Métodos para calcular la concentración.
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Comprende este método. Esta es una forma útil de medir la concentración cuando disuelves un sólido en un líquido y cuando se trata de soluciones que involucran medidas a escala humana. Si el soluto es muy inferior a un gramo o si el solvente es mucho menor que un litro, probablemente debas emplear uno de los otros métodos.
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Convierte la medida del soluto a gramos. Si el soluto (la sustancia disuelta en el recipiente más grande) ya está en gramos, ve directamente al siguiente paso. De lo contrario, necesitarás convertirlo. Realizar la conversión desde otra unidad de masa (como el kilogramo) debe ser un procedimiento simple si te guías de la tasa de conversión, pero hacerlo a partir unidades de volumen (como el litro) es más complicado. Cada sustancia posee una densidad que determina la cantidad de masa que puede caber en un determinado volumen. Multiplica esta densidad por la medida del volumen para obtener el volumen en gramos, pero antes cerciórate de que las unidades coincidan.
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Convierte la medida del solvente a litros. Por lo general, el solvente ya debe estar medido en una unidad de volumen, de modo que la conversión es bastante sencilla. Si ya está expresado en litros, pasa directamente al siguiente paso.
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Divide el solvente entre el soluto. Ahora que tenemos la medida del soluto en gramos y la medida del solvente en litros, calcular la concentración en g/L será tan sencillo como realizar una división
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Adecúa la fórmula a cantidades grandes de soluto. Técnicamente, debemos calcular la concentración utilizando el volumen de toda la solución, lo que significa que los volúmenes del solvente y el soluto se suman. Al disolver una cantidad pequeña de un sólido en una cantidad grande de un líquido, esto rara vez hace una gran diferencia, de modo que puedes ignorar el soluto sin problemas y utilizar únicamente el volumen del solvente, tal como se hizo anteriormente. Si el volumen del soluto es lo suficiente para cambiar visiblemente el volumen, deberás cambiar la fórmula a: (gramos de soluto) / (litros de soluto + litros de solvente).
escribe el resultado en partes por millón.
Imagen titulada Calculate the Concentration of a Solution Step 9
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Convierte las medidas a gramos. Si las medidas proporcionadas están expresadas en unidades de volumen (como litros o mililitros), necesitarás convertirlas a una unidad de masa; es decir, gramos. Debido a que cada sustancia tiene una determinada densidad (masa por volumen), necesitarás averiguar las características específicas de la sustancia antes de poder hacer la conversión:
Busca la densidad de la sustancia en tu libro de texto o en Internet. Convierte la densidad, de modo que esté expresada en gramos por (la unidad de volumen utilizada en el problema), en caso de que aún no lo esté. Multiplica la densidad por el volumen de la sustancia y tendrás la masa en gramos.
Ejemplo: tienes 1,2 litros de agua. La densidad del agua es 1000 gramos por litro, así que calcula (1000 g / 1 L) x 1,2 L = 1200 gramos.
Debido a que nuestro soluto, el chocolate, ya está medido en gramos, no es necesario convertirlo.
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Calcula la composición porcentual. Una vez que tengas la masa del soluto y la del solvente (ambos en gramos), utiliza esta fórmula para calcular la composición porcentual: (gramos de soluto (en g) / (gramos de soluto + gramos de solvente)) x 100.
Tenemos 10 gramos de chocolate y descubrimos que hay 1200 gramos de agua. La solución completa (soluto + solvente) tiene una masa de 10 + 1200 = 1210 gramos.
La concentración del chocolate en toda la solución = (10 gramos de chocolate) / (1210 gramos de solución) = 0,00826
Multiplica esta cifra por 100 para obtener el porcentaje: 0,00826 x 100 = 0,826, de modo que la mezcla contenga 0,826 % de chocolate.
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Calcula las partes por millón. El porcentaje significa en realidad “partes por cien”, de modo que las partes por millón se calculan de una manera similar. La fórmula es la siguiente: (gramos de soluto (en g) / (gramos de soluto + gramos de solvente)) x 1 000 000. En la notación científica, esto se expresa de la siguiente manera: (gramos de soluto (en g) / (gramos de soluto + gramos de solvente)) x 106.
En nuestro ejemplo, (10 gramos de chocolate) / (1210 gramos de solución) = 0,00826.
0,00826 x 106 = 8260 partes por millón de chocolate.
Por lo general, las partes por millón se emplean para medir concentraciones mucho más pequeñas, las cuales son menos convenientes de escribir como porcentajes. Por razones de comodidad, utilizaremos el mismo ejemplo en este punto.
