Estos vasos, que contienen un tinte pardo rojizo, muestran cambios cualitativos en la concentración.
Enquímica, laconcentración de unadisolución es laproporción o relación que hay entre la cantidad desoluto y la cantidad dedisolución o, a veces, dedisolvente; donde el soluto es la sustancia que se disuelve, el solvente es la sustancia que disuelve al soluto, y la disolución es el resultado de lamezcla homogénea de las dos anteriores. A menor proporción de soluto disuelto en el solvente, menos concentrada está la solución, y a mayor proporción más concentrada está.
Una disolución es una mezcla homogénea a nivel molecular, de dos o más sustancias.[1]
El término también es usado para hacer referencia a unproceso de concentración, y aumentar laproporción de soluto en el solvente, inverso al dedilución.
Cada sustancia tiene unasolubilidad para un solvente determinado. La solubilidad es la cantidad máxima desoluto que puede mantenerse disuelto en unasolución, y depende de condiciones como latemperatura,presión, y otras sustancias disueltas o en suspensión. Cuando se alcanza la máxima cantidad de soluto en una solución se dice que la solución está saturada, y ya no se admitirá más soluto disuelto en ella. Si agregamos un poco desal común a un vaso deagua, por ejemplo, y la agitamos con una cucharita, la sal se disolverá. Si continuamos agregando sal, habrá cada vez más concentración de ésta hasta que el agua ya no pueda disolver más sal por mucho que la agitemos. Entonces, la disolución estará saturada, y la sal que le agreguemos, en vez de disolverse se precipitará al fondo del vaso. Si calentamos el agua, está podrá disolver más sal (aumentará la solubilidad de la sal en el agua), y si la enfriamos, el agua tendrá menos capacidad para retener disuelta la sal, y el exceso se precipitará.
Mapa conceptual de formas de expresar la concentración química
Los términos cuantitativos son cuando la concentración se expresa científicamente de una maneranumérica muy exacta y precisa. Algunas de estas formas cuantitativas de medir la concentración son losporcentajes del soluto, lamolaridad, lanormalidad, ypartes por millón, entre otras. Estas formas cuantitativas son las usadas tanto en laindustria para la elaboración de productos como también en la investigación científica.[2]
Elalcohol comercial de uso doméstico. Generalmente no viene en una presentación pura (100 % alcohol), sino que es una disolución de alcohol enagua 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 soluto). Cuando la etiqueta del envase dice que este alcohol está al 70 % V/V (de concentración) significa que hay un 70 % 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 naranja, y el resto, el 40 % (el disolvente), es agua. Latintura de yodo, que en una presentación comercial puede tener una concentración 5 %, significa que hay un 5 % deyodo, (el soluto), disuelto en un 95 % de alcohol, (el disolvente).
La concentración de las disoluciones en términos cualitativos, también llamados empíricos, no toma en cuenta cuantitativamente (numéricamente) la cantidad exacta de soluto y disolvente presentes, y dependiendo de su proporción la concentración se clasifica como sigue:
A menudo en el lenguaje informal, no técnico, la concentración se describe de una manera cualitativa, con el uso de adjetivos como "diluido" o "débil" para las disoluciones de concentración relativamente baja, y de otros como "concentrado" o "fuerte" para las disoluciones de concentración relativamente alta. En una mezcla, esos términos relacionan la cantidad de unasustancia con la intensidad observable de los efectos opropiedades, como elcolor,sabor,olor,viscosidad,conductividad eléctrica, etc, causados por esa sustancia. Por ejemplo, la concentración de uncafé puede determinarse por la intensidad de su color y sabor, la de unalimonada por su sabor y olor, la del aguaazucarada por su sabor. Una regla práctica es que cuanto más concentrada es una disolucióncromática, generalmente más intensamente coloreada está.
Ejemplo de disolución diluida: azúcar en el café
Dependiendo de la proporción de soluto con respecto al disolvente, una disolución puede estar diluida o concentrada: (teniendo en cuenta la naturaleza de los componentes)
Disolución diluida: es aquella en donde la cantidad de soluto está en una pequeña proporción en unvolumen determinado.
