Descripción de la calculadora La calculadora de molaridad resuelve c = n / V c = n/V c = n / V : conocidas la cantidad de sustancia del soluto n n n (mol) y el volumen de disolución V V V (L), halla la concentración de cantidad de sustancia c c c (mol/L); dos cualesquiera de las tres magnitudes permiten despejar la tercera: cuántos mol/L son 58.44 g de sal común llevados a 1 L, cuánto soluto hay que pesar para preparar 500 mL de una disolución 0.1 mol/L y qué volumen se necesita para llevar 0.2 mol de soluto a 2 mol/L.
En química, la «concentración» admite varias lecturas: molaridad, fracción de masa, concentración másica, molalidad y ppm. Esta página es el ancla del bloque de química: qué es el mol, por qué la masa molar coincide numéricamente con la masa molecular relativa, cómo se convierten las distintas concentraciones y por qué «1 mol disuelto en 1 L de agua» no es 1 mol/L; todo se explica aquí. Las dos páginas emparejadas se limitan a su contenido propio: calcular la cantidad de sustancia a partir de la masa en la calculadora de cantidad de sustancia (n = m / M n = m/M n = m / M ) y diluir una disolución concentrada hasta la concentración objetivo en la calculadora de dilución (C 1 V 1 = C 2 V 2 C_1V_1 = C_2V_2 C 1 V 1 = C 2 V 2 ).
Lo que no hace: no calcula n n n a partir de la masa (para eso está la calculadora de cantidad de sustancia); no convierte mL ↔ L (para 250 mL, introduce 0.25); no calcula la fracción de masa, la densidad ni la actividad; no tiene en cuenta la variación de volumen durante la disolución.
Ejemplos Los cuatro ejemplos se han recalculado con el método compute del motor chem-molarity; el criterio de presentación es de 8 decimales como máximo, sin ceros finales, con unidades mol, L y mol/L.
Ejemplo 1: cuatro vasos de precipitados
Con las entradas predeterminadas n = 0.5 n = 0.5 n = 0.5 , V = 1 V = 1 V = 1 : c = 0.5 c = 0.5 c = 0.5 . La interfaz muestra: concentración c 0.5 .
Si se cambia el volumen a 0.5 (mismo soluto, la mitad de volumen), la interfaz muestra 1 . Si se cambia n n n a 1 y V V V vuelve a 1 (58.44 g de sal común enrasados a 1 L), la interfaz muestra 1 . El segundo y el tercer vaso tienen la misma concentración aunque la cantidad total de soluto difiera al doble: la concentración es «cuánto hay en cada litro de disolución» , no «cuánto hay en total». Cuarto vaso: 0.1 mol de soluto llevados a 250 mL, n = 0.1 n = 0.1 n = 0.1 , V = 0.25 V = 0.25 V = 0.25 : c = 0.4 c = 0.4 c = 0.4 . La interfaz muestra 0.4 .
Figura 1: los cuatro vasos del ejemplo 1. La concentración se lee en la densidad de puntos, no en el número total de puntos
Ejemplo 2: cuánto pesar para preparar 500 mL de salmuera 0.1 mol/L
Despeje de la cantidad de sustancia. Vacía n n n , introduce c = 0.1 c = 0.1 c = 0.1 y V = 0.5 V = 0.5 V = 0.5 : n = 0.1 × 0.5 = 0.05 n = 0.1 \times 0.5 = 0.05 n = 0.1 × 0.5 = 0.05 . La interfaz muestra: cantidad de sustancia n 0.05 . La masa molar del NaCl es 58.44 g/mol, así que hay que pesar 0.05 × 58.44 = 2.922 0.05 \times 58.44 = 2.922 0.05 × 58.44 = 2.922 g.
El orden de las operaciones es el criterio que esta página repite: pesar 2.922 g de sólido, ponerlos en un matraz aforado de 500 mL, añadir agua para disolver y completar con agua hasta la marca : el volumen total de la disolución es 500 mL. Si primero se miden 500 mL de agua y luego se añade la sal, el volumen de la disolución resultante es algo mayor que 500 mL y la concentración, algo menor que 0.1.
Despeje del volumen: 0.2 mol de soluto llevados a 2 mol/L. Vacía V V V , introduce n = 0.2 n = 0.2 n = 0.2 y c = 2 c = 2 c = 2 : V = 0.1 V = 0.1 V = 0.1 . La interfaz muestra: volumen de disolución V 0.1 , es decir, 100 mL.
Ejemplo 3: glucosa, solución salina y dos «concentraciones»
Glucosa : 9 g de glucosa (M = 180.156 M = 180.156 M = 180.156 ) llevados a 100 mL. Primero se obtiene n = 0.0499567 n = 0.0499567 n = 0.0499567 en la calculadora de cantidad de sustancia; introduce n = 0.0499567 n = 0.0499567 n = 0.0499567 y V = 0.1 V = 0.1 V = 0.1 : la interfaz muestra: concentración c 0.499567 , unos 0.5 mol/L.
