¿Qué es la molalidad y cómo funciona?

En esta rama de la ciencia, se conoce a la molalidad con la concentración de una sustancia, con la cual se puede determinar cuánto soluto se necesita para poder efectuar la disolución a otra sustancia, cabe destacar que esta es una unidad proporcionada por el Sistema Internacional de Unidades.

Con la correcta utilización dela molalidad, se podrá conocer la concentración exacta de alguna determinada sustancia, así como también se lograra establecer cuál es la masa del disolvente, que es sumamente necesaria para poder comprender las masas de ambas sustancias (soluto y solvente) y sus molalidades.

El sistema de preparación para poder determinar la molalidad de as sustancias no suele ser tan complejo como el de la molaridad, debido a que no es necesario utilizar un matraz aforado, sino más bien, con el uso de un vaso de precipitados y una balanza analítica bastara para poder efectuar el experimento.

La molalidad presenta ventajas sobre la molaridad, debido a que gracias a sus métodos esta no es dependiendo de factores afectantes como la temperatura y la presión, debido a que no se basa principalmente en los cálculos del volumen en las sustancias estudiadas.

Molalidad (Concentración)

La molalidad se define como la concentración de una solución, claro hablando en términos químicos, la cual se refiere a la relación o proporción que puede existir entre dos sustancias, conocidas en este medio como soluto y la disolución, o componente a disolver.

La molalidad también se conoce por ser un término utilizado para indicar que se está procediendo a una concentración, la cual implica aumentar la proporción de un soluto en un solvente, mientras que el proceso contrario se conoce como dilución.

Para un mejor entendimiento de este proceso, la sustancia llamada soluto es aquella que se disuelve, mientras que el disolvente es toda aquella sustancia capaz de disolver a otras. A su vez la disolución es el resultado de la mezcla homogénea que se hizo anteriormente con las dos sustancias antes mencionadas.

Mientras haya menos cantidad de soluto en la mezcla menor será la concentración, y cuando hablamos de una mayor cantidad de soluto en el solvente, la concentración sería más proporcionada, lo que da a entender que una disolución, no es más que una mezcla homogénea entre posiblemente dos, o más sustancias.

Solubilidad

Este es un término utilizado para establecer la cantidad máxima de soluto que puede existir en un disolvente, el cual es totalmente dependiente de algunos factores como la temperatura o la presión que pueda presentar el ambiente o los mismos componentes, así como de otras sustancias disueltas anteriormente o que se encuentren en estado de suspensión.

Esto se debe a que existe una cantidad determinada en la que el soluto ya no podrá ser disuelto por el disolvente, y cuando esto sucede se determina que una sustancia está totalmente saturada, un ejemplo de esto pude ser cuando se agrega una cucharadita de azúcar a un vaso de agua, si se agita el contenido se podrá observar como el azúcar se va disolviendo, pero si se sigue añadiendo la sustancia se observara como el azúcar dejara de disolverse y se quedara flotando en el agua, hasta un punto en que llegue al fondo del vaso. Este proceso se puede efectuar nuevamente si se cambia la temperatura, por ejemplo calentando el agua, debido a que este proceso puede alterarse con el factor de la temperatura, claro hasta cierto punto, y si se procede a enfriar el agua, se obtendrá como resultado la posibilidad de que se disuelva menos cantidad de azúcar en el agua.

¿Cuáles son las formas de expresar la molalidad?

Existen dos formas básicas de medir la concentración (molalidad)  en las sustancias, que son las cuantitativas y las cualitativas, siendo las primeras de carácter numérico, que se utilizan cuando se quiere conocer las cantidades exactas como por ejemplo la molaridad, la formalidad, la normalidad y las partes por millón, mientras que las cualitativas son resultados empíricos, por lo que no se conoce con exactitud las cantidades de las sustancias en la solución.

Concentración cuantitativa

Este tipo de conocimiento de las proporciones de la molalidad en las soluciones se suele utilizar más que todo en experimentos científicos, así como también en procedimientos industriales, debido a que son más precisos, ya que muestran las cantidades exactas de las sustancias.

Para los usos de la ciencia, e industrias como farmacias, entre otros, no es eficiente el uso de las concentraciones cualitativas, debido a que no proporcionan una cantidad exacta y determinada y las sustancias, a causa de que son empíricas y no numéricas.

