Como calcular a concentración da solución
A concentración de solucións é un dos temas máis básicos e importantes da química, tanto para laboratorios escolares como para investigacións de laboratorio e aplicacións industriais como produtos farmacéuticos, alimentos e tratamento de augas. En poucas palabras, a concentración indica a cantidade de soluto presente nunha cantidade determinada de solvente ou solución. Canto maior sexa a concentración, máis soluto contén. Dado que hai varias maneiras de expresar a concentración, comprender a fórmula e os pasos de cálculo axudarache a escoller o método axeitado para a túa situación particular.
1. Comprender os termos básicos: soluto, disolvente e disolución
Antes de entrar nos cálculos, asegúrate de diferenciar entre os seguintes tres termos:
– Soluto: substancia que está disolta, por exemplo, azucre, sal ou HCl.
– Disolvente: unha substancia que se disolve, xeralmente auga (H₂O) en moitos casos.
– Solución: unha mestura homoxénea dun soluto e un disolvente.
Ao calcular a concentración, o que se adoita empregar é a cantidade de substancia disolta (masa, moles ou volume) en comparación co volume da solución ou coa masa da solución.
2. Tipos comúns de concentración
Aquí tes algunhas das unidades ou formas máis empregadas para expresar a concentración:
1. Molaridade (M)
2. Molalidade (m)
3. Porcentaxe en masa (% p/p)
4. Porcentaxe en volume (% v/v)
5. Porcentaxe de masa-volume (% p/v)
6. Partes por millón (ppm) e partes por billón (ppb)
7. Normalidade (N) (aínda se usa en certos temas como a titulación)
Dado que cada un ten o seu propio contexto de uso, cómpre coñecer a fórmula, que datos se necesitan e como convertelos.
-
3. Cálculo da molaridade (M)
A molaridade indica o número de moles de soluto por litro de solución.
Fórmula:
\[
M = \frac{n}{V}
\]
Información:
– \(M \) = molaridade (mol/L)
– \(n \) = número de moles de soluto (mol)
– \(V\) = volume da solución (L)
Pasos para o cálculo da molaridade
1. Calcula os moles de soluto:
\[
n = \frac{m}{M_r}
\]
– \( m \) = masa da substancia (gramos)
– (M_r) = masa molar (g/mol)
2. Converte o volume da solución a litros se aínda está en mL:
\[
1000 mL = 1 L
\]
3. Introduza a fórmula da molaridade.
Exemplo:
Disolver 5,85 g de NaCl (Mr = 58,5 g/mol) nun volume de solución de 500 mL. Calcular a molaridade.
– Mol de NaCl:
\[
n = \frac{5,85}{58,5} = 0,1 \text{ mol}
\]
– Volume da solución:
\[
500 mL = 0,5 L
\]
– Molaridade:
\[
M = \frac{0,1}{0,5} = 0,2 \text{ M}
\]
-
4. Cálculo da molalidade (m)
A molalidade indica o número de moles de soluto por quilogramo de solvente. Úsase con máis frecuencia no estudo das propiedades coligativas (punto de ebulición, punto de conxelación, presión osmótica) porque é independente da temperatura (a masa non cambia como o volume).
Fórmula:
\[
m = \frac{n}{masa\ solvente\ (kg)}
\]
Exemplo:
Disólvense 10 g de urea (Mr = 60 g/mol) en 200 g de auga. Calcula a molalidade.
– Urea molar:
\[
n = \frac{10}{60} = 0,1667 \text{ mol}
\]
– Masa do disolvente:
\[
200 g = 0,2 kg
\]
– Molalidade:
\[
m = \frac{0,1667}{0,2} = 0,8335 \text{ m}
\]
-
5. Cálculo da porcentaxe de masa (% p/p)
A porcentaxe en masa úsase cando a composición baseada en masa é máis relevante, por exemplo en mesturas sólidas ou solucións concentradas.
Fórmula:
\[
\% (p/p) = \frac{masa\ do soluto}{masa\ da solución} \x 100\%
\]
Exemplo:
Prepárase unha solución con 10 g de sal e 90 g de auga. Cal é a porcentaxe en masa de sal?
