Soluciones y concentración: concepto de mol
Comprende cómo se miden cantidades en las soluciones químicas, a través del entendimiento del cálculo y concepto de mol y entidades elementales.
La cantidad de soluto y solvente necesarios para preparar una solución puede ser fácilmente medida por medio de instrumentos de medición, que están tabulados para medir volúmenes (como pipetas y probetas, por ejemplo) y sólidos (como balanzas), en ese sentido estos instrumentos permiten a los químicos tomar muestras cuantitativas exactas de la cantidad de soluto y solvente que necesitan para preparar una solución de concentración desconocida. ¿Cómo hacen los químicos para conocer la concentración de una solución química, es decir, la cantidad de uno o varios solutos que se han disuelto en un solvente? Para ello es necesario conocer el concepto de mol y el de masa molar, a partir de los cuales es posible inferir matemáticamente la concentración de una solución determinada con solutos y solvente de medidas conocidas.
El concepto de mol y la masa molar.
El problema de las balanzas tradicionales, e inclusive de las más sofisticadas, es que presentan grandes problemas de medición cuando se intenta tabular la masa de cuerpos muy pequeños (en orden microscópico), que por lo general pueden poseer una baja masa, lo que no es perceptible para estos instrumentos de medición. Sabemos que, de acuerdo a la Ley de Conservación de la Masa, de Lavoisier, que todo está formado por materia, la cual no se crea ni destruye, y que por otro lado, una de las unidades más simples de organización de la materia es el átomo. Cuando se masa en balanzas convencionales estructuras muy pequeñas se están masando conjuntos de átomos, y no un solo átomo, es por ello que los químicos han desarrollado, por convención, el concepto de mol, el cual pretende explicar cuantitativamente la cantidad de materia contenida en un cuerpo determinado, en términos de entidades elementales. En ese sentido, y de acuerdo a lo planteado por Avogadro, químico italiano, un mol de materia estará formado por 6,022 * 10 elevado a 23 entidades elementales. En ese sentido, un mol de materia está formado por muchísimas entidades elementales. Este planteamiento ha permitido uniformar y estandarizar las mediciones, ya que al contrario de lo que pasa con la masa (que puede estar expresada en gramos, kilos, libras, etcétera), la cantidad de entidades elementales siempre estará expresada en mol (u). Esto permite establecer igualdades como la siguiente:
- En un átomo de carbono, de masa atómica 12 u, la cantidad de entidades elementales será equivalente a la masa atómica, pero expresada en gramos, es decir, 12 g.
La utilidad del número de Avogadro surge desde la experiencia de evidenciar que, gases de diferente tipo, a volúmenes similares y condiciones constantes de presión y temperatura, poseen el mismo número de entidades elementales: 6,022 * 10 elevado a 23.
Cálculo de moles: cantidad de sustancia.
La manera de determinar cuántos moles existen en una sustancia determinada se realiza mediante la expresión matemática: n = m/M , donde «n» corresponde al número de moles de sustancia que se quiere calcular, «m» corresponde a la masa (expresada en gramos) de las sustancias que forman parte de la solución, y «M» corresponde a la masa molar (expresada en gramos/mol) de las sustancias que forman parte de la solución.
Por ejemplo, si tenemos 5 gramos de hidróxido de sodio (NaOH), una sal básica disuelta en agua, y se quiere saber el número de moles que hay en este soluto, se debe plantear en la ecuación matemática de más arriba que n = 5 g / 40 g /mol. Resolviendo se tiene que la cantidad de moles de NaOH presentes en 5 gramos de este soluto es de 0,125 mol.
El valor de la masa molar, necesario para calcular el número de moles de este soluto, se extrae desde la sumatoria de las masas molares individuales del sodio (Na: 23 g/mol), oxígeno (O: 16 g/mol) e hidrógeno (H: 1 g/mol).