Concentración de disoluciones

La concentración es la medida de la cantidad de un elemento o compuesto presente en una disolución por unidad de volumen o, dicho de otro modo, la relación existente entre la cantidad de soluto y la de disolvente en esa disolución. Esta magnitud puede expresarse de manera cualitativa, haciendo alusión a términos como solución diluida, concentrada, saturada o sobresaturada, o bien plantearse en función de criterios cuantitativos.

La concentración es una de las magnitudes que en química puede expresarse de un mayor número de formas, correlacionadas con la masa, el número de moles, el volumen y otras variables referidas a soluto y disolvente. Entre las más significativas se cuentan la composición centesimal, la molaridad, la molalidad, la normalidad y la fracción molar.

Concentración centesimal

Esta forma de expresar la concentración registra en forma de porcentaje la masa en gramos de soluto presente en 100 gramos de disolución.

Tal y como queda aquí consignada, esta notación hace referencia al porcentaje en peso/peso. No obstante, la misma correlación puede establecerse en términos de peso/ volumen:

Molaridad

La molaridad, M, es la forma de expresar la concentración definida como el número de moles o moléculas gramo, n, de soluto presentes en un litro de disolución.

Es una de las formas de expresar la concentración más habituales, aunque presenta la impropiedad de que, al establecerse en función de un volumen, se da el caso de que éste varía con la temperatura, por lo que una concentración, por ejemplo 2 molar, 2 M , puede ser en ocasiones 1,9 M o 2,1 M en función de pequeñas variaciones de temperatura.

Molalidad

La molalidad, m, es el número de moles de soluto disueltos en 1 kilogramo de disolución, por lo que equivale a la molaridad, pero relacionada con peso en vez de con volumen.

A pesar de ser más constante por no presentar variaciones térmicas, la notación de concentración molal no se emplea en demasía.

Normalidad

La normalidad, N, es el número de equivalentes-gramo, n e, de soluto, disueltos en 1 litro de disolución.

Conviene recordar a este respecto que el equivalente-gramo es el peso en gramos del&null; equivalente químico, eq, que, por su parte, corresponde al cociente entre el peso atómico o molecular y la valencia de un compuesto.

A partir de estas notaciones y por medio de una serie de cálculos matemáticos se llega a la conclusión de que la correlación entre la normalidad y la molaridad, las dos formas más empleadas de expresar la concentración, establece que la normalidad es igual a la molaridad por la valencia:

Por otra parte, de la definición de equivalente se deduce que, cuando se trata de un ácido de una base, el equivalente es, respectivamente

por lo que la relación entre normalidad (N) y molaridad (M) en un ácido o en una base, será también respectivamente

Así, por ejemplo, una disolución 1 M de Al (OH)3 será 3 N .

Por el contrario, para las reacciones redox, la normalidad se correlaciona con la molaridad en función del número de electrones que se intercambian en las semirreacciones de oxidaxión o reducción.

Por ejemplo, para la reacción como oxidante del ion nitrato en medio ácido,

una solución 1 M será 3 N .

Fracción molar

Otra de las formas de expresar la concentración, que se utiliza sobre todo para disoluciones de gases, es la fracción molar, X , definida como el cociente entre el número de moles de soluto, n s , y el número total de moles de la disolución, es decir, los del soluto y el disolvente, n d

Así, las fracciones molares de soluto X s , y disovente, X d , son, respectivamente:

En una disolución las fracciones molares de todos sus elementos han de sumar 1.

Pueden distinguirse, además, otras formas de expresión de la concentración para casos específicos como el coeficiente de reparto, K, que determina la proporción en la que un solutosólido se distribuye en una disolución formada por dos disolventes inmiscibles y que corresponde al cociente de las solubilidades de ambos disolventes, sd1 y sd2:

y las notaciones en partes por millón, ppm, utilizadas para expresar las concentraciones mínimas de elementos o compuestos traza.