Concentración

Proporción de un componente de una mezcla al conjunto

Para otros usos, consulte Concentración (desambiguación) .

En química , la concentración es la abundancia de un constituyente dividida por el volumen total de una mezcla. Se pueden distinguir varios tipos de descripción matemática: concentración de masa , concentración molar , concentración de número y concentración de volumen . ^[1] Una concentración puede ser cualquier tipo de mezcla química, pero con mayor frecuencia solutos y disolventes en soluciones . La concentración molar (cantidad) tiene variantes como la concentración normal y la concentración osmótica .

Descripción cualitativa

Estos vasos que contienen colorante rojo muestran cambios cualitativos en la concentración. Las soluciones de la izquierda están más diluidas, en comparación con las soluciones más concentradas de la derecha.

A menudo, en un lenguaje informal y no técnico, la concentración se describe de manera cualitativa , mediante el uso de adjetivos como "diluir" para soluciones de concentración relativamente baja y "concentrado" para soluciones de concentración relativamente alta. Para concentrar una solución, se debe agregar más soluto (por ejemplo, alcohol) o reducir la cantidad de solvente (por ejemplo, agua). Por el contrario, para diluir una solución, se debe agregar más solvente o reducir la cantidad de soluto. A menos que dos sustancias sean miscibles , existe una concentración a la que no se disolverá más soluto en una solución. En este punto, se dice que la solución está saturada.. Si se agrega soluto adicional a una solución saturada, no se disolverá, excepto en ciertas circunstancias, cuando puede ocurrir sobresaturación . En cambio, se producirá la separación de fases , lo que conducirá a fases coexistentes, ya sea completamente separadas o mezcladas como una suspensión . El punto de saturación depende de muchas variables, como la temperatura ambiente y la naturaleza química precisa del disolvente y el soluto.

Las concentraciones a menudo se denominan niveles , lo que refleja el esquema mental de niveles en el eje vertical de un gráfico , que puede ser alto o bajo (por ejemplo, "niveles séricos altos de bilirrubina" son concentraciones de bilirrubina en el suero sanguíneo que son mayores de lo normal ).

Notación cuantitativa

Hay cuatro cantidades que describen la concentración:

Concentración de masa

Artículo principal: concentración de masa (química)

La concentración de masa se define como la masa de un constituyente dividida por el volumen de la mezcla :${\displaystyle \rho _{i}}$${\displaystyle m_{i}}$${\displaystyle V}$

${\displaystyle \rho _{i}={\frac {m_{i}}{V}}.}$

La unidad SI es kg / m ³ (igual ag / L).

Concentración molar

Artículo principal: concentración molar

La concentración molar se define como la cantidad de un constituyente (en moles) dividida por el volumen de la mezcla :${\displaystyle c_{i}}$${\displaystyle n_{i}}$${\displaystyle V}$

${\displaystyle c_{i}={\frac {n_{i}}{V}}.}$

La unidad SI es mol / m ³ . Sin embargo, más comúnmente se usa la unidad mol / L (= mol / dm ³ ).

Concentración numérica

Artículo principal: concentración numérica

La concentración numérica se define como el número de entidades de un constituyente en una mezcla dividido por el volumen de la mezcla :${\displaystyle C_{i}}$${\displaystyle N_{i}}$${\displaystyle V}$

${\displaystyle C_{i}={\frac {N_{i}}{V}}.}$

La unidad SI es 1 / m ³ .

Concentración de volumen

La concentración de volumen (que no debe confundirse con la fracción de volumen ^[2] ) se define como el volumen de un constituyente dividido por el volumen de la mezcla :${\displaystyle \sigma _{i}}$${\displaystyle V_{i}}$${\displaystyle V}$

${\displaystyle \sigma _{i}={\frac {V_{i}}{V}}.}$

Al ser adimensional, se expresa como un número, por ejemplo, 0,18 o 18%; su unidad es 1.

No parece haber una notación estándar en la literatura inglesa. La letra utilizada aquí es normativa en la literatura alemana (ver Volumenkonzentration ).${\displaystyle \sigma _{i}}$

Cantidades relacionadas

Se pueden usar varias otras cantidades para describir la composición de una mezcla. Tenga en cuenta que estos no deben llamarse concentraciones. ^[1]

Normalidad

Artículo principal: Normalidad (química)

La normalidad se define como la concentración molar dividida por un factor de equivalencia . Dado que la definición del factor de equivalencia depende del contexto (qué reacción se está estudiando), IUPAC y NIST desaconsejan el uso de la normalidad.${\displaystyle c_{i}}$${\displaystyle f_{\mathrm {eq} }}$

Molalidad

Artículo principal: Molalidad

(No confundir con Molaridad )

La molalidad de una solución se define como la cantidad de un constituyente (en moles) dividida por la masa del solvente ( no la masa de la solución):${\displaystyle b_{i}}$${\displaystyle n_{i}}$${\displaystyle m_{\mathrm {solvent} }}$

${\displaystyle b_{i}={\frac {n_{i}}{m_{\mathrm {solvent} }}}.}$

La unidad SI para la molalidad es mol / kg.

