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Como calcular la Molaridad. Tutorial paso a paso.

propuesto por Albert Einstein (Experto - Moderador) (242,720 puntos) Oct 8, 2012 en Química
editado por Albert Einstein Oct 8, 2012

 

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Las técnicas de análisis contemplan frecuentemente la preparación de soluciones cuya concentración se expresa en MOLARIDAD ¿Qué significa esto? 

MOLARIDAD : moles de soluto  / litro de solución

Ahora bien que es una mol de soluto? Una mol es una unidad de medida muy utilizada en química. Así como en una docena se habla de 12 elementos, en una mol se tienen  6x 1023 partículas.

Para hallar la cantidad de moles que hay en una determinada masa es necesario conocer el peso molar, para lo cual se debe recurrir a la tabla periódica y calcularlo teniendo en cuenta cuantos átomos de cada clase se tienen.



Ejemplo: 


Dada la sustancia NaOH (hidróxido de sodio) hallar el peso molar.
Se tiene según la tabla periódica 


                                                     1  oxígeno      O:  16
                                                    1 hidrógeno    H:    1   
                                                    1 sodio          Na:  23
                                                       total                     40   



Si ese peso se expresa en gramos corresponde al peso molar, es decir al peso de una mol de partículas (6x1023): 40 g / mol  

Si se tuvieran 5 gramos de esa sustancia se tendrían :   5 g / 40 g / mol = 0,125 moles

Pero la molaridad indica cuantas moles se tienen por cada litro de solución, así si esa cantidad de NaOH está disuelta en 500 ml, se tienen:  


           MOLARIDAD =  moles soluto  / litro de solución = 0,125 moles  /  0,5 l (500 ml)  =  0,0625 M

Ahora el problema inverso:
 Si se requiere preparar una solución 0,1 M de NaOH, cuántos gramos son necesarios?

En primer lugar se debe decidir cuanto se quiere preparar, ello depende del uso que se le vaya a dar y de los elementos de medida disponibles en el laboratorio (matraces). Supongamos que se desea preparar 500 ml  (0,5 l)

La concentración pedida (0,1 M) implica 0,1 moles por cada litro de solución o sea:



0,1 moles / l x 0,5 l =  0,05 moles 
Qué masa de NaOH necesitamos?       0,05 moles x 40 g / mol = 2 gramos

 


Esa es la cantidad que debe pesarse llevando luego a un volumen final de 500 ml

 Para ampliar el tema soluciones, descarga el tutorial con 25 problemas resueltos sobre el tema. Cómo hallar la concentración, cálculos para la preparación de soluciones, cómo pasar de una expresión a otra. 

 

 

Como se dijo la molaridad de una solución está dada por la relaciòn: MOLES DE SOLUTO / LITRO DE SOLUCIÓN.
Es por eso que para calcularla se debe hallar previamente las moles y el volumen.

Si por ejemplo se quiere hallar la molaridad de una solución al 3 % m/V de hidróxido de sodio. Se debe conocer el peso molar.
PM = 40 g / mol

Si se abre la expresión de concentración se tiene: 3 g de NaOH / 100 ml de solución. El primer paso es referirlo a un litro.

3 g /100 ml x 1000 ml = 30 g / l

El segundo es convertir los 3 g en moles para lo que se debe utilizar el PM.

30 g / 40 g /mol = 0,75 moles (en un litro) es decir que la solución es 0,75 M


Si la concentración estuviera expresada en gramos / litro simplemente de convierte la masa en moles utilizando el peso molar.



Pasaje de molaridad a normalidad:



Se debe tener en cuenta cuantos equivalentes se tienen por cada mol, lo que depende del tipo de sustancia. En este caso es una base por lo que la cantidad de equivalentes por cada mol es igua al número de oxhidrilos (OH-).

Como se tiene un oxihidrilo:

 

M = N / número de equivalentes / mol         M = N /1

M = N


Si se tiene expresada la concentración en % m / m es necesario conocer la densidad y el peso molar para poder calcular la molaridad.

