Concentración
En química, concentración es la abundancia de un constituyente dividida por el volumen total de una mezcla. Se pueden distinguir varios tipos de descripción matemática: concentración másica, concentración molar, concentración numérica y concentración volumétrica. La concentración puede referirse a cualquier tipo de mezcla química, pero con mayor frecuencia se refiere a solutos y solventes en soluciones. La concentración molar (cantidad) tiene variantes, como la concentración normal y la concentración osmótica.
Etimología
El término concentración proviene de la palabra concentrado, del francés concentrercódigo: fra promovido a código: fr , de con– + centro, que significa “ poner en el centro”.
Descripción cualitativa
A menudo, en un lenguaje informal y no técnico, la concentración se describe de forma cualitativa, mediante el uso de adjetivos como "diluir" para soluciones de concentración relativamente baja y "concentradas" para soluciones de concentración relativamente alta. Para concentrar una solución, se debe agregar más soluto (por ejemplo, alcohol), o reducir la cantidad de solvente (por ejemplo, agua). Por el contrario, para diluir una disolución, hay que añadir más disolvente, o reducir la cantidad de soluto. A menos que dos sustancias sean miscibles, existe una concentración en la que no se disuelve más soluto en una solución. En este punto, se dice que la solución está saturada. Si se agrega soluto adicional a una solución saturada, no se disolverá, excepto en ciertas circunstancias, cuando puede ocurrir sobresaturación. En su lugar, ocurrirá la separación de fases, lo que conducirá a fases coexistentes, ya sea completamente separadas o mezcladas como una suspensión. El punto de saturación depende de muchas variables, como la temperatura ambiente y la naturaleza química precisa del solvente y el soluto.
Las concentraciones a menudo se denominan niveles, lo que refleja el esquema mental de los niveles en el eje vertical de un gráfico, que puede ser alto o bajo (por ejemplo, "niveles séricos altos de bilirrubina&# 34; son concentraciones de bilirrubina en el suero sanguíneo mayores de lo normal).
Notación cuantitativa
Hay cuatro cantidades que describen la concentración:
Concentración de masa
La concentración de masa *** *** i{displaystyle rho _{i}} se define como la masa de un constituyente mi{displaystyle # dividido por el volumen de la mezcla V{displaystyle V}:
- *** *** i=miV.{displaystyle rho ¿Qué? {m_{i} {V}}}
La unidad SI es kg/m3 (igual a g/L).
Concentración molar
La concentración molar ci{displaystyle C_{i} se define como la cantidad de un constituyente ni{displaystyle No. (en topos) dividido por el volumen de la mezcla V{displaystyle V}:
- ci=niV.{displaystyle C_{i}={frac {n_{i} {V}}}
La unidad SI es mol/m3. Sin embargo, más comúnmente se usa la unidad mol/L (= mol/dm3).
Concentración de números
La concentración de número Ci{displaystyle C_{i} se define como el número de entidades constitutivas Ni{displaystyle N_{i} en una mezcla dividida por el volumen de la mezcla V{displaystyle V}:
- Ci=NiV.{displaystyle C_{i}={frac {N_{i} {V}}}
La unidad SI es 1/m3.
Concentración de volumen
El concentración de volumen σ σ i{displaystyle sigma _{i} (para no confundirse con la fracción del volumen) se define como el volumen de un Vi{displaystyle V_{i} dividido por el volumen de la mezcla V{displaystyle V}:
- σ σ i=ViV.{displaystyle sigma ¿Qué? {V_{i} {V}}}
Al ser adimensional, se expresa como un número, por ejemplo, 0,18 o 18 %; su unidad es 1.
Parece que no hay notación estándar en la literatura inglesa. La carta σ σ i{displaystyle sigma _{i} utilizado aquí es normativo en la literatura alemana (ver Volumennkonzentration).
Cantidades relacionadas
Se pueden usar varias otras cantidades para describir la composición de una mezcla. Tenga en cuenta que estos no deben llamarse concentraciones.
Normalidad
La normalidad se define como la concentración molar ci{displaystyle C_{i} dividido por un factor de equivalencia feq{displaystyle f_{mathrm {}}}. Dado que la definición del factor de equivalencia depende del contexto (que reacción se está estudiando), la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada y el Instituto Nacional de Normas y Tecnología desalientan el uso de la normalidad.
Moralidad
No debe confundirse con la molaridad.
La movilidad de una solución bi{displaystyle B_{i} se define como la cantidad de un constituyente ni{displaystyle No. (en topos) dividido por la masa del solvente msolvent{displaystyle m_{mathrm {solvent}} ()no la masa de la solución:
- bi=nimsolvent.{displaystyle B_{i}={frac {n_{i}{m_{mathrm}.
