcelo, Manwë, BuenaGente, Belb, Mafores, Novato951, Tirithel, Antón Francho, Nicop, Addicted04, Carlosediazp, Eduardosalg,Locoinventor, Leonpolanco, Pan con queso, Botito777, Petruss, Iolandin, Atila rey, Açipni-Lovrij, Jonathan Saviñon de los Santos, Ravave,MiniEnE, SilvonenBot, Camilo, UA31, AVBOT, Elliniká, JMQC2008, David0811, Neodimio, NicolasAlejandro, MarcoAurelio, Ezarate,Diegusjaimes, Bethan 182, Arjuno3, Andreasmperu, Luckas-bot, Santamariascience, Vic Fede, Pollilin55, Ornitododo, SuperBraulio13,Ortisa, Manuelt15, Xqbot, Jkbw, Hector bonilla, Pjhgwiki, Rubinbot, Dreitmen, Dossier2, Wikidragon5, Torrente, Botarel, Slastic, Ko-lambar, MondalorBot, DixonDBot, Wikielwikingo, PatruBOT, Toka01, Angelito7, Nacho1993, Humbefa, Foundling, GrouchoBot, Axvo-lution, Edslov, EmausBot, Savh, AVIADOR, TuHan-Bot, Sergio Andres Segovia, Grillitus, Mecamático, Khiari, Diegotj, Pereiijah, WakaWaka, Diamondland, Nahueli1989, SaeedVilla, MerlIwBot, KLBot2, Escher42, Elkingkapo, Nna-mozha, Cyberdelic, Vagrand, 07albert,Acratta, Mega-buses, Helmy oved, Armonizador, Saharim, Addbot, Balles2601, Franco de la parra, Dayis243, Anterofernando, Jarould,Cesardgc y Anónimos: 650

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