miniatura|400px|Estos vasos, que contienen un tinte pardo rojizo, muestran cambios cualitativos en la concentración. En química, la concentración de una disolución es la proporción o relación que hay entre la cantidad de soluto y la cantidad de disolución o, a veces, de disolvente; donde el soluto es la sustancia que se disuelve, el disolvente es la sustancia que disuelve al soluto, y la disolución es el resultado de la mezcla homogénea de las dos anteriores. A menor proporción de soluto disuelto en el disolvente, menos concentrada está la disolución, y a mayor proporción más concentrada está.
Una disolución es una mezcla homogénea a nivel molecular, de dos o más sustancias.
El vocablo también es usado para hacer referencia a un proceso de concentración, y aumentar la proporción de soluto en el disolvente, inverso al proceso de dilución.
Solubilidad
Cada sustancia tiene una solubilidad para un disolvente determinado. La solubilidad es la cantidad máxima de soluto que puede mantenerse disuelto en una disolución, y depende de condiciones como la temperatura, presión, y otras sustancias disueltas o en suspensión. Cuando se alcanza la máxima cantidad de soluto en una disolución se dice que la disolución está «saturada», y ya no se admitirá más soluto disuelto en ella. Si agregamos un poco de sal común a un vaso de agua, por ejemplo, y la agitamos con una cucharita, la sal se disolverá. Si continuamos agregando sal, habrá cada vez más concentración de ésta hasta que el agua ya no pueda disolver más sal por mucho que la agitemos. Entonces, la disolución estará saturada, y la sal que le agreguemos, en vez de disolverse se precipitará al fondo del vaso. Si calentamos el agua, está podrá disolver más sal (aumentará la solubilidad de la sal en el agua), y si la enfriamos, el agua tendrá menos capacidad para retener disuelta la sal, y el exceso se precipitará.
Formas de expresar la concentración
Los términos cuantitativos son cuando la concentración se expresa científicamente de una manera numérica muy exacta y precisa. Algunas de estas formas cuantitativas de medir la concentración son los porcentajes del soluto, la molaridad, la normalidad, y partes por millón, entre otras. Estas formas cuantitativas son las usadas tanto en la industria para la elaboración de productos como también en la investigación científica.
Ejemplos
El alcohol comercial de uso doméstico. Generalmente no viene en una presentación pura (100 % alcohol), sino que es una disolución de alcohol en agua en cierta proporción, donde el alcohol es el soluto (la sustancia que se disuelve) y el agua es el disolvente (la sustancia que disuelve el soluto). Cuando la etiqueta del envase dice que este alcohol está al 70 % V/V (de concentración) significa que hay un 70 % de alcohol, y el resto, el 30 %, es agua. El zumo de naranja comercial suele tener una concentración de 60 % V/V, lo que indica que el 60 %, (el soluto), es zumo de naranja, y el resto, el 40 % (el disolvente), es agua. La tintura de yodo, que en una presentación comercial puede tener una concentración 5 %, significa que hay un 5 % de yodo, (el soluto), disuelto en un 95 % de alcohol, (el disolvente).
Concentración en términos cualitativos
La concentración de las disoluciones en términos cualitativos, también llamados empíricos, no toma en cuenta cuantitativamente (numéricamente) la cantidad exacta de soluto y disolvente presentes, y dependiendo de su proporción la concentración se clasifica como sigue:
Diluida o concentrada
A menudo en el lenguaje informal, no técnico, la concentración se describe de una manera cualitativa, con el uso de adjetivos como "diluido" o "débil" para las disoluciones de concentración relativamente baja, y de otros como "concentrado" o "fuerte" para las disoluciones de concentración relativamente alta. En una mezcla, esos términos relacionan la cantidad de una sustancia con la intensidad observable de los efectos o propiedades, como el color, sabor, olor, viscosidad, conductividad eléctrica, etc, causados por esa sustancia. Por ejemplo, la concentración de un café puede determinarse por la intensidad de su color y sabor, la de una limonada por su sabor y olor, la del agua azucarada por su sabor. Una regla práctica es que cuanto más concentrada es una disolución cromática, generalmente más intensamente coloreada está.
