Concentración — Molaridad, Molalidad y Dilución

La concentración en química indica cuánta cantidad de soluto hay en comparación con una cantidad elegida de disolución o de disolvente. Las formas que los estudiantes necesitan con más frecuencia son la molaridad, la molalidad y la relación de dilución para la molaridad.

La diferencia rápida es simple: la molaridad usa litros de disolución, mientras que la molalidad usa kilogramos de disolvente. Si mantienes claro ese denominador, la mayoría de los problemas de concentración se vuelven mucho más fáciles.

Qué significa la concentración en química

Si una disolución está más concentrada que otra, contiene más soluto para la misma cantidad de referencia. La cantidad de referencia importa.

• La molaridad compara el soluto con el volumen total de la disolución.
• La molalidad compara el soluto solo con la masa del disolvente.

Así que "concentración" es una idea general, no una sola fórmula.

Molaridad: moles por litro de disolución

La molaridad se escribe como $M$ y se define por

$$M = \frac{n}{V}$$

donde $n$ es el número de moles de soluto y $V$ es el volumen final de la disolución en litros.

Una disolución de $0.50\ \mathrm{M}$ contiene $0.50$ mol de soluto por litro de disolución. La expresión "de disolución" importa. Si disuelves un soluto y luego completas el matraz hasta $1.00\ \mathrm{L}$, ese $1.00\ \mathrm{L}$ final es el volumen que debes usar.

Como la molaridad depende del volumen, puede cambiar si la temperatura cambia lo suficiente como para modificar de forma apreciable el volumen de la disolución.

Molalidad: moles por kilogramo de disolvente

La molalidad se escribe como $m$ y se define por

$$m = \frac{n}{m_{\mathrm{solvent}}}$$

donde $n$ es el número de moles de soluto y $m_{\mathrm{solvent}}$ es la masa del disolvente en kilogramos.

Aquí la referencia es solo el disolvente, no toda la disolución. Si disuelves $0.50$ mol de soluto en $1.00\ \mathrm{kg}$ de agua, la molalidad es $0.50\ m$.

Como la molalidad se basa en la masa, suele ser más útil cuando los cambios de temperatura hacen que las mediciones basadas en volumen sean menos convenientes.

Molaridad vs. molalidad: la diferencia que importa

Los estudiantes suelen recordar las fórmulas, pero no cuándo usar cada una. Una forma práctica de distinguirlas es:

• Usa la molaridad cuando el problema da o pide el volumen de la disolución.
• Usa la molalidad cuando el problema da o pide la masa del disolvente.

Pueden tener valores numéricos parecidos en disoluciones acuosas diluidas, pero no se definen de la misma manera. No debes intercambiarlas a menos que el problema dé suficiente información para convertir correctamente.

Ejemplo resuelto: hallar la molaridad y la molalidad de la misma muestra

Supón que se disuelven $0.300$ mol de glucosa para preparar $600\ \mathrm{mL}$ de disolución, y que el disolvente usado es $0.500\ \mathrm{kg}$ de agua.

Empieza con la molaridad. Convierte $600\ \mathrm{mL}$ a $0.600\ \mathrm{L}$ porque la molaridad usa litros de disolución:

$$M = \frac{0.300}{0.600} = 0.500\ \mathrm{M}$$

Ahora calcula la molalidad usando la masa del disolvente:

$$m = \frac{0.300}{0.500} = 0.600\ m$$

Esta misma muestra tiene dos valores de concentración distintos porque cada definición usa un denominador diferente. La molaridad usa los $0.600\ \mathrm{L}$ de disolución, mientras que la molalidad usa los $0.500\ \mathrm{kg}$ de disolvente.

Cómo funciona la ecuación de dilución

En una dilución, añades más disolvente pero mantienes la misma cantidad de soluto. Si el soluto no reacciona y no se pierde nada, entonces los moles antes y después de la dilución son iguales.

Para problemas de molaridad, eso da la ecuación de dilución habitual

$$M_1 V_1 = M_2 V_2$$

Esto funciona porque

$$n_1 = n_2$$

y para la molaridad, $n = MV$.

Ejemplo de dilución

Si tomas $100\ \mathrm{mL}$ de una disolución de $1.50\ \mathrm{M}$ y la diluyes hasta $300\ \mathrm{mL}$, entonces

$$M_2 = \frac{M_1 V_1}{V_2} = \frac{(1.50)(100)}{300} = 0.50\ \mathrm{M}$$

La concentración disminuye porque la misma cantidad de soluto queda distribuida en un volumen final mayor.

Errores comunes en problemas de concentración

Usar la masa de la disolución para la molalidad

La molalidad usa kilogramos de disolvente, no kilogramos de disolución.

Usar el volumen del disolvente para la molaridad

La molaridad usa el volumen final de toda la disolución.

Usar $M_1 V_1 = M_2 V_2$ en la situación equivocada

Ese atajo es para la dilución del mismo soluto cuando los moles se conservan. No se aplica si una reacción cambia la cantidad de soluto.

Tratar la molaridad y la molalidad como si fueran intercambiables

Describen la concentración de maneras diferentes. En algunos casos diluidos los números pueden ser parecidos, pero las definiciones siguen siendo distintas.

Cuándo usan los químicos la molaridad o la molalidad

La molaridad es común en la preparación de laboratorio, las valoraciones y la estequiometría de disoluciones porque los volúmenes son fáciles de medir con matraces y pipetas.

La molalidad es especialmente útil en temas como las propiedades coligativas, donde una medida de concentración basada en la masa suele ser más conveniente.

Una comprobación rápida antes de terminar

Hazte tres preguntas:

1. ¿Usé moles de soluto?
2. ¿Usé litros de disolución para la molaridad o kilogramos de disolvente para la molalidad?
3. Si usé la ecuación de dilución, ¿la cantidad de soluto realmente se mantuvo constante?

Prueba tu propia versión

Cambia el ejemplo resuelto para que los mismos $0.300$ mol de glucosa se preparen hasta $1.20\ \mathrm{L}$ en lugar de $600\ \mathrm{mL}$. Vuelve a calcular la molaridad y luego comprueba si la molalidad cambia en esta nueva situación. Es una buena forma de comprobar si de verdad entiendes qué denominador usa cada definición.