La unidad SI para la molalidad es mol/kg.
Fracción molar
La fracción del topo xi{displaystyle x_{i}} se define como la cantidad de un constituyente ni{displaystyle No. (en topos) dividido por la cantidad total de todos los componentes en una mezcla ntot{displaystyle n_{mathrm {tot}}:
- xi=nintot.{displaystyle x_{i}={frac {n_{i}{n_{mathrm {tot} }}}
La unidad SI es mol/mol. Sin embargo, la notación de partes por obsoleta se usa a menudo para describir fracciones molares pequeñas.
Relación molar
La relación del topo ri{displaystyle R_{i} se define como la cantidad de un constituyente ni{displaystyle No. dividido por la cantidad total de todos otros constituyentes en una mezcla:
- ri=nintot− − ni.{displaystyle R_{i}={frac {n_{i}{n_{mathrm {tot} - Sí.
Si ni{displaystyle No. es mucho más pequeño que ntot{displaystyle n_{mathrm {tot}}, la relación del topo es casi idéntica a la fracción del topo.
La unidad SI es mol/mol. Sin embargo, la notación de partes por obsoleta se usa a menudo para describir relaciones molares pequeñas.
Fracción de masa
La fracción de masa wi{displaystyle ¿Qué? es la fracción de una sustancia con masa mi{displaystyle # a la masa de la mezcla total mtot{displaystyle m_{mathrm {tot}}, definido como:
- wi=mimtot.{displaystyle w_{i}={frac {m_{i}{m_{mathrm {tot} }}}
La unidad SI es kg/kg. Sin embargo, la notación de partes por obsoleta se usa a menudo para describir fracciones de masa pequeñas.
Relación de masa
La relación de masa Especificaciones Especificaciones i{displaystyle zeta ¿Qué? se define como la masa de un constituyente mi{displaystyle # dividido por la masa total de todos otros constituyentes en una mezcla:
- Especificaciones Especificaciones i=mimtot− − mi.{displaystyle zeta ¿Qué? {m_{i}{m_{mathrm {tot} - Sí.
Si mi{displaystyle # es mucho más pequeño que mtot{displaystyle m_{mathrm {tot}}, la relación de masa es casi idéntica a la fracción de masa.
La unidad SI es kg/kg. Sin embargo, la notación de partes por obsoleta se usa a menudo para describir proporciones de masa pequeñas.
Dependencia del volumen y la temperatura
La concentración depende de la variación del volumen de la solución con la temperatura, debido principalmente a la expansión térmica.
Tabla de concentraciones y cantidades relacionadas
| Tipo de concentración | Signatura | Definición | SI unit | otras unidades |
|---|---|---|---|---|
| concentración masiva | *** *** i{displaystyle rho _{i}} o γ γ i{displaystyle gamma _{i} | mi/V{displaystyle M_{i}/V} | kg/m3 | g/100mL (= g/dL) |
| concentración molar | ci{displaystyle C_{i} | ni/V{displaystyle No. | mol/m3 | M (= mol/L) |
| concentración | Ci{displaystyle C_{i} | Ni/V{displaystyle N_{i}/V} | 1/m3 | 1/cm3 |
| concentración de volumen | σ σ i{displaystyle sigma _{i} | Vi/V{displaystyle V_{i}/V} | m3/m3 | |
| Cantidades relacionadas | Signatura | Definición | SI unit | otras unidades |
| normalidad | ci/feq{displaystyle ¿Qué? | mol/m3 | N (= mol/L) | |
| politica | bi{displaystyle B_{i} | ni/msolvent{displaystyle No. | mol/kg | |
| fracción de luna | xi{displaystyle x_{i}} | ni/ntot{displaystyle No. | mol/mol | ppm, ppb, ppt |
| ratio de luna | ri{displaystyle R_{i} | ni/()ntot− − ni){displaystyle No. }-n_{i})} | mol/mol | ppm, ppb, ppt |
| fracción de masa | wi{displaystyle ¿Qué? | mi/mtot{displaystyle m_{i}/m_{mathrm {tot} | kg/kg | ppm, ppb, ppt |
| ratio de masa | Especificaciones Especificaciones i{displaystyle zeta ¿Qué? | mi/()mtot− − mi){displaystyle m_{i}/m_{mathrm {tot} }-m_{i})} | kg/kg | ppm, ppb, ppt |
| fracción de volumen | φ φ i{displaystyle phi _{i} | Vi/.. jVj{displaystyle V_{i}/sum ¿Qué? | m3/m3 | ppm, ppb, ppt |
