Conceptos básicos sobre disoluciones, concentraciones y diluciones
Concentraciones
La concentración de una disolución es solo un número que resulta de dividir la cantidad de soluto entre el volumen de disolución (*).
Las distintas unidades de concentración solo dependen de cómo se midan la cantidad de soluto y el volumen de disolución.
(*) La única excepción es la concentración expresada como molal (representado por m). En este caso la cantidad de soluto se mide en moles pero no se mide la disolucion final sino la cantidad de solvente en kilos, esto es, antes de hacer la disolucion. En los restantes casos simpre se mide la cantidad de disolución final, y siempre en volumen.
Esta forma de expresar una concentración solo se usa en aplicaciones muy especializadas que buscan la máxima precisión y reproducibilidad. El único motivo es que las medidas de masa/peso son mucho más precisas que las de volumen.
Concentración molar
Para calcular una concentracion molar, la cantidad de soluto se mide en moles y el volumen de disolución se mide en litros.
Una concentracion 2,5 M (se lee 2,5 molar) solo indica que tenemos 2,5 moles de soluto en cada litro de disolución.
Concentración en tanto por ciento
La concentración expresada en tanto por ciento suele generar muchas dudas porque parece que implica algún cálculo misterioso, pero no es así en absoluto. De hecho es todo lo contrario, esta concentración tiene un sentido muy práctico y es la más fácil de calcular.
La concentracion en tanto por ciento es tan solo un nombre, como la concentración molar.
La expresión tanto por ciento solo hace referencia a que el volumen de disolución se mide en 100 mL (se lee 100 mililitros).
Una concentración 2,5 % (se lee 2,5 por ciento) solo indica que tenemos 2,5 gramos de soluto en cada 100 mililitros de disolución, si el soluto es sólido y/o se especifica 2,5 % p/v (se lee 2,5 por ciento peso volumen).
Si el soluto es líquido, una concentración 2,5 % normalmente indica que tenemos 2,5 mililitros de soluto en cada 100 mililitros de disolución, y se expresa 2,5 % v/v (se lee 2,5 por ciento volumen volumen).
Diluciones
Diluir es mezclar una disolución inicial, concentrada, con más diluyente para conseguir una disolución final, diluida.
La dilución es un número o expresión que indica el volumen de la disolución inicial (la concentrada) partido por el volumen de la disolución final (la diluida).
El volumen de diluyente añadido no se refleja de forma explícita, pero lógicamente es la diferencia entre el volumen inicial (concentrado) y el final (diluido), ya que es lo que se añáde.
Una dilución se expresa como una fracción, por ejemplo 1/5, o 1:5.
Como ejemplo, para seguir mejor los números, hacer una dilucion 2/5 (dos quintos) significa tomar 2 partes de disolucion concentrada, mezclar con 3 partes de diluyente y con ello conseguir 5 partes de disolución diluida. Como se puede ver, el número 3 no aparece visible en la expresión de la dilución (2/5 o 2:5), pero es la diferencia de 2 a 5, (5 – 2 = 3).
En el anterior ejemplo, para hacer una dilución 2/5 si queremos conseguir 500 mL finales de la disolución diluida, primero necesitamos dividir estos 500 mL entre las 5 partes finales, por tanto aqui 1 parte corresponde a 100 mL (500 mL / 5). Ahora tomamos 2 partes de disolución concentrada (2 x 100 mL = 200 mL) y los mezclamos con 3 partes de diluyente (3 x 100 mL = 300 mL). El resultado son 500 mL (200 mL + 300 mL) de dilución 2/5 de la disolución inicial.
La fórmula general para calcular cualquier dilución se basa en el mantenimiento de la masa de soluto:
Concentración = Masa / Volumen
Luego
Masa = Volumen x Concentración
M = V x C
Puesto que la masa de soluto no cambia en una dilución, aplicado a las disoluciones inicial y final tendremos:
Vi x Ci = Vf x Cf
Si sabemos la concentración inicial que tenemos, y el volumen y concentración final que deseamos obtener, la incógnita será el volumen inicial, el que tenemos que tomar de la disolución concentrada. Despejando tendremos:
Vi = Vf x Cf / Ci
Suponiendo que la solución concentrada tiene una concentracion Ci = 2 M y queremos obtener un volumen Vf = 500 mL de concentración Cf = 0,8 M, tendremos:
Vi = Vf x Cf / Ci
Vi = 500 mL x 0,8 M / 2 M = 500 mL x 0,4 = 200 mL
Por tanto habrá que tomar 200 mL de solución concentrada y mezclar con 300 mL de diluyente ( 500 mL – 200 mL). El resultado será la disolución deseada: 500 mL de concentración 0,8 M.
Esto es una dilución 2/5, como el ejemplo anterior. Como se puede apreciar, el factor de dilución refleja la relación entre volúmenes, independientemente de las concentraciones:
2 / 5 = Vi / Vf = 200 mL / 500 mL = 0,4
O bien la relación entre concentraciones, independientemente de los volúmenes:
2 / 5 = Cf / Ci = 0,8 M / 2 M = 0,4
La relación es inversa, puesto que en una dilución siempre tiene que ser Vi < Vf y Ci > Cf.
¡Ojo con las mezclas!
Una mezcla se indica a veces con una expresión que podría confundirse con una dilución.
Una mezcla 2:5 de dos líquidos es juntar 2 partes de uno (por ejemplo 2 litros) con 5 partes de otro (por ejemplo 5 litros), por tanto el resultado final serían 2 + 5 = 7 partes (por ejemplo 7 litros), que no se indica de foma explícita.
Diluciones seriadas
En la siguiente página puede encontrar información muy práctica sobre las diluciones seriadas.