- Este artículo trata de la molaridad .
- En primer lugar, definiremos la molaridad y aprenderemos su ecuación correspondiente.
- A continuación, aprenderemos a hallar moles en problemas relacionados con la molaridad.
- A continuación, veremos cómo calcular la molaridad de una disolución diluida.
- Por último, aprenderemos a calcular la molaridad de una solución mixta.
Definición de molaridad
Empecemos por la definición de molaridad.
Lamolaridad es la concentración de soluto disuelto en una disolución expresada en unidades de moles por litro.
Lamolaridad, o concentración molar, describe la concentración de una cantidad de una sustancia disuelta en un líquido. Llamamos soluto a la sustancia que disolvemos y disolvente al líquido. Concretamente, la molaridad se define por el número de moles por litro: mol/L.
Los solutos pueden consistir en cualquier cosa que se disuelva en un líquido; pueden ser sólidos, otros líquidos o incluso gases. Si conoces la cantidad de un soluto en moles y el volumen de disolvente en el que se disuelve, ¡hallar la molaridad es sencillo!
¡Puedes aprender más sobre ellas en nuestro artículo sobre"Soluciones y mezclas"!
Ecuación de molaridad
La ecuación estándar de la molaridad es, afortunadamente, ¡muy sencilla! Es :
$$Molaridad,(M)=\frac{n_{soluto}}{V_{solución}}$$
Las tres variables se definen como
M es la concentración molar expresada en mol/L
n es la cantidad molar del soluto expresada en mol
V es el volumen de la solución expresado en L
Cómo hallar los moles en problemas de molaridad
A menudo, los problemas de molaridad no serán tan sencillos como dividir los moles del soluto entre los litros de la solución. Es sólo un paso en problemas más complejos. Los pasos iniciales pueden implicar muchas cosas diferentes, ¡pero todas conducirán finalmente a hallar la cantidad de soluto en moles y el volumen en litros!
En lugar de que un problema sólo te dé los moles, puede darte el número de partículas totales del soluto, la masa de soluto utilizada o una reacción que crea el soluto.
Veamos un problema: puede parecer complicado, pero recuerda tu objetivo final: sólo necesitas hallar la cantidad total de moles de soluto y el volumen total de la solución.
Un alumno está preparando un buen plato de sopa, halla la molaridad de la sal (NaCl) si ésta es la receta:
1,5 litros de Agua
60 gramos de Sal
0,5 kg de Pasta
0,75 litros de Caldo de Pollo
200 gramos de mantequilla salada (3% de sal en peso)
- Aísla las fuentes de soluto, es decir, la sal:60 g de sal (100% de sal)200 gramos de mantequilla salada (3% de sal)
- Halla la masa molar del soluto, que es la sal en este ejemplo: $$Na,(22,98\frac{g}{mol})+Cl,(35,45\frac{g}{mol})=58,44\frac{g}{mol}$$
- Calcular los moles de soluto (sal) en la sal pura: $$\frac{60\,g}{58,44\frac{g}{mol}}=1,027\,mol$$
- Hallar el peso de la sal en la mantequilla: $$200\,g*3\%=6\,g\,NaCl$$
- Calcular los moles de sal en la mantequilla: $$\frac{6,g}{58,44\frac{g}{mol}=0,1027\,mol$$
- Suma ambas fuentes de sal para obtener el total de moles: $$1,027\,mol+0,1027\,mol=1,129\,mol$$
- Suma todos los disolventes utilizados: $$1,5\,L+0,75\,L=2,25\,L\,H_2O$$1,5l+0,75l=2,25l de agua
- Divide moles de soluto por litros de disolvente: $$\frac{1,129\,mol}{2,25\,L}=0,501\,M$$
Aunque este problema tenía muchos pasos, siempre que tengas en mente tu objetivo final, ¡es fácil trabajar para llegar a la solución! Recuerda siempre que tienes que hallar la cantidad total de soluto y el volumen total de la solución.
Si tienes problemas para seguir alguno de estos pasos, quizá te ayude refrescar tus conocimientos sobre los moles y la masa molar en general.
