Buscar este blog

lunes, 19 de mayo de 2025

Formas de expresar las concentraciones y sus aplicaciones al análisis volumétrico

 Formas de expresar las concentraciones y sus aplicaciones al análisis volumétrico

 

1. Unidades de concentración física y química

1.1. Concentraciones físicas

Son formas prácticas de expresar la cantidad de soluto disuelto en una solución, utilizando masa y/o volumen. Se usan con frecuencia en laboratorios de análisis cualitativo o preparación de soluciones simples.

📌 Porcentaje masa/masa (% m/m):

Es una unidad de concentración física que expresa cuántos gramos de soluto hay por cada 100 gramos de solución.

Texto

El contenido generado por IA puede ser incorrecto.

·       Muy usada en la industria alimentaria, farmacéutica y cosmética.

·       Ideal cuando se mezclan sustancias sólidas o soluciones concentradas.

·  No depende del volumen, por lo que es útil cuando se trabaja en condiciones de temperatura no controladas.

·       Común en etiquetas de productos (por ejemplo, desinfectantes, cremas o soluciones de limpieza).

📌 Porcentaje masa/volumen (% m/v):

Expresa cuántos gramos de soluto hay por cada 100 mL de solución.

Imagen que contiene Texto

El contenido generado por IA puede ser incorrecto.

·       Muy común en laboratorios clínicos, farmacéuticos y escolares.

·       Útil cuando se disuelve un sólido en un líquido.

·       Aparece frecuentemente en etiquetas de medicamentos líquidos, por ejemplo: “solución de glucosa al 5 % m/v”.

·       Es práctica porque combina la facilidad de pesar sólidos y medir líquidos, facilitando la preparación en el laboratorio.

 

📌 Porcentaje volumen a volumen (% v/v):

Expresa cuántos mililitros de soluto hay por cada 100 mL de solución total.

Texto

El contenido generado por IA puede ser incorrecto.

·       Muy utilizada cuando los líquidos son miscibles entre sí.

·       Frecuente en la industria de bebidas alcohólicas (por ejemplo, una cerveza al 5% v/v de etanol).

·       También en cosméticos, perfumes, productos de limpieza y soluciones desinfectantes.

·       Útil cuando es más práctico medir volúmenes que masas.

 

📌 Partes por millón (ppm):

Esta unidad se utiliza para expresar concentraciones muy pequeñas de un soluto en una solución. En soluciones acuosas, 1 ppm ≈ 1 mg/L.

Texto

El contenido generado por IA puede ser incorrecto.

·       Muy útil para expresar concentraciones extremadamente pequeñas.

·       Ampliamente usada en:

1)     Control de calidad de aguas potables y residuales

2)     Análisis ambiental (metales pesados, contaminantes, pesticidas)

3)     Industrias alimentaria y farmacéutica

·       Ideal cuando se necesitan valores precisos y seguros, como límites máximos de contaminantes.

📌 Partes por billón (ppb):

La unidad ppb se usa para expresar concentraciones aún más pequeñas que las ppm en soluciones acuosas (1 ppb ≈ 1 µg/L), y se expresa en:

Imagen que contiene Texto

El contenido generado por IA puede ser incorrecto.

·       Utilizado para medir contaminantes en niveles ultra bajos, como trazas de metales pesados, pesticidas o toxinas.

·       Fundamental en estudios ambientales, calidad del aire y agua, donde incluso cantidades minúsculas pueden ser dañinas.

·       Empleado en análisis farmacéuticos y alimentarios cuando se requieren altos niveles de sensibilidad.

 

Ejercicio 1: Preparación de una solución desinfectante de hipoclorito

Una auxiliar de laboratorio debe preparar 500 mL de una solución desinfectante con hipoclorito de sodio (NaClO), que debe tener una concentración del 3.0 % m/v. Para ello, cuenta con hipoclorito de sodio comercial con una pureza del 100 % en estado líquido.

Pregunta:
¿Cuántos gramos de NaClO debe pesar para preparar esta solución?

Respuesta: 15.0 g de NaClO

 

Ejercicio 2: Azúcar en una bebida energética

Un estudiante realiza un experimento para determinar el contenido de azúcar en una bebida energética de 350 mL. Tras evaporar el agua y secar la muestra, encuentra que contiene 39.2 g de azúcar.

Pregunta:
Expresa la concentración de azúcar en la bebida como % m/v, y discute si el consumo frecuente de esta bebida podría representar un riesgo para la salud, considerando la recomendación de la OMS de un máximo de 25 g de azúcares libres al día.

Respuesta: 11.2 % m/v

 

Ejercicio 3: Desinfectante alcohólico en laboratorio escolar

Una docente desea preparar 2 L de una solución de etanol al 70 % v/v, que se utilizará como desinfectante en el laboratorio escolar. Para ello cuenta con etanol absoluto (100 % v/v).

Pregunta:
¿Cuántos mililitros de etanol debe medir y cuánta agua destilada debe agregar para preparar la solución deseada?

Respuesta: 1400 mL de etanol y 600 mL de agua destilada

 

Ejercicio 4: Contaminación por plomo en agua potable

Una planta potabilizadora detecta que en una muestra de agua de 1.00 L hay 0.015 mg de iones Pb²⁺. El límite máximo permitido por la OMS para plomo en agua potable es de 0.010 ppm.

Pregunta:
Calcula la concentración de plomo en ppm en la muestra y determina si esta agua cumple con los estándares de seguridad.

Respuesta: 0.015 ppm

 

Ejercicio 5: Desinfectante casero con vinagre y bicarbonato

Una persona desea preparar un limpiador ecológico mezclando 20 g de bicarbonato de sodio en 250 g de vinagre blanco (que actúa como disolvente).

