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Resumen

Cambios en la concentración molar

Unidades

Calcular la concentración molar

Ejemplos

Usos

En farmacia

Resumen

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Un mol de carbono es la cantidad de sustancia que tiene el mismo número de átomos que en 12 gramos de carbono-12, o más concretamente, 6×10²³ átomos.

La concentración de una solución puede medirse de diferentes maneras, por ejemplo, midiendo la relación entre la masa del soluto y el volumen total de la solución. En este caso consideramos la concentración molar que se mide como la relación entre la cantidad de sustancia en moles y el volumen total de la solución. La sustancia en nuestro caso es el soluto, mientras que el volumen se mide para toda la solución, aunque tenga otros solutos. En este caso la cantidad de sustancia se mide como el número de entidades elementales (por ejemplo, átomos o moléculas) de una sustancia. Como hay un gran número de entidades elementales incluso en un pequeño volumen de una sustancia, utilizamos unidades especiales llamadas moles para la cantidad de sustancia. Un mol se define como el número de átomos que hay en 12 gramos de carbono-12, que son aproximadamente 6×10²³ átomos.

El uso de los moles es muy conveniente para sustancias que se encuentran en cantidades lo suficientemente pequeñas como para que se puedan medir fácilmente con aparatos de medición domésticos o industriales. De lo contrario, tendríamos que utilizar números muy grandes o cantidades muy pequeñas (para la masa o el peso) con las es que es muy difícil trabajar y que son imposibles de medir con los dispositivos de medición disponibles actualmente. Las partículas elementales más utilizadas cuando se trabaja con moles son los átomos. También podemos utilizar los moles para medir otras partículas, como las moléculas o los electrones, pero habría que especificar qué partículas se utilizan en este caso. La concentración molar también se denomina a veces molaridad.

Hay que tener cuidado de no confundir la molaridad con otra propiedad relacionada, la molalidad. A diferencia de la molaridad, la molalidad es la relación entre la cantidad de sustancia del soluto y la masa del disolvente, y no la masa de toda la solución. En algunos casos, los valores de la molaridad y la molalidad de una solución son muy cercanos. Este es el caso si nuestro disolvente es el agua, y si la cantidad de soluto es lo suficientemente pequeña como para que su masa y volumen sean insignificantes, pero no siempre es así.

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Peso de un mol de diversas sustancias. Se puede hallar utilizando la tabla periódica.

Cambios en la concentración molar

La concentración molar puede verse afectada por la temperatura, aunque esto depende de las sustancias presentes en la solución. La temperatura puede hacer que algunos disolventes se expandan, y si el soluto no se expande con el disolvente, la concentración molar disminuye. También es posible que al aumentar la temperatura el disolvente se evapore mientras que la cantidad de soluto permanece igual. En este caso, la concentración de la solución aumentará. En algunos casos, ocurre lo contrario. A veces, el aumento o la disminución de la temperatura modifica la solubilidad. Como resultado, todo o parte del disolvente deja de disolverse en la solución, y la concentración disminuye.

Unidades

La concentración molar se mide en moles por unidad de volumen, por ejemplo, en moles por litro o moles por metro cúbico. Esta última es la unidad del SI. También puede medirse en moles por otra unidad de volumen.

Calcular la concentración molar

Para calcular la concentración molar necesitamos conocer la cantidad de sustancia y el volumen total de la solución. Para determinar la cantidad de la sustancia podemos utilizar la fórmula molecular de esta sustancia y la información sobre la masa de esta sustancia que está presente en la solución. En concreto, para saber cuántos moles de la solución tenemos, podemos buscar la masa atómica de cada átomo presente en la molécula en la tabla periódica y, a continuación, dividir la masa total de la sustancia por el peso atómico total de los átomos de la molécula. Tenemos que asegurarnos de que antes de sumar las masas atómicas multipliquemos cada una de las masas atómicas de un átomo específico por el número de átomos de este tipo presentes en la molécula.

Lo contrario también es posible. Si conocemos la concentración molar de nuestra solución y la fórmula del soluto, podemos determinar la cantidad de disolvente presente en la solución, tanto en moles como en gramos. Para ello, tendremos que comprobar en la tabla periódica los pesos atómicos, como se ha descrito anteriormente.

