Concentración

Relación entre una parte de una mezcla y el total

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 másica , concentración molar , concentración numérica y concentración volumétrica . ^[1] La concentración puede referirse a cualquier tipo de mezcla química, pero con mayor frecuencia se refiere a solutos y disolventes 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 reunir en un solo lugar, llevando a un centro común, se utilizó en el 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 colorante rojo muestran cambios cualitativos en la concentración. Las soluciones de la izquierda están más diluidas que 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 disolvente (por ejemplo, agua). Por el contrario, para diluir una solución, se debe agregar más disolvente o reducir la cantidad de soluto. A menos que dos sustancias sean miscibles , existe una concentración en la que no se disolverá más soluto 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 a menudo se denominan 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 de masa se define como la masa de un componente 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/m3 ⁽ 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 del 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 del SI es 1/m ³ .

Concentración de volumen

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

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

Al ser adimensional, 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 la normativa en la literatura alemana (véase Volumenkonzentration). ${\displaystyle \sigma _{i}}$

Cantidades relacionadas

Se pueden utilizar otras magnitudes para describir la composición de una mezcla. Estas 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 Normas y Tecnología desaconsejan el uso de la normalidad. ${\displaystyle c_{i}}$ ${\displaystyle f_{\mathrm {eq} }}$

Molalidad

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 la 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 en una mezcla : ${\displaystyle x_{i}}$ ${\displaystyle n_{i}}$ ${\displaystyle n_{\mathrm {tot} }}$

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

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

Relación molar

La relación molar se define como la cantidad de un componente dividida por la cantidad total de todos los demás componentes de 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 del SI es mol/mol. Sin embargo, la notación obsoleta "partes por mol" 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 a 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 del SI es kg/kg. Sin embargo, la notación obsoleta partes por unidad se utiliza a menudo para describir fracciones de masa pequeñas.

Relación de masa

La relación de masas se define como la masa de un componente dividida por la masa total de todos los demás componentes 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 del SI es kg/kg. Sin embargo, la notación obsoleta partes por unidad se utiliza a menudo para describir proporciones de masas 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 magnitudes relacionadas

Véase también

• Relación de dilución  : cambio en la concentración al mezclar dos líquidos
• Concentración de dosis  : Relación entre una parte de una mezcla y el total.Pages displaying short descriptions of redirect targets
• Dilución seriada  : dilución gradual de una sustancia en solución
• Problema de mezcla de vino y agua
• Estado estándar § Solutos

Referencias

1. IUPAC , Compendio de terminología química , 2.ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "concentración". doi :10.1351/goldbook.C01222
2. "concentración" . Oxford English Dictionary (edición en línea). Oxford University Press . (Se requiere suscripción o membresía a una institución participante).
3. IUPAC , Compendio de terminología química , 2.ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) "fracción de volumen". doi :10.1351/goldbook.V06643

Enlaces externos

• Medios relacionados con Concentración (química) en Wikimedia Commons