Los términos cuantitativos de solución son los siguientes:

• Normalidad (N): número de equivalentes de soluto contenidos en 1 litro de disolución, que se puede observar como: Equivalencia de soluto/litros de disolución, siendo su propiedad el volumen de la disolución.
• Molalidad: número de moles de soluto por kilogramo de disolvente, que se puede observar como: Moles de soluto/ kilogramos de disolvente, siendo su propiedad el peso de disolución.
• Molaridad: número de moles de soluto contenidos en 1 litro de disolvente, que se puede observar como: Moles de soluto/litros de disolución, siendo su propiedad el volumen de disolución.
• Peso por ciento: unidades en peso de soluto contenidos en 100 unidades de peso de disolución, que se puede observar como: Gramos de soluto/100 gramos d disolución, siendo su propiedad el peso de disolución.
• Concentración en peso: peso de soluto contenido en una unidad de volumen de disolución, que se puede observar como: Gramos de soluto/litros de disolución, siendo su propiedad el volumen de disolución.

Las formas de expresar la concentración con estas técnicas cuantitativas son los porcentajes masa-masa o volumen-volumen, así como también masa-volumen, al igual que las ya conocidas molalidad, molaridad, formalidad, normalidad, la fracción molar. Cuando las cantidades son realmente pequeñas se expresan como partes por millón, billón o trillón, siendo sus representaciones graficas por orden las siguientes: PPM, PPB, PPT.

Concentración cualitativa

En esta forma de determinar las cantidades de soluto en el disolvente, no se utilizan las técnicas numéricas por lo que los resultados no son de carácter exactos, sino que más bien se conocen por ser empíricas, las cuales tienen una clasificación dependiendo de la proporción de la concentración, como lo son las siguientes.

Instaurada, saturada y sobresaturada

Las concentraciones de las soluciones, o mezclas homogéneas pueden clasificarse, claro esto hablando en términos de solubilidad, dependiendo de si el soluto esta disuelto en el disolvente, guiándose por la cantidad del mismo.

• Disolución sobresaturada: estas se refieren a cuando un solución contiene mucho más soluto del que puede normalmente, es decir, sobre pasa el límite permitido, esto se debe a que las mezclas se pueden calentar, y al ser la temperatura un factor afectante de las disoluciones, esta pude absorber más estando bajo estas circunstancias, y aún al enfriarse puede seguir conteniendo la misma cantidad que cuando estaba caliente, aunque puede ser perturbada incluso por el mas mínimo movimiento, cambiando su composición, y volviéndola una disolución saturada.
• Disolución saturada: se puede decir que una mezcla está saturada, cuando existe un equilibrio entre las dos sustancias conocidas como soluto y solvente, es decir, que la cantidad de proporción es la adecuada, por lo que se mantiene estable sin necesidad de cambiar los factores de presión  temperatura para poder completarse.
• Disolución insaturada: este tipo de disoluciones se puede distinguir cuando el soluto no llega a los niveles máximos de disolución, por lo que no pueden diluir a los solventes con toda su capacidad.

En otras palabras se puede decir que las disoluciones insaturadas son las que contienen menor cantidad de soluto, de lo que son capaces de disolver, las saturadas son las que contienen la máxima cantidad de soluto que puede existir en un disolvente, en una temperatura determinada, y las sobresaturadas son las que contienen más cantidad de la permitida de soluto en un disolvente, a una temperatura dada para tal ocasión.

Diluida o concentrada

Estos términos suelen ser usados más coloquialmente debido a que las disoluciones diluidas se pueden distinguir por ser débiles o relativamente de niveles bajos, mientras que cuando se está hablando de una disolución concentrada o compuesta es cuando las sustancias se encuentran en niveles relativamente altos. Se dice relativos debido a que estas son de carácter empírico, por lo que no se conoce con exactitud sus niveles de concentración, esto se puede demostrar con ejemplos que suceden a diario en la vida cotidiana, como por ejemplo cuando se desea hacer una limonada se puede observar si esta diluida o concentrada por el color o el sabor que esta tenga.

Para poder comprender un poco más lo que estos tipos de disoluciones implican, a continuación se mostraran los conceptos dados según los criterios químicos, que son los siguientes.

• Disolución diluida: es aquella en la que el soluto se puede apreciar en proporciones realmente bajas en determinados volúmenes dados para la ocasión.
• Disolución concentrada: son aquellas en las que la cantidad de soluto puede apreciarse un poco mejor, ya que son más considerables.

Formas alternas de conocer la concentración

Existen algunas disoluciones que son muy comunes para algunas ramas de la ciencia y las investigaciones para las cuales se necesitan utilizar algunos métodos alternos, o distintos, debido a ciertos aspectos, que entre las cuales se pueden mencionar las siguientes.

Escala Baumé

Esta es una escala que fue especialmente diseñada por el farmacéutico y a la vez químico Antoine Baumé aproximadamente en el año 1768, cerca de la fecha en la que logró construir su aerómetro, que la creó con la intención de medir la concentración de algunas sustancias como los ácidos y los jarabes, siendo los elementos característicos de dicha escala los grados Baumé, que se suelen representar por una B o por Bé.