Disolución concentrada: es la que tiene una cantidad considerable de soluto en un volumen determinado.
Las disoluciones saturadas y sobresaturadas pueden ser diluidas o concentradas dependiendo de su solubilidad, así una disolución de saturada de NaCl (sal común) será concentrada, pero una disolución saturada de CaCO3 (calcita o caliza) será diluida porque es muy poco soluble.
Ejemplo de disolución diluida: azúcar en el café.
Ejemplo de disolución concentrada: la miel (los azúcares de la misma en el agua).
tipos de disoluciones
Diluida
Concentrada
Es aquella que tiene una cantidad de soluto disuelto relativamente pequeña.
Es una disolución que contiene cantidades relativamente grandes de soluto disuelto.[3]
La concentración de una disolución puede clasificarse, en términos de la solubilidad. Dependiendo de si el soluto está disuelto en el disolvente en la máxima cantidad posible, o menor, o mayor a esta cantidad, para unatemperatura ypresión dados:
Disolución insaturada: Es la disolución en la cual el soluto no llega a su concentración máxima que puede diluir.
Disolución saturada: En ellas existe unequilibrio entre el soluto y el disolvente.
Disolución sobresaturada: tiene más soluto que el máximo permitido en una disolución saturada. Cuando se calienta una disolución saturada, se le puede disolver una mayor cantidad de soluto. Si esta disolución se enfría lentamente, puede mantener disuelto este soluto en exceso si no se le perturba. Sin embargo, la disolución sobresaturada es inestable, y con cualquier perturbación, como por ejemplo, un movimiento brusco, o golpes suaves en el recipiente que la contiene, el soluto en exceso inmediatamente se precipitará, quedando entonces como una disolución saturada.[4]
Tipos de Disoluciones
Insaturada
Saturada
Sobresaturada
Contiene menor cantidad de soluto de la que es capaz de disolver
Contiene la máxima cantidad de soluto que se disuelve en un disolvente en particular, a una temperatura específica
Contiene más soluto que la cantidad soportada en condiciones de equilibrio por el disolvente, a una temperatura dada.
Propiedad de una disolución medida cuando se suministra
Peso por ciento
Unidades en peso de soluto contenidas en 100 unidades de peso de disolución.
Gramos de soluto /100 gramos de disolución
Peso de disolución
Concentración en peso
Peso de soluto contenido en una unidad de volumen de disolución.
Gramos de soluto / Litros de disolución
Volumen de disolución
Molaridad (M)
Número de moles de soluto contenidas en 1 lt de disolución.
Moles de soluto /Litros de disolución
Volumen de disolución
Normalidad (N)
Número de equivalentes de soluto contenidos en 1 lt de disolución.
Equivalencia de soluto / Litros de disolución
Volumen de disolución
Molalidad
Número de moles de soluto por kilogramo de disolvente.
Moles de soluto / Kilogramos de disolvente
Peso de disolución
Para usos científicos o técnicos, una apreciación cualitativa de la concentración casi nunca es suficiente, por lo tanto las medidas cuantitativas son necesarias para describir la concentración.
A diferencia de las concentraciones expresadas de una manera cualitativa o empírica, las concentraciones expresadas en términos cuantitativos o valorativos toman en cuenta de una manera muy precisa las proporciones entre las cantidades de soluto y disolvente que se están utilizando en una disolución. Este tipo de clasificación de las concentraciones es muy utilizada en la industria, los procedimientos químicos, en la farmacia, laciencia, etc., ya que en todos ellos es necesario mediciones muyprecisas de las concentraciones de los productos.[5]
Hay varias maneras de expresar la concentración cuantitativamente, basándose en lamasa, elvolumen, o ambos. Según cómo se exprese, puede no ser trivial convertir de una medida a la otra, pudiendo ser necesario conocer ladensidad. Ocasionalmente esta información puede no estar disponible, particularmente si la temperatura varía. Por tanto, la concentración de la disolución puede expresarse como:
Se define como la masa de soluto (sustancia que se disuelve) por cada 100unidades de masa de la solución:[6]
Por ejemplo, si se disuelven 20 g de azúcar en 80 g de agua, el porcentaje en masa será: o, para distinguirlo de otros porcentajes, 20 % p/p (en inglés, % w/w).