Usos de la molaridad
Cuando se hacen reaccionar sustancias químicas, casi siempre se utilizan disoluciones. En general, es muy difícil hacer reaccionar dos sustancias químicas secas, por lo que uno o ambos reactivos deben estar en una disolución. Al igual que ocurre con cualquier reacción química, los moles son los protagonistas, aunque la reacción tenga lugar en disolución.
Por tanto, probablemente también tengas que calcular las relaciones molares. Por suerte, estas relaciones molares ni siquiera tienen que calcularse con moles, sino que pueden calcularse directamente con la molaridad. Como la molaridad siempre se expresa con respecto a un litro, la relación molar sigue siendo la misma.
Si tienes la molaridad de una disolución y el volumen de la misma, es muy fácil calcular los moles de esa disolución. Basta con multiplicar ambos lados de la ecuación de la molaridad por el volumen para obtener
$$M_1V_1=n_1$$
Utilicemos esta ecuación en una sencilla reacción de precipitación con dos soluciones
$$Pb(NO_3)_{2\_,(aq)} + 2KI_{(aq)} \Nen flecha recta 2KNO_{3\_,(aq)} + PbI_{2\_,(s)}$$
Utilizando esta reacción, halla el volumen de solución 1,2M de KI(a q) necesario para crear 1,5 moles de PbI2 si se hace reaccionar con cantidades excesivas de Pb(NO3)2(aq).
- Encuentra la relación molar entre KI y PbI2:2 KI para hacer 1 PbI2
- Calcula la cantidad de KI necesaria: $$1,5\,mol,PbI_2*\frac{2\,mol,KI}{1\,mol,PbI_2}=3\,mol,KI$$
- Calcula el volumen de disolución necesario: $$$frac{3,mol}{1,2\frac{mol}{L}}=2,5,L,KI_(aq)}$$
Este problema es un ejemplo sencillo de cómo se utiliza la molaridad en las reacciones químicas reales. Es un componente crítico de casi todas las reacciones
Cómo calcular diluciones utilizando la molaridad
Si alguna vez tienes que hacer una disolución en el laboratorio, o simplemente quieres aprobar tu examen de Química AP, vas a tener que acostumbrarte a las molaridades. Uno de los mejores usos de la molaridad es calcular diluciones rápidamente. En el laboratorio, normalmente sólo tenemos un par de soluciones que se crean con molaridades específicas. Estas soluciones se denominan soluciones madre.
Una solución madre es una solución estandarizada de concentración molar conocida con precisión que se encuentra en los laboratorios en grandes volúmenes
Una solución madre de ácido clorhídrico (HCl) 2,0 M es fácil de producir y se puede almacenar durante mucho tiempo. Sin embargo, normalmente necesitarás concentraciones más bajas de HCl, piensa en 0,1 M más o menos, para realizar tu reacción. Para crear esta solución de menor concentración, debes diluir la solución madre añadiendo más disolvente. En algunos experimentos, como las valoraciones, los ácidos y las bases de baja concentración son más eficaces, ya que son más fáciles de controlar. Afortunadamente, hay una forma fácil de calcular las diluciones necesarias, sólo tienes que utilizar esta ecuación
$$M_1V_2=M_2V_2$$
M1 y V1 se refieren al volumen y la molaridad de la solución madre, respectivamente. Normalmente, dejarás V1 como variable, ya que estás intentando hallar el volumen de la solución que necesitarás. V2 yM2 se refieren a la molaridad y al volumen de la solución que intentas preparar. Veamos un ejemplo para mostrar cómo funcionaría en un laboratorio:
Al realizar experimentos, siempre tendrá que cambiar una variable independiente. Probar en un amplio intervalo de concentraciones de una solución puede mostrar si la concentración influye en la variable dependiente.
En un experimento, quieres comprobar si la concentración de sal en el agua afecta a su capacidad para conducir la electricidad. Para probarlo, quieres crear soluciones con molaridades de 5M y 1M, cada una de ellas con 2L en total. Primero, crea una solución de NaCl 5M con sal sólida, luego crea la solución 1M diluyendo la solución 5M.
