((Ciencias de Joseleg) (Química) (Química cuantitativa) (Disoluciones y propiedades coligativas) (Ejercicios) (Introducción) (Generalidades) (Mezclas homogéneas y heterogéneas) (Mezclas homogéneas o disoluciones) (Tipos de disoluciones) (Introducción a las unidades de concentración) (Porcentaje en masa) (Notación partes por) (Porcentaje volumen a volumen) (Porcentaje masa a volumen) (Concentración molar) (Concentración normal) (Peso equivalente y factor equivalente) (Concentración molal) (Fracción molar) (Conversiones entre unidades de concentración líquidas) (Unidades de concentración en gases) (Conversiones de unidades de concentración gaseosas) (Cambios de concentración subcríticos) (Alícuotas, destilaciones y mezclas) (Referencias bibliográficas)
La parte cualitativa de las disoluciones es relativamente simple, el problema viene a la hora de realizar los cálculos matemáticos, ya que allí no hay argumento de valga, el resultado es un número absoluto. En esta sección analizaremos las matemáticas de las unidades de concentración centrándonos en una técnica de análisis matemático que es el análisis algebraico-analítico.
La cantidad de soluto disuelto en una cierta cantidad de
solución se denomina concentración de la solución. Una de las mayores
dificultades con la que el alumno de química se encuentra es que las
definiciones de unidades de concentración se expresan en muchas variables
diferentes, cada una con su propia definición.
El modo en que los químicos definen sus unidades de concentración
tampoco es amable con el usuario, pues por tradición, se usan expresiones
cualitativas, que no aíslan términos algebraicos fácilmente, y que, por ende,
dificultan su tratamiento analítico.
(1)
Personalmente esta aproximación, aunque útil para la
aplicación del método de factores de conversión, es limitante a la hora de
resolver problemas de alta complejidad que requieren conversiones entre
unidades de concentración. De allí que en nuestro curso definiremos las
unidades de concentración a la manera de los físicos, es decir,
algebraicamente, por medio de fórmulas.
Antes de meternos con las unidades de concentración,
deberemos pues comenzar definiendo las variables que nos encontraremos en las
diversas ecuaciones y sus respectivas unidades. Las variables deberán
representarse en letras cursivas levemente más grandes que sus respectivas
unidades, las cuales se presentarán en letra normal.
Los solutos los definiremos por medio del subíndice (s)
(a)
o (i)
para referir a la sustancia primaria que es el foco de nuestro interés o analito.
Recuerde que el soluto es la sustancia que aparenta desaparecer o dispersarse
en el solvente. Los solventes los definiremos por medio del subíndice (sle) (b)
o (ii)
para referir a la sustancia dispersante. Cuando el ejercicio hace referencia a
la totalidad soluto más solvente hablamos emplearemos la variable sin marcas.
En este tipo de problemas de lápiz y papel
emplearemos muchas variables que ya hemos visto previamente, siendo estas: la
masa (m); la cantidad
de sustancia (n), el
volumen (V), y la
masa molar (M).
Las definiciones auxiliares generalmente están implícitas en
los libros de texto, pero esto provoca muchos errores conceptuales a la hora de
poder resolver problemas de lápiz y papel. Existen propiedades aditivas y no
aditivas, las aditivas son aquellas cuyo total es la suma de sus componentes, y
en ese caso podemos citar a la masa (m), y la cantidad de sustancia.
La densidad total (ρ) solo se considerará aditiva para los gases,
pero no las disoluciones líquidas, las cuales deberán calcular su densidad
experimentalmente por medio de la definición de densidad total. En muchos
problemas de lápiz y papel saber que ecuación auxiliar acoplar a una unidad de
concentración general será la diferencia entre un proceso correcto e incorrecto
de modelado matemático para la situación. El volumen total (V) es también un ejemplo de una propiedad no
aditiva en las soluciones líquidas, pues un soluto puede expandir o contraer al
solvente más allá de su propio volumen original.
Las unidades de concentración no específicas se caracterizan
por qué no se requiere emplear datos de la tabla periódica, como los pesos
atómicos, y por ende no se debe realizar conversiones entre moles y gramos
generalmente.
Con las unidades de
concentración específicas aparecen fenómenos químicos, muchas involucran la
masa en moles o específica y la masa molar, por lo que deberemos acoplar
fórmulas. En esta sección, las unidades más complejas son las que se asocian a
los problemas de normalidad.
Hasta este punto
hemos definido las unidades de concentración en su forma más compacta posible,
pero en los libros de química y en las fuentes de internet estas no se
encuentran así, sino como enunciados textuales. Hemos optado por diferir de
esta tradición química debido a que, en ejercicios de mayor dificultad, las
definiciones deben manipularse con álgebra, y las definiciones químicas serían
engorrosas para poderlas manipular.
Tenga en cuenta
que, en los ejercicios de las pruebas de estado, las unidades de concentración
se definirán en su forma química, pero lo más conveniente es transformarlas en
su forma algebraica para manipular las variables de manera más cómoda.
Las unidades de
concentración molar, normal, y molal generalmente se enuncian con unidades
derivadas que impiden un correcto análisis dimensional, por ello en la
actualidad se usan sus unidades dimensionales fundamentales, sin embargo, en
textos antiguos aparecerán las unidades derivadas antiguas. Molar que se
representa como M mayúscula No cursiva debe convertirse a mol/L; la normalidad
que se representa como una N debe convertirse a eq/L, y la molalidad que se
representa como una m debe convertirse a g/kg.
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