Concentración molar

Definición y sentido físico

La concentración molar (representada como $c$) es numéricamente igual a la cantidad de sustancia soluta contenida exactamente en un litro de disolución preparada. La unidad principal de medida es mol/l. En la práctica médica y de laboratorio, para expresar cantidades pequeñas de sustancia se suelen emplear milimoles por litro (mmol/l). La conversión entre estas unidades es directa: un mol por litro equivale a mil milimoles por litro.

Esta magnitud permite calcular de forma sumamente sencilla la cantidad de sustancia ($n$) en cualquier volumen dado: basta con multiplicar la concentración por el volumen ($n = c \cdot V$). Si además se conoce la masa molar de la sustancia ($M$), se puede calcular directamente la masa del componente seco necesaria para trabajar: $m = n \cdot M$. Por esta razón, en la jerga profesional este parámetro se denomina a veces simplemente «concentración», ya que las dimensiones se deducen del contexto.

Relación con la fracción másica

A menudo en el laboratorio se dispone de una disolución inicial cuya composición viene dada por su fracción másica (en porcentaje) y su densidad (en g/ml). Para convertir la fracción másica en concentración molar se utiliza la fórmula universal:

$c = \frac{10 \cdot \omega\% \cdot \rho}{M}$

Esta fórmula se puede deducir mediante un algoritmo lógico «desde el resultado». Para simplificar los cálculos, se toma un volumen convencional de disolución igual a un litro ($1000$ ml). Conociendo la densidad, se calcula la masa total de la disolución ($m_{dis} = V \cdot \rho$). A continuación, mediante la fracción másica dada, se halla la masa de soluto puro seco. En la etapa final, la masa encontrada se divide entre la masa molar, obteniendo la cantidad de sustancia en moles. Puesto que el cálculo se realizó inicialmente para un litro, la cantidad de sustancia obtenida es la concentración molar buscada.

Técnica de preparación de disoluciones

La preparación de disoluciones en el laboratorio está estrictamente reglamentada y depende del estado de agregación del reactivo inicial.

Si la disolución se prepara a partir de un polvo sólido:

1. Se mide en una balanza de precisión la masa calculada de la sustancia (porción).
2. El sólido se transfiere con cuidado a un matraz aforado del volumen requerido.
3. Se añade una parte de disolvente (por ejemplo, agua destilada) y se agita bien hasta la disolución completa de los cristales.
4. Se completa con el disolvente estrictamente hasta la marca en el cuello estrecho del matraz.

Si se requiere preparar una disolución diluida a partir de un líquido concentrado:

1. Se evalúa la concentración de la disolución inicial (si es necesario, se recalcula a partir de la fracción másica).
2. Se calcula la masa o cantidad de sustancia pura necesaria para la disolución objetivo.
3. Se calcula el volumen requerido de la disolución concentrada inicial y se mide con una probeta graduada.
4. Se transfiere el líquido a un matraz aforado y se diluye con agua hasta la marca.

Fundamentos del análisis volumétrico (valoración)

La concentración molar constituye la base del análisis químico cuantitativo, en particular de la valoración (titulación). El objetivo del análisis volumétrico es determinar la concentración desconocida de una sustancia mediante la medición de los volúmenes exactos de las disoluciones que reaccionan.

A la muestra de la sustancia analizada se le añade gota a gota un titULANTE: una disolución de un reactivo cuya concentración se conoce con la máxima precisión. El momento en que se completa la reacción química se determina visualmente, las más de las veces por el cambio de color de un indicador especial (por ejemplo, el viraje de azul a violeta). Conociendo los volúmenes de ambas disoluciones y la concentración del titulante, es posible calcular con gran precisión la concentración molar inicial de la muestra estudiada.

En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema

Preguntas de clases y exámenes

Qué más repasar sobre el tema

• Cálculos estequiométricos teniendo en cuenta el reactivo limitante y en exceso al mezclar reactivos.
• Particularidades de la retitulación (valoración por retroceso) para el análisis de muestras sólidas contaminadas.
• Cálculo de la concentración molar de gases en condiciones estándar y normales.
• Cambio en la concentración de las sustancias al diluir y añadir disolvente.
• Cálculo de la masa de sustancia en un volumen dado a partir de los resultados del análisis volumétrico.

Otros temas de la sección «Capítulo 4. Disoluciones»

Material preparado por los profesores de WhiteCoat Pro según el plan de estudios de las facultades de medicina. De carácter educativo.