Concentración de las soluciones - I (%m/m, %v/v y %m/v)

La concentración

Se relaciona con la cantidad de soluto que se añade o se disuelve en un solvente determinado.

La concentración en términos cualitativos

La concentración de una solución se expresa en términos cualitativos cuando se hace referencia a la cantidad relativa de soluto en la solución usando los términos diluido y concentrado. También puede expresarse en términos de solubilidad como:

• Insaturada: cuando la cantidad de soluto no alcanza el punto de saturación
• Saturada:cuando contiene la cantidad máxima de soluto que se puede disolver a una temperatura y presión determinada.
• Sobresaturada:cuando sobrepasa el punto de saturación.

La concentración en términos cuantitativos

Se refiere a la cantidad específica de soluto presente en una solución. La concentración porcentual puede formularse en unidades de masa o volumen, o una combinación entre ambas.

Porcentaje masa-masa (% m/m)

Expresa la masa en gramos de soluto disueltos en 100 de solución, según la siguiente formula:

%m/m	=	masa del soluto (g)	x	100
		masa de la solución (g)

Ejemplo 1: Calcular la masa de la solución y %m/m

Expresar en %m/m la concentración de una solución de agua con azúcar que se prepara a partir de 5,7 g de azúcar y 120 g de agua.

Datos	Procedimiento	Resultado
%m/m = ? m(sto) = 5,7 g m(ste) = 120 g m(sol) = ?	Solución= soluto + solvente m(sol)= 5,7 g + 120 g → 125,7 g %m/m = 5,7 g x 100 → 4,53 %m/m 127,5 g	La solución de agua y azúcar tiene una concentración de 4,53 %m/m

Ejemplo 2: Calcular %m/m

Por evaporación de 120 g de una solución salina se obtiene 36 g de sal, calcule la concentración (%m/m) de la solución.

Datos	Procedimiento	Resultado
%m/m = ? m(sto) = 36 g m(sol) → 120 g	%m/m = 36 g x 100 → 30 %m/m 120 g	La solución salina tiene una concentración de 30 %m/m

Porcentaje volumen – volumen (%v/v)

Expresa el volumen en cm ³ de soluto disueltos en 100 cm ³ de solución, según la siguiente formula:

%v/v	=	volumen del soluto (cm3)	x	100
		volumen de la solución (cm3)

Ejemplo 3: Cálculo de volumen de soluto y solvente a partir de una concentración

Se requiere preparar una solución de 250 cm³ de ácido acético a una concentración del 5 % V/V. ¿Qué cantidad de ácido y agua deben tomarse para preparar dicha solución?

Datos	Procedimiento	Resultado
C = 5 %v/v V(sto) = ? V(ste) = ? V(sol) = 250 cm3	Se despeja v(sol) de la fórmula propuesta v(sto) = %v/v x V(sol) 100 V(sto) = 5 %v/v x 250 cm3 → 12,5 cm3 100 V(ste) = 250 cm3 – 12,5 cm 3 → 237,5 cm3	El volumen se soluto requerido es 12,5 cm3, y de solvente 237,5 cm3 para la preparación de 250 cm3 de solución de CH3COOH al 5 %v/v

Porcentaje masa – volumen (%m/v)

Este porcentaje indica la concentración de una solucionen función de la masa de soluto en gramos disuelta en 100 cm3 de solución.

%m/v	=	masa del soluto (cm3)	x	100
		volumen de la solución (cm3)

Ejemplo 4: Cálculo de la concentración de la solución

Carlos mezcló 0,3 g de urea con agua hasta llegar a 60 cm³ de solución, ¿Qué concentración tiene dicha disolución?

Datos	Procedimiento	Resultado
%m/v = ? M(sto) = 0,3 g V(sol) = 60 cm3	%m/v = 0,3 g x 100 60 cm3	La concentración de la disolución de urea equivale a 0,5 %m/v

Ejemplo 5: Calculo del volumen de la solución

Marta desea preparar una bebida instantánea al 10 %m/v y solo dispone de 50 g del concentrado en polvo. ¿Qué volumen de solución necesita para preparar esa cantidad de soluto?

