Soluciones porcentuales: qué son, para qué sirven, tipos, ejemplos

¿Qué son las soluciones porcentuales?

Las soluciones porcentuales son aquellas cuya concentración de soluto viene expresada por 100 mL de solución. Por ejemplo, una solución porcentual de 5 g/100 ml equivale a la expresión 5% (p/v). Así, sus concentraciones se expresan con el uso de porcentajes.

Hay muchas maneras de expresar la concentración de un soluto en una solución. Entre ellas están la molaridad, la cual indica la concentración del soluto como el número moles por litro de solución; la molalidad, moles de soluto entre kilogramo de solvente; y la normalidad, equivalentes de soluto entre litro de solución.

La concentración de un soluto se puede expresar también en forma porcentual. Es la forma más sencilla de expresar la concentración, ya que no requiere de cálculos ni el conocimiento de ciertos parámetros, como el peso molecular del soluto, su peso equivalente o las características de su disociación iónica.

Las bebidas alcohólicas son ejemplos de soluciones porcentuales. En sus etiquetas especifican el grado de alcohol, que no es más que su concentración expresada por 100 mL del líquido en la botella. Mientras mayor sea el grado alcohólico, más intenso serán sus efectos en el organismo.

¿Para qué sirven las soluciones porcentuales?

Las soluciones o disoluciones porcentuales indican la cantidad de un soluto disuelto por cien partes de solución. Este modo de expresar la concentración de las soluciones es de uso frecuente en los productos comerciales, para indicar así su composición química. Sin embargo, es de poco uso en los laboratorios de docencia y de investigación.

Tipos de soluciones porcentuales

Porcentaje Masa–Volumen

Indica la masa de soluto disuelta en 100 cm³ de solución. La expresión matemática para el cálculo de esta concentración es:

% m/v =  (masa de soluto en g/volumen de la solución en cm³) x 100

Porcentaje Masa–Masa

Señala la masa de soluto contenida en 100 g de solución. La masa es una propiedad que no varía con la temperatura o la presión, por lo que esta forma de expresar la concentración es la preferida en los reportes de los análisis químicos.

La expresión matemática para su cálculo es:

% m/m = (masa del soluto en g/masa de la solución en g) x 100

Porcentaje Volumen–Volumen

Indica el volumen de un líquido disuelto en 100 ml de solución. Los líquidos deben ser miscibles y debe poderse corregir las alteraciones de los volúmenes que pueden ocurrir al mezclarse los líquidos. La expresión matemática para su cálculo es:

% v/v = (volumen del soluto en cm³/volumen de la solución en cm³) x 100

Ejemplos de soluciones porcentuales

Ejemplo 1

Se prepara una solución de cloruro de potasio (KCl) mezclando 10 g del compuesto con 120 g de agua. Expresar la concentración de la solución en % m/m.

La masa del soluto corresponde a los 10 g de KCl, y la del solvente, 120 g de agua. Sumando ambas masas se obtiene la de la solución: 130 g. Por lo tanto, basta con aplicar la ecuación matemática:

% de KCl m/m = (10 g de KCl/130 g de solución) x 100

7,69

Ejemplo 2

Se mezclan 50 cm³ de ácido acético (CH₃COOH) al 100% con 130 cm³ de agua. ¿Cuál será el porcentaje del ácido acético v/v?

Del mismo modo que el ejemplo anterior, el volumen de la solución debe obtenerse sumando los volúmenes del soluto y del solvente. Así, el Vsol es (50+130)cm³, y el % v/v, por lo tanto:

% de ácido acético v/v = (50 cm³ /180 cm³) x 100

27,77% v/v

Ejemplo 3

Se desea preparar 1 L de una solución de glicerina al 8% v/v en alcohol. Hallar el volumen de la glicerina y del alcohol en la solución.

Haciendo uso del porcentaje se puede determinar cuánta glicerina yace disuelta en la botella de 1 L:

Volumen de la glicerina =  (8 cm³/100 cm³) x 1.000 cm³

80 cm³

Recordar que 1 L de solución es igual a 1.000 cm³ o 1.000 mL. Una vez obtenidos los 80 cm³ de glicerina, estos deben restársele al volumen total de solución para saber cuánto alcohol se usó en la preparación:

Volumen del alcohol = 1000 cm³ – 80 cm³

Ejemplo 4

Se disuelve 8 g de parafina en 50 ml de glicerol, que tiene una densidad de 1,26 g/cm³. Hallar la concentración de la parafina en glicerol en % m/m.

Los datos de densidad permiten determinar cuánto pesa un líquido. Con este valor se puede calcular la masa de glicerol utilizada en esta solución porcentual:

Masa de glicerol = volumen del glicerol x densidad del glicerol

Masa de glicerol = 50 cm³ x 1,26 g/cm³

63 g

Para calcular el % m/m no hace falta más que dividir la masa de parafina entre la masa total de disolución:

Masa de la parafina en 100 g de glicerol = (8 g/63 g) x 100 g

12,70

Es decir, por cada 100 g de solución hay 12,70 g de parafina.

Ejemplo 5

Una solución concentrada de NaOH al