Para outros significados véxase Concentración (homónimos)
En química, física e físico-química, a concentración dunha solución ou disolución é a proporción ou relación que hai entre a cantidade de soluto e a cantidade de disolvente, onde o soluto é a substancia que se disolve, o disolvente a substancia que disolve ao soluto, e a solución é o resultado da mestura homoxénea das dúas substancias anteriores. A menor proporción de soluto disolvido no disolvente, menos concentrada está a solución e, a maior proporción, máis concentrada está. miniatura|400px|Estes vasos, que conteñen unha solución dunha tinguidura parda avermellada, mostran cambios cualitativos na concentración. As solucións á esquerda están máis diluídas, comparadas coas solucións máis concentradas da dereita.
Solubilidade
Cada substancia ten unha solubilidade para un disolvente determinado. A solubilidade é a cantidade máxima de soluto que pode manterse disolvido nunha disolución, e depende de condicións como a temperatura, a presión e a presenza doutras substancias disolvidas ou en suspensión. Cando se alcanza a máxima cantidade de soluto nunha solución dise que a solución está saturada, e xa non admitirá máis soluto disolvido nela. Se agregamos un pouco de sulfato de cobre a un vaso con auga, por exemplo, e axitamos cunha cullerriña, o sal disolverase. Se continuamos agregando sal, haberá cada vez máis concentración deste até que a auga xa non poida disolver máis sal por moito que a axitemos. Entón, a solución estará saturada, e o sal que lle agreguemos, en vez de disolverse, precipitará ao fondo do vaso. Se quentamos a solución, a auga poderá disolver máis sal (aumentará a solubilidade do sulfato na auga), e se a arrefriamos, a auga terá menos capacidade para reter disolvido o sal, e o exceso precipitará.
Formas de expresar a concentración
A concentración dunha solución pode expresarse en termos cualitativos ou en termos cuantitativos.
Os termos cualitativos ou empíricos son os que aparecen cando se usan expresións como, por exemplo, a limoada está "moi diluída" ou "moi concentrada".
Os termos cuantitativos son aqueles que expresan a concentración cientificamente dunha maneira numérica moi exacta e precisa. Algunhas destas formas cuantitativas de expresar a concentración son as porcentaxes de soluto, a molaridade, a normalidade e as partes por millón, entre outras. Estas formas cuantitativas son as usadas tanto na investigación científica como na industria para a elaboración de produtos.
Exemplos O alcohol comercial de uso doméstico, por exemplo, xeralmente non vén nunha presentación pura (100 % alcohol), senón que é unha solución de alcohol en auga en certa proporción, onde o alcohol é o soluto (a substancia que se disolve) e a auga é o disolvente (a substancia que disolve o soluto). Cando a etiqueta do envase di que este alcohol está ao 70 % V/V (de concentración) significa que hai un 70 % de alcohol, e o resto, o 30 %, é auga.
O zume de laranxa comercial adoita ter unha concentración do 60 % V/V, o que indica que o 60 %, (o soluto), é zume de laranxa, e o resto, o 40 % (o disolvente), é auga.
A tintura de iodo, que nunha presentación comercial pode ter unha concentración do 5 %, significa que hai un 5 % de iodo, (o soluto), disolvido nun 95 % de alcohol, (o disolvente).
Concentración en termos cualitativos
A concentración das solucións en termos cualitativos, tamén chamados empíricos, non ten en conta, cuantitativamente (numericamente), a cantidade exacta de soluto e disolvente presentes e, dependendo da súa proporción, a concentración clasifícase como:
Diluída ou concentrada
Adoito na linguaxe informal, non técnica, a concentración descríbese dunha maneira cualitativa co uso de adxectivos como "diluída" ou "débil", para as solucións de concentración relativamente baixa, e doutros como "concentrada" ou "forte", para as solucións de concentración relativamente alta.
