Concentración

Relación entre parte de una mezcla y el total

Tubos de ensayo con líquido en el que se disuelve un tinte azul en diferentes concentraciones. En el tubo de ensayo con líquido azul oscuro (delante) se disuelve el tinte azul en alta concentración. En los siguientes tubos de ensayo se disuelve el tinte azul en menor concentración (y al mismo tiempo en menor cantidad, ya que el volumen es aproximadamente el mismo). La imagen es generada por IA.

En química , la concentración es la abundancia de un constituyente dividida por el volumen total de una mezcla. Se pueden distinguir varios tipos de descripción matemática: concentración en masa , concentración molar , concentración en número y concentración en volumen . ^[1] La concentración puede referirse a cualquier tipo de mezcla química, pero con mayor frecuencia se refiere a solutos y solventes en soluciones . La concentración molar (cantidad) tiene variantes, como la concentración normal y la concentración osmótica . La dilución es la reducción de la concentración, por ejemplo añadiendo disolvente a una solución. El verbo concentrar significa aumentar la concentración, lo opuesto a diluir.

Etimología

Concentración- , concentratio , acción o acto de reunirse en un solo lugar, llevando a un centro común, se usó en latín posclásico en 1550 o antes, términos similares atestiguados en italiano (1589), español (1589), inglés. (1606), francés (1632). ^[2]

Descripción cualitativa

Estos vasos que contienen tinte rojo demuestran cambios cualitativos en la concentración. Las soluciones de la izquierda están más diluidas en comparación con las soluciones más concentradas de la derecha.

A menudo, en un lenguaje informal y no técnico, la concentración se describe de forma cualitativa , mediante el uso de adjetivos como "diluido" para soluciones de concentración relativamente baja y "concentrado" para soluciones de concentración relativamente alta. Para concentrar una solución, se debe agregar más soluto (por ejemplo, alcohol) o reducir la cantidad de solvente (por ejemplo, agua). Por el contrario, para diluir una solución, se debe agregar más solvente o reducir la cantidad de soluto. A menos que dos sustancias sean miscibles , existe una concentración en la que ningún soluto se disolverá en una solución. En este punto se dice que la solución está saturada . Si se agrega soluto adicional a una solución saturada, no se disolverá, excepto en ciertas circunstancias, cuando puede ocurrir sobresaturación . En cambio, se producirá una separación de fases , lo que dará lugar a fases coexistentes, ya sea completamente separadas o mezcladas como una suspensión . El punto de saturación depende de muchas variables, como la temperatura ambiente y la naturaleza química precisa del disolvente y el soluto.

Las concentraciones suelen denominarse niveles , lo que refleja el esquema mental de los niveles en el eje vertical de un gráfico , que pueden ser altos o bajos (por ejemplo, "niveles séricos altos de bilirrubina" son concentraciones de bilirrubina en el suero sanguíneo que son mayores de lo normal ).

Notación cuantitativa

Hay cuatro cantidades que describen la concentración:

Concentración de masa

La concentración másica se define como la masa de un constituyente dividida por el volumen de la mezcla : ${\displaystyle \rho _{i}}$ ${\displaystyle m_{i}}$ ${\displaystyle V}$

${\displaystyle \rho _{i}={\frac {m_{i}}{V}}.}$

La unidad SI es kg/m ³ (igual a g/L).

Concentración molar

La concentración molar se define como la cantidad de un constituyente (en moles) dividida por el volumen de la mezcla : ${\displaystyle c_{i}}$ ${\displaystyle n_{i}}$ ${\displaystyle V}$

${\displaystyle c_{i}={\frac {n_{i}}{V}}.}$

La unidad SI es mol/m ³ . Sin embargo, más comúnmente se utiliza la unidad mol/L (= mol/dm ^{3 ).}

Concentración numérica

La concentración numérica se define como el número de entidades de un constituyente en una mezcla dividido por el volumen de la mezcla : ${\displaystyle C_{i}}$ ${\displaystyle N_{i}}$ ${\displaystyle V}$

${\displaystyle C_{i}={\frac {N_{i}}{V}}.}$

La unidad SI es 1/m ³ .

Concentración de volumen

La concentración en volumen (que no debe confundirse con la fracción en volumen ^[3] ) se define como el volumen de un constituyente dividido por el volumen de la mezcla : ${\displaystyle \sigma _{i}}$ ${\displaystyle V_{i}}$ ${\displaystyle V}$

${\displaystyle \sigma _{i}={\frac {V_{i}}{V}}.}$

Al no tener dimensiones, se expresa como un número, por ejemplo, 0,18 o 18%; su unidad es 1.