Expresa el volumen de soluto por cada cien unidades de volumen de la disolución. Se suele usar para mezclas líquidas o gaseosas, en las que el volumen es un parámetro importante a tener en cuenta. Es decir, el porcentaje que representa el soluto en el volumen total de la disolución. Suele expresarse simplificadamente como «% v/v».
Por ejemplo, si se tiene una disolución del 20 % en volumen (20 % v/v) de alcohol en agua quiere decir que hay 20 ml de alcohol por cada 100 ml de disolución.
Lagraduación alcohólica de las bebidas se expresa precisamente así: un vino de 12 grados (12°) tiene un 12 % v/v de alcohol.
Se pueden usar también las mismas unidades que para medir ladensidad aunque no conviene combinar ambos conceptos. La densidad de la mezcla es la masa de la disolución dividida por el volumen de esta, mientras que la concentración en dichas unidades es la masa de soluto dividida por el volumen de la disolución por 100. Se suelen usar gramos por mililitro (g/ml) y a veces se expresa como «% m/v».
Cálculos con porcentajes masa-masa y volumen-volumen
Lamolaridad (M), oconcentración molar, es la cantidad de sustancia (n) de soluto por cadalitro de disolución. Por ejemplo, si se disuelven 0,5 moles de soluto en 1000 ml de disolución, se tiene una concentración de ese soluto de 0,5 M (0,5 molar).[7] Para preparar una disolución de esta concentración habitualmente se disuelve primero el soluto en un volumen menor, por ejemplo 300 mL, y se traslada esa disolución a unmatraz aforado, para después enrasarlo con más disolvente hasta los 1000 mL.
Es el método más común de expresar la concentración en química, sobre todo cuando se trabaja conreacciones químicas y relacionesestequiométricas. Sin embargo, este proceso tiene el inconveniente de que el volumen cambia con la temperatura.
Se representa también como: M = n / V, en donde "n" es la cantidad de sustancia (n= mol soluto/masa molar) y "V" es el volumen de la disolución expresado en litros.
Lamolalidad (m) es el número demoles de soluto que contiene unkilogramo desolvente.Para preparar disoluciones de una determinada molalidad, no se emplea un matraz aforado como en el caso de la molaridad, sino que se puede hacer en unvaso de precipitados y pesando con unabalanza analítica, previo peso del vaso vacío para poderle restar el correspondiente valor.
La principal ventaja de este método de medida respecto a lamolaridad es que como elvolumen de una disolución depende de latemperatura y de lapresión, cuando éstas cambian, el volumen cambia con ellas. Gracias a que la molalidad no está en función del volumen, es independiente de la temperatura y la presión, y puede medirse con mayor precisión.
Es menos empleada que la molaridad pero igual de importante.
Es la normalidad de una disolución cuando se utiliza para una reacción como ácido o comobase. Por esto suelentitularse utilizandoindicadores de pH.[8]
En este caso, los equivalentes pueden expresarse de la siguiente forma:
Es lanormalidad de una disolución cuando se la utiliza para una reacción comoagente oxidante o comoagente reductor. Como un mismo compuesto puede actuar como oxidante o como reductor, suele indicarse si se trata de la normalidad como oxidante (Nox) o como reductor (Nrd). Por esto suelentitularse utilizandoindicadores redox.
En este caso, los equivalentes pueden expresarse de la siguiente forma:
e–: Es la cantidad de electrones intercambiados en la semirreacción de oxidación o reducción por mol de sustancia.
Ejemplos:
En el siguiente caso vemos que elaniónnitrato en medio ácido (por ejemplo elácido nítrico) puede actuar como oxidante, y entonces una disolución 1 M es 3 Nox.
Para expresar concentraciones muy pequeñas, trazas de una sustancia muy diluida en otra, es común emplear las relacionespartes por millón (ppm),partes por "billón" (ppb) ypartes por "trillón" (ppt). El millón equivale a 106, elbillón estadounidense omillardo a 109 y eltrillón estadounidense a 1012.