Pregunta:
a) Calcula la concentración del bicarbonato en % m/m.

b) Si la persona desea duplicar la cantidad de limpiador manteniendo la misma concentración, ¿cuántos gramos de cada sustancia debe usar?

Respuestas:
a) 7.41 % m/m
b) 40 g de bicarbonato y 500 g de vinagre

 

1.2. Concentraciones químicas

Se basan en relaciones molares entre el soluto y el solvente o solución.

📌 Molaridad (M):

La molaridad es una unidad de concentración química que expresa la cantidad de moles de soluto disueltos en un litro de solución. Se representa con la letra M y su fórmula es:

Imagen que contiene Interfaz de usuario gráfica

El contenido generado por IA puede ser incorrecto.

La molaridad es una de las formas más comunes de expresar la concentración en química porque:

  • Permite calcular cantidades exactas de reactivos necesarios en reacciones químicas.
  • Es fundamental en titulaciones, donde se requiere conocer con precisión la concentración de una solución valorante.
  • Se utiliza para preparar soluciones en el laboratorio, ya que está relacionada directamente con la estequiometría de las reacciones.
  • Es muy útil en química analítica y química general porque se ajusta fácilmente al uso del volumen como unidad de medición en laboratorio.

📌 Molalidad (m):

La molalidad es una unidad de concentración química que expresa la cantidad de moles de soluto disueltos en 1 kilogramo de disolvente. Se representa con la letra m y su fórmula es:

Imagen que contiene Forma

El contenido generado por IA puede ser incorrecto.

La molalidad es especialmente útil en situaciones donde la temperatura varía, porque:

  • No depende del volumen, por lo que no cambia con la temperatura (a diferencia de la molaridad).
  • Se utiliza en el estudio de propiedades coligativas como:
    • Disminución del punto de congelación
    • Elevación del punto de ebullición
    • Presión osmótica
  • Es ideal para trabajos termodinámicos y fisicoquímicos, especialmente cuando se requiere precisión en condiciones de cambio de estado físico.

📌 Fracción molar (χ):

La fracción molar es una unidad de concentración que expresa la proporción del número de moles de un componente respecto al total de moles presentes en la mezcla. No tiene unidades.

Para un componente A en una solución:

Gráfico, Gráfico de cajas y bigotes

El contenido generado por IA puede ser incorrecto.

La suma de todas las fracciones molares en una mezcla es igual a 1.

  • Es útil en estudios termodinámicos, donde se requiere analizar el comportamiento de mezclas ideales o no ideales.
  • Se emplea en el cálculo de propiedades como:
    • Presión de vapor (Ley de Raoult)
    • Energía libre y otras funciones termodinámicas
  • Es independiente de temperatura y presión.
  • Útil en mezclas de gases (como en la Ley de Dalton) y en soluciones concentradas o diluidas, donde otras unidades pueden ser menos precisas.

💡 Estas unidades permiten una alta precisión, especialmente en análisis volumétrico.

 

Ejercicio 1: Preparación de una solución de ácido clorhídrico (HCl)

Un técnico de laboratorio necesita preparar 250.0 mL de una solución 0.500 M de HCl para una práctica de titulación. Cuenta con HCl concentrado (36.5 % m/m, densidad = 1.18 g/mL).

Pregunta: ¿Cuántos mililitros del HCl concentrado debe medir y diluir para preparar la solución deseada?

Respuesta: 10.6 mL

 

Ejercicio 2: Molalidad en una solución anticongelante

En zonas frías, los autos usan soluciones anticongelantes para evitar que el radiador se congele. Un mecánico mezcla 615 g de etilenglicol (C₂H₆O₂) con 500.0 g de agua para preparar una solución.

Pregunta: Calcula la molalidad de la solución resultante. ¿Por qué este tipo de concentración es más útil que la molaridad en este caso?

Respuesta: 19.8 mol/kg

Ventaja de la molalidad: Es independiente de la temperatura, ideal para soluciones sometidas a cambios térmicos como los anticongelantes.

 

Ejercicio 3: Solución salina intravenosa

Un hospital prepara bolsas de solución salina al 0.90 % m/v de NaCl para uso intravenoso. Una bolsa contiene 500 mL de solución.

Preguntas: a) ¿Cuántos moles de NaCl hay en una bolsa?

b) ¿Cuál es la molaridad de la solución?

Respuestas: a) 0.077 moles de NaCl y b) Molaridad de la solución: 0.154 M

 

Ejercicio 4: Preparación de una solución de sulfato de cobre

Una docente desea preparar 1.000 L de solución 0.200 M de sulfato de cobre (II) pentahidratado, CuSO₄·5H₂O para usarla en un experimento de electroquímica.

Pregunta: ¿Cuántos gramos del compuesto debe pesar para preparar la solución?

Respuesta: 49.9 g de CuSO₄·5H₂O

 

Ejercicio 5: Fracción molar en una mezcla de laboratorio

Un estudiante mezcla 10.0 g de cloruro de sodio (NaCl) con 90.0 g de agua para disolverlo completamente y formar una solución salina.

Preguntas: a) Calcula la fracción molar del NaCl y del agua en la solución.

b) Explica por qué la fracción molar es útil en estudios termodinámicos.

Respuestas: a) χNaCl = 0.033 y χAgua = 0.967

b) Importancia de la fracción molar: Útil en estudios termodinámicos porque no depende del volumen o temperatura, y permite el análisis de propiedades coligativas y energéticas.

 

No hay comentarios:

Publicar un comentario

Práctica de Laboratorio: Síntesis del Acetato de Isoamilo (Aroma de Banana)

  Síntesis del Acetato de Isoamilo (Aroma de Banana)   Introducción Los ésteres son compuestos orgánicos ampliamente distribuidos en la ...