Ejemplo: Se tiene una solución de ácido clorhídrico concentrado, 37 % m/m, d = 1,19  g/ml
En primer lugar se calcula a cuántos ml equivalen 100 gramos de solución.



V = m / d = 84,03 ml



Entonces  en un litro se tienen:   37 g / 84,06 ml x 1000 ml / l  = 440,16 g / l



Expresando los gramos en moles :



440,16 g / 36,5 g / mol = 12,06 M



Si la solución fuera molal en cálculo es más complejo, debiendo conocer la densidad y el peso molar.

Ejemplo: se tiene una solución 0, 085 m (molal), si el peso molar del soluto fuera 40 g / mol y la densidad 1,20 g / ml, calcular la molaridad de la misma.

Se sabe que tienen 0,085 moles de soluto por kg de solvente. Se debe hallar primero la masa de la solución y luego con la densidad, el volumen.



La masa de la solución es : masa de solvente + masa de soluto. 



Masa de soluto = 0,085 moles x 40 g / mol = 3, 4 g

Por lo tanto masa de solución es: 1000 g + 3,4 g = 1003,4 g



Si la densidad es 1,20 g / ml, el volumen será:

V = 1003,4 g / 1,20 g/ml = 836,17 ml = 0,836 l



y la molaridad:

M = 0,085 moles soluto / 0,836 l solución = 0,102 M

 

"Lo importante es no dejar de hacerse preguntas". (Albert Einstein).
   

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Composición de una disolución

Una disolución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias que tiene las siguientes partes:

El disolvente: usualmente es la sustancia que se encuentra en mayor concentración en la mezcla.

El o los solutos: son el o los componentes minoritarios de la mezcla, y decimos que se han disuelto en el disolvente.

Por ejemplo, cuando disolvemos una pequeña cantidad de sal en una mayor cantidad de agua, decimos que el agua es el disolvente y la sal es el soluto.

Todas aquéllos disoluciones en las cuales el agua es el disolvente, se llaman disoluciones acuosas.

Una de las más importantes propiedades del agua es la capacidad de disolver una gran cantidad de sustancias.

Para poder trabajar con una disolución, es necesario:

  1. conocer su composición y
  2. tener una manera de expresar dicha composición.


Clasificación de las disoluciones

Podemos clasificar a las disoluciones en dos grandes grupos:

Electrolíticas

  • Son disoluciones de compuestos iónicos o polares en disolventes polares.
  • Los solutos se disocian en disolución para formar iones
  • Pueden disociarse completamente (electrolitos fuertes)
  • Pueden disociarse parcialmente (electrolitos débiles)
  • Son disoluciones que conducen la electricidad

No electrolíticas

  • Son disoluciones de compuestos covalentes o en disolventes no polares
  • Los solutos no se disocian, solamente se dispersan
  • Son disoluciones que no conducen la electricidad


Concentración de las disoluciones

La concentración se refiere a las cantidades relativas de los componentes de una disolución, expresada en cualesquiera unidades de cantidad de materia en que se quiera expresar.

Fracción en peso: Fracción del peso total de la disolución debida al soluto.

Es el número relativo de unidades de peso del soluto por cada unidad de peso de la disolución.

Se pueden emplear todas las unidades convencionales de peso (no se pueden emplear las unidades de moles) siempre que sean las mismas para soluto y disolución.

Son independientes de la temperatura!

Ejemplo:

¿Cuál es la fracción en peso de una disolución de 20g de NaCl en 180g de H2O?:

La respuesta debe ser "cuántos gramos de NaCl hay por gramo de disolución"

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De manera que la fracción en peso de la disolución es 0,1.


Tanto por ciento en peso o % en peso: Porcentaje del peso total de la disolución debida al soluto.

Es el número relativo de unidades de peso del soluto por cada cien partes de disolución.

Ejemplo:

¿Cuál es el % en peso de una disolución de 20g de NaCl en 180g de H2O?:

La respuesta debe ser "cuántos gramos de NaCl hay en 100 g de disolución"

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De manera que el NaCl está al 10% en la disolución.


