7.2. Cantidad de sustancia y concentración de una disolución

La cantidad de sustancia, n, es una medida del número de unidades elementales que contiene una determinada porción de una sustancia. Su unidad en el SI es el mol, de manera que 1 mol representa una cantidad de sustancia que contiene 6,023·10²³ unidades elementales. Este número se denomina Número de Avogadro, y equivale al número de átomos que hay contenidos en 12 gramos del isótopo carbono-12.

Es decir, conociendo el número de unidades elementales en una determinada sustancia, puede determinarse el número de moles de sustancia dividiendo el número de unidades elementales consideradas entre N_A.

La definición de mol debemos relacionarla con los siguientes conceptos:

• La masa molar, M, de una sustancia es la masa, m, expresada en gramos, de 1 mol de sustancia. Su unidad es el g/mol y su valor numérico coincide con la masa molecular o masa atómica de la unidad fórmula de una sustancia.

Es decir, conociendo la masa de una cierta cantidad de sustancia, y su masa molar (masa molecular o masa atómica), podemos calcular los moles de dicha cantidad de sustancia. La operación sería la siguiente:

• El volumen molar es el que ocupa un mol medido en determinadas condiciones de presión y temperatura. En condiciones normales, el volumen molar de cualquier sustancia en fase gas es 22,4 L/mol.

Una disolución es una combinación homogénea de varios componentes, al menos dos, dentro de una sola fase (sólida, líquida o gaseosa). Cuando todos los componentes están en un mismo estado de agregación, se denomina disolvente al componente mayoritario, y solutos (puede haber más de uno) a los componentes minoritarios. [si los componentes no están en un mismo estado físico en las condiciones de presión y temperaturas dadas, se considera disolvente al componente mayoritario que esté en el estado físico de la disolución]

La forma de medir la proporción de soluto y disolvente en una disolución es la concentración, pudiéndose expresar de numerosas formas. En este curso nos interesa solo las siguientes.

Existen más unidades químicas para expresar la concentración de una disolución, que estudiaras en cursos posteriores, como son: formalidad, normalidad, molalidad y fracción molar. Sin embargo, la molaridad resulta especialmente útil, pues relaciona la cantidad de sustancia (moles), unidad química muy interesante para cálculos cotidianos, con volumen de disolución, otra unidad muy recurrente en química.

Un cálculo que suele provocar mucha confusión es obtener la concentración en “g/L” o “M” a partir de “%masa + densidad”. Esta combinación de datos es muy frecuente en productos químicos comerciales, cómo ácidos y bases, y resulta importante saber como pasar de unas unidades a otras. Lo explico a continuación con un ejemplo.

Conociendo este procedimiento, ya podríamos realizar cálculos estequiométricos, preparar disoluciones a partir del ácido comercial, etc.