Soluciones y concentración

La idea

Qué vas a aprender

• Qué es una solución (y qué no lo es)concepto

  Una mezcla es homogénea cuando tiene la misma composición y aspecto en cualquier punto que la mires: agua con sal disuelta, alcohol en gel, el aire que respirás, una gaseosa. Son todas soluciones, aunque no todas sean líquidas: hay soluciones sólidas (el bronce, aleación de cobre y estaño) y gaseosas (el aire). Se diferencian de las mezclas heterogéneas —como agua con arena, o aceite y vinagre sin agitar— en que ahí sí se distinguen las partes, aunque sea con lupa o microscopio.

  Dentro de una solución, el solvente es el componente que está en mayor proporción y "disuelve" al resto; el soluto es lo que se disuelve, y puede haber más de uno (una gaseosa tiene agua, azúcar, gas carbónico y saborizantes, todos solutos en agua). Que una solución sea homogénea no significa que tenga poca cantidad de soluto: el agua de mar tiene mucha sal disuelta y sigue siendo una solución, porque sigue siendo homogénea.

• Por qué no alcanza con decir "está fuerte" o "está diluida"concepto

  Decir que un café "está cargado" es útil en la cocina, pero no sirve en un laboratorio ni en una farmacia: si a un paciente le tenés que dar una solución de suero, la concentración tiene que ser exacta, no aproximada. Por eso la química expresa la concentración con números y unidades precisas, que permiten repetir exactamente la misma solución las veces que haga falta.

• Concentración en porcentajeconcepto

  El porcentaje masa/masa (%m/m) indica cuántos gramos de soluto hay cada 100 gramos de solución:

  $$\%m/m = \frac{\text{masa del soluto (g)}}{\text{masa de la solución (g)}} \times 100$$

  El porcentaje masa/volumen (%m/V), muy usado con líquidos y sólidos disueltos en líquidos, indica gramos de soluto cada 100 mililitros de solución:

  $$\%m/V = \frac{\text{masa del soluto (g)}}{\text{volumen de la solución (mL)}} \times 100$$

  Por ejemplo, una solución fisiológica al 0,9% m/V tiene 0,9 gramos de sal (cloruro de sodio) cada 100 mL de solución: es la que se usa para sueros, porque su concentración es parecida a la de los líquidos del cuerpo.

• Molaridad: la concentración pensada en partículasconcepto

  El porcentaje es útil, pero no dice cuántas partículas (átomos, iones, moléculas) de soluto hay realmente, y en las reacciones químicas lo que importa es la cantidad de partículas, no solo la masa. Para eso se usa la molaridad (M), que relaciona los moles de soluto (la unidad química de cantidad de sustancia) con el volumen de solución en litros:

  $$M = \frac{n \text{ (moles de soluto)}}{V \text{ (litros de solución)}}$$

  Una solución 1 M (se lee "un molar") tiene 1 mol de soluto disuelto en 1 litro de solución final. Para calcular los moles a partir de la masa se usa la masa molar de la sustancia (los gramos que pesa un mol de ella), un dato que se obtiene con la tabla periódica.

• Preparar y analizar solucionesmétodo

  Preparar una solución de concentración conocida —por ejemplo, para un experimento de laboratorio o para diluir un producto de limpieza según las instrucciones del envase— requiere pesar o medir con precisión el soluto y completar con solvente hasta el volumen final indicado, no simplemente "agregar agua hasta que parezca bien". Diluir una solución (agregarle más solvente) baja su concentración pero no cambia la cantidad total de soluto que tiene adentro; esa idea es clave para entender por qué diluir una solución concentrada, en lugar de agregar más soluto, es la forma correcta de bajar su concentración.

Ejemplos resueltos

• Por ejemplo, una solución fisiológica al 0,9% m/V tiene 0,9 gramos de sal (cloruro de sodio) cada 100 mL de solución: es la que se usa para sueros, porque su concentración es parecida a la de los líquidos del cuerpo.
• Preparar una solución de concentración conocida —por ejemplo, para un experimento de laboratorio o para diluir un producto de limpieza según las instrucciones del envase— requiere pesar o medir con precisión el soluto y completar con solvente hasta el volumen final indicado, no simplemente "agregar agua hasta que parezca bien". Diluir una solución (agregarle más solvente) baja su concentración pero no cambia la cantidad total de soluto que tiene adentro; esa idea es clave para entender por qué diluir una solución concentrada, en lugar de agregar más soluto, es la forma correcta de bajar su concentración.

Errores comunes

• "Si es líquido y transparente, es una solución".

  No necesariamente: el agua turbia con partículas muy finas en suspensión puede parecer transparente y no ser homogénea. Lo que define a la solución es que no se distinguen sus componentes ni con instrumentos de laboratorio comunes, no solo el aspecto a simple vista.

  Cómo corregirlo: No necesariamente: el agua turbia con partículas muy finas en suspensión puede parecer transparente y no ser homogénea. Lo que define a la solución es que no se distinguen sus componentes ni con instrumentos de laboratorio comunes, no solo el aspecto a simple vista.

• "El solvente siempre es agua".

  El agua es el solvente más común, pero cualquier sustancia en mayor proporción puede ser solvente (el alcohol en un desinfectante, por ejemplo).

  Cómo corregirlo: El agua es el solvente más común, pero cualquier sustancia en mayor proporción puede ser solvente (el alcohol en un desinfectante, por ejemplo).

• "Diluir una solución le saca soluto".

  Diluir agrega solvente; la cantidad total de soluto no cambia, solo baja su concentración porque queda repartida en más volumen.

  Cómo corregirlo: Diluir agrega solvente; la cantidad total de soluto no cambia, solo baja su concentración porque queda repartida en más volumen.

• "Porcentaje y molaridad son lo mismo con otro nombre".

  Son formas distintas de medir lo mismo: el porcentaje compara masas o masa con volumen, la molaridad cuenta partículas (moles) por litro. Una misma solución tiene un valor distinto en cada escala.

  Cómo corregirlo: Son formas distintas de medir lo mismo: el porcentaje compara masas o masa con volumen, la molaridad cuenta partículas (moles) por litro. Una misma solución tiene un valor distinto en cada escala.

• "Más concentrado siempre significa más soluto en total".

  Una solución puede tener menos volumen total y aun así estar más concentrada que otra con más soluto repartido en mucho más volumen. La concentración es una relación, no una cantidad absoluta.

  Cómo corregirlo: Una solución puede tener menos volumen total y aun así estar más concentrada que otra con más soluto repartido en mucho más volumen. La concentración es una relación, no una cantidad absoluta.

• "El mol es una masa".

  El mol es una cantidad de partículas (como "una docena", pero de $6{,}02 \times 10^{23}$ elementos); la masa de un mol depende de qué sustancia se trate.

  Cómo corregirlo: El mol es una cantidad de partículas (como "una docena", pero de $6{,}02 \times 10^{23}$ elementos); la masa de un mol depende de qué sustancia se trate.

En resumen