Solución salina al 0.9 % : la solución salina fisiológica al 0.9 % contiene 0.9 g de NaCl por cada 100 mL, es decir, 9 g/L: esto es una concentración másica (g/L), no una molaridad. Conversión: n = 9 / 58.44 = 0.15400411 n = 9 / 58.44 = 0.15400411 n = 9/58.44 = 0.15400411 mol; introduce n = 0.15400411 n = 0.15400411 n = 0.15400411 y V = 1 V = 1 V = 1 : la interfaz muestra 0.15400411 , esto es, 0.154 mol/L. Aunque en ambos casos se diga «9 g», la disolución de glucosa es 0.5 mol/L y la salina 0.154 mol/L, porque una «unidad» de NaCl tiene alrededor de un tercio de la masa de una molécula de glucosa. La presión osmótica depende del número de partículas (mol), no de los gramos, por eso en medicina ambas disoluciones se comparan en mol.
Agua de mar : la salinidad del agua de mar equivale aproximadamente a una disolución de NaCl 0.6 mol/L. Con n = 0.6 n = 0.6 n = 0.6 y V = 1 V = 1 V = 1 , la interfaz muestra 0.6 , casi el cuádruple que la solución salina fisiológica: esta es la razón cuantitativa de que beber agua de mar deshidrate.
Ejemplo 4: una unidad mal colocada y el resultado se equivoca por mil
Si en el cuarto vaso del ejemplo 1 se introduce 250 mL directamente como V = 250 V = 250 V = 250 : n = 0.1 n = 0.1 n = 0.1 , V = 250 V = 250 V = 250 : c = 0.0004 c = 0.0004 c = 0.0004 . La interfaz muestra: concentración c 0.0004 , mil veces menor que el valor correcto 0.4. El motor no sabe que pensabas en mL. La nota al pie de la figura 1 recuerda precisamente esto.
A la inversa, si al despejar el volumen se obtiene 0.1 , son 0.1 L = 100 mL, no 0.1 mL.
«1 mol disuelto en 1 L de agua» no es 1 mol/L
Si se vierten 58.44 g de NaCl en 1.000 L de agua, el volumen de la disolución es de unos 1.02 L y la concentración, de unos 0.98 mol/L. V V V es el volumen de la disolución ; el procedimiento estándar es enrasar con un matraz aforado: primero se disuelve y luego se añade agua hasta la marca. El volumen también cambia con la temperatura: los matraces aforados se calibran a 20 °C y el agua se expande alrededor de un 0.2 % al pasar de 20 °C a 30 °C. Si se necesita una concentración independiente de la temperatura, se usa la molalidad b b b (mol/kg de disolvente).
Las entradas del ejemplo 1 pueden introducirse directamente en el panel para reproducirlo; cambia el volumen a 0.5, 0.25 y 0.1 y observa cómo la concentración crece en proporción inversa hasta 1, 2 y 5 mol/L; cambia la cantidad de sustancia a 0.0499567 y el volumen a 0.1 para obtener la disolución de glucosa del ejemplo 3.
Fundamentos y deducción El mol: una cantidad que se cuenta
La cantidad de sustancia n n n es una de las siete magnitudes básicas del SI y su unidad es el mol. La 9.ª edición del SI, en vigor desde el 20 de mayo de 2019, lo define así: 1 mol contiene exactamente 6.022 140 76 × 10²³ entidades elementales , cifra que es el valor numérico de la constante de Avogadro N A N_A N A . La definición anterior, vigente entre 1971 y 2019, era «el número de átomos que hay en 0.012 kg de carbono 12», con un N A N_A N A medido; la nueva definición lo convierte en un valor exacto y, al mismo tiempo, la cantidad de sustancia de 12 g de carbono 12 pasa a ser aproximadamente 1 mol en lugar de exactamente 1 mol (la desviación es del orden de 10 − 9 10^{-9} 1 0 − 9 ).
¿Por qué usar el mol en lugar del gramo? Porque las reacciones químicas proceden por número de partículas : un Na con un Cl, dos H₂ con un O₂. Solo contando partículas se pueden escribir ecuaciones para moléculas de masas muy distintas. El mol es una unidad de conteo que «amplía el número 6.022 × 10 23 6.022 \times 10^{23} 6.022 × 1 0 23 veces», igual que «una docena» es 12.