Las unidades que se usan con más frecuencia son las siguientes:
ppmm = μg × g–1
ppmv = mL × m–3
ppbm = ng × g–1
ppbv = μL × m–3
pptm = pg × g–1
pptv = nL × m–3
Nota: Se pone unav o unam al final según se trate de partes en volumen o en masa. Recordando que para billón y trillón se usa la notación estadounidense
Sin embargo, a veces se emplean otras unidades.
Por ejemplo, 1 ppm de CO2 en aire podría ser, en algunos contextos, una molécula de CO2 en un millón de moléculas de componentes del aire.
Otro ejemplo: hablando de trazas en disoluciones acuosas, 1 ppm corresponde a 1 mg soluto/ kg disolución o, lo que es lo mismo, 1 mg soluto/ L disolución -ya que en estos casos, el volumen del soluto es despreciable, y la densidad del agua es 1 kg/L.
También se habla a veces de relaciones más pequeñas, por ejemplo "cuatrillón". Sin embargo son concentraciones excesivamente pequeñas y no se suelen emplear.
LaIUPAC desaconseja el uso de estas relaciones (especialmente en el caso de masa entre volumen) y recomienda usar las unidades correspondientes.
Es particularmente delicado el uso de ppb y ppt, dado el distinto significado debillón ytrillón en los entornos estadounidense y europeo.
Si bien ladensidad no es una forma de expresar la concentración, esta esproporcional a la concentración (en las mismas condiciones detemperatura ypresión). Por esto en ocasiones se expresa la densidad de la disolución en condiciones normales en lugar de indicar la concentración; pero se usa más prácticamente y con disoluciones utilizadas muy ampliamente. También hay tablas de conversión de densidad a concentración para estas disoluciones, aunque el uso de la densidad para indicar la concentración es una práctica que está cayendo en desuso.
Laescala Baumé es una escala usada en la medida de lasconcentraciones de ciertas soluciones (jarabes,ácidos). Fue creada por el químico y farmacéutico francésAntoine Baumé (1728 – 1804) en 1768 cuando construyó suaerómetro. Cada elemento de la división de la escala Baumé se denominagrado Baumé y se simboliza porºB oºBé.
Losgrados Brix (símbolo°Bx) sirven para determinar el cociente total desacarosa disuelta en un líquido. Una solución de 25 °Bx contiene 25 g deazúcar (sacarosa) por 100 g de líquido. Dicho de otro modo, en 100 g de solución hay 25 g de sacarosa y 75 g de agua.
Laescala Brix es un refinamiento de las tablas de laescala Balling, desarrollada por el químico alemánKarl Balling. Laescala Plato, que mide los grados Plato, también parte de la escala Balling. Se utilizan las tres, a menudo alternativamente. Sus diferencias son de importancia menor. La escala Brix se usa, sobre todo, en fabricación dezumos (jugos), devinos defrutas y deazúcar a base de caña. La escala Plato se utiliza, sobre todo, en elaboración decerveza. La escala Balling es obsoleta, pero todavía aparece en lossacarímetros más viejos.
↑UAM, Química Física Aplicada.«concentración». Consultado el 19 de octubre de 2015.
↑Zavala, Catalina Carmona Tellez, Eufrosina Alba Gutiérrez, Olivia Rodríguez (2011).La química en tus manos III: ciencias químico-biológicas y de la salud. México: Universidad Nacional Autónoma de México. pp. 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31.ISBN978-607-02-2428-7.|fechaacceso= requiere|url= (ayuda)
↑Chang, Raymond (2007).Química (10a ed. edición). México: McGraw-Hill.ISBN978-607-15-0307-7.
↑Rodriguez, Paul Ander [y] Anthony J. Sonnessa; versión española: Hortensia Corona (1973).Principios de química: introducción a los conceptos teóricos (1a ed., 7a reimp. edición). Mexico: Editorial Limusa.ISBN968-18-0880-0.
↑al.], Ralph H. Petrucci...[et (2011).Química general: principios y aplicaciones modernas (10a. ed. edición). Madrid [etc.]: Prentice-Hall.ISBN9788483226803.