Datos	Procedimiento	Resultado
C = 10 %m/v M(sto) = 50 g V(sol) = ?	Se despeja V(sol) de la fórmula: Vsol = Msto x 100 %m/v Vsol = 50 g x 100 → 500 cm3 10 %m/v	Se necesita 500 cm3 de solución para preparar 50 g del concentrado para obtener una bebida al 10% m/v

Ejemplo 6:La densidad en el cálculo de la concentración

Una solución concentrada de ácido clorhídrico (HCl) en agua tiene una concentración de 36 % m/m y una densidad de 1,18 g/cm ³, ¿Cuál es su concentración en % m/v?

Datos	Procedimiento	Resultado
C = 36 %m/m D = 1,18 g/cm 3 V(sol) = ? % m/v = ?	Se despeja volumen de la fórmula: d=m/v v = m d Se calcula el volumen de la solución utilizando la densidad Vsol = 100 g → 84,75 cm3 1,18 g/cm3 Se calcula la concentración de la solución %m/v = 36 g x 100 → 84,75 cm3 84,75 cm3	La solución tiene una concentración de 42,48% m/v

Ejemplo 7: Cálculo del volumen del soluto

Se dispone de 50 cm³ de cloroformo (CHCl₃) para disolver 3 g de aceite cuya densidad es 0,9 g/cm³. ¿Qué concentración tendrá la solución?

Datos	Procedimiento	Resultado
C = ? D = 0,9 g/cm 3 V(sol) = 50 cm3 V(sto) = ?	Se calcula el volumen del soluto utilizando la densidad Vsto = 3 g → 0,9 cm3 3,33 g/cm3 Se calcula el volumen de la solución V(sol) = 3,33 cm3 + 50 cm3 → 53,33 cm3 Se calcula la concentración de la solución %m/v = 3 g x 100 → 5,63 cm3 53,33 cm3	La solución tiene una concentración de 5,63% m/v

La dilución de una solución

Ejemplo 8: Concentración de una solución a partir de una solución concentrada

Se desea preparar 700 cm³ de una solución de urea al 2% m/v a partir de otra al 35% m/v, ¿Qué volumen de la solución concentrada se debe tomar?

Datos	Procedimiento	Resultado
C(a) = 35 %m/v C(b) = 2 %m/v M(sto) = ? V(a) = 700 cm3 V(a) = ?	Hallar la masa del soluto Msto = 2 %m/v x 700 cm3 → 14 g 1003 Hallar el volumen de la solución V(b) = 14 g x 100 → 40 cm3 35 %m/v	Se debe tomar 40 cm3 de la solución concentrada para preparar 700 cm3 de la solución de urea a 2 %m/v

Expresión de la concentración en partes por millón

Expresa las partes del soluto presente en un millón de partes de la solución. Se utiliza para concentraciones muy bajas, según las siguientes fórmulas:

ppm = mg del soluto kg de la solución

ppm = g del soluto g de la solución x 1.000.000

Ejemplo 9: Cálculo de la concentración

500 g de una solución contiene 0,003g de hierro, ¿Cuál es la concentración en ppm?

Datos	Procedimiento	Resultado
M(sto) = 0,003 g M(sol) = 500 g ppm = ?	ppm = 0,003 g → 6 ppm 500 g x 1.000.000	La concentración de la solución de hierro contiene 6 mg de hierro por cada kg de solución

Ejercicios propuestos

1. Se requiere preparar una solución de 520 cm³ de ácido acético a una concentración del 15 %v/v. ¿Qué cantidad de ácido y agua deben tomarse para preparar dicha solución?
2. ¿Cuántos gramos de cloruro de magnesio deberán disolverse en 20 g de solución para obtener una concentración de 25 %m/m?
3. Una solución concentrada de ácido sulfúrico (H₂SO₄) en agua tiene una concentración de 24 %m/m y una densidad de 1,84 g/cm3, ¿Cuál es su concentración en % m/v?
4. ¿Cuál será la concentración en ppm de 500 cm³ de cloruro de sodio en agua, si la solución contiene 0,0025 g de esta sal?