4. Concentración física

¿De qué se trata?

El suero fisiológico que se usa en salud dice 0,9 % en la etiqueta. El alcohol que hay en la escuela, 70 %. Los dos son soluciones. El número no dice “está fuerte”: dice cuánto soluto hay en una cantidad de solución.

En el TP 2 preparamos sulfato de cobre al 1 %, 3 % y 5 % m/v. El más concentrado se ve más azul. También pesa más, si comparamos el mismo volumen. Color y densidad son pistas. El cálculo es la medida.

Ideas clave

La concentración relaciona la cantidad de soluto con la cantidad de solución, no con la de solvente solo. Esa diferencia cambia el resultado.

🔍 Lo que vemos (macroscópico)

En el TP, tres matraces con sulfato de cobre quedan azules. El de 5 % se ve más intenso que el de 1 %. Si el soluto no tiene color, como la sal de mesa, el ojo no alcanza.

Etiquetas de todos los días:

• suero fisiológico 0,9 % m/v: 0,9 g de NaCl en cada 100 mL de solución;
• alcohol 70 % v/v: 70 mL de alcohol en cada 100 mL de solución;
• vinagre: en muchas etiquetas, unos pocos gramos de ácido acético cada 100 mL;
• lavandina: la etiqueta indica la concentración de hipoclorito. Hay que leerla, no probarla.

⚛️ Lo que pasa con las partículas (submicroscópico)

Más concentración significa más partículas de soluto en el mismo volumen de solución. En el sulfato de cobre, más iones repartidos entre el agua: por eso el azul es más intenso. Esas partículas también suman masa. Por eso, al subir la concentración de una sal en agua, sube la densidad de la solución. La densidad se definió en Densidad.

✏️ Cómo lo escribimos (simbólico)

% m/v (masa en volumen): gramos de soluto en 100 mL de solución.

$\%\,\text{m/v} = \frac{\text{masa de soluto (g)}}{\text{volumen de solución (mL)}} \times 100$

La fórmula de trabajo del curso, para preparar:

$\text{masa de soluto (g)} = \frac{\%\,\text{m/v} \times \text{volumen final (mL)}}{100}$

% m/m: gramos de soluto en 100 g de solución.

% v/v: mililitros de soluto en 100 mL de solución. Sirve cuando soluto y solvente son líquidos.

% m/v y % m/m no se intercambian. Para pasar de uno al otro hace falta la densidad de la solución.

El volumen final se mide en un matraz aforado. Se disuelve el soluto con poca agua, se lleva al matraz y se completa hasta la marca, con la vista en el menisco. “A ojo” en un vaso no es el mismo volumen.

🖼️ [IMAGEN: matraz aforado con la marca de aforo, menisco apoyado en la línea, y una cruz sobre un vaso “completado a ojo”. Al lado, tres matraces de CuSO4 rotulados 1 %, 3 % y 5 % m/v, con azul cada vez más intenso. Nivel macroscópico.]

Para saber cuál está más concentrada:

• si el soluto tiene color, el color ayuda;
• si no tiene color, sirven la masa de soluto usada, la densidad o la masa de un mismo volumen;
• nunca el sabor. No se prueban soluciones de laboratorio.

Vocabulario

Paso a paso

1. Masas de sulfato de cobre para el TP

Se usa la fórmula de trabajo. Una fila completa: matraz de 250 mL al 5 % m/v.

$m = \frac{5 \times 250}{100} = 12{,}5\,\text{g}$

Control: a igual volumen, el 5 % pide cinco veces más soluto que el 1 %. Si para 100 mL al 1 % te dio 10 g, dividiste al revés.

2. Densidad a partir del matraz

Matraz vacío: 85,40 g. Matraz con solución hasta el aforo de 100 mL: 186,20 g.

Masa de solución: $186{,}20 - 85{,}40 = 100{,}80\,\text{g}$.

$d = \frac{100{,}80\,\text{g}}{100\,\text{mL}} = 1{,}008\,\text{g/mL}$

Control: es un poco mayor que el agua. Tiene sentido para una solución de sal no muy concentrada.

3. Un % v/v y un % m/m

Alcohol 70 % v/v. ¿Qué volumen de alcohol hay en 200 mL de solución?

$V_{\text{alcohol}} = \frac{70}{100} \times 200\,\text{mL} = 140\,\text{mL}$

Una solución es 8 % m/m y pesa 50 g. Masa de soluto:

$m = \frac{8}{100} \times 50\,\text{g} = 4{,}0\,\text{g}$

4. Reconstituir un fármaco

Un vial trae 1 g de sólido y se lleva a 5 mL de solución. ¿Qué volumen contiene 250 mg?

1 g = 1000 mg en 5 mL, así que hay 200 mg en cada mL.

$V = \frac{250\,\text{mg}}{200\,\text{mg/mL}} = 1{,}25\,\text{mL}$

Control: 250 mg es la cuarta parte de 1000 mg, y la cuarta parte de 5 mL es 1,25 mL. Coincide. Este cálculo es de etiqueta y de preparación: no se hace con productos reales en el aula.

