Concentración molar

Medida de concentración de una sustancia química.

La concentración molar (también llamada molaridad , concentración de cantidad o concentración de sustancia ) es una medida de la concentración de una especie química , en particular, de un soluto en una solución , en términos de cantidad de sustancia por unidad de volumen de solución. En química , la unidad más comúnmente utilizada para la molaridad es el número de moles por litro , teniendo el símbolo de unidad mol/L o mol / dm ³ en unidades SI. Una solución con una concentración de 1 mol/ L se dice que es 1  molar , comúnmente designada como 1 M o 1  M. La molaridad a menudo se representa entre corchetes alrededor de la sustancia de interés; por ejemplo, la molaridad del ion hidrógeno se representa como [H ⁺ ].

Definición

La concentración molar o molaridad se expresa más comúnmente en unidades de moles de soluto por litro de solución . ^[1] Para uso en aplicaciones más amplias, se define como cantidad de sustancia de soluto por unidad de volumen de solución, o por unidad de volumen disponible para la especie, representada por minúsculas : ^[2] ${\displaystyle c}$

${\displaystyle c={\frac {n}{V}}={\frac {N}{N_{\text{A}}\,V}}={\frac {C}{N_{\text{A}}}}.}$

Aquí, es la cantidad de soluto en moles, ^[3] es el número de partículas constituyentes presentes en el volumen (en litros) de la solución y es la constante de Avogadro , definida desde 2019 como exactamente ${\displaystyle n}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle N_{\text{A}}}$6,022 140 76 × 10 ²³  mol ⁻¹ . La razón es la densidad numérica . ${\displaystyle {\frac {N}{V}}}$ ${\displaystyle C}$

En termodinámica el uso de la concentración molar a menudo no es conveniente porque el volumen de la mayoría de las soluciones depende ligeramente de la temperatura debido a la expansión térmica . Este problema suele resolverse introduciendo factores de corrección de temperatura o utilizando una medida de concentración independiente de la temperatura, como la molalidad . ^[3]

La cantidad recíproca representa la dilución (volumen) que puede aparecer en la ley de dilución de Ostwald .

Formalidad o concentración analítica

Si una entidad molecular se disocia en solución, la concentración se refiere a la fórmula química original en solución, la concentración molar a veces se llama concentración formal o formalidad ( F _A ) o concentración analítica ( c _A ). Por ejemplo, si una solución de carbonato de sodio ( Na ₂ CO ₃ ) tiene una concentración formal de c ( Na ₂ CO ₃ ) = 1 mol/L, las concentraciones molares son c ( Na ⁺ ) = 2 mol/L y c ( CO2-3) = 1 mol/L porque la sal se disocia en estos iones. ^[4]

Unidades

En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad coherente para la concentración molar es mol / m ³ . Sin embargo, la mayor parte de la literatura química utiliza tradicionalmente mol / dm ³ , que es lo mismo que mol / L . Esta unidad tradicional a menudo se llama molar y se denota con la letra M, por ejemplo:

1 mol / m ³ = 10 ⁻³ mol / dm ³ = 10 ⁻³ mol / L = 10 ⁻³  M = 1 mM = 1 mmol/L.

El prefijo SI " mega " (símbolo M) tiene el mismo símbolo. Sin embargo, el prefijo nunca se usa solo, por lo que "M" denota inequívocamente molar. Los submúltiplos, como "milimolar" (mM) y "nanomolar" (nM), constan de la unidad precedida por un prefijo SI :

Cantidades relacionadas

Concentración numérica

La conversión a concentración numérica viene dada por ${\displaystyle C_{i}}$

${\displaystyle C_{i}=c_{i}N_{\text{A}},}$

¿Dónde está la constante de Avogadro ? ${\displaystyle N_{\text{A}}}$

Concentración de masa

La conversión a concentración de masa está dada por ${\displaystyle \rho _{i}}$

${\displaystyle \rho _{i}=c_{i}M_{i},}$

¿ Dónde está la masa molar del constituyente ? ${\displaystyle M_{i}}$ ${\displaystyle i}$

Fracción molar

La conversión a fracción molar viene dada por ${\displaystyle x_{i}}$

${\displaystyle x_{i}=c_{i}{\frac {\overline {M}}{\rho }},}$

donde es la masa molar promedio de la solución, es la densidad de la solución. ${\displaystyle {\overline {M}}}$ ${\displaystyle \rho }$

Se puede obtener una relación más simple considerando la concentración molar total, es decir, la suma de las concentraciones molares de todos los componentes de la mezcla:

${\displaystyle x_{i}={\frac {c_{i}}{c}}={\frac {c_{i}}{\sum _{j}c_{j}}}.}$

Fracción de masa

La conversión a fracción de masa viene dada por ${\displaystyle w_{i}}$

${\displaystyle w_{i}=c_{i}{\frac {M_{i}}{\rho }}.}$

Molalidad

Para mezclas binarias, la conversión a molalidad es ${\displaystyle b_{2}}$

${\displaystyle b_{2}={\frac {c_{2}}{\rho -c_{1}M_{1}}},}$

donde el solvente es la sustancia 1 y el soluto es la sustancia 2.