Método
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Calcular la molaridad
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Determina lo que necesitarás para este método. Para calcular la molaridad, necesitas saber cuántos moles hay en el soluto, pero es posible hallarlos con facilidad si conoces la masa del soluto y su fórmula química. Si no posees toda esta información o si nunca te han enseñado el concepto de “mol” en un contexto de química, utiliza un método diferente.
Ejemplo: ¿Cuál es la molaridad de una solución creada al disolver 25 gramos de hidróxido de potasio en 400 ml de agua?
Si la unidad de medida del soluto no es gramos, primero deberás realizar la conversión.
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Calcula la masa molar del soluto. Cada elemento químico tiene una “masa molar” (MM) conocida, la cual es la masa contenida en un mol de dicho elemento. Estas masas molares tienen el mismo valor que la masa atómica mostrada en tabla periódica, normalmente debajo del símbolo químico y el nombre de cada elemento. Simplemente suma las masas molares de los elementos que componen el soluto para hallar la masa molar del soluto.
Nuestro ejemplo utiliza el hidróxido de potasio como soluto. Busca esta sustancia en tu libro de texto o en una base de datos en línea para hallar la fórmula química: KOH.
Utiliza una tabla periódica o una fuente en línea para hallar la masa atómica del elemento: K = 39, O = 16, H = 1.
Suma las masas atómicas y después escribe “g/mol” para obtener la masa molar. 39 + 16 + 1 = 56 g/mol.
Si tuviéramos una molécula con más de uno del mismo átomo, suma la masa atómica una vez para cada átomo. Por ejemplo, H2O tiene una masa molar de 1 + 1 + 16 = 18 g/mol.
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Calcula la cantidad del soluto en moles. Una vez que tengas la masa molar (g/mol), puedes convertir gramos a moles. Ya conoces la cantidad de solutos en gramos, así que realiza la conversión al calcular (masa del soluto en gramos) x (1 / masa molar) para obtener la respuesta en moles.
En nuestro ejemplo, debido a que tenemos 25 gramos de una sustancia con una masa molar de 56 g/mol, calculamos 25 g x (1 / 56 g/mol) = aproximadamente 0,45 moles de KOH en nuestra solución.
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Halla la molaridad al dividir entre el volumen en litros de la solución. La molaridad se define como la proporción de moles del soluto a litros de la solución. Si es necesario, convierte el volumen de la solución a litros y luego realiza el cálculo.
En nuestro ejemplo, tenemos 400 ml de agua, los cuales podemos convertir a 0,4 litros.
La molaridad del KOH en la solución es 0,45 mol / 0,4 L = 1,125 M (molaridad). Obtendrás una respuesta ligeramente más precisa si utilizas una calculadora y no redondeas los números hasta el paso final.
Por lo general, puedes ignorar el volumen del soluto, ya que rara vez hace una gran diferencia. Si agregas el soluto suficiente para cambiar visiblemente el volumen, mide el volumen de la solución final y utilízalo.
Método
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Realizar una titulación para calcular la concentración
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Considera el momento adecuado para realizar una titulación. Una titulación es una técnica que emplean los químicos para calcular la cantidad de un soluto presente en una solución. Para realizar una titulación, crea una reacción química entre el soluto y otro reactivo (generalmente también está disuelto en una solución líquida). Dado que conoces la cantidad precisa del segundo reactivo y la ecuación química para la reacción entre él y el soluto, puedes calcular la cantidad de este último al medir la cantidad del reactivo que necesitas agregar antes de que se complete la reacción con el soluto.
Por lo tanto, las titulaciones pueden ser muy útiles para calcular la concentración de una solución cuando no sabes cuánto soluto se agregó inicialmente.
Si ya sabes cuánto soluto hay en la solución, no es necesario realizar una titulación. Simplemente mide el volumen de la solución y calcula la concentración tal como se hizo en la primera sección de este artículo.
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Instala el equipo para realizar la titulación. Las titulaciones precisas requieren un equipo químico limpio, preciso y profesional. Establece un área para realizar el proceso con un matraz de Erlenmeyer o un vaso de precipitados debajo de una bureta calibrada fijada a un soporte. La punta de la bureta debe estar en el cuello del matraz o del vaso de precipitados sin tocarse en ningún lado.
Asegúrate de haber limpiado, enjuagado con agua desionizada y dejado secar todo el equipo previamente.
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Llena el matraz y la bureta. Mide con precisión una cantidad pequeña de la solución cuya concentración no conoces. Cuando el soluto se disuelve, se propaga uniformemente en toda la solución, de modo que la concentración de esta muestra pequeña será la misma que la solución original. Llena la bureta con una solución que posea una concentración conocida y que reaccione con la solución que analizarás. Para registrar el volumen exacto de la solución en la bureta, deberás restar el volumen final con la finalidad de hallar la solución total empleada en la reacción.
