Cómo resolver ejercicios de concentraciones

Un ejercicio que suele traer de cabeza a los alumnos de ESO es cómo calcular concentraciones correctamente, en parte porque consideran como «disolución» algo que realmente no lo es.

Un ejercicio típico de examen puede ser el siguiente:

Echamos en un vaso 500 ml de agua (d = 1 g/ml), 25 g de sal y 475 g de arena. Determina la concentración en g/l, % en masa y % en volumen de la disolución resultante.

Mucho más típico es el porcentaje de alumnos que fallan en este tipo de preguntas, por no tener en cuenta unas pocas cuestiones evidentes.

Factores a tener en cuenta antes de hacer cálculos

• En la disolución solamente van a estar los componentes que se mezclan de forma homogénea. En este caso, como la arena NO se disuelve en agua (¿habéis ido a una playa?) no formará parte de la disolución, que en este caso contendrá exclusivamente agua y sal.
• El disolvente es el componente que está en mayor proporción, y presta su estado a la disolución. En nuestro caso, el disolvente es el agua, que no solo está en mayor proporción, sino que es líquida como la disolución agua/sal.
• Todo lo que esté en la disolución y no sea disolvente es soluto, y no hay límite en el número de solutos que puede tener una disolución.

Factores a tener en cuenta a la hora de hacer cálculos

• Normalmente nos darán como dato el volumen de los líquidos. Para calcular su masa, usaremos la densidad ⇨ m = d·V
• Es fundamental tener en cuenta las unidades: los volúmenes nos los pueden dar en cm³, dm³, mL o L, y las masas en g o kg. Normalmente habrá que realizar cambios de unidades mediante factores de conversión.
• Cuando se mezclan líquidos, consideraremos volúmenes aditivos (el volumen de la disolución es igual a la suma de volúmenes de todos los líquidos), a no ser que nos den la densidad de la disolución resultante (que a nivel de ESO no es frecuente).
• Cuando disolvemos un sólido soluble (como la sal) en el disolvente, consideraremos que el volumen NO aumenta. Por lo tanto, si disolvemos 3 líquidos y dos sólidos solubles, el volumen de la disolución es el de los 3 líquidos.

¿Qué se disuelve en qué?

Otra cuestión que confunde al alumno es ¿la gasolina / la acetona / el alcohol… se disuelven en agua? Recordando que el agua y el aceite no son miscibles, la norma básica es que cualquier sustancia que se disuelva en agua no lo hará en aceite y viceversa.

Aunque siempre habrá excepciones, hay que tener en cuenta que:

• Se disolverán en agua: sales sólidas (NaCl, AgNO3, KF, etc.), sustancias polares (acetona, metanol, etanol, amoniaco, etc.)
• Se disolverán en aceite: grasas líquidas y sólidas (otros aceites), disolventes orgánicos apolares (benceno, tolueno, disolvente nitrocelulósico, aguarrás, etc.), combustibles fósiles líquidos y sus derivados (petróleo, gasolina, queroseno, gasoil, etc.)
• No se disolverán ni en agua ni en aceite: arena (SiO₂), metales (hierro, cobre, plomo, estaño, etc.), serrín, tierra…

Un último ejemplo

Si intentamos mezclar arena, hierro, agua, gasolina, sal, aguarrás y alcohol ¿qué observaremos?

En este caso, tendremos tres fases perfectamente diferenciadas:

1. Una mezcla heterogénea sólida formada por los sólidos que no se han podido disolver con ninguno de los líquidos: arena y hierro.
2. Una disolución que contendrá agua y todas las sustancias que se disuelven en ella: sal y alcohol.
3. Otra disolución