Tanto por ciento en Volumen: Es el número relativo de unidades de peso del soluto por cada cien partes de disolución.

Si 10 mL de alcohol se disuelven en agua para hacer 200 mL de disolución, ¿cuál es su concentración?

%V = [(10 mL de soluto)/(200 mL de disolución)] x 100 = 5% en Volumen

Partes por millón (ppm): Es el número relativo de unidades de peso del soluto por cada millón de partes de disolución.

Esta escala se emplea para disoluciones muy diluidas.

En el caso del agua, se considera que las ppm de disoluciones muy diluidas es el número de mg de soluto por litro de disolución. Nótese que esta mezcla volumen y masa, que para el agua es correcto.


Fracción molar: Moles del soluto respecto al número total de moles de la disolución.

Esta escala se define así:

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Donde XA es la fracción molar de la especie A.

En el caso de disoluciones binarias se cumple que: Xsoluto = 1 - Xdisolvente


Molaridad: Se define como el número de moles del soluto en un litro de disolución:

Esta es, probablemente, la escala de mayor uso en química.

Esta escala, que se representa con la letra M, se define así:

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Esto quiere decir que una disolución 1,0 molar (1,0 M) contiene 1,0 moles de soluto en cada litro de la disolución.

El símbolo C o c se emplea también para representar la molaridad.

Ejemplo:

¿Cuál es la molaridad de una una disolución de 20 g de NaCl en 180 mL de agua?

Primero debemos saber cuantas moles son 20 g de NaCl:

nNaCl = 20/58,5 = 0,34 moles

Ahora determinamos la concentración de la disolución, suponiendo que el volumen de agua no varía en el proceso de disolución:

M = (0,34 moles de NaCl)/(0,18 L de disolución) = 1,89M


Molalidad: Es la cantidad de soluto (medida en moles) disuelta en cada Kilogramo de disolvente.

Esta escala se define así:

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Esta cantidad no cambia al cambiar la temperatura o la presión.

Ejemplo:

¿Cuál es la molalidad de una disolución de 3,2g de CH3OH en 200g de agua?

Peso Molecular del soluto = 12 + (4 x 1) + 16 = 32 

nmoles de soluto = 3,2/32 0,1 moles 

m (0,1 moles de soluto)/(0,2 Kg de disolvente) = 0,5 m


Algunas transformaciones

Molalidad a fracción molar: Se puede llevar a cabo con esta fórmula:

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donde Xs es la fracción molar de soluto, m es la molalidad y PMd es el peso molecular del disolvente.

Molalidad a molaridad: Puede utizarse la siguiente fórmula:

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Donde s es el soluto.



Estequiometría de disoluciones. Cálculos.

Nos basamos en los mismos criterios que en los cálculos en estequiometría de reacciones, pero ahora tendremos que determinar el número de moles dependiendo de la concentración de la disolución y del volumen de la disolución usados.

En consecuencia, es necesario tener suficiente habilidad en el manejo de concentraciones y en su relacción con masas o volúmenes.


Determinar la Molaridad con la Masa y el Volumen. Ejemplo:

Calcular la molaridad de una disolución de 2,12 g de KBr en 458 mL de disolución.  
(Pesos Atómicos: K = 39,10, Br = 79,90).

1) Calcular el número de moles de KBr presentes:  
(Peso Molecular del KBr = 119,00)

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2) Convertir los mL de disolución en litros:

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3) Usar la fórmula para calcular la molaridad:

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Determinar los Moles a partir del Volumen y la Molaridad. Ejemplo:

Determinar el número de moles de soluto presentes en 455 mL de una disolución de HCL 3,75 M. 
(Pesos Atómicos: Cl = 35,45, H = 1,008).