Ejemplos

Calculemos la molaridad de una solución que tiene 3 cucharadas de polvo de hornear mezcladas con 20 litros de agua. 1 cucharada sopera equivale a unos 17 gramos, por lo que 3 cucharadas soperas son 51 gramos. El polvo de hornear también se conoce como bicarbonato de sodio y su fórmula química es NaHCO₃. En este ejemplo trabajaremos con átomos, así que vamos a hallar las masas atómicas del sodio (Na), el hidrógeno (H), el carbono (C) y el oxígeno (O).

Na: 22.989769
H: 1.00794
C: 12.0107
O: 15.9994

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La concentración molar de 1 terrón de azúcar en una taza de té es de 0,049 moles/litro.

Tenemos O₃ en nuestra fórmula, por lo tanto tenemos que multiplicar la masa atómica del oxígeno por 3, obteniendo 47,9982. Ahora sumemos estas masas atómicas. Obtendremos 84,006609. Las masas atómicas en la tabla periódica se especifican generalmente en unidades de masa atómica. Este es también el caso de nuestros datos. Esta masa atómica en unidades de masa atómica corresponde a la masa de 1 mol de un elemento en gramos. Esto significa que la masa de 1 mol de NaHCO₃ es de 84,006609 gramos. Nos han dado 51 gramos de polvo de hornear. Vamos a hallar cuántos moles tenemos dividiendo la cantidad total de 51 gramos entre el número de gramos de un mol, es decir, 84 gramos. Obtenemos unos 0,6 moles.

Esto significa que hemos diluido 0,6 moles de polvo dea hornear en 20 litros de agua. Dividamos esta cantidad de polvo de hornear por 20 litros para obtener la concentración molar: 0,6 moles / 20 L = 0,03 moles/L. Hemos obtenido una concentración baja porque hemos utilizado una cantidad tan pequeña de polvo de hornear y lo hemos diluido en un gran volumen de agua.

Probemos otro ejemplo y hallemos la concentración molar de 1 terrón de azúcar en una taza de té. El azúcar de mesa está formado por sacarosa. En primer lugar, hallemos el peso de un mol de sacarosa, cuya fórmula es C₁₂H₂₂O₁₁. Utilizando la tabla periódica encontramos que la masa de un mol es 12×12 + 22×1 + 11×16 = 342 gramos. 1 terrón de azúcar tiene 4 gramos, lo que supone 4/342 = 0,01 moles. 1 taza tiene 237 mililitros, por lo que 1 terrón de azúcar mezclado con una taza de té da 0,01 moles / 237 mililitros × 1000 (para convertir a litros) = 0,049 moles/litro.

Usos

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La estequiometría ayuda a determinar las cantidades de sustancias que reaccionan entre sí, así como las cantidades de sustancias que se crean a través de esta reacción.

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Es conveniente utilizar la concentración molar. Si la temperatura y la presión son las mismas para todos los gases, entonces un mol de cada gas ocupa el mismo volumen, y podemos utilizar esta propiedad para diferentes cálculos.

Por comodidad, la concentración molar se utiliza a menudo cuando se trabaja con reacciones químicas. En la rama de la química que se ocupa de determinar las cantidades de las sustancias iniciales y los productos de las reacciones químicas, la estequiometría, a menudo se trabaja con la concentración molar. Podemos hallar la concentración molar utilizando la fórmula química del componente final que se convierte en soluto, como hicimos con el polvo de hornear, pero también podemos utilizar ecuaciones químicas para hallarla. Tendremos que conocer las fórmulas y las cantidades de las sustancias (reactantes) que se utilizan en nuestra reacción química para crear el soluto como producto final. A continuación, tendremos que balancear la ecuación para hallar el producto resultante, y luego utilizar la tabla periódica, como se ha descrito anteriormente, para hallar la información necesaria para calcular la concentración molar. En este caso, también podemos hacer lo contrario, si conocemos la concentración molar.

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Si partimos de varias sustancias que reaccionan entre sí, podemos hallar la fórmula del producto final equilibrando la ecuación de la reacción química entre las sustancias. Si mezclamos el producto de esta reacción en una solución, podemos hallar la concentración molar como se ha descrito en ejemplos anteriores.

