Concentración de las soluciones - II (Molaridad, Molalidad y Normalidad)

Existen diversas unidades de concentración química que se utilizan para expresar la cantidad de sustancia en una solución o mezcla.

Unidades química

Molaridad

Es el número de moles de soluto que están disueltos en un determinado volumen, viene determinada por la siguiente fórmula:

$$\mathrm{Molaridad\; (M)}=\frac{\mathrm{Moles\; de\; soluto\; (n)}}{\mathrm{Volumen\; de\; la\; solución\; (L)}}$$

Ejemplo 1

Calcular la molaridad de una disolución que contiene 2,07x10 ^-2 moles de soluto en 50 ml de disolvente:

Datos	Procedimiento	Resultado
M = ? n = 2,07x10 -2 mol V = 0,05 L	$$M=\frac{{\mathrm{2,07x10}}^{-2}mol}{\mathrm{0,05\; L}}\to \mathrm{0,414\; mol/L}$$	La concentración de la disolución es 0,414 M

Ejemplo 2: Cálculo de la Molaridad

Calcular la molaridad de una disolución de 100 g de metanol CH₄O en 1 litro de disolvente

Datos	Procedimiento	Resultado
M = ? PM(sto) = 32 g/mol m(sto) = 100 g n = ? v = 1 L	$$n=\frac{\mathrm{100\; g}}{\mathrm{32\; g/mol}}\to \mathrm{3,125\; mol}$$ $$M=\frac{\mathrm{3,125\; mol}}{\mathrm{1\; L}}\to \mathrm{3,125\; mol/L}$$	La concentración de la disolución es 3,125 M

Molalidad

Es el número de moles de soluto que están disueltos en 1 kg de disolvente, la Molalidad de una disolución viene determinada por la siguiente fórmula:

$$\mathrm{Molalidad\; (m)}=\frac{\mathrm{Moles\; de\; soluto\; (n)}}{\mathrm{Masa\; del\; sovente\; (kg)}}$$

Ejemplo 3

Calcular la molalidad de una disolución de ácido sulfúrico H₂SO₄ siendo la masa del disolvente de 600 g y la cantidad de ácido de 60 g

Datos	Procedimiento	Resultado
m = ? PM(sto) = 98 g/mol m(sto) = 60 g n = ? m(ste) = 0,6 kg	$$n=\frac{\mathrm{60\; g}}{\mathrm{98\; g/mol}}\to \mathrm{0,61\; mol}$$ $$m=\frac{\mathrm{0,61\; mol}}{\mathrm{0,60\; kg}}\to \mathrm{1,02\; mol/kg}$$	La molalidad de la disolución de ácido sulfúrico es 1,02 m

Normalidad

es el número de Equivalentes Químicos (EQ) o equivalentes-gramo de soluto por litro de disolución:

$$\mathrm{Normalidad\; (N)}=\frac{\mathrm{Equivalentes-gramo\; (Eq-g)}}{\mathrm{Volumen\; de\; la\; solución\; (L)}}$$

Cálculo del nº de Equivalentes Químicos (EQ):

• EQ de un ácido = Peso molecular / nº de H+ → EQ de H ₂SO ₄ = 98/2 = 49 g
• EQ de una base = Peso molecular / nº de OH- → EQ de NaOH = 40/1 = 40 g
• EQ de una sal = Peso molecular / carga del catión o anión → EQ de Na ₂CO₃ = 106/2 = 53 g

La Normalidad (N) por lo tanto mide la concentración de una disolución de manera similar a la Molaridad (M). De hecho N = M cuando en los casos anteriores el nº de H+ , OH- o la carga de los iones es igual a 1

Ejemplo 4: calculo de la normalidad

¿Cuál será la normalidad de una solución de NaOH que contiene 8 g de la base en 200 ml de solución?

