Concentração — Molaridade, Molalidade e Diluição

A concentração em química indica quanto soluto está presente em relação a uma quantidade escolhida de solução ou de solvente. As formas de que os estudantes mais precisam são molaridade, molalidade e a relação de diluição para molaridade.

A distinção rápida é simples: a molaridade usa litros de solução, enquanto a molalidade usa quilogramas de solvente. Se você mantiver esse denominador claro, a maioria dos problemas de concentração fica muito mais fácil.

O Que Concentração Significa em Química

Se uma solução é mais concentrada do que outra, ela contém mais soluto para a mesma quantidade de referência. A quantidade de referência importa.

• A molaridade compara o soluto com o volume total da solução.
• A molalidade compara o soluto apenas com a massa do solvente.

Portanto, "concentração" é uma ideia ampla, não uma fórmula única.

Molaridade: Mols por Litro de Solução

A molaridade é representada por $M$ e definida por

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

em que $n$ é o número de mols de soluto e $V$ é o volume final da solução em litros.

Uma solução de $0.50\ \mathrm{M}$ contém $0.50$ mol de soluto por litro de solução. A expressão "de solução" importa. Se você dissolve um soluto e depois completa o balão até $1.00\ \mathrm{L}$, esse $1.00\ \mathrm{L}$ final é o volume que você deve usar.

Como a molaridade depende do volume, ela pode mudar se a temperatura variar o suficiente para alterar perceptivelmente o volume da solução.

Molalidade: Mols por Quilograma de Solvente

A molalidade é representada por $m$ e definida por

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

em que $n$ é o número de mols de soluto e $m_{\mathrm{solvent}}$ é a massa do solvente em quilogramas.

Aqui, a referência é apenas o solvente, não a solução inteira. Se você dissolve $0.50$ mol de soluto em $1.00\ \mathrm{kg}$ de água, a molalidade é $0.50\ m$.

Como a molalidade é baseada em massa, ela costuma ser mais útil quando mudanças de temperatura tornam medições baseadas em volume menos convenientes.

Molaridade vs. Molalidade: A Diferença que Importa

Os estudantes muitas vezes decoram as fórmulas, mas não sabem quando usar cada uma. Uma forma prática de diferenciá-las é:

• Use molaridade quando o problema fornece ou pede o volume da solução.
• Use molalidade quando o problema fornece ou pede a massa do solvente.

Os valores numéricos podem ser próximos em soluções aquosas diluídas, mas elas não são definidas da mesma forma. Você não deve trocá-las, a menos que o problema forneça informações suficientes para fazer a conversão corretamente.

Exemplo Resolvido: Encontrando Molaridade e Molalidade para a Mesma Amostra

Suponha que $0.300$ mol de glicose sejam dissolvidos para formar $600\ \mathrm{mL}$ de solução, e que o solvente usado seja $0.500\ \mathrm{kg}$ de água.

Comece pela molaridade. Converta $600\ \mathrm{mL}$ para $0.600\ \mathrm{L}$, porque a molaridade usa litros de solução:

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

Agora calcule a molalidade usando a massa do solvente:

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

Essa única amostra tem dois valores diferentes de concentração porque cada definição usa um denominador diferente. A molaridade usa os $0.600\ \mathrm{L}$ de solução, enquanto a molalidade usa os $0.500\ \mathrm{kg}$ de solvente.

Como Funciona a Equação de Diluição

Em uma diluição, você adiciona mais solvente, mas mantém a mesma quantidade de soluto. Se o soluto não reage e nada é perdido, então o número de mols antes e depois da diluição é igual.

Para problemas de molaridade, isso leva à equação de diluição mais comum:

$$M_1 V_1 = M_2 V_2$$

Isso funciona porque

$$n_1 = n_2$$

e, para molaridade, $n = MV$.

Exemplo de Diluição

Se você pega $100\ \mathrm{mL}$ de uma solução $1.50\ \mathrm{M}$ e a dilui até $300\ \mathrm{mL}$, então

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

A concentração diminui porque a mesma quantidade de soluto fica distribuída em um volume final maior.

Erros Comuns em Problemas de Concentração

Usar a Massa da Solução para Molalidade

A molalidade usa quilogramas de solvente, não quilogramas de solução.

Usar o Volume do Solvente para Molaridade

A molaridade usa o volume final da solução inteira.

Usar $M_1 V_1 = M_2 V_2$ na Situação Errada

Esse atalho vale para a diluição do mesmo soluto quando o número de mols é conservado. Ele não se aplica se uma reação altera a quantidade de soluto.

Tratar Molaridade e Molalidade como Intercambiáveis

Elas descrevem a concentração de maneiras diferentes. Em alguns casos diluídos, os números podem ser parecidos, mas as definições continuam sendo diferentes.

Quando Químicos Usam Molaridade ou Molalidade

A molaridade é comum no preparo de soluções em laboratório, em titulações e em estequiometria de soluções, porque volumes são fáceis de medir com balões volumétricos e pipetas.

A molalidade é especialmente útil em tópicos como propriedades coligativas, nos quais uma medida de concentração baseada em massa costuma ser mais conveniente.

Uma Verificação Rápida Antes de Terminar

Faça três perguntas:

1. Usei mols de soluto?
2. Usei litros de solução para molaridade ou quilogramas de solvente para molalidade?
3. Se usei a equação de diluição, a quantidade de soluto realmente permaneceu constante?

Tente Sua Própria Versão

Altere o exemplo resolvido para que os mesmos $0.300$ mol de glicose sejam completados até $1.20\ \mathrm{L}$ em vez de $600\ \mathrm{mL}$. Recalcule a molaridade e depois verifique se a molalidade muda nessa nova situação. Essa é uma boa forma de testar se você realmente entende qual denominador cada definição usa.