3.3.6 Soluciones. Concentración en por ciento y molar

En química una disolución o solución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias. A la sustancia disuelta se le llama soluto y a la sustancia donde se disuelve se le llama solvente. Una solución acuosa es aquella donde el solvente es el agua. Puesto que el agua es una excelente solvente así como naturalmente abundante, se ha convertido en lógicamente un solvente muy usado adentro química.


El disolvente es una sustancia que permite la dispersión de otra en su seno. Es el medio dispersante de la disolución. Normalmente, el disolvente establece el estado físico de la disolución, por lo que se dice que el disolvente es el componente de una disolución que está en el mismo estado físico que la disolución. También es el componente de la mezcla que se encuentra en mayor proporción.

La capacidad de una sustancia de disolver en agua se determina cerca si la sustancia puede emparejar o exceder el fuerte fuerzas atractivas las moléculas de esa agua generan entre sí mismos. Si la sustancia carece la capacidad de disolver en agua las moléculas forman a precipitado.

Al realizar cálculos con respecto el reaccionar de unas o más soluciones acuosas, una debe saber generalmente concentración, o molaridad, de las soluciones acuosas. La concentración de la solución se da en términos de forma del soluto antes de ella que disuelve.
Lo más habitual es que se trate de un sólido que es contenido en una solución líquida (sin que se forme una segunda fase)

Solubilidad acuosa

Éstas son pautas simples para determinarse solubilidad.
  1. Todos los compuestos con el Na+, K+, NH4+ los iones son solubles en agua.
  2. Todos los nitratos (NO3-) y acetatos (CH3COO-) sea soluble en agua.
  3. La mayoría de los cloruros (Cl-) y sulfatos (TAN42-) sea soluble en agua. Excepto el siguiente: AgCl, PbCl2, Hectogramo2Cl2, BaSO4, PbSO4 y CaSO4.
  4. La mayoría de los carbonatos (CO32-), fosfatos (PO43-), sulfuros (S2-), e hidróxidos (OH-) sea insoluble en agua. Las excepciones son LiOH, NaOH, KOH y NH3 (aq).

Concentración en por ciento y Molar

La molaridad (M) es el número de moles de soluto por litro de disolución. Por ejemplo, si se disuelven 0,5 moles de soluto en 100 mL de disolución, se tiene una concentración de ese soluto de 5,0 M (5,0 molar). Para preparar una disolución de esta concentración normalmente se disuelve primero el soluto en un volumen menor, por ejemplo 30 mL, y se traslada esa disolución a un matraz aforado, para después rellenarlo con más disolvente hasta los 100 mL.

La concentración de una solución es la medida de la cantidad de soluto presente en una cantidad de solución (o disolvente). Existen varias maneras de describir la concentración de una solución.

Unidades Físicas. PorcentajesPor definición el porcentaje es la proporción (en partes) por cada 100 partes de un todo.
Si aplicamos este concepto a las disoluciones podemos definir la concentración de una solución como partes de soluto en 100 partes de solución. Las “partes” puedes ser expresadas en Masa (g) o volúmenes (mL, L).

Si se disuelven 2 g de NaCl en 98 g de Agua se obtienen 100 g de una solución que es 2 por ciento (%) de masa (sal). Específicamente esta solución se describiría como 2 % (peso/peso) de sal en agua [lo cual quiere decir que son 2 g (peso) en 100 g (peso) de solución)]

Si una solucion tiene 5 L metanol (volumen) en un volumen total de 100 L tendremos una solución 5% (volumen/volumen ó vol./vol.)


Otra posibilidad es expresar el peso de soluto en 100 volúmenes de solución. Así una solución de 0,5 g (peso) en 100 mL (volumen) de solución sería una solución 0,5% (peso/volumen ó P/V)


¿Como calcular porcentajes?