Lo que hicimos en el laboratorio

La prepráctica arma la tabla de masas para matraces de 100, 200 y 250 mL y un protocolo de 6 a 8 pasos: calcular, pesar, disolver con poca agua, pasar al matraz, enjuagar el vaso hacia el matraz, enrasar, tapar y mezclar. También pide predecir color y densidad antes de medir.

El TP 2 usa sulfato de cobre al 1 %, 3 % y 5 % m/v. Se pesa el matraz vacío, se pesa el matraz con solución y se calcula la masa de la solución. Con el volumen del aforo se obtiene la densidad.

Preguntas de análisis del TP:

• ¿Por qué matraz y no vaso de precipitados? El vaso no tiene una marca exacta. El volumen final quedaría dudoso y el % m/v también.
• ¿Qué pasa si te pasás del aforo? El volumen es mayor que el previsto. La masa de soluto es la misma. La concentración queda menor.
• ¿El color alcanza para ordenarlas? En el sulfato de cobre, sí como pista. El más azul es el más concentrado, si se comparan en recipientes parecidos.
• ¿Y si el soluto fuera NaCl, incoloro? No hay color. Hay que usar la masa pesada, la densidad o la masa de un mismo volumen.
• ¿Concentración y densidad van juntas? En estas soluciones de sal, a mayor % m/v, mayor densidad.

Errores frecuentes

Para pensar

1. Dos matraces tienen el mismo azul. Uno es de 100 mL y el otro de 250 mL. ¿Podés decir que tienen la misma masa de sulfato de cobre? ¿Y la misma concentración?
2. Un grupo se pasa 2 mL de la marca. No tira la solución: la deja así. ¿La concentración queda mayor, menor o igual? Justificá con soluto y volumen.
3. ¿Por qué en el TP no se prueba la solución para “ver si está salada”, aunque el soluto sea NaCl?
4. El alcohol de etiqueta 70 % v/v y una solución de sal 70 % m/v no son “el mismo 70”. ¿Qué cambia: la unidad, el significado, o las dos cosas?
5. Si la densidad de la solución de 5 % es mayor que la de 1 %, ¿alcanza eso para decir que hay más masa de soluto en el matraz de 5 %, aunque los matraces sean iguales?

Autoevaluación

1. 0,9 % m/v de NaCl significa:

• a) 0,9 g de sal en 100 mL de agua.
• b) 0,9 g de sal en 100 mL de solución.
• c) 0,9 mL de sal en 100 g de agua.
• d) 0,9 g de agua en 100 g de sal.

2. ¿Cuántos gramos de CuSO₄ hacen falta para 200 mL al 3 % m/v?

3. Matraz vacío 60,00 g; con 100 mL de solución, 161,50 g. Calculá la densidad.

4. Agregás 3 g de sal a 100 mL de agua y no usás matraz. La solución:

• a) Es exactamente 3 % m/v.
• b) No se puede asegurar que sea 3 % m/v, porque el volumen final no es necesariamente 100 mL.
• c) Es 3 % v/v.
• d) Queda saturada seguro.

5. Un vial de 1 g se lleva a 5 mL. ¿Qué volumen contiene 500 mg?

6. Verdadero o falso: “Si me paso del aforo, la solución queda más concentrada”. Justificá.

7. Para ordenar tres soluciones de NaCl sin probarlas, ¿qué dato sirve?

• a) El sabor.
• b) El color, porque la sal tiñe el agua.
• c) La masa de un mismo volumen, o la densidad.
• d) El tamaño del frasco.

8. 140 mL de alcohol llevados a 200 mL de solución. ¿Qué % v/v es?

Resumen en 5 líneas

La concentración compara soluto con solución, no con solvente. 3 % m/v son 3 g de soluto en 100 mL de solución. El matraz fija ese volumen. En el TP, 1 %, 3 % y 5 % de sulfato de cobre se ordenan por color y por densidad. % m/v, % m/m y % v/v no son lo mismo. Pasarse del aforo baja la concentración.

Para seguir

Para contar partículas, y no solo gramos, hace falta otra unidad. Seguí en Molaridad y dilución.

Notas para el docente (no publicar)

• Fuentes: prompt del portal (prepráctica y TP 2). La prepráctica planteaba 1 %, 3 % y 10 % m/v; el TP se hizo con 1 %, 3 % y 5 %. En la página se usan 1 %, 3 % y 5 %. No reemplazar por 10 % al publicar, salvo que se decida unificar el protocolo.
• Masas de la tabla: salen de $m = (\% \times V)/100$. No son actas de pesada. Las masas de matraz del ejemplo 2 son de trabajo.
• El caso del vial (1 g en 5 mL, 250 mg) está indicado en el prompt como situación problemática del curso. Dejarlo como cálculo de etiqueta, sin manipular fármacos.
• No se incluye mol ni $C_1V_1$. El pasaje % m/m a % m/v quedó mencionado; si se quiere un ejemplo numérico extra, hace falta la densidad medida en el TP.
• Lavandina: no se fija un número de etiqueta. Cada marca declara distinto.