Concentración molar

La concentración molar (también llamada molaridad , concentración de cantidad o concentración de sustancia ) es una medida de la concentración de una especie química , en particular, de un soluto en una solución , en términos de cantidad de sustancia por unidad de volumen de solución. En química , la unidad más comúnmente utilizada para la molaridad es el número de moles por litro , ^que tiene el símbolo de unidad mol/L o mol / dm3 en unidades del SI. Una solución con una concentración de 1 mol/L se dice que es 1  molar , comúnmente designado como 1 M o 1  M. La molaridad a menudo se representa con corchetes alrededor de la sustancia de interés; por ejemplo, la molaridad del ion hidrógeno se representa como [H ⁺ ].

La concentración molar o molaridad se expresa más comúnmente en unidades de moles de soluto por litro de solución . ^[1] Para su uso en aplicaciones más amplias, se define como la cantidad de sustancia de soluto por unidad de volumen de solución, o por unidad de volumen disponible para la especie, representada por minúsculas : ^[2]${\estilo de visualización c}$

${\displaystyle c={\frac {n}{V}}={\frac {N}{N_{\text{A}}\,V}}={\frac {C}{N_{\text{A}}}}.}$

Aquí, es la cantidad de soluto en moles, ^[3] es el número de partículas constituyentes presentes en el volumen (en litros) de la solución, y es la constante de Avogadro , definida desde 2019 como exactamente${\estilo de visualización n}$ ${\estilo de visualización N}$${\estilo de visualización V}$${\displaystyle N_{\text{A}}}$6,022 140 76 × 10 ²³  mol ⁻¹ . La relación es la densidad numérica . ${\displaystyle {\frac {N}{V}}}$ ${\estilo de visualización C}$

En termodinámica , el uso de la concentración molar no suele ser conveniente porque el volumen de la mayoría de las soluciones depende ligeramente de la temperatura debido a la expansión térmica . Este problema suele resolverse introduciendo factores de corrección de temperatura o utilizando una medida de concentración independiente de la temperatura, como la molalidad . ^[3]

La cantidad recíproca representa la dilución (volumen) que puede aparecer en la ley de dilución de Ostwald .

Si una molécula o sal se disocia en solución, la concentración se refiere a la fórmula química original en solución, la concentración molar a veces se denomina concentración formal o formalidad ( F _A ) o concentración analítica ( c _A ). Por ejemplo, si una solución de carbonato de sodio ( Na ₂ CO ₃ ) tiene una concentración formal de c ( Na ₂ CO ₃ ) = 1 mol/L, las concentraciones molares son c ( Na ⁺ ) = 2 mol/L y c ( CO2−3) = 1 mol/L porque la sal se disocia en estos iones. ^[4]

En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad coherente para la concentración molar es mol / m3 . Sin embargo, la mayoría de la literatura química utiliza tradicionalmente mol / dm3 , que es lo mismo que mol / ^L . Esta unidad tradicional suele denominarse molar y ^se denota con la letra M, por ejemplo:

1 mol / m3 = ¹⁰⁻³ mol / dm3 = 10−3 ^mol / ^L = ^{10−3 M = 1 mM = 1} mmol / L  .

El prefijo SI " mega " (símbolo M) tiene el mismo símbolo. Sin embargo, el prefijo nunca se usa solo, por lo que "M" denota inequívocamente molar. Los submúltiplos, como "milimolar" (mM) y "nanomolar" (nM), consisten en la unidad precedida por un prefijo SI :

La conversión a concentración numérica viene dada por $Estilo de visualización C_{i}}$

${\displaystyle C_{i}=c_{i}N_{\text{A}},}$

¿Dónde está la constante de Avogadro ? ${\displaystyle N_{\text{A}}}$

La conversión a concentración de masa se da por ${\displaystyle \rho_{i}}$

${\displaystyle \rho_{i}=c_{i}M_{i},}$

¿Dónde está la masa molar del constituyente ? $Estilo de visualización M_{i}}$${\estilo de visualización i}$

La conversión a fracción molar se da por $Estilo de visualización x_{i}}$

${\displaystyle x_{i}=c_{i}{\frac {\overline {M}}{\rho }},}$

donde es la masa molar promedio de la solución, es la densidad de la solución. ${\displaystyle {\overline {M}}}$${\estilo de visualización \rho}$

Se puede obtener una relación más simple considerando la concentración molar total, es decir, la suma de las concentraciones molares de todos los componentes de la mezcla:

${\displaystyle x_{i}={\frac {c_{i}}{c}}={\frac {c_{i}}{\sum _{j}c_{j}}}.}$

La conversión a fracción de masa se da por ${\displaystyle w_{i}}$

${\displaystyle w_{i}=c_{i}{\frac {M_{i}}{\rho }}.}$

Para mezclas binarias, la conversión a molalidad es ${\displaystyle b_{2}}$

${\displaystyle b_{2}={\frac {c_{2}}{\rho -c_{1}M_{1}}},}$

donde el disolvente es la sustancia 1 y el soluto es la sustancia 2.

Para soluciones con más de un soluto, la conversión es

${\displaystyle b_{i}={\frac {c_{i}}{\rho -\sum _{j\neq i}c_{j}M_{j}}}.}$

La suma de las concentraciones molares da la concentración molar total, es decir, la densidad de la mezcla dividida por la masa molar de la mezcla o, con otro nombre, el recíproco del volumen molar de la mezcla. En una solución iónica, la fuerza iónica es proporcional a la suma de las concentraciones molares de las sales.

La suma de los productos entre estas cantidades es igual a uno:

${\displaystyle \sum _{i}c_{i}{\overline {V_{i}}}=1.}$

La concentración molar depende de la variación del volumen de la solución debido principalmente a la expansión térmica. En pequeños intervalos de temperatura, la dependencia es

${\displaystyle c_{i}={\frac {c_{i,T_{0}}}{1+\alpha \Delta T}},}$

donde es la concentración molar a una temperatura de referencia, es el coeficiente de expansión térmica de la mezcla. ${\displaystyle c_{i,T_{0}}}$${\displaystyle \alpha }$

• Molalidad
• Órdenes de magnitud (concentración molar)

• Calculadora de concentración de solución molar
• Experimento para determinar la concentración molar de vinagre por titulación