Dependiendo de la proporción de soluto con respecto al disolvente, una disolución puede estar diluida o concentrada: (teniendo en cuenta la naturaleza de los componentes)
Disolución diluida: es aquella en donde la cantidad de soluto está en una pequeña proporción en un volumen determinado. Disolución concentrada: es la que tiene una cantidad considerable de soluto en un volumen determinado.
Las disoluciones saturadas y sobresaturadas pueden ser diluidas o concentradas dependiendo de su solubilidad, así una disolución de saturada de NaCl (sal común) será concentrada, pero una disolución saturada de CaCO3 (calcita o caliza) será diluida porque es muy poco soluble.
Ejemplo de disolución diluida: azúcar en el café. Ejemplo de disolución concentrada: la miel (los azúcares de la misma en el agua).
tipos de disolucionesDiluidaConcentrada Es aquella que tiene una cantidad de soluto disuelto relativamente pequeña. Es una disolución que contiene cantidades relativamente grandes de soluto disuelto.
Insaturada, saturada y sobresaturada
La concentración de una disolución puede clasificarse, en términos de la solubilidad. Dependiendo de si el soluto está disuelto en el disolvente en la máxima cantidad posible, o menor, o mayor a esta cantidad, para una temperatura y presión dados:
Disolución insaturada: Es la disolución en la cual el soluto no llega a su concentración máxima que puede diluir. Disolución saturada: En ellas existe un equilibrio entre el soluto y el disolvente. Disolución sobresaturada: tiene más soluto que el máximo permitido en una disolución saturada. Cuando se calienta una disolución saturada, se le puede disolver una mayor cantidad de soluto. Si esta disolución se enfría lentamente, puede mantener disuelto este soluto en exceso si no se le perturba. Sin embargo, la disolución sobresaturada es inestable, y con cualquier perturbación, como por ejemplo, un movimiento brusco, o golpes suaves en el recipiente que la contiene, el soluto en exceso inmediatamente se precipitará, quedando entonces como una disolución saturada.
Tipos de DisolucionesInsaturadaSaturadaSobresaturada Contiene menor cantidad de soluto de la que es capaz de disolver Contiene la máxima cantidad de soluto que se disuelve en un disolvente en particular, a una temperatura específica Contiene más soluto que la cantidad soportada en condiciones de equilibrio por el disolvente, a una temperatura dada.
Concentración en términos cuantitativos
Existen diferentes maneras de expresar la concentración de una sustancia química en una disolución. En algunos casos se tiene en cuenta la masa total de la disolución, mientras que en otros se considera el volumen ocupado por la disolución.
Nombre Definición Definición Propiedad de una disolución medida cuando se suministra Peso por ciento Unidades en peso de soluto contenidas en 100 unidades de peso de disolución. Gramos de soluto /100 gramos de disolución Peso de disolución Concentración en peso Peso de soluto contenido en una unidad de volumen de disolución. Gramos de soluto / Litros de disolución Volumen de disolución Molaridad (M) Número de moles de soluto contenidas en 1 lt de disolución. Moles de soluto /Litros de disolución Volumen de disolución Normalidad (N) Número de equivalentes de soluto contenidos en 1 lt de disolución. Equivalencia de soluto / Litros de disolución Volumen de disolución Molalidad (m) Número de moles de soluto por kilogramo de disolvente. Moles de soluto / Kilogramos de disolvente Peso de disoluciónFormalidad (F)Número de moles de soluto por litro de disolución, independientemente de que se encuentre disociado o asociado a otros iones presentesMoles de soluto /Litros de disoluciónVolumen de disolución
Para usos científicos o técnicos, una apreciación cualitativa de la concentración casi nunca es suficiente, por lo tanto las medidas cuantitativas son necesarias para describir la concentración.