– Masa da solución = 10 g + 90 g = 100 g
– Porcentaxe de masa:
\[
\% = \frac{10}{100} \times 100\% = 10\%
\]
-
6. Cálculo da porcentaxe de volume (% v/v)
A porcentaxe en volume úsase amplamente para mesturas líquido-líquido, por exemplo, o alcohol en auga.
Fórmula:
\[
\% (v/v) = \frac{volume\ soluto\ soluto}{volume\ solución} \x 100\%
\]
Exemplo:
Mestúranse un total de 30 mL de etanol e logo dilúense ata un volume de solución de 100 mL. Cal é a % v/v?
\[
\% (v/v) = \frac{30}{100} \x 100\% = 30\%
\]
Nota importante: nalgunhas mesturas, os volumes non sempre son perfectamente aditivos (debido á contracción do volume), pero para problemas básicos adoitan considerarse aditivos.
-
7. Cálculo da porcentaxe masa-volume (% p/v)
Esta unidade é moi común nas etiquetas de solucións en bioloxía ou saúde, por exemplo “NaCl 0,9 % p/v”, que significa 0,9 g de NaCl por 100 mL de solución.
Fórmula:
\[
\% (p/v) = \frac{masa\ (g)}{volume\ da solución\ (mL)} \x 100\%
\]
Exemplo:
Se se disolven 2 g de glicosa nun volume de 50 mL, entón:
\[
\% (b/v) = \frac{2}{50} \x 100\% = 4\%
\]
-
8. Cálculo de ppm e ppb
As ppm (partes por millón) úsanse para concentracións moi pequenas, por exemplo, o contido de contaminantes na auga.
Na práctica, para solucións acuosas (densidade ~1 g/mL):
– 1 ppm ≈ 1 mg/L
– 1 ppb ≈ 1 µg/L
Exemplo ppm:
Se hai 5 mg da substancia X en 2 L de auga, a concentración é:
\[
ppm = 5 mg/2 L = 2,5 mg/L aprox. 2,5 ppm
\]
-
9. Dilución da solución: Fórmula M1V1 = M2V2
A miúdo tes unha solución madre concentrada e queres diluíla. Na dilución, o número de moles de soluto permanece igual antes e despois da dilución (sempre que non haxa reacción).
Fórmula de dilución:
\[
M_1V_1 = M_2V_2
\]
Información:
– \(M_1 \) = concentración inicial
– \(V_1 \) = volume tomado da solución inicial
– \(M_2 \) = concentración final
– \(V_2 \) = volume final da solución despois da dilución
Exemplo:
Tes HCl 2 M e queres preparar 250 mL de HCl 0,5 M. Que volume de HCl 2 M se necesita?
\[
V_1 = \frac{M_2 V_2}{M_1} = \frac{0,5 × 250}{2} = 62,5\ mL
\]
É dicir, tomar 62,5 mL dunha solución 2 M e engadir auga ata un volume total de 250 mL.
-
10. Consellos para garantir que os cálculos de concentración non sexan incorrectos
1. Preste atención ás unidades: mL debe converterse a L para a molaridade; g a kg para a molalidade.
2. Diferencia entre «solvente» e «solución»: a molaridade usa o volume da solución e a molalidade usa a masa do solvente.
3. Emprega a masa molar correcta: comproba a fórmula química e o número de átomos.
4. Non esquezas a masa/volume total da solución: para as porcentaxes, o denominador é a masa/volume da solución, non o disolvente.
5. Anota os pasos e as unidades en cada etapa: esta é a maneira máis eficaz de evitar erros.
-
Conclusión
Calcular a concentración dunha solución non é difícil se se comprenden os tipos de concentracións empregadas e os datos dispoñibles. A molaridade é axeitada para cálculos baseados en reaccións e solucións no laboratorio, a molalidade é ideal para as propiedades coligativas, a porcentaxe de masa/volume úsase a miúdo na práctica industrial e médica, mentres que ppm/ppb se usa para concentracións moi pequenas. Dominando fórmulas básicas como \( M = n/V \), molalidade, porcentaxe e dilución \( M_1V_1 = M_2V_2 \), pódense resolver varios problemas de concentración de forma máis rápida e precisa.
Se queres, tamén podo facer unha folla de fórmulas rápida (folla de referencia) ou preguntas de práctica con explicacións.