Nota: si la reacción entre la solución en la bureta y el soluto de la concentración desconocida en el matraz no muestra ningún signo visual de reacción, necesitarás agregarle un indicador. En química, los indicadores son químicos que permiten que una solución sea visible al momento en que una reacción alcanza su punto de equivalencia o su punto final. Se utilizan normalmente en las titulaciones que implican las reacciones ácido-base y las redox, pero existe una amplia variedad de otros indicadores. Consulta un libro de química o una guía en línea para hallar el indicador adecuado para la reacción.
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Comienza la titulación. Agrega gradualmente la solución de la bureta (llamada “titulador”) al matraz. Utiliza un agitador magnético o una varilla de vidrio para mezclar suavemente las soluciones a medida que reaccionan. Si las soluciones reaccionan de manera visible, deberás ver los signos de su reacción (cambio en el color, burbujas, formación de productos, etc.). Si utilizas un indicador, es posible que puedas ver destellos de color mientras cada gota entra desde la bureta hacia el matraz.
Si la reacción da lugar a un cambio en el pH o en el potencial, puedes introducir lectores de pH o potenciómetros en el matraz para supervisar el progreso de la reacción.
Para lograr una titulación más precisa, supervisa el pH o el potencial tal como lo hiciste anteriormente. Registra la lectura después de agregar pequeñas cantidades fijas del titulador. Grafica el pH o potencial de la solución frente al volumen del titulador que añadiste. Obtendrás cambios bruscos en la pendiente de la curva en los puntos de equivalencia de la reacción.
Imagen titulada Calculate the Concentration of a Solution Step 20
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Ralentiza la titulación. A medida que la reacción se acerca a su punto final, ralentiza la titulación a un ritmo gota por gota. Si utilizas un indicador, quizás notes que los destellos de color que da persisten por más tiempo. Procede con la mayor lentitud posible hasta que llegues el goteo exacto que haga que la reacción alcance su punto final. Para los indicadores, normalmente deberás buscar lo antes posible el cambio de color persistente en la reacción.
Registra el volumen final en la bureta. Al restarlo del volumen inicial de la bureta, puedes hallar el volumen exacto del titulador que utilizaste.
Imagen titulada Calculate the Concentration of a Solution Step 21
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Calcula la cantidad de soluto en la solución. Utiliza la ecuación química del reactivo entre el titulador y la solución para hallar los moles del soluto en el matraz. Una vez que hayas encontrado los moles del soluto, simplemente puedes dividir entre el volumen de la solución en el matraz para hallar la molaridad de esta última, o convertir a gramos y dividir entre el volumen de la solución para hallar la concentración en g/L. Esto requerirá una comprensión básica de estequiometría.
Por ejemplo, supongamos que utilizamos 25 ml de 0,5 M de NaOH para titular una solución de HCl y agua a su punto de equivalencia. La solución de HCl tenía un volumen de 60 ml antes de la titulación. ¿Cuántos moles de HCl hay en nuestra solución?
Para empezar, veamos la ecuación química para la reacción de NaOH y HCl: NaOH + HCl > H2O + NaCl
En este caso, una molécula de NaOH reacciona con una molécula de HCl para crear los productos (agua y NaCl). Por lo tanto, dado que agregaste el suficiente NaOH para neutralizar todo el HCl, el número de moles de NaOH consumido en la reacción será igual al número de moles de HCl en el matraz.
Por lo tanto, hallemos la cantidad de NaOH en moles. 25 ml de NaOH = 0,025 L de NaOH x (0,5 moles de NaOH/1 L) = 0,0125 moles de NaOH.
Dado que en la ecuación de la reacción dedujimos que los moles de NaOH consumidas son iguales a los moles de HCl en la solución, sabemos que tenemos 0,0125 moles de HCl en la solución.
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Calcula la concentración de la solución. Ahora que conoces la cantidad del soluto en tu solución, será fácil determinar la concentración en términos de molaridad. Simplemente divide los moles del soluto en tu solución entre el volumen de la muestra de la solución (no entre el volumen de la fuente más grande de donde tomaste la muestra). ¡El resultado es la molaridad de la solución!
Para hallar la molaridad para nuestro ejemplo anterior, simplemente divide los moles de HCl entre el volumen en el matraz. 0,0125 moles de HCl x (1/0,060 L) = 0,208 M de HCl.
Para convertir la molaridad a g/L, ppm o la composición porcentual, necesitarás convertir los moles del soluto a una masa (utilizando la masa molar del compuesto de soluto). Para las ppm y la composición porcentual, también necesitarás convertir el volumen de tu solución a una masa (utilizando un factor de conversión como la densidad o simplemente pesando la solución) y luego multiplicar el resultado por 106 o 102, respectivamente.