Datos	Procedimiento	Resultado
N = ? Eq-g = ? PM(sto) = 40 g/mol m(sto) = 8 g n = ? v(sol) = 0,2 L	Se calcula los los equivalentes de NAOH $$\mathrm{Eq}=\frac{\mathrm{40\; g}}{\mathrm{1\; eq/g}}\to \mathrm{40\; eq}$$ Se calcula los los eq-g $$\mathrm{Eq-g}=\frac{\mathrm{8\; g}}{\mathrm{40\; eq}}\to \mathrm{0,20\; eq-g}$$ se calcula la Normalidad de la solución $$N=\frac{\mathrm{0,20\; eq-g}}{\mathrm{0,20\; L}}\to \mathrm{1,0\; eq-g/L}$$	La concentración de la solución es 1,0 N

Ejemplo 5: Calculo de la cantidad de soluto a partir de la concentración

¿Cuántos gramos de ácido sulfúrico están contenidos en 500 ml de solución a 0,5 N?

Se calcula los los equivalentes de NAOH

Datos	Procedimiento	Resultado
N = 5 eq-g/L Eq-g = 40 PM(sto) = 98 g/mol m(sto) = ? v(sol) = 0,5 L	Se despega los Eq-g de la formula de normalidad Eq-g = 0,5 eq-g/L x 0,5 L → 0,25 eq-g Se calculan los eq $$\mathrm{Eq}=\frac{\mathrm{98\; g/mol}}{\mathrm{2\; eq-mol}}\to \mathrm{49\; g/eq}$$ Se calcula los gramos del ácido $$\mathrm{m(sto)}=\frac{\mathrm{0,5\; eq-g\; x\; 49\; g}}{\mathrm{1\; eq}}\to \mathrm{12,25\; g}$$	La masa de soluto contenida en los 0,5 L de solución a 5 N son 12,25 g

Las diluciones

Al diluir un volumen del solvente, aumenta el de la solución, mientras que le numero total de moles o moléculas del soluto permanece igual. Esto significa, que el numero de moles o moléculas del soluto al principio y al final es el mismo. Lo más común es que las concentraciones de las sustancias se encuentren expresada en con molaridad.

Si partimos de una solución inicial n1 = M₁ x V₁ para obtener una segunda solución n2 = M₂ x V₂, debe cumplirse que el numero de moles inicial sea igual que el final (n₂ = n₂) de allí deducimos que M₁ x V₁ = M₂ x V₂ ésta expresión es clave para determinar volúmenes final o concentración final según sea el caso.

Cuando la concentración se expresa como normalidad utilizamos C en vez de M

M₁ x V₁ = M₂ x V₂

Ejemplo 6: Calculo del volumen final de la solución

Calcula en volumen final de una solución de 0,5 M a partir de 300 ml de HCl a 2,0 M

Datos	Procedimiento	Resultado
V1 = 300 ml M1 = 2,0 M V2 = ? M2 = 0,5 M	Se despeja V2 $$V_2=\frac{\mathrm{2,0\; M\; x\; 300\; ml}}{\mathrm{0,5\; M}}\to \mathrm{1,2\; L}$$	El volumen final de la solución es 1,2 L

Ejemplo 7: Volumen de la solución inicial

¿Qué volumen de la solución de H₂SO₄ original a 18,02 M se necesita para preparar 100 ml de solución a 0,1 M?

Datos	Procedimiento	Resultado
V1 = ? M1 = 18,02 M V2 = 0,1 L M2 = 0,1 M	Se despeja V1 $$V_1=\frac{\mathrm{1,0\; M\; x\; 0,1\; L}}{\mathrm{0,5\; M}}\to {\mathrm{5,54\; x\; 10}}^{-4}L$$	El volumen que se necesita de la solución original para preparar una concentración de 0,1 M es 5,54x10-4 L

Ejercicios propuestos

1. ¿Cuántos gramos de NaOH son necesarios medir en una balanza para preparar 200 ml de una solución al 0,2 M? (R:1,6 g NaOH).
2. ¿Cuál es la molalidad de una solución de H₂SO₄ al 5% m/m? (R:0,537 mol/kg)
3. Calcular la molaridad (M) de una disolución de 45 gramos de ácido carbónico H₂CO₃ en 0,5 L de solución (R: 1,45 M)
4. ¿Cuál será la normalidad (N) de una solución de KOH que contiene 16 g de hidróxido de potasio en 400 ml de disolución? (R:0,71 N)
5. Calcula el volumen final de una solución de 0,1 N a partir de 150 ml de CH₃COOH a 0,3 N (R:450 ml)