Nunha mestura, estes termos relacionan a cantidade dunha substancia coa intensidade observábel dos efectos ou propiedades, como a cor, o sabor, o olor, a viscosidade, a condutividade eléctrica etc., causados por dita substancia. Por exemplo, a concentración dun café pode determinarse pola intensidade da cor e sabor da infusión, a dunha limoada polo seu sabor e olor, a da auga azucrada polo seu sabor etc. Unha regra práctica é que canto máis concentrada é unha solución cromática, xeralmente máis intensamente coloreada está.
Dependendo da proporción de soluto con respecto ao disolvente, unha solución pode estar diluída ou concentrada:
Solución diluída: aquela onde a cantidade de soluto está nunha pequena proporción nun volume determinado. Solución concentrada: aquela que ten unha cantidade considerábel de soluto nun volume determinado. As solucións saturadas e sobresaturadas son altamente concentradas.
Insaturada, saturada e sobresaturada
A concentración dunha solución pode clasificarse, en termos da solubilidade. Dependendo de se o soluto está disolvido no disolvente na máxima cantidade posíbel, ou menor ou maior a esta cantidade, para unha temperatura e presión dadas:
Solución insaturada: é a solución que ten unha menor cantidade de soluto que o máximo que puidera conter a unha temperatura e presión determinadas. Solución saturada: é a que ten a máxima cantidade de soluto que pode conter a unha temperatura e presión determinadas. Unha vez que a solución está saturada non pode disolver máis soluto. Nelas existe un equilibrio entre o soluto e o disolvente. Solución sobresaturada: é a que contén un exceso de soluto a unha temperatura e presión determinadas (ten máis soluto que o máximo permitido nunha solución saturada). Cando se quenta unha solución saturada, pódese disolver unha maior cantidade de soluto. Se esta solución se arrefría lentamente, pode manter disolvido este soluto en exceso se non se perturba. Porén, a solución sobresaturada é inestábel, e con calquera perturbación como, por exemplo, un movemento brusco, ou golpes suaves no recipiente que a contén, o soluto en exceso inmediatamente precipitará, quedando entón como unha solución saturada.
Concentración en termos cuantitativos
Para usos científicos ou técnicos, unha apreciación cualitativa da concentración dunha solución case nunca é suficiente, polo tanto as medidas cuantitativas son necesarias para describir a concentración.
A diferenza das concentracións expresadas dunha maneira cualitativa ou empírica, as concentracións expresadas en termos cuantitativos ou valorativos teñen en conta dunha maneira moi precisa as proporcións entre as cantidades de soluto e disolvente que se están utilizando nunha solución. Este tipo de clasificación das concentracións e a que se utiliza adoito na ciencia, na farmacia e na industria, xa que en todas estas actividades necesitan medicións moi precisas das concentracións dos produtos manexados.
Hai diferentes maneiras de expresar a concentración cuantitativamente. As máis comúns relaciónanse máis abaixo. Baséanse na masa, o volume, ou ambas as magnitudes. Dependendo no que se basean non é sempre trivial converter unha medida en outra, xa que o coñecemento da densidade pode ser necesario. Ocasionalmente esta información pode non estar dispoñíbel, particularmente se a temperatura varía.
En termos cuantitativos (ou valorativos), a concentración da disolución pode expresarse como:
Porcentaxe masa-masa (% m/m) Porcentaxe volume-volume (% V/V) Porcentaxe masa-volume (% m/V) Molaridade Molalidade Formalidade Normalidade Fracción molar En concentracións moi pequenas: Partes por millón (ppm) Partes por billón (ppb) Partes por trillón (ppt) Outras: Densidade Nomes propios
No Sistema Internacional de Unidades (SI) emprégase a unidade mol·m−3.
Porcentaxe masa-masa, volume-volume e masa-volume
Porcentaxe masa-masa (% m/m) Defínese como a masa de soluto por cada cen unidades de masa da solución:
Por exemplo, se disolvemos 20 g de azucre en 80 g de auga, a porcentaxe en masa será: 20/(80+20)]x 100=20% ou, para distinguila doutras porcentaxes, 20 % m/m (en inglés, % w/w).
