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Articulo de referencia

Concentración molar

3 "},"otherunits":{"wt":"mol/L, M"},"dimension":{"wt":"wikidata"},"extensive":{"wt":""},"intensive":{"wt":""},"conserved":{"wt":""},"transformsas":{"wt":""},"derivations":{"wt":...

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La concentración molar (también llamada concentración de cantidad de sustancia o molaridad ) es el número de moles de soluto por litro de solución. [ 1 ] Específicamente, 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 utilizada para la molaridad es el número de moles por litro , con el símbolo de unidad mol/L o mol / dm³ ( 1000 mol / m³ ) (realmente (mol/ m³ )/1000) en unidades del SI. La concentración molar a menudo se representa con corchetes alrededor de la sustancia de interés; por ejemplo, la molaridad del ion hidronio se denota como [H₃O⁺ ] . 

Definición

La concentración molar, o molaridad, se expresa comúnmente en unidades de moles de soluto por litro de solución . [ 2 ] Para su uso en aplicaciones más amplias, se define como la cantidad de sustancia de soluto por unidad de volumen de solución, o por unidad de volumen disponible para la especie, representada por minúsculas.do{\displaystyle c}: [ 3 ]

do=norteV=nortenorteAV=donorteA.{\displaystyle c={\frac {n}{V}}={\frac {N}{N_{\text{A}}\,V}}={\frac {C}{N_{\text{A}}}}.}

Aquí,norte{\displaystyle n}es la cantidad de soluto en moles, [ 4 ]norte{\displaystyle N}es el número de partículas constituyentes presentes en el volumenV{\displaystyle V}(en litros) de la solución, ynorteA{\displaystyle N_{\text{A}}}es la constante de Avogadro , definida desde 2019 como exactamente6,022 140 76 × 10 23  mol −1 . La relaciónnorte/V{\displaystyle {N}/{V}}es la densidad numéricado{\displaystyle C}.

En termodinámica , el uso de la concentración molar a menudo no es conveniente porque el volumen de la mayoría de las disoluciones depende ligeramente de la temperatura debido a la dilatación térmica . Este problema se suele resolver introduciendo factores de corrección de temperatura o utilizando una medida de concentración independiente de la temperatura, como la molalidad . [ 4 ]

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

Formalidad o concentración analítica

Si una molécula o sal se disocia en solución, la concentración se refiere a la fórmula química original en solución; la concentración molar a veces se denomina concentración formal o formalidad ( FA ) o concentración analítica ( cA ) . Por ejemplo, si una solución de carbonato de sodio ( Na₂CO₃ ) tiene una concentración formal de c ( Na₂CO₃ ) = 1 mol/ L , las concentraciones molares son c ( Na⁺ ) = 2 mol/L y c ( CO₃²⁻ ) = 1 mol / L porque la sal se disocia en estos iones. [ 5 ]   

Unidades

Si bien existe un claro consenso sobre la equivalencia de las unidades:

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

Las directrices sobre nombres y abreviaturas de unidades varían:

[A] la concentración de cantidad ... [a]sí se denomina concentración de cantidad de sustancia, concentración de sustancia (en química clínica) y en la literatura antigua molaridad. ...La unidad común es el mol por decímetro cúbico (mol dm −3 ) o mol por litro (mol L −1 ) a veces denotado por M.

— IUPAC , "Libro de Oro", 5.ª ed.

En la literatura antigua, esta magnitud se denominaba a menudo molaridad , un uso que debe evitarse debido al riesgo de confusión con la magnitud molalidad . Las unidades comúnmente utilizadas para la concentración de cantidad son mol L −1 (o mol dm −3 ), mmol L −1 , mmol L −1 etc., a menudo denotadas como M, mM, μM etc. (pronunciado molar, milimolar, micromolar).

— IUPAC , "Libro Verde", 3.ª ed.

El término molaridad y el símbolo M ya no deben utilizarse, pues también están obsoletos. En su lugar, se debe usar la concentración de la sustancia B y unidades como mol/dm³ , kmol/m³ o mol/L. (Por ejemplo, una disolución de 0,1  mol/dm³ se denominaba a menudo disolución 0,1 molar, es decir,  disolución 0,1 M. Se decía que la molaridad de la disolución era 0,1  M).

— NIST , Guía del SI, Capítulo 8

El prefijo del 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), consisten en la unidad precedida por un prefijo del SI :

Concentración numérica

La conversión a concentración numéricadoi{\displaystyle C_{i}}es dado por

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

dóndenorteA{\displaystyle N_{\text{A}}}es la constante de Avogadro .

