¿Cómo calcular la molaridad de una disolución?

Reacción química en disolución
Reacción de bicarbonato sódico y ácido acético en disolución acuosa
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La molaridad, también llamada concentración molar, es una forma de medir la concentración de una disolución que se define como el número de moles de soluto por litro de disolución, entendiéndose disolución (o solución) como una mezcla homogénea de sustancias.

La sustancia que está en mayor proporción se denomina solvente o disolvente. Los demás componentes de la disolución se denominan solutos. Si en una disolución hay varios solutos, se puede calcular la concentración molar para cada uno de ellos.

La fórmula general para calcular la molaridad sería la siguiente:

molaridad = mol/L (moles por litro)

Y para calcular el número de moles:

moles = masa (g)/masa molar (g)

Así, el cálculo de la molaridad de una disolución pasará siempre por estos pasos:

  1. Encontrar el número de moles de soluto
  2. Encontrar el volumen de la disolución en litros (ojo, el volumen de la disolución, no volumen de disolvente)
  3. Dividir el número de moles entre el número de litros

Para calcular el número de litros se aplica la conversión correspondiente según la escala utilizada. Por ejemplo, 100 ml son 0.1 L (1 L tiene 1000 ml, por lo que 100 ml = 100/1000 = 0.1 L).

Para calcular el número de moles a partir de la masa, primero pasamos la masa a gramos (si es que no la tenemos ya en gramos) y luego dividimos los gramos entre la masa molar.

La masa molar de un elemento se puede encontrar en la mayoría de tablas periódicas como peso o masa atómica.

Si el soluto no es un elemento sino un compuesto o una molécula, hay que sumar el peso atómico de cada elemento que forma la molécula para obtener la masa molar total de la molécula.

¿Qué es la molaridad o concentración molar?

Un mol de una sustancia pura, ya sea un elemento o un compuesto, contiene una cantidad de entidades igual al número de Avogadro, ya sea de átomos o de moléculas, según la composición de la sustancia:

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1 mol = 6.022 140 857(74) ×1023 entidades (átomos o moléculas)

La masa atómica se corresponde con el número de gramos que contiene 1 mol, y utilizando esta relación podemos pasar de masa a número de moles fácilmente.

Por ejemplo, si la masa atómica del oxígeno es 15.9994 u, quiere decir que en 15.9994 g hay 1 mol de átomos de oxígeno, es decir, una cantidad de átomos igual al número de Avogadro.

Si tenemos oxígeno molecular, O2, la forma habitual del oxígeno en la atmósfera, la masa molar será la masa del átomo de oxígeno por dos, esto es, 31.9988 g.

Esto significa que 1 mol de oxígeno atómico (O) y 1 mol de oxígeno molecular (O2) contienen el mismo número de entidades (número de Avogadro), pero 1 mol de oxígeno atómico tiene una masa de 15.9994 g y 1 mol de oxígeno molecular (O2) tiene una masa de 31.9988 g.

Utilizar moles en lugar de masa permite preparar disoluciones de sustancias en términos de número de átomos o número de moléculas, lo que permite a su vez calcular las relaciones estequiométricas, que son las proporciones en las que se producen las reacciones químicas.

Pero contar el número de átomos o de moléculas es mucho más difícil que obtener su peso o masa. Por eso es tan importante calcular la molaridad o concentración molar (masa/volumen) de una disolución a partir de la concentración en masa/volumen.

Calcular la molaridad: ejemplos

Ejemplo: Obtener la concentración molar de 25 g de sal común (ClNa) en 1 L de disolución

Lo primero que tenemos que hacer es calcular el número de moles que corresponden a 25 g de ClNa, y para ello primero hay que calcular la masa molar del ClNa. Consultamos una tabla periódica, tomamos la masa o peso atómico de cada elemento y lo sumamos:

  • masa atómica del cloro: 35 g
  • masa atómica del sodio: 23 g
  • masa molar del cloruro sódico: 35 g + 23 g = 58 g (esto quiere decir que 1 mol de ClNa tiene 58 g de masa)

Ahora que conocemos la masa molar, dividimos la masa que tenemos (25 g) entre la masa molar y obtenemos el número de moles:

  • número de moles en 25 g de ClNa: 25 g x (1 mol/58 g) = 25/58 = 0.43 mol

Resultado: si disolvemos 25 g de ClNa en la cantidad suficiente de agua para completar 1 L de disolución, la concentración molar de sal en esta disolución es de 0.43 mol/L.

Ejemplo: Disolvemos 23.7 g de permanganato potásico (KMnO4) en una cantidad de agua suficiente para preparar 750 ml de disolución. Calcula la concentración molar de KMnO4.

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El objetivo es obtener el número de moles y el volumen en litros para luego dividir ambos. Así que tenemos que pasar los gramos de permanganato a número de moles, y los mililitros de disolución a litros.

El volumen en litros es la parte fácil, basta dividir 750 entre 1000 para pasar de mililitros a litros:

750 ml = 0.75 L

Para calcular el número de moles tenemos que consultar una tabla periódica en la que se indique el peso o masa atómica, y anotar la masa atómica de los elementos que componen el permanganato potásico: manganeso, oxígeno y potasio.

Luego multiplicamos la masa atómica de cada uno por el número de átomos que tengan en la molécula (KMnO4):

  • K: masa atómica de 39.1 g, por 1 átomo = 39.1 g
  • Mn: 54.9 g x 1 = 54.9 g
  • O4: 16.0 g x 4 = 64.0 g

Finalmente, sumamos todas las masas de cada elemento por separado para obtener la masa molar total de la molécula de permanganato potásico:

  • 1 mol de KMnO4 = 39.1 g + 54.9 g + 64.0 g = 158 g

En el enunciado del problema nos dan 23.7 g de KMnO4, si en 158 g hay 1 mol, haciendo una regla de tres, en 23.7 habrá 0.15 moles:

  • moles de KMnO4 = 23.7 g x (1 mol /158 g) = 23.7/158 = 0.15 moles

Así, hemos llegado a que nuestra disolución tiene 0.15 moles de KMnO4 por cada 0.75 L. Si dividimos, obtendremos la cantidad de moles que habría en 1 L, y así obtenemos la molaridad o concentración molar:

  • molaridad = 0.15 mol / 0.75 L = 0.2 mol/L

Con este dato, ¿cuántas moléculas de permanganato hay en la disolución? Pues hay 0.2 veces el número de Avogadro, es decir, 0.2 × 6.022 140 857(74) ×1023.

Hemos visto dos ejemplos. En el primero partíamos de masa en gramos (25 g) y de volumen en litros (1 L). En el segundo partíamos de masa en gramos (23.7 g) y de volumen en mililitros (0.75 ml).

Pero en cualquiera de los casos, para calcular la molaridad siempre hay que llegar a número de moles y al volumen de disolución a litros, y una vez que se tienen estos datos basta con dividir para obtener la cantidad en mol/L. Teniendo esto claro, el cálculo de molaridad es bastante sencillo.

Nota: la unidad de concentración molar en el Sistema Internacional es mol/m3, pero el uso de mol/L o su equivalente mol/dm3 en la literatura ha sido tradicionalmente muy superior. También es habitual que mol/L se exprese como M. Por ejemplo, una concentración 0.43 M (0.43 molar), es igual a 0.43 mol/L.

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