3.3 Molaridad

Soluciones

Las soluciones se han definido previamente como mezclas homogéneas, lo que significa que la composición de la mezcla (y por tanto sus propiedades) es uniforme en todo su volumen. Las soluciones son frecuentes en la naturaleza y también se han utilizado en diversas formas de tecnología creada por el hombre. En el capítulo sobre soluciones y coloides se ofrece un tratamiento más exhaustivo de las propiedades de las soluciones, pero aquí se ofrece una introducción a algunas de las propiedades básicas de las soluciones.

La cantidad relativa de un determinado componente de la solución se conoce como su concentración. A menudo, aunque no siempre, una solución contiene un componente con una concentración significativamente mayor que la de todos los demás componentes. Este componente se denomina solvente y puede considerarse como el medio en el que se dispersan o disuelven los demás componentes. Las soluciones en las que el agua es el solvente son, por supuesto, muy comunes en nuestro planeta. Una solución en la que el agua es el solvente se llama solución acuosa.

Un soluto es un componente de una solución que suele estar presente en una concentración mucho menor que la del solvente. Las concentraciones de solutos suelen describirse con términos cualitativos como diluida (de concentración relativamente baja) y concentrada (de concentración relativamente alta).

Las concentraciones pueden evaluarse cuantitativamente utilizando una amplia variedad de unidades de medida, cada una de ellas conveniente para aplicaciones particulares. La molaridad (M) es una unidad de concentración útil para muchas aplicaciones en química. La molaridad se define como el número de moles de soluto en exactamente 1 litro (1 L) de la solución:

Ejemplo 3.16

Cálculo de las concentraciones molares a partir de la masa del soluto

El vinagre blanco destilado (Figura 3.15) es una solución de ácido acético, CH₃CO₂H, en agua. Una solución de vinagre de 0,500 L contiene 25,2 g de ácido acético. ¿Cuál es la concentración de la solución de ácido acético en unidades de molaridad?

Figura 3.15 El vinagre blanco destilado es una solución de ácido acético en agua.

Solución

Al igual que en los ejemplos anteriores, la definición de molaridad es la ecuación principal utilizada para calcular la cantidad buscada. Como se proporciona la masa del soluto en lugar de su cantidad molar, utilice la masa molar del soluto para obtener la cantidad de soluto en moles:

$$M=\frac{\text{mol de soluto}}{\text{L de solución}}=\frac{\mathrm{25,2\; g}{\text{CH}}_3{\text{CO}}_2\text{H}\times \frac{1{\text{mol de CH}}_3{\text{CO}}_2\text{H}}{{\text{60,052 g de CH}}_3{\text{CO}}_2\text{H}}}{\text{0,500 L de solución}}=\mathrm{0,839}M$$

$$\begin{array}{l}\\ M=\frac{\text{mol de soluto}}{\text{L de solución}}=\mathrm{0,839}M\\ M=\frac{\mathrm{0,839}\text{mol de soluto}}{\mathrm{1,00}\text{L de solución}}\end{array}$$

Compruebe lo aprendido

Calcule la molaridad de 6,52 g de CoCl₂ (128,9 g/mol) disueltos en una solución acuosa con un volumen total de 75,0 mL.

Respuesta:

0,674 M

Cuando se realizan cálculos por etapas, como en el Ejemplo 3.17, es importante abstenerse de redondear los resultados de los cálculos intermedios, lo que puede dar lugar a errores de redondeo en el resultado final. En el Ejemplo 3.17, la cantidad molar de NaCl calculada en el primer paso, 1,325 mol, se redondearía correctamente a 1,32 mol si se tuviera que informar; sin embargo, aunque el último dígito (5) no es significativo, debe conservarse como dígito de guardia en el cálculo intermedio. Si no se hubiera retenido el dígito de guardia, el cálculo final de la masa de NaCl habría sido de 77,1 g, una diferencia de 0,3 g.

Además de conservar un dígito de guardia para los cálculos intermedios, también se pueden evitar los errores de redondeo realizando los cálculos en un solo paso (vea el Ejemplo 3.18). Esto elimina los pasos intermedios para que solo se redondee el resultado final.

Dilución de soluciones

La dilución es el proceso por el que se reduce la concentración de una solución mediante la adición de un solvente. Por ejemplo, un vaso de té helado se diluye cada vez más a medida que se derrite el hielo. El agua del hielo derretido aumenta el volumen del solvente (agua) y el volumen global de la solución (té helado), reduciendo así las concentraciones relativas de los solutos que dan sabor a la bebida (Figura 3.16).

Figura 3.16 Ambas soluciones contienen la misma masa de nitrato de cobre. La solución de la derecha está más diluida porque el nitrato de cobre está disuelto en más solvente (créditos: Mark Ott).

La dilución es también un medio habitual para preparar soluciones de una concentración deseada. Añadiendo solvente a una porción medida de una solución madre más concentrada, se puede preparar una solución de menor concentración. Por ejemplo, los plaguicidas comerciales suelen venderse como soluciones en las que los ingredientes activos están mucho más concentrados de lo que es apropiado para su aplicación. Antes de poder utilizarlos en los cultivos, los plaguicidas deben diluirse. Esta es también una práctica muy común para la preparación de una serie de reactivos comunes de laboratorio.

Se puede utilizar una relación matemática sencilla para relacionar los volúmenes y las concentraciones de una solución antes y después del proceso de dilución. Según la definición de molaridad, el número de moles de soluto en una solución (n) es igual al producto de la molaridad de la solución (M) por su volumen en litros (L):

Expresiones como estas pueden escribirse para una solución antes y después de diluirla:

donde los subíndices "1" y "2" se refieren a la solución antes y después de la dilución, respectivamente. Como el proceso de dilución no cambia la cantidad de soluto en la solución, n₁ = n₂. Por lo tanto, estas dos ecuaciones pueden ser iguales entre sí:

Esta relación se denomina comúnmente ecuación de dilución. Aunque esta ecuación utiliza la molaridad como unidad de concentración y los litros como unidad de volumen, se pueden utilizar otras unidades de concentración y volumen siempre que las unidades se cancelen adecuadamente según el método de los factores de conversión. Reflejando esta versatilidad, la ecuación de dilución se escribe a menudo en la forma más general:

donde C y V son la concentración y el volumen, respectivamente.