Concentración de masa

La conversión a concentración másicaρi{\displaystyle \rho _{i}}es dado por

ρi=doiMETROi,{\displaystyle \rho _{i}=c_{i}M_{i},}

dóndeMETROi{\displaystyle M_{i}}es la masa molar del constituyentei{\displaystyle i}.

Fracción molar

La conversión a fracción molarincógnitai{\displaystyle x_{i}}es dado por

incógnitai=doiMETRO¯ρ,{\displaystyle x_{i}=c_{i}{\frac {\overline {M}}{\rho }},}

dóndeMETRO¯{\displaystyle {\overline {M}}}es la masa molar promedio de la solución,ρ{\displaystyle \rho }es la densidad de la solución.

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

incógnitai=doido=doi∑jdoj.{\displaystyle x_{i}={\frac {c_{i}}{c}}={\frac {c_{i}}{\sum _{j}c_{j}}}.}

Fracción de masa

La conversión a fracción de masawi{\displaystyle w_{i}}es dado por

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

Molalidad

Para mezclas binarias, la conversión a molalidadb2{\displaystyle b_{2}}es

b2=do2ρ−do1METRO1,{\displaystyle b_{2}={\frac {c_{2}}{\rho -c_{1}M_{1}}},}

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

Para soluciones con más de un soluto, la conversión es

bi=doiρ−∑j≠idojMETROj.{\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 como resultado la concentración molar total, es decir, la densidad de la mezcla dividida por su masa molar o, dicho de otro modo, el recíproco del volumen molar de la mezcla. En una disolución iónica, la fuerza iónica es proporcional a la suma de las concentraciones molares de las sales.

Suma de productos de concentraciones molares y volúmenes molares parciales

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

∑idoiVi¯=1.{\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

doi=doi,T01+αΔT,{\displaystyle c_{i}={\frac {c_{i,T_{0}}}{1+\alpha \Delta T}},}

dóndedoi,T0{\displaystyle c_{i,T_{0}}}es la concentración molar a una temperatura de referencia,α{\displaystyle \alpha }es el coeficiente de expansión térmica de la mezcla.

Ejemplos

  • Se disuelven 11,6  g de NaCl  en 100 g de agua. La concentración másica final ρ (NaCl) es
    ρ (NaCl) = ⁠ 11,6 g / 11,6 g + 100 g ⁠ = 0,104 g/g = 10,4  %.

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

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

    c (NaCl) = ⁠ 11,6 g / 58 g/mol ⁠ / 104,3 ml = 0,00192 mol/ml = 1,92 mol/L.
    Aquí, 58  g/mol es la masa molar del NaCl.
  • Una tarea típica en química es la preparación de 100  mL (= 0,1 L) de una  solución de NaCl 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 preparar la solución,  se colocan 11,6 g de NaCl en un matraz volumétrico , se disuelven en un poco de agua y, a continuación, se añade más agua hasta que el volumen total alcance 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 del agua es
    c (H 2 O) = ⁠ 1000 g/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 ) = ⁠ 88 g/L / 2,02 g/mol ⁠ = 43,7 mol/L.

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

    c (OsO 4 ) = ⁠ 5,1 kg/L / 254,23 g/mol ⁠ = 20,1 mol/L.
  • Una proteína típica en bacterias , 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 L −1 /6 × 1023 mol −1 ⁠= 10−7mol/L = 100 nmol/L.
  • Rangos de referencia para análisis de sangre , ordenados por concentración molar:

Véase también

Referencias

  1. ↑ "Dictionary.com | Significados y definiciones de palabras en inglés" . Dictionary.com . Consultado el 15 de mayo de 2025 .
  2. ↑ Tro, Nivaldo J. (6 de enero de 2014). Fundamentos de química introductoria (Quinta ed.). Boston. pág. 457. ISBN   9780321919052OCLC 857356651​​ {{cite book}}: CS1 mantenimiento: falta el editor de ubicación ( enlace )
  3. ↑ IUPAC , Compendio de Terminología Química , 5.ª ed. (el "Libro de Oro") (2025). Versión en línea: (2006 – ) " cantidad concentración, c ". doi : 10.1351/goldbook.A00295
  4. 1 2 Kaufman, Myron (2002). Principios de termodinámica . CRC Press. pág. 213. ISBN  0-8247-0692-7.
  5. ↑ Harvey, David (15 de junio de 2020). "2.2: Concentración" . Chemistry LibreTexts . Consultado el 15 de diciembre de 2021 .
  • Calculadora de concentración molar de soluciones
  • Experimento para determinar la concentración molar del vinagre mediante titulación.