Veamos un ejemplo sencillo. Volveremos a utilizar polvo de hornear y lo mezclaremos con vinagre para obtener una interesante reacción química. Usted puede encontrar estas sustancias fácilmente, probablemente ya las tenga en su despensa. La fórmula del polvo de hornear es NaHCO₃, como ya hemos mencionado. El vinagre no es un compuesto puro, es una mezcla de 5% de ácido acético en agua. La fórmula química del ácido acético es CH₃COOH. La concentración puede ser menor, dependiendo del fabricante y del país de origen, ya que diferentes concentraciones se consideran estándar en diferentes países. No tenemos que preocuparnos por el agua en esta reacción porque el agua y el polvo de hornear no reaccionan entre sí.

Escribamos y hagamos el balance de la ecuación para la reacción entre el polvo de hornear y el ácido acético:

NaHCO₃ + CH₃COOH → NaC₂H₃O₂ + H₂CO₃

Uno de los productos de esta reacción, el H₂CO₃, es inestable y sufrirá otra reacción:

H₂CO₃ → H₂O + CO₂

Así que, al final, tenemos agua (H₂O), dióxido de carbono (CO₂) y acetato de sodio (NaC₂H₃O₂). Podemos entonces mezclar acetato de sodio con agua y proceder a calcular la concentración molar, como hicimos en el ejemplo anterior con el polvo de hornear. Tenemos que tener el cuidado al calcular el volumen de agua de tener en cuenta el agua con la que se mezcló el ácido acético para hacer el vinagre y el agua producto de la reacción química. El acetato de sodio es un compuesto químico interesante: se utiliza en almohadillas térmicas y calentadores de manos.

Cuando utilicemos la estequiometría para determinar la cantidad de reactivos o la cantidad del producto final que luego se utilizará en los cálculos de la concentración molar, nos daremos cuenta de que solo una cantidad limitada de un reactivo reaccionará con otros reactivos. Esto afectará el rendimiento de nuestro producto final. Dado que la concentración molar puede ayudarnos a realizar los cálculos de “ingeniería inversa” para saber con qué cantidades de reactivos debemos empezar, es un concepto útil para las aplicaciones prácticas, cuando se trabaja con reacciones químicas.

Siempre que utilizamos una receta, ya sea en la cocina, al elaborar un medicamento o incluso al crear un entorno para los peces del acuario, nos preocupa la concentración. Aunque en la vida cotidiana prefiramos trabajar con gramos, en química o farmacia se suele utilizar la concentración molar.

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Cuando se elaboran medicamentos que están en contacto con las membranas del cuerpo, como los medicamentos para la vista, los farmacéuticos tienen que hacer coincidir la osmolaridad del medicamento con la de los fluidos corporales al otro lado de la membrana. Si no se hace así, las diferencias de osmolaridad pueden hacer que el fluido se desplace a través de la membrana y provocar problemas.

En farmacia

La concentración molar es importante a la hora de mezclar compuestos para crear medicamentos porque influye en la forma en que éstos afectan al organismo. Algunos medicamentos son venenosos si la concentración es demasiado alta, y muchos no son tan efectivos cuando la concentración es demasiado baja. Además, la concentración es importante en el intercambio de fluidos entre las membranas del cuerpo. Aquí podemos considerar la concentración molar o calcular el valor de la osmolaridad utilizando la concentración molar. La osmolaridad se utiliza más a menudo en este contexto. Si una sustancia en un lado de la membrana, por ejemplo, un medicamento, tiene una concentración mayor que en el otro lado de la membrana, por ejemplo, en el interior del ojo, entonces la solución más concentrada fluirá hacia el área con una concentración menor. Este flujo puede crear problemas. Por ejemplo, si hay un flujo de líquido hacia el interior de una célula, como, por ejemplo, una célula sanguínea, entonces la célula puede alcanzar su capacidad de líquido y romperse. El flujo de líquido hacia fuera de una célula sería igualmente problemático porque interferiría con el funcionamiento regular de la célula. Por lo tanto, generalmente es deseable hacer coincidir la concentración del líquido dentro del área meta en el cuerpo, como la sangre, con la concentración del medicamento.