Fracción molar

Artículo principal: fracción molar

La fracción molar se define como la cantidad de un constituyente (en moles) dividida por la cantidad total de todos los constituyentes en una mezcla :${\displaystyle x_{i}}$${\displaystyle n_{i}}$${\displaystyle n_{\mathrm {tot} }}$

${\displaystyle x_{i}={\frac {n_{i}}{n_{\mathrm {tot} }}}.}$

La unidad SI es mol / mol. Sin embargo, la notación de partes por obsoleta se usa a menudo para describir pequeñas fracciones molares.

Proporción molar

Artículo principal: Proporción de mezcla

La relación molar se define como la cantidad de un constituyente dividida por la cantidad total de todos los demás constituyentes en una mezcla:${\displaystyle r_{i}}$${\displaystyle n_{i}}$

${\displaystyle r_{i}={\frac {n_{i}}{n_{\mathrm {tot} }-n_{i}}}.}$

Si es mucho menor que , la relación molar es casi idéntica a la fracción molar.${\displaystyle n_{i}}$${\displaystyle n_{\mathrm {tot} }}$

La unidad SI es mol / mol. Sin embargo, la notación de partes por obsoleta se usa a menudo para describir proporciones molares pequeñas.

Fracción de masa

Artículo principal: fracción de masa (química)

La fracción de masa es la fracción de una sustancia con masa respecto a la masa de la mezcla total , definida como:${\displaystyle w_{i}}$${\displaystyle m_{i}}$${\displaystyle m_{\mathrm {tot} }}$

${\displaystyle w_{i}={\frac {m_{i}}{m_{\mathrm {tot} }}}.}$

La unidad SI es kg / kg. Sin embargo, la notación de partes por obsoleta se usa a menudo para describir pequeñas fracciones de masa.

Relación de masa

Artículo principal: Proporción de mezcla

La relación de masa se define como la masa de un constituyente dividida por la masa total de todos los demás constituyentes en una mezcla:${\displaystyle \zeta _{i}}$${\displaystyle m_{i}}$

${\displaystyle \zeta _{i}={\frac {m_{i}}{m_{\mathrm {tot} }-m_{i}}}.}$

Si es mucho menor que , la relación de masa es casi idéntica a la fracción de masa.${\displaystyle m_{i}}$${\displaystyle m_{\mathrm {tot} }}$

La unidad SI es kg / kg. Sin embargo, la notación de partes por obsoleta se usa a menudo para describir pequeñas proporciones de masa.

Dependencia del volumen y la temperatura

La concentración depende de la variación del volumen de la solución con la temperatura debido principalmente a la expansión térmica.

Tabla de concentraciones y cantidades relacionadas

Tipo de concentración	Símbolo	Definición	Unidad SI	otras unidades
concentración de masa	${\displaystyle \rho _{i}}$ o ${\displaystyle \gamma _{i}}$	${\displaystyle m_{i}/V}$	kg / m 3	g / 100 ml (= g / dL)
concentración molar	${\displaystyle c_{i}}$	${\displaystyle n_{i}/V}$	mol / m 3	M (= mol / L)
concentración de números	${\displaystyle C_{i}}$	${\displaystyle N_{i}/V}$	1 / m 3	1 / cm 3
concentración de volumen	${\displaystyle \sigma _{i}}$	${\displaystyle V_{i}/V}$	m 3 / m 3
Cantidades relacionadas	Símbolo	Definición	Unidad SI	otras unidades
normalidad		${\displaystyle c_{i}/f_{\mathrm {eq} }}$	mol / m 3	N (= mol / L)
molalidad	${\displaystyle b_{i}}$	${\displaystyle n_{i}/m_{\mathrm {solvent} }}$	mol / kg
fracción molar	${\displaystyle x_{i}}$	${\displaystyle n_{i}/n_{\mathrm {tot} }}$	mol / mol	ppm, ppb, ppt
proporción molar	${\displaystyle r_{i}}$	${\displaystyle n_{i}/(n_{\mathrm {tot} }-n_{i})}$	mol / mol	ppm, ppb, ppt
fracción de masa	${\displaystyle w_{i}}$	${\displaystyle m_{i}/m_{\mathrm {tot} }}$	kg / kg	ppm, ppb, ppt
relación de masa	${\displaystyle \zeta _{i}}$	${\displaystyle m_{i}/(m_{\mathrm {tot} }-m_{i})}$	kg / kg	ppm, ppb, ppt
fracción de volumen	${\displaystyle \phi _{i}}$	${\displaystyle V_{i}/\sum _{j}V_{j}}$	m 3 / m 3	ppm, ppb, ppt

Ver también

• Proporción de dilución
• Concentración de dosis
• Dilución en serie
• Problema de mezcla de vino / agua

Referencias

1. IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida online: (2006–) " concentración ". doi : 10.1351 / goldbook.C01222
2. IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) " fracción de volumen ". doi : 10.1351 / goldbook.V06643