Moles y molaridad — fórmulas y cálculos

Los moles miden la cantidad de sustancia. La molaridad mide cuántos moles de soluto hay por litro de disolución. En la mayoría de los ejercicios de química, primero pasas de masa a moles y después de moles a concentración.

Las dos fórmulas que usarás con más frecuencia son

$$n = \frac{m}{M_\mathrm{m}}$$

y

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

Aquí, $n$ es la cantidad en moles, $m$ es la masa, $M_\mathrm{m}$ es la masa molar, $M$ es la molaridad y $V$ es el volumen final de la disolución en litros.

Si solo recuerdas una diferencia, que sea esta: los moles describen cantidad, mientras que la molaridad describe cantidad por litro de disolución.

Qué significan los moles

Un mol es la unidad de conteo de partículas en química. Un mol contiene exactamente $6.02214076 \times 10^{23}$ partículas especificadas, pero en la mayoría de los problemas iniciales no cuentas partículas directamente. Normalmente empiezas con la masa, la conviertes a moles y luego usas esos moles en el siguiente paso.

Por eso los moles actúan como una unidad puente. Conectan la masa, el número de partículas, las fórmulas de gases y la concentración de disoluciones.

Qué significa la molaridad en química

La molaridad es la concentración de una disolución en moles de soluto por litro de disolución:

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

Una disolución de cloruro de sodio de $0.50\ \mathrm{M}$ contiene $0.50$ moles de $\mathrm{NaCl}$ en cada $1.00\ \mathrm{L}$ de disolución. Las palabras "de disolución" importan. La molaridad se basa en el volumen final mezclado, no en la cantidad de agua con la que empezaste.

Cómo funcionan juntos los moles y la molaridad

Cuando un problema da la masa y pide la molaridad, el camino habitual es:

$$\text{gramos} \rightarrow \text{moles} \rightarrow \text{molaridad}$$

Primero convierte gramos a moles:

$$n = \frac{m}{M_\mathrm{m}}$$

Luego usa esos moles en la fórmula de la molaridad:

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

Si el problema funciona en sentido contrario, puedes reorganizar la misma definición:

$$n = MV$$

Esto solo funciona cuando $V$ está en litros y la molaridad se refiere al mismo soluto en la misma disolución.

Ejemplo resuelto: convertir gramos a molaridad

Supón que se disuelven $9.00\ \mathrm{g}$ de glucosa, $\mathrm{C_6H_{12}O_6}$, y el volumen final de la disolución es $250\ \mathrm{mL}$. ¿Cuál es la molaridad?

Paso 1: Hallar la masa molar

Para la glucosa,

$$M_\mathrm{m} \approx 6(12.01) + 12(1.008) + 6(16.00) \approx 180.16\ \mathrm{g/mol}$$

Paso 2: Convertir gramos a moles

$$n = \frac{9.00}{180.16} \approx 0.0499\ \mathrm{mol}$$

Paso 3: Convertir el volumen a litros

$$250\ \mathrm{mL} = 0.250\ \mathrm{L}$$

Paso 4: Calcular la molaridad

$$M = \frac{0.0499}{0.250} \approx 0.200\ \mathrm{mol/L}$$

Así que la concentración de la disolución es

$$0.200\ \mathrm{M}$$

La idea principal es la lógica: usa la masa molar para obtener moles y luego divide entre los litros de disolución.

Errores comunes en problemas de moles y molaridad

Usar gramos directamente en la fórmula de la molaridad

La fórmula de la molaridad necesita moles, no gramos. Si te dan la masa, primero convierte con $n = m / M_\mathrm{m}$.

Usar mililitros como si fueran litros

$500\ \mathrm{mL}$ son $0.500\ \mathrm{L}$, no $500\ \mathrm{L}$. Esta es una de las formas más rápidas de equivocarte por un factor de $1000$.

Usar el volumen del disolvente en lugar del volumen de la disolución

Si un problema dice "completa la disolución hasta $250\ \mathrm{mL}$", usa $250\ \mathrm{mL}$ como volumen final. No supongas que el volumen inicial de agua es el mismo.

Usar una masa molar incorrecta

La masa molar debe corresponder a la fórmula completa. Por ejemplo, la masa molar de $\mathrm{NaCl}$ no es la masa molar del sodio por sí solo.

Cuándo usan los químicos los moles y la molaridad

Usas estas ideas siempre que la química pasa de "¿qué sustancia es esta?" a "¿cuánta hay?" o "¿qué tan concentrada está la disolución?". Aparecen en la preparación de disoluciones, la estequiometría, las valoraciones y los cálculos rutinarios de laboratorio.

Si la temperatura cambia lo suficiente como para modificar de forma apreciable el volumen de la disolución, la molaridad también puede cambiar. Esa condición importa porque la molaridad depende del volumen.

Prueba un ejercicio parecido de moles y molaridad

Prueba tu propia versión con $5.84\ \mathrm{g}$ de $\mathrm{NaCl}$ llevados hasta $500\ \mathrm{mL}$ de disolución. Primero halla los moles, luego calcula la molaridad y comprueba que tu volumen esté en litros antes del último paso.