Regla de tres para calcular proporciones

La regla de tres es frecuentemente usada para calcular concentraciones ya que hay una relación proporcional entre el soluto, el solvente y la disolución y entre los porcentajes de cada uno de ellos.
La regla de tres se puede dar en tres casos:
  • entre el soluto y el disolvente.
  • entre el soluto y la disolución.
  • entre el disolvente y la disolución.
Hay que tomar en cuenta que el porcentaje de la disolución es siempre el 100%.
Abajo se presentan las tres posibilidades en que podemos usar la regla de tres para solucionar problemas de concentración. En cada caso, si se tienen tres valores podemos calcular el cuarto:
Regla de tres entre el soluto y el disolvente
soluto20 g5%
disolvente380 g95%
disolución400 g100%
Ejemplo: Supongamos que no tenemos los gramos del disolvente. Para calcularlo, usamos la regla de tres:
  • Si 20 gramos del soluto son el 5%,y
  • X gramos del disolvente son el 95%,
  • ¿cuántos son los gramos del disolvente?
  • Los gramos del disolvente son 380 g = 20 g x 95 / 5
Regla de tres entre el soluto y la disolución
soluto20 g5%
disolvente380 g95%
disolución400 g100%
Ejemplo: Supongamos que no tenemos el porcentaje del soluto. Para calcularlo, usamos la regla de tres:
  • Si 20 gramos del soluto son el X%, y
  • 380 gramos de disolución son el 95%,
  • ¿cuánto es el porcentaje del soluto?
  • El porcentaje del soluto es 5% = 20 g * 95 / 380 g
Regla de tres entre el disolvente y la disolución
soluto20 g5%
disolvente380 g95%
disolución400 g100%
Ejemplo: Supongamos que no tenemos los gramos de la disolución. Para calcularlo, usamos la regla de tres:
  • Si 380 gramos del disolvente son el 95%, y
  • X gramos de la disolución son el 100%,
  • ¿cuántos son los gramos de la disoolución?
  • Los gramos de la disolución son 400 g = 380 g x 100 / 95


Ejemplos

Manejando las reglas de tres y la fórmula de Disolución = disolvente + soluto, se pueden resolver una gran variedad de problemas de concentración con porcentajes masa-masa y volumen-volumen.
Los procedimientos para los cálculos con porcentajes volumen-volumen son exactamente iguales a los de masa-masa, excepto que en lugar de trabajar con unidades de masa como los gramos, se usan unidades de volumen, como el cm3.

Ejemplo 1
Se tienen 250 gramos de agua y se quiere hacer una disolución de bicarbonato de sodio al 8%. ¿Cuántos gramos de bicarbonato de sodio se necesitan?, ¿cuantos gramos de de disolución se producirán?, ¿cuál es el porcentaje del disolvente?
Datos:
soluto ?? g8%
disolvente250 g ??%
disolución ?? g100%

Calculo el porcentaje del disolvente:
Disolución = soluto + disolvente --> Disolvente = disolución - soluto
El porcentaje del disolvente es 92% = 100% - 8%
soluto ?? g8%
disolvente250 g92%
disolución ?? g100%

Ahora tengo los gramos del disolvente y también su concentración, sus datos están "completos" (hay una pareja "masa-porcentaje"), así que puedo usarlo como base para calcular tanto la masa del soluto como la masa de la disolución. Con la regla de tres ente el soluto y el disolvente se puede calcular la masa del soluto, y con la regla de tres entre el disolvente y la disolución se puede calcular la masa de la disolución.
Usaremos la regla de tres entre el soluto y el disolvente para obtener los gramos del soluto:
Si X gramos de soluto son el 8%, y 250 gramos de disolvente son el 92%, ¿cuantos gramos tiene el soluto?
El soluto tiene 21,74 g = 250 g x 8 / 92
soluto21,74 g8%
disolvente250 g92%
disolución ?? g100%