A diferencia de las concentraciones expresadas de una manera cualitativa o empírica, las concentraciones expresadas en términos cuantitativos o valorativos toman en cuenta de una manera muy precisa las proporciones entre las cantidades de soluto y disolvente que se están utilizando en una disolución. Este tipo de clasificación de las concentraciones es muy utilizada en la industria, los procedimientos químicos, en la farmacia, la ciencia, etc., ya que en todos ellos es necesario mediciones muy precisas de las concentraciones de los productos.
Hay varias maneras de expresar la concentración cuantitativamente, basándose en la masa, el volumen, o ambos. Según cómo se exprese, puede no ser trivial convertir de una medida a la otra, pudiendo ser necesario conocer la densidad. Ocasionalmente esta información puede no estar disponible, particularmente si la temperatura varía. Por tanto, la concentración de la disolución puede expresarse como:
Porcentaje masa-masa (% m/m) Porcentaje volumen-volumen (% V/V) Porcentaje masa-volumen (% m/V) Molaridad Molalidad Formalidad Normalidad Fracción molar En concentraciones muy pequeñas: Partes por millón (PPM) Partes por billón (PPB)
Partes por trillón (PPT) Otras: Densidad Nombres propios
En el Sistema Internacional de Unidades (SI) se emplean las unidades mol·m-3.
Porcentaje masa-masa, volumen-volumen y masa-volumen
Porcentaje masa-masa (% m/m)
Se define como la masa de soluto (sustancia que se disuelve) por cada 100 unidades de masa de la disolución:
Por ejemplo, si se disuelven 20 g de azúcar en 80g de agua, el porcentaje en masa será:
o, para distinguirlo de otros porcentajes, 20 %p/p (en inglés, %w/w). Porcentaje volumen-volumen (% v/v)
Expresa el volumen de soluto por cada cien unidades de volumen de la disolución. Se suele usar para mezclas líquidas o gaseosas, en las que el volumen es un parámetro importante a tener en cuenta. Es decir, el porcentaje que representa el soluto en el volumen total de la disolución. Suele expresarse simplificadamente como «% v/v».
Por ejemplo, si se tiene una disolución del 20 % en volumen (20 % v/v) de alcohol en agua quiere decir que hay 20 ml de alcohol por cada 100 ml de disolución.
La graduación alcohólica de las bebidas se expresa precisamente así: un vino de 12 grados (12°) tiene un 12 % v/v de alcohol.
Porcentaje en masa-volumen (% m/v)
Se pueden usar también las mismas unidades que para medir la densidad aunque no conviene combinar ambos conceptos. La densidad de la mezcla es la masa de la disolución dividida por el volumen de esta, mientras que la concentración en dichas unidades es la masa de soluto dividida por el volumen de la disolución por 100. Se suelen usar gramos por mililitro (g/ml) y a veces se expresa como «% m/v».
Cálculos con porcentajes masa-masa y volumen-volumen
Para cálculos con los porcentajes masa-masa y volumen-volumen debemos manejar dos conceptos:
La suma de la masa del soluto más la masa del disolvente es igual a la masa de la disolución Disolución = soluto + disolvente Se usa la regla de tres simple para calcular la proporcionalidad.
Molaridad
La molaridad (M), o concentración molar, es la cantidad de sustancia (n) de soluto por cada litro de disolución. Por ejemplo, si se disuelven 0,5 moles de soluto en 1000 ml de disolución, se tiene una concentración de ese soluto de 0,5 M (0,5 molar). Para preparar una disolución de esta concentración habitualmente se disuelve primero el soluto en un volumen menor, por ejemplo 300 mL, y se traslada esa disolución a un matraz aforado, para después enrasarlo con más disolvente hasta los 1000 mL.