Para soluciones con más de un soluto, la conversión es

${\displaystyle b_{i}={\frac {c_{i}}{\rho -\sum _{j\neq i}c_{j}M_{j}}}.}$

Propiedades

Suma de concentraciones molares – relaciones de normalización

La suma de las concentraciones molares da la concentración molar total, es decir, la densidad de la mezcla dividida por la masa molar de la mezcla o, con otro nombre, el recíproco del volumen molar de la mezcla. En una solución iónica, la fuerza iónica es proporcional a la suma de la concentración molar de sales.

Suma de productos de concentraciones molares y volúmenes molares parciales.

La suma de productos entre estas cantidades es igual a uno:

${\displaystyle \sum _{i}c_{i}{\overline {V_{i}}}=1.}$

Dependencia del volumen

La concentración molar depende de la variación del volumen de la solución debido principalmente a la expansión térmica. En pequeños intervalos de temperatura, la dependencia es

${\displaystyle c_{i}={\frac {c_{i,T_{0}}}{1+\alpha \Delta T}},}$

donde es la concentración molar a una temperatura de referencia, es el coeficiente de expansión térmica de la mezcla. ${\displaystyle c_{i,T_{0}}}$ ${\displaystyle \alpha }$

Ejemplos

• Se disuelven 11,6 g de NaCl en 100 g de agua. La concentración de masa final ρ (NaCl) es

  ρ (NaCl) =11,6 gramos/11,6 gramos + 100 gramos= 0,104 g/g = 10,4 %.

  El volumen de dicha solución es 104,3 ml (el volumen se puede observar directamente); su densidad se calcula en 1,07 (111,6 g/104,3 ml)

  Por tanto, la concentración molar de NaCl en la solución es

  c (NaCl) =11,6 gramos/58 g/mol/ 104,3 ml = 0,00192 mol/ml = 1,92 mol/l.

  Aquí, 58 g/mol es la masa molar de NaCl.
• Una tarea típica en química es la preparación de 100 ml (= 0,1 L) de una solución de NaCl de 2 mol/L en agua. La masa de sal necesaria es

  m (NaCl) = 2 mol/L × 0,1 L × 58 g/mol = 11,6 g.

  Para crear la solución, se colocan 11,6 g de NaCl en un matraz aforado , se disuelven en un poco de agua y luego se agrega más agua hasta que el volumen total alcanza los 100 ml.
• La densidad del agua es aproximadamente 1000 g/L y su masa molar es 18,02 g/mol (o 1/18,02 = 0,055 mol/g). Por lo tanto, la concentración molar de agua es

  c (H ₂ O) =1000g/L/18,02 g/mol≈ 55,5 mol/L.

  Asimismo, la concentración de hidrógeno sólido (masa molar = 2,02 g/mol) es

  c (H ₂ ) =88g/L/2,02 g/mol= 43,7 moles/L.

  La concentración de tetróxido de osmio puro (masa molar = 254,23 g/mol) es

  c (OsO ₄ ) =5,1 kg/litro/254,23 g/mol= 20,1 mol/L.

• Una proteína típica de una bacteria , como E. coli , puede tener alrededor de 60 copias y el volumen de una bacteria es de aproximadamente 10 ⁻¹⁵  L. Por lo tanto, la concentración numérica C es
  C = 60 / (10 ⁻¹⁵ L) = 6 × 10¹⁶ L ⁻¹ .
  La concentración molar es

  c =C/N / _A=6 × 10¹⁶ litros ^-1/6 × 10^23mol - ¹= 10 ⁻⁷ mol/L = 100 nmol/L.

• Rangos de referencia para análisis de sangre , ordenados por concentración molar:
  

Ver también

• Molalidad
• Órdenes de magnitud (concentración molar)

Referencias

1. Tro, Nivaldo J. (6 de enero de 2014). Conceptos básicos de introducción a la química (Quinta ed.). Bostón. pag. 457.ISBN _ 9780321919052. OCLC  857356651.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
2. IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de Oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "concentración de cantidad, c". doi :10.1351/libro de oro.A00295
3. Kaufman, Myron (2002). Principios de la termodinámica . Prensa CRC. pag. 213.ISBN _ 0-8247-0692-7.
4. Harvey, David (15 de junio de 2020). "2.2: Concentración". LibreTexts de Química . Consultado el 15 de diciembre de 2021 .

enlaces externos

• Calculadora de concentración de solución molar
• Experimento para determinar la concentración molar de vinagre mediante titulación.