Primero, crea la solución 5M,
Halla la cantidad de sal en gramos necesaria
Los moles de sal serán \(5\,M*2\,L=10\,mol\)
Para la masa de sal: $$58,55\frac{g}{mol}*10\,mol=585,5\,g$$
Añade esta cantidad de sal a 2L de agua, obteniendo la solución 5M.
En segundo lugar, diluye la solución 5M para crear 2L de solución 1M
$$M_1V_2=M_2V_2$$
$$5\,M(V_1)=1\,M(2\,L)$$
$$V_1=\frac{1\,M*2\,L}{5\,M}=0.4\,L$$
Añade 0,4L de la 5M a un vaso de precipitados, y luego añade agua suficiente para que el volumen total sea igual a 2L. Esto significa que sólo tendrás que añadir 1,6L de agua. Recuerda que es el volumen total el que tiene que ser de 2L, no la cantidad de agua que añadas.
Así que, recapitulando
la primera solución necesitará 585,5 g de sal y 2 L de agua
la segunda solución necesitará 0,4L de la solución 5M y 1,6L de agua
Molaridad de varias soluciones mezcladas
A veces puedes acabar teniendo que hallar la concentración de dos soluciones después de mezclarlas. Puede parecer complicado, pero recuerda los pasos para la resolución del problema original: ¡1º- hallar el total de moles y 2º- hallar el volumen total!
Supón que tienes varias soluciones con varios volúmenes. Tienes que almacenar esta solución a largo plazo, pero sólo tienes un recipiente apropiado para todas ellas. Decides mezclarlas todas, pero necesitas averiguar el volumen total y la molaridad final de todas ellas.
La solución 1 es 3,0M y tienes 0,5L de ella.
La solución 2 es 1,5M y tienes 0,75L de ella
y la Solución 3 es 0,75M y tienes 1,0L de ella
Halla la molaridad final después de mezclar las tres soluciones.
Para empezar, quieres hallar los moles totales presentes de soluto que habrá en la mezcla final.
Esto se consigue fácilmente sumando los moles de soluto de cada solución.
Para la solución 1, será \(M_1V_1=n_1\): $$3.0\,M(0.5\,L)=1.5\,mol$$
Para la solución 2, será \(M_2V_2=n_2\): $$1.5\,M(0.75\,L)=1.125\,mol$$
Para la solución 3, será \(M_3V_3=n_3\): $$0.75\,M(1.0\,L)=0.75\,mol$$
Para el total será \(n_1+n_2+n_3\): $$1.5\,mol+1.125\,mol+0.75\,mol=3.375\,mol$$Ahora, halla el volumen total que será \(V_1+V_2+V_3\): $$0.5\,L+0.75\,L+1.0\,L=2.25\,L$$
Por último, como antes, divide el total de moles por el volumen total: $$\frac{3,375\,mol}{2,25\,L}=1,5\,M$$
Así, a partir del ejemplo, es fácil ver cuál debe ser la ecuación al mezclar cualquier cantidad de soluciones con el mismo soluto. ¡Divide los moles totales entre el volumen total!
Los moles totales de la solución serán \(n_1+n_2+n_3+...,\), pero ésta será \(M_1V_1+M_2V_2+M_3V_3+...,\)
El volumen total es simplemente \(V_1+V_2+V_3+...,\)
Al dividirlos, obtienes
$$M_{solution}=\frac{M_1V_1+M_2V_2+...,}{V_1+V_2+...,}$$
Molaridad - Puntos clave
- Lamolaridad es la concentración de soluto disuelto en una solución expresada en unidades de moles por litro
- La ecuación estándar de la molaridad es: $$Molaridad,(M)=\frac{n_{soluto}}{V_{solución}}$$
M es la concentración molar expresada en mol/L
n es la cantidad molar del soluto expresada en mol
V es el volumen de la solución expresado en L
Una solución madre es una solución estandarizada de concentración molar conocida con precisión que se encuentra en los laboratorios en grandes volúmenes
Para hallar la nueva molaridad de las diluciones, utiliza la siguiente ecuación: $$M_1V_2=M_2V_2$$
La molaridad total de una disolución es: $$M_{solución}=\frac{M_1V_1+M_2V_2+...,}{V_1+V_2+...,}$$
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