Por qué la masa molar coincide con la masa molecular relativa
La escala de las masas atómicas relativas se define con «1/12 de la masa del átomo de carbono 12 = 1»; la antigua definición del mol establecía además que 12 g de carbono 12 son exactamente 1 mol. Combinando ambas reglas, la masa de 1 mol de cualquier sustancia (en g) coincide numéricamente con su masa molecular relativa: el agua tiene masa molecular relativa 18.015 y masa molar 18.015 g/mol. Desde 2019 esa igualdad solo es exacta hasta 10 − 9 10^{-9} 1 0 − 9 , algo totalmente despreciable en los cálculos cotidianos. Las masas atómicas estándar las mantiene el comité CIAAW de la IUPAC: Na 22.990, Cl 35.45, C 12.011, H 1.008, O 15.999; el paso de la masa al mol está en la calculadora de cantidad de sustancia .
Cinco tipos de concentración y sus conversiones
Nombre
Símbolo
Definición
Unidad
Cuándo se usa
concentración de cantidad de sustancia (molaridad)
c c c
n soluto / V disoluci o ˊ n n_\text{soluto} / V_\text{disolución} n soluto / V disoluci o ˊ n
mol/L
estequiometría, valoraciones, presión osmótica: todo lo que se compara por «número de partículas»
fracción de masa
w w w
m soluto / m disoluci o ˊ n m_\text{soluto} / m_\text{disolución} m soluto / m disoluci o ˊ n
adimensional, a menudo en %
etiquetas de reactivos comerciales (HCl al 37 %, H₂SO₄ al 98 %), alimentos, aleaciones
concentración másica
ρ B \rho_B ρ B
m soluto / V disoluci o ˊ n m_\text{soluto} / V_\text{disolución} m soluto / V disoluci o ˊ n
g/L, mg/mL
farmacia (solución salina al 0.9 % = 9 g/L), calidad del agua
molalidad
b b b
n soluto / m disolvente n_\text{soluto} / m_\text{disolvente} n soluto / m disolvente
mol/kg
aumento del punto de ebullición, descenso del punto de congelación; no depende de la temperatura
ppm / ppb
—
relación de masas 10 − 6 10^{-6} 1 0 − 6 / 10 − 9 10^{-9} 1 0 − 9
—
trazas: en disoluciones acuosas diluidas, 1 ppm ≈ 1 mg/L
Los puentes de conversión son la densidad ρ \rho ρ (g/mL) y la masa molar M M M (g/mol):
c = 1000 ρ w M c = \frac{1000\,\rho\,w}{M} c = M 1000 ρ w
Con el ácido clorhídrico concentrado comercial como ejemplo: w = 37 % w = 37\% w = 37% , ρ = 1.18 \rho = 1.18 ρ = 1.18 , M HCl = 36.46 M_\text{HCl} = 36.46 M HCl = 36.46 : c = 1000 × 1.18 × 0.37 / 36.46 = 11.97 ≈ 12 mol/L c = 1000 \times 1.18 \times 0.37 / 36.46 = 11.97 \approx 12\ \text{mol/L} c = 1000 × 1.18 × 0.37/36.46 = 11.97 ≈ 12 mol/L , que es precisamente la concentración de la disolución madre predeterminada de la calculadora de dilución . Sin la densidad no se puede convertir: la fracción de masa dice «cuántos gramos hay en cada 100 g de disolución» y la molaridad dice «cuántos mol hay en cada 1 L de disolución»; entre ambas media «cuánto pesa 1 L de disolución».
Entre la concentración másica y la molaridad solo hay un factor M M M : c = ρ B / M c = \rho_B / M c = ρ B / M ; así se convierte la solución salina del ejemplo 3. La molalidad y la molaridad tienen valores parecidos en disoluciones acuosas diluidas (1 kg de agua ≈ 1 L), pero difieren claramente en disoluciones concentradas (el cuadro de aviso que sigue a los ejemplos).
El volumen no es aditivo y depende de la temperatura
V V V es el volumen total de la disolución y no es igual al volumen del disolvente más el del soluto: 50 mL de etanol con 50 mL de agua dan unos 96 mL; al disolver sal en agua el volumen también cambia. Por eso el procedimiento estándar de preparación es «disolver primero y enrasar después», ajustando el volumen total a la marca con un matraz aforado. Los matraces aforados se calibran a 20 °C, y al alejarse de esa temperatura la lectura incorpora un error sistemático; cuando la temperatura varía mucho (determinación de puntos de ebullición, reacciones a baja temperatura) se usan b b b o w w w , que no dependen de ella.
Proporcionalidad inversa y su relación con la dilución
Con n n n fijo, c ∝ 1 / V c \propto 1/V c ∝ 1/ V : es una proporción inversa ; al duplicar el volumen, la concentración se reduce a la mitad (el primer y el segundo vaso del ejemplo 1). Expresar esto como «n n n no cambia al diluir» conduce a c 1 V 1 = c 2 V 2 c_1 V_1 = c_2 V_2 c 1 V 1 = c 2 V 2 : toda la calculadora de dilución es este corolario más las unidades de volumen y el procedimiento de preparación.