Porcentaxe volume-volume (% V/V) Expresa o volume de soluto por cada cen unidades de volume da solución. Adoita usarse para mesturas líquidas ou gasosas, nas que o volume é un parámetro importante a ter en conta. É dicir, a porcentaxe que representa o soluto no volume total da solución. Adoita expresarse simplificadamente como "% v/v".
Por exemplo, se temos unha solución do 20 % en volume (20 % v/v) de alcohol en auga quere dicir que hai 20 mL de alcohol por cada 100 mL de solución.
A graduación alcohólica das bebidas exprésase precisamente así: un viño de 12 graos (12°) ten un 12 % (v/v) de alcohol.Actualmente nas etiquetas de viños e outras bebidas alcohólicas exprésase non en graos, senón como, no caso deste exemplo, 12 % Vol.
Concentración en masa-volume (% m/V) Pódense usar tamén as mesmas unidades que para medir a densidade aínda que non convén combinar ambos os conceptos. A densidade da mestura é a masa da solución dividida polo volume desta, mentres que a concentración en ditas unidades é a masa de soluto dividida polo volume da disolución por 100. Adoita usarse os gramos por mililitro (g/mL) e ás veces exprésase como "% m/V".
Cálculos con porcentaxes masa-masa e volume-volume
Para cálculos coas porcentaxes masa-masa e volume-volume debemos manexar dous conceptos:
A suma da masa do soluto máis a masa do disolvente é igual á masa da solución. Solución = soluto + disolvente Úsase a regra de tres para calcular diferentes proporcións.
Solución = soluto + disolvente
Cando traballamos con masa-masa e volume-volume hai unha relación sinxela entre a solución, o soluto e o disolvente e, dados dous destes valores, pódese calcular o terceiro.
A solución é a suma do soluto máis o disolvente: Solución = soluto + disolvente
E, despexando, soluto = Solución - disolvente disolvente = Solución - soluto
Isto é válido para cando traballamos con masas, ou volumes, nos casos de porcentaxe masa-masa e porcentaxe volume-volume, pero non para cando traballamos con porcentaxes masa-volume, posto que o soluto e o disolvente están representados con unidades diferentes (de masa e volume, respectivamente).
soluto 20 g 5 % disolvente 380 g 95 % solución 400 g 100 % Na táboa se representa unha solución de 20 g de sal común disolvida en 380 g de auga, dando como resultado 400 g de auga salgada. A concentración do sal é do 5 % da masa, e a auga representa o 95 %, dando un total do 100 % para a disolución. Na táboa se representan as masas cun fondo amarelo, e as porcentaxes cun fondo verde.
Se temos un problema no que nos dean dúas das masas, podemos calcular a terceira. Véxase a parte da táboa co fondo amarelo: Solución = soluto + disolvente. Se a masa do sal é de 20 g, e a de auga é de 380 g, a solución terá unha masa que é a suma das dúas anteriores, é dicir, 400 g = 20 g + 380 g soluto = Solución - disolvente. Se temos a masa da solución e a do disolvente, a do soluto será igual á da solución menos a do disolvente: 20 g = 400 g - 380 g disolvente = Solución - soluto. Se temos a masa da solución e a do soluto, a do disolvente é igual á da solución menos a do soluto: 380 g - 400 g = - 20 g
Coas porcentaxes ocorre algo similar, excepto que é máis sinxelo porque a porcentaxe da solución é sempre 100 %, basta con ter a porcentaxe do soluto ou a do disolvente para coñecer a outra. Véxase a parte do cadro de arriba co fondo verde: soluto = 100 - disolvente. Se o disolvente está nun 95 %, a porcentaxe do soluto será do 5 % = 100 % - 95 % disolvente = 100 - soluto. Se o soluto está ao 5 %, a porcentaxe do disolvente será do 95 % = 100 % - 5 %
Regra de tres para calcular proporcións
A regra de tres úsase frecuentemente para calcular concentracións, xa que hai unha relación proporcional entre o soluto, o disolvente e a disolución e entre as porcentaxes de cada un deles.
A regra de tres pódese dar en tres casos: