UNIDADES DE CONCENTRACIÓN

Colegio San Esteban Diácono Departamento de Ciencias Química IIº Medio Prof. Juan Pastrián / Sofía Ponce de León UNIDADES DE CONCENTRACIÓN 1. Porcentaje masa/masa (%m/m) Cantidad en masa (g) de un componente en 100 g de disolución. Una disolución acuosa al 5%m/m de cloruro de sodio contiene 5 g de sal en 100 g de disolución. %m m g soluto 100 g solución Una muestra de 15 g de cloruro de sodio se disuelve en 186 g de agua. Cuál es el porcentaje masa/masa de cloruro de sodio en la disolución? Primero se obtiene la masa total de la disolución: Masa disolución masa soluto + masa solvente Masa disolución 15 g + 186 g Masa disolución 201 g Se plantea la proporción matemática: 15 g soluto 201 g disolución x 100 g disolución x 7.46 g de soluto Por lo tanto, la concentración de esta solución es 7.46%m/m. Esto quiere decir que por cada 100 g de disolución hay 7.46 g de soluto. 2. Porcentaje masa/volumen (%m/v) Cantidad en masa (g) de un componente en 100 ml de disolución. Una disolución acuosa al 10%m/v de alcohol etílico contiene 10 g de alcohol por cada 100 ml de disolución. %m V g soluto 100 ml solución Si se disuelven 45 g de cloruro de magnesio (MgCl 2 ) en 246 g de agua, dando como producto una solución de densidad 1.12 g/ml, cuál es su %m/v? Sabemos que hay 45 g de soluto; sin embargo, debemos calcular el volumen de la solución. Éste se obtiene a partir de la fórmula de densidad: d m V donde: d densidad m masa V volumen

Despejando el volumen de la disolución, tenemos que: V m d A partir de la ecuación anterior, necesitamos la masa de disolución. Masa disolución masa soluto + masa solvente Masa disolución 45 g + 246 g Masa disolución 291 g Reemplazando: 291 g V 1.12 g/ml V 259.82 ml Se plantea ahora la proporción matemática: 45 g soluto 259.82 ml disolución x 100 ml disolución x 17.31 g de soluto Por lo tanto, la concentración de esta solución es 17.31%m/V. Esto quiere decir que por cada 100 ml de disolución hay 17.31 g de soluto. 3. Porcentaje volumen/volumen (%V/V) Cantidad en volumen (ml) de un componente en 100 ml de disolución. Una disolución de propanol al 20%V/V contiene 20 ml de propanol por cada 100 ml de disolución. %V V ml soluto 100 ml solución Ejemplo 1: Si se disuelven 37 ml de alcohol en agua hasta completar 133 ml de disolución, cuál es el porcentaje volumen-volumen de alcohol en la disolución? Se plantea la proporción matemática: 37 g soluto 133 ml disolución x 100 ml disolución x 27.82 g de soluto Por lo tanto, la concentración de esta solución es 27.82%V/V. Esto quiere decir que por cada 100 ml de disolución hay 27.82 ml de soluto.

Ejemplo 2: En qué volumen de disolución se deben disolver 500 ml de alcohol para preparar una disolución al 40% volumen-volumen? Se plantea la proporción matemática: 40 ml soluto 100 ml disolución 500 ml soluto x x 1250 ml de disolución 1.25 L de disolución Por lo tanto, los 500 ml de alcohol se deben disolver en agua hasta completar 1250 ml de disolución para obtener una solución al 40%m/V. 4. Concentración molar o molaridad (C o M) Número de moles de un componente en 1000 ml (1 L) de disolución. Una disolución acuosa 0.1 molar de H 2 SO 4 contiene 0,1 moles de H 2 SO 4 por cada litro de disolución. C moles de soluto volumen de disolución (L) n V Se desea calcular la concentración molar de una disolución acuosa de hidróxido de sodio (NaOH) que contiene 20 g de soluto en un volumen de 100 ml. En primer lugar tenemos que calcular el número de moles de soluto. Para ello necesitamos conocer la masa molar del NaOH cuyo valor se obtiene a partir del sistema periódico. Al sumar las masas de todos los átomos que forman parte de esta molécula (Na, H y O) tenemos que la masa del NaOH es 40 g/mol, lo que quiere decir que 1 mol de NaOH tiene una masa de 40 g, cuántos moles habrán, entonces, en 20 g? 40 g 1 mol 20 g x x 0.5 mol. Existe también una fórmula que permite calcular el número de moles, y que se obtiene a partir de la proporción matemática anterior: n m M donde: n número de moles m masa M masa molar Reemplazando en la ecuación: n 20 g 40 g/mol n 0.5 mol.