Escala Brix

Esta escala utiliza como principal elemento los grados Brix, que se suelen simbolizar con Bx, y tienen como principal función determinar la cantidad de sacarosa en una solución, es decir la cantidad de azúcar que se puede disolver en cualquier tipo de líquido.

Para poder determinar el nivel de sacarosa en un líquido, es necesario un instrumento especial llamado sacarímetro, el cual tiene la capacidad de medir la densidad de los líquidos, por ejemplo si una sustancia tiene 25 gramos de Bx, quiere decir que hay 25 gramos de sacarosa por cada 100 gramos de líquido.

Esta es una escala que se creó basándose en los fundamentos de otras escalas capaces de medir la molalidad (concentración) de las soluciones, como por ejemplo la escala Balling o la Plato, siendo la Brix característica de sustancias dulces, como los son los zumos de frutas, los vinos de frutas y cualquier sustancia que se les asemeje.

Densidad

Exactamente no se puede decir que la densidad es una manera de descifrar la concentración de las sustancias, aunque posee características proporcionales a la de la concentración, siempre y cuando se encuentren en las mismas condiciones de presión y temperatura, debido a esto se puede apreciar que en lagunas circunstancias se suele decir la densidad de las disoluciones en vez de la concentración.

El uso de la densidad no es muy práctico, y se suele aplicar a disoluciones muy amplias, así como también se pueden mencionar algunas tablas de conversión de densidad a molalidad (concentración) aunque estas técnicas ya no se usen con mucha frecuencia.

Definiciones de porcentajes utilizados en estos procedimientos

Los porcentajes más comunes que se pueden utilizar para la realización de algunos de los ejercicios para determinar la concentración de las soluciones son las de masa-masa, volumen-volumen y masa-volumen, teniendo cada una sus propias características.

Porcentaje volumen-volumen

Con este se puede conocer y expresar las cantidades de volumen de soluto que pueden existir por cada cien unidades de volumen de la disolución, el volumen es un parámetro muy importante en este tipo de disoluciones, debido a que estas suelen componerse de ustancias liquidadas o gaseosas, esto quiere decir que la cantidad de volumen de soluto total, refiere a la cantidad entera de volumen de disolución.

Porcentaje masa-masa

Esta se define muy fácilmente, ya que este porcentaje quiere expresar la cantidad de masa de soluto, por cada cien unidades de masa en la solución, para entender un poco mejor, si se ponen 20 gramos de sal en 80 gramos de agua, se obtendrá un 20% de la cantidad total de soluto en la solución.

Porcentaje masa-volumen

En este porcentaje se pueden utilizar sus elementos para lograr obtener un resultado de lo que sería la densidad de la solución, aunque no es muy recomendable entrelazar los procedimientos, debido a que causa en la mayoría de los casos confusión a los ejecutantes.

La concentración (molalidad) es la masa de soluto, dividida por e volumen de la disolución por cien unidades, mientras que la densidad es el volumen de la disolución dividida por la masa de la misma, para este tipo de procedimientos se suelen expresar en gramos por mililitros (g/ml)

Para poder ejecutar los cálculos de dichos porcentajes correctamente se deben tener en cuenta las siguientes dos definiciones, para lograr un perfecto manejo o por lo menos eficaz.

• Siempre se utilizara la regla de tres como principal herramienta para realizar los cálculos de las proporciones antes mencionadas.
• En todos los casos la suma de la masa del soluto más la masa del disolvente es igual a la masa de la disolución, esto quiere decir que la disolución es igual a la suma del soluto y el disolvente.

Normalidad

Esta se representa con la letra N y es definida como el número de equivalentes de soluto, entre el volumen de la disolución en litros, para representar los equivalentes se utilizan las letras eq-g, el soluto las siglas sto, mientras que los litros se representan gráficamente con una L mayúscula.

Cabe destacar la existencia de la Normalidad Redox, que suele utilizar como reacción ante un agente antioxidante o un agente reductor.

Molaridad

Es conocida como la concentración molar se representa gráficamente con la M mayúscula, se define como la determinación de la cantidad de sustancia de soluto por cada litro de disolución.

Este es el método más común en química que se utiliza para determina las concentraciones de las sustancias, y más aún cuando se está trabajando con relaciones esteoquimetricas y reacciones químicas, aunque habitualmente se puede encontrar un inconveniente durante este proceso, que es la temperatura aplicada a las sustancias, que suele ser constante.

Formalidad

Esta es conocida como la masa molecular o más técnicamente como el número peso-formula-gramo que se puede encontrar relativamente en una disolución, este suele ser representado gráficamente con los signos g7PFG.

Y como último de estos se tiene a la Molalidad, que como ya se conoce es el número de moles de soluto que contiene cada kilogramo de solvente.