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Un paciente recibiendo medicamentos de una bolsa intravenosa en una percha.

Una nota sobre la conversión entre molaridad y osmolaridad: en algunos casos estos valores son iguales, pero no siempre. Depende de si las sustancias diluidas en la solución se han separado o no en iones en el proceso llamado disociación. Esto se debe a que para la osmolaridad se consideran las partículas en general, mientras que para la molaridad solo se consideran un tipo específico de partículas, por ejemplo, las moléculas. Así, por ejemplo, si consideramos las moléculas para la concentración molar, pero nuestra sustancia se ha separado en iones, entonces tendríamos menos moléculas que el número total de partículas. En consecuencia, la concentración molar sería menor. Tenemos que tener cuidado y conocer las propiedades físicas de la solución para poder convertir la concentración molar en osmolaridad.

Los farmacéuticos también deben tener en cuenta la tonicidad de una solución. La tonicidad es una propiedad dada que depende de la concentración. A diferencia de la osmolaridad, la tonicidad indica la concentración de sustancias en una solución que no pueden atravesar la membrana del organismo observado. Estas sustancias ejercen una presión sobre la membrana debido a la ósmosis y a su incapacidad para atravesar la barrera. Cuando se diseña un medicamento para que entre en el torrente sanguíneo o en cualquier otro fluido corporal, los farmacéuticos equilibran la tonicidad para asegurarse de que este medicamento no cause presión osmótica.

Para garantizar la tonicidad correcta, los medicamentos suelen diluirse en una solución salina. Se trata de una solución de sal común (NaCl) en agua, elaborada en una concentración determinada, de manera que garantice una tonicidad correcta que coincida con el fluido corporal interno cuando se mezcle con el medicamento. Suele encontrarse en un recipiente estéril si se administra por vía intravenosa, o mezclada directamente con el medicamento.

Referencias

Este artículo fue escrito por Kateryna Yuri.

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Hidráulica — Fluidos

Hidráulica es un campo de la ciencia aplicada y de la ingeniería que trata de las propiedades mecánicas de los líquidos. La hidráulica se centra en los usos en la ingeniería de las propiedades de los fluidos. En la potencia de fluidos, la hidráulica se utiliza para la generación, control, y transmisión de potencia mediante el uso de líquidos a presión. Mecánica de los fluidos es la rama de la física que estudia los fluidos y las fuerzas sobre ellos. La mecánica de los fluidos se puede dividir en estática de fluidos, el estudio de los fluidos en reposo; cinemática de los fluidos, el estudio de los fluidos en movimiento, y dinámica de los fluidos, el estudio del efecto de las fuerzas sobre el movimiento de los fluidos.

Convertidor de concentraciones molares

Concentración molar se define como la concentración medida por el número de moles de soluto (una sustancia que se disuelve) por litro de solución. La unidad del SI es mol/m³. Sin embargo, lo más habitual es utilizar la unidad mol/L.

El mol es una unidad de medida de la cantidad de una sustancia y se utiliza ampliamente en química. El mol se utiliza para expresar las cantidades de reactivos y productos de las reacciones químicas. El mol, de símbolo mol, es la unidad del SI de la cantidad de sustancia. Un mol contiene exactamente 6,02214076×10²³ entidades elementales. Este número es el valor numérico fijo de la constante de Avogadro, NA, cuando se expresa en la unidad mol⁻¹ y se denomina número de Avogadro. La cantidad de sustancia, de símbolo n, de un sistema es una medida del número de entidades elementales especificadas. Una entidad elemental puede ser un átomo, una molécula, un ion, un electrón, cualquier otra partícula o grupo específico de partículas. El mol es también una cantidad de una sustancia que contiene tantas partículas elementales como átomos hay en 12 gramos de carbono-12 puro (¹²C), el isótopo del carbono con un peso atómico de 12.

Utilización del Convertidor de concentraciones molares Conversor

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Nota: Los enteros (números sin punto decimal ni exponente de notación) se consideran precisos hasta de 15 dígitos y el número máximo de dígitos después del punto decimal es 10.

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Author: Aracelis Kilback

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