El ejercicio nos entrega el volumen en ml y se necesita hacer la transformación a litros. Hay que considerar que 1 L equivalen a 1000 ml. Por lo tanto: 100 ml " 1 L % $ ' 0.1 L # 1000 ml & Reemplazando en la ecuación de molaridad: 0.5 mol C 0.1 L 5 mol/ L 5 M En conclusión, hay 5 moles de NaOH por cada 1 L de disolución. 5. Concentración molal o molalidad ( ) Número de moles de un componente por cada 1000 g de disolvente puro. Una disolución acuosa 1 molal de KClO 3 contiene 1 mol de KClO 3 por cada 1000 g de agua (NO de disolución). moles de soluto kg de solvente Se disuelven 30 g de nitrato de potasio (KNO 3 ) en 500 g de agua. Cuál es la concentración molal de esta solución? Se calcula el número de moles del soluto según: n m M 30 g n 0.3 mol 101.1 g/mol El ejercicio nos entrega la masa en gramos y se necesita en kilogramos. Considerando que 1 kg equivale a 1000 g tenemos que: " 1 kg % 500 g $ ' 0.5 kg # 1000 g& Calculando la molalidad: 0.3 mol 0.5 kg 0.6 mol/kg 0.6 molal Esto significa que existen 0.6 moles de KNO 3 por cada kg de solvente. 6. Fracción molar (χ) Relación entre el número de moles de un componente y el número total de moles de disolución. Una disolución de naftaleno cuya χ 0.2 en naftaleno contiene 0.2 moles de este compuesto por cada mol de disolución. moles de solvente χ A moles de soluto χ B

Una disolución gaseosa contiene 2 g de He y 4 g de O 2. Cuáles son las fracciones molares de He y O 2 en la disolución? Para calcular las fracciones molares del oxígeno y del helio es necesario conocer la cantidad de moles: Moles de He n m M 2 g n 0.5 mol. 4 g/mol Moles de O 2 n m M 4 g n 0.125 mol 32 g/mol Moles de disolución n disolución n helio + n oxígeno n disolución 0.5 mol + 0.125 mol n disolución 0.625 mol Por lo tanto, las fracciones molares de O 2 y He son: moles de oxígeno χ O2 0.125 mol χ O2 0.625 mol χ O2 0.2 mol moles de helio χ He 0.5 mol χ He 0.625 mol χ He 0.8 mol 7. Partes por millón (ppm) Corresponde a la masa de un componente (mg) que hay contenidas en 1 L o 1 kg de disolución, dependiendo si la muestra es líquida o sólida, respectivamente. En este sentido, se puede expresar como ppm m/m o ppm m/v. Si nos dicen que la concentración de ozono en el aire es de 4 ppm ello quiere decir que hay 4 g de dicho componente por cada 1 L de aire. mg ppm L de solución mg ppm kg de solución

Si una solución está compuesta por 20 gramos de sal en 4000 L de agua, cuál será la concentración en ppm? En primer lugar, los 20 gramos se deben expresar en miligramos, por lo que debemos considerar que 1 g equivalen a 1000 mg. Por lo tanto: 20 g " $ # 1000 mg 1 g % ' 20000 mg & Teniendo la masa de soluto expresada en mg y el volumen expresado en L, calculamos la concentración ppm. 20000 mg ppm 4000 L 5 ppm Por lo tanto, la concentración de esta solución es 5 ppm, lo que quiere decir que por cada litro de solución hay 5 mg de soluto.