Los gramos de la disolución los podemos encontrar de tres maneras: con la regla de tres entre el soluto y la disolución, con la regla de tres entre el disolvente y la disolución, o sumando la disolución y el disolvente. Se usará esta última.
Sumo el soluto y el disolvente para obtener los gramos de la disolución:
Disolución = soluto + disolvente
Los gramos disolución son 271,74 g = 21,74 g + 250 g
soluto21,74 g8%
disolvente250 g92%
disolución271,74 g100%
]Ejemplo 2
Se mezclan dos disoluciones de cloruro de sodio. La primera son 120 gramos de disolución al 10%, la segunda son 240 gramos al 8%. ¿Cuál es la concentración la disolución resultante?, ¿cuántos gramos de agua y cloruro de sodio tiene?
En este ejemplo tenemos tres disoluciones. Las dos primeras son mezcladas para dar una tercera. La cantidad de agua y cloruro de sodio de la tercera es la suma del agua y del cloruro de sodio de las dos primeras (ley de conservación de la masa). Por lo tanto, debemos calcular la cantidad de estas sustancias en las dos primeras disoluciones para luego sumarlas y obtener las cantidades que conforman la tercera disolución, y por último calcular el porcentaje de concentración de la tercera.

Primera disoluciónSegunda disolución
120 gramos de disolución al 10%
soluto ?? g10%
disolvente ?? g
disolución120 g100%
Usamos la regla de tres entre el soluto y la disolución para saber la masa del soluto:
  • Soluto: 12 g = 120 g × 10 / 100
soluto12 g10%
disolvente ?? g
disolución120 g100%

Calculamos los gramos de disolvente:
  • disolvente = Disolución - soluto
  • disolvente: 108 g = 120 g - 12 g
soluto12 g10%
disolvente108 g
disolución120 g100%
240 gramos de disolución al 8%
soluto ?? g8%
disolvente ?? g
disolución240 g100%

Usamos la regla de tres entre el soluto y la disolución para saber la masa del soluto:
  • Soluto: 19,2 g = 240 g × 8 / 100
soluto19,2 g8%
disolvente ?? g
disolución240 g100%

Calculamos los gramos de disolvente:
  • disolvente = Disolución - soluto
  • disolvente: 220,8 g = 240 g - 19,2 g
soluto19,2 g8%
disolvente220,8 g
disolución240 g100%

Tercera disolución
Ahora mezclamos la primera y la segunda disolución para formar la tercera, es decir, sumamos los solutos, los disolventes y las disoluciones:
  • soluto: 31,2 g = 12 g + 19,2 g
  • disolvente: 328,8 g = 108 g + 220,8 g
  • disolución: 360 g = 120 g + 240 g
soluto31,2 g ??%
disolvente328,8 g
disolución360 g100%

Por último, usamos una regla de tres entre el soluto y la disolución para saber la concentración:
Concentración: 8,66% = 31,2 g × 100 / 360 g
soluto31,2 g8,66%
disolvente328,8g
disolución360 g100%

Si quisiéramos saber el porcentaje del disolvente, podríamos encontrarlo de tres maneras:
disolvente = Disolución - solutoPor regla de tres entre el soluto y el disolventePor regla de tres entre la disolución y el disolvente
91,34 = 100 - 8.6691,26 = 328.8 g × 8.66 / 31,2 g91,33 = 328.8 g × 100 / 360 g
soluto31,2 g8,66%
disolvente328,8 g91,34%
disolución360 g100%
soluto31,2 g8,66%
disolvente328,8 g91,26%
disolución360 g100%
soluto31,2 g8,66%
disolvente328,8 g91.33%
disolución360 g100%
Nota: Los tres resultados son ligeramente diferentes por errores de redondeo en los cálculos de masa y porcentaje anteriores.

1 comentarios:

  1. ariadna guzman dijo...:

    como puedo resolver el siguiente problema?
    cuantos gramos de nitrato de potasio y de agua se requieren para preparar una disolución de 120g y 8%
    porfavor??

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