Parece que no existe una notación estándar en la literatura inglesa. La letra utilizada aquí es normativa en la literatura alemana (ver Volumenkonzentration). ${\displaystyle \sigma _{i}}$

Cantidades relacionadas

Se pueden utilizar varias otras cantidades para describir la composición de una mezcla. Éstas no deberían llamarse concentraciones. ^[1]

Normalidad

La normalidad se define como la concentración molar dividida por un factor de equivalencia . Dado que la definición del factor de equivalencia depende del contexto (qué reacción se está estudiando), la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología desaconsejan el uso de la normalidad. ${\displaystyle c_{i}}$ ${\displaystyle f_{\mathrm {eq} }}$

Molalidad

No confundir con molaridad .

La molalidad de una solución se define como la cantidad de un constituyente (en moles) dividida por la masa del disolvente ( no la masa de la solución): ${\displaystyle b_{i}}$ ${\displaystyle n_{i}}$ ${\displaystyle m_{\mathrm {solvent} }}$

${\displaystyle b_{i}={\frac {n_{i}}{m_{\mathrm {solvent} }}}.}$

La unidad SI para molalidad es mol/kg.

Fracción molar

La fracción molar se define como la cantidad de un constituyente (en moles) dividida por la cantidad total de todos los constituyentes de una mezcla : ${\displaystyle x_{i}}$ ${\displaystyle n_{i}}$ ${\displaystyle n_{\mathrm {tot} }}$

${\displaystyle x_{i}={\frac {n_{i}}{n_{\mathrm {tot} }}}.}$

La unidad SI es mol/mol. Sin embargo, la notación de partes por obsoleta se utiliza a menudo para describir pequeñas fracciones molares.

Relación molar

La relación molar se define como la cantidad de un constituyente dividida por la cantidad total de todos los demás constituyentes en una mezcla: ${\displaystyle r_{i}}$ ${\displaystyle n_{i}}$

${\displaystyle r_{i}={\frac {n_{i}}{n_{\mathrm {tot} }-n_{i}}}.}$

Si es mucho menor que , la relación molar es casi idéntica a la fracción molar. ${\displaystyle n_{i}}$ ${\displaystyle n_{\mathrm {tot} }}$

La unidad SI es mol/mol. Sin embargo, la notación de partes por obsoleta se utiliza a menudo para describir proporciones molares pequeñas.

Fracción de masa

La fracción de masa es la fracción de una sustancia con masa respecto de la masa de la mezcla total , definida como: ${\displaystyle w_{i}}$ ${\displaystyle m_{i}}$ ${\displaystyle m_{\mathrm {tot} }}$

${\displaystyle w_{i}={\frac {m_{i}}{m_{\mathrm {tot} }}}.}$

La unidad SI es kg/kg. Sin embargo, la notación de partes por obsoleta se utiliza a menudo para describir pequeñas fracciones de masa.

relación de masa

La relación de masa se define como la masa de un constituyente dividida por la masa total de todos los demás constituyentes de una mezcla: ${\displaystyle \zeta _{i}}$ ${\displaystyle m_{i}}$

${\displaystyle \zeta _{i}={\frac {m_{i}}{m_{\mathrm {tot} }-m_{i}}}.}$

Si es mucho menor que , la relación de masa es casi idéntica a la fracción de masa. ${\displaystyle m_{i}}$ ${\displaystyle m_{\mathrm {tot} }}$

La unidad SI es kg/kg. Sin embargo, la notación de partes por obsoleta se utiliza a menudo para describir relaciones de masa pequeñas.

Dependencia del volumen y la temperatura.

La concentración depende de la variación del volumen de la solución con la temperatura, debido principalmente a la expansión térmica .

Tabla de concentraciones y cantidades relacionadas.

Ver también

• Proporción de dilución  : cambio de concentración al mezclar dos líquidos
• Concentración de dosis  : relación entre parte de una mezcla y el totalPáginas que muestran descripciones breves de los objetivos de redireccionamiento
• Dilución en serie  : dilución gradual de una sustancia en solución
• Problema de mezcla de vino y agua.
• Estado estándar § Solutos

Referencias

1. IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de Oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "concentración". doi :10.1351/libro de oro.C01222
2. "concentración" . Diccionario de inglés Oxford (edición en línea). Prensa de la Universidad de Oxford . (Se requiere suscripción o membresía de una institución participante).
3. IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de Oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "fracción de volumen". doi :10.1351/librooro.V06643

enlaces externos

• Medios relacionados con la concentración (química) en Wikimedia Commons