1) Convertir los mL de disolución en litros:

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2) Reordenar la fórmula dada para calcular las moles de soluto presentes:

Moles de HCl = (3,75 M) (0,455 L) = 1,71


Determinar la Masa a partir de la Molaridad y el Volumen. Ejemplo:

Determinar la masa (g) de soluto requerida para formar 275 mL de una disolución de KClO4 0,5151 M.  
(Pesos Atómicos: K = 39,10, O = 16,00, Cl = 35,45).

1) Convertir los mL de disolución en litros:

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2) Reorganizar la fórmula para calcular las moles de soluto presentes:

Moles de soluto = (0,5151 M) (0,275 L) = 0,142

3) Calcular el peso molecular del KClO4:

K: 1 x 39,10 = 39,10  
Cl: 1 x 35,45 = 35,45  
O: 4 x 16,00 = 64,00

Peso Molecular del KClO4= 138,55

4) Multiplar el número de moles de KClO4 por su peso molecular para calcular la masa de KClO4 en la disolución.

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Determinar el Volumen a partir de la Molaridad y la Masa. Ejemplo:

¿Qué volumen, en mL, se necesita de una disolución 3,89 x 10-2 M para tener 2,12 g de KBr? 
(Pesos Atómicos: K = 39,10, Br = 79,90).

1) Calcular el número de moles de KBr:  
Peso Molecular del KBr = 119

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2) Reorganizar la fórmula para calcular en cuantos litros de disolución están, y covertir los litros en mililitros:

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Calcular la Molaridad. Ejemplo:

El límite inferior de MgSO4 que puede detectarse por el sentido del gusto en el agua es aproximadamente 0.400 g/L. ¿Cuál es la concentración molar del MgSO4
(Pesos Atómicos: Mg = 24,30, O = 16,00, S = 32,06).

1) Calcular el peso molecular del MgSO4:

Mg: 1 x 24,30 = 24,30  
S: 1 x 32,06 = 32,06  
O: 4 x 16,00 = 64,00  

Peso Molecular del MgSO4 = 120,36

2) Calcular el número de moles de MgSO4:

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3) Reorganizar la fórmula para calcular la concentración molar:

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Dilución de Disoluciones. Ejemplo:

Se prepara una disolución disolviendo 516,5 mg de ácido oxálico (C2H2O4) hasta completar 100,0 mL de disolución. Una porción de 10,00 mL se diluye hasta 250,0 mL. ¿Cuál es la molaridad de la disolución final?  
(Pesos Atómicos: C = 12,01, H = 1,008, O = 16,00).

1) Calcular el peso molecular del C2H2O4:

C: 2 x 12,01 = 24,02  
H: 2 x 1,008 = 2,016  
O: 4 x 16,00 = 64,00  

Peso Molecular del C2H2O4 = 90,04

2) Convertir 516,5 mg en g y calcular el número de moles de C2H2O4:

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3) Convertir 100,0 mL en L (0,100 L) y plantear la fórmula para calcular la molaridad inicial:

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4) Calcular la molaridad una vez hecha la dilución a 250 mL (0,250 L):

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Calcular moles o masa. Ejemplo:

La valoración es un método usado para calcular la cantidad de un reactivo A por adición de un volumen medido de una disolución de concentración conocida de un reactivo B, hasta completar la reacción.

¿Cuantos moles de hidróxido de sodio, NaOH, se necesitan para reaccionar con 225 mL de ácido clorhídrico 0,100 M? 
(Pesos Atómicos: O = 16,00, H = 1,008, Cl = 35,45, Na = 22,99).

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1) Convertir los 225 mL en L (0,225 L) y calcular el número de moles de HCl en esa disolución:

Moles de soluto = (0,1 M) (0,225 L) = 2,25 x 10-2

2) Ajustar la ecuación para determinar la relación de moles entre el HCl y el NaOH:

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3) En este caso, la relación es 1:1, de modo que el número de moles de NaOH requerido es:

0,0225 = 2,25 x 10-2 moles


Determinar el Volumen. Ejemplo:

¿Qué volumen, en mL, de LaCl3 0,00927 M se necesita para reaccionar con 13,95 mL de oxalato de sodio 0,0225 M? (Pesos Atómicos: La = 138,0, Cl = 35,45, Na = 22,99, H = 1,008, C = 12,01, O = 16,00).

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1) Convertir los 13,95 mL en L (0,01395 L) y calcular el número de moles de oxalato de sodio (Na2C2O4) en la disolución:

Moles de soluto = (0,225 M) (0,01395 L) = 3,14 x 10-4

2) Sabemos que 3 moles de oxalato de sodio (Na2C2O4) reaccionan con 2 moles de LaCl3, de modo que el número de moles de LaCl3 necesario es:

Moles = (2/3) (3,14 10-4) = 2,09 x 10-4

3) A partir de los moles de LaCl3 necesarios, calcular el volumen, en litros, de LaCl3 0,00927 M, y convertirlo en mL:

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Determinar la Molaridad. Ejemplo:

Las patatas se pelan comercialmente introduciéndolas en una disolución entre 3 M y 6 M de hidróxido de sodio, y quitando la piel ya parcialmente suelta rociándolas con agua. Calcular la molaridad de una disolución si la valoración de 10,00 mL de la misma requiere 25,3 mL de una disolución de HCl 1,87 M para llegar al punto de equivalencia?

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1) Convertir los 25,3 mL en L (0,0253 L) y calcular el número de moles de HCl en la disolución de HCl usando la fórmula dada:

Moles de soluto = (1,87 M) (0,0253 L) = 0,00473

2) De la ecuación ajustada, sabemos que 1 mol de HCl reacciona con 1 mol de hidróxido de sodio (NaOH), de modo que el número de moles de NaOH necesarios es también 0,0473. Convertir los 10,00 mL en L (0,01 L) y calcular la molaridad de la disolución de NaOH usando la fórmula dada:

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Análisis de Mezclas. Ejemplo:

Una muestra de 0,139 g de caliza se disuelve en 25,00 mL de HCl 0,2 M. El exceso de ácido se valora con 13,22 mL de NaOH 0,180 M. ¿Cuál es el tanto por ciento de CaCO3 en la caliza limestone?  
(Pesos Atómicos: Ca = 40,01, C = 12,01, O = 16,00, Na = 39,10, H = 1,008).

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1) Convertir 25,00 mL en L (0,025 L) y calcular el número de moles de HCl en la disolución de HCl usando la fórmula dada:

Moles de soluto = (0,20 M) (0,025 L) = 0,005

2) Convertir 13,22 mL en L (0,01322 L) y calcular el número de moles de NaOH en la disolución de NaOH usando la fórmula dada:

Moles de soluto = (0,18 M) (0,01322 L) = 0,00238

3) Sabemos que en una ecuación ajustada, 1 mol de HCl reacciona con 1 mol de NaOH, de modo que podemos restar las moles de HCl de las moles de NaOH para encontrar las moles de HCl que reaccionaron con la muestra de caliza:

5,00 x 10-3 - 2,38 x 10-3 = 2,62 x 10-3 moles

4) De la primera reacción ajustada, sabemos que 2 moles de HCl reaccionan con 1 mol de CaCO3. Por tanto, el número de moles de CaCO3 que reaccionaron con la disolución de HCl es:

Moles de CaCO3 = (2,62 x 10-3 moles) (1/2) = 1,31 x 10-3

5) Calcular el peso molecular del CaCO3:

Ca: 1 x 40,01 = 40,01 
C: 1 x 12,01 = 12,01 
O: 3 x 16,00 = 48,00 

Peso Molecular del CaCO3 = 100,02

6) Calcular la masa de CaCO3 añadida a la disolución de HCl, y dividirla por la masa de la muestra de caliza, para encontrar el tanto por ciento de CaCO3 en la muestra:

Masa = (100,02 g/mol) x (1,31 x 10-3 moles) = 0,131 g


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"Lo importante es no dejar de hacerse preguntas". (Albert Einstein).
respondido por Albert Einstein (Experto - Moderador) (242,720 puntos) Oct 8, 2012
Seleccionada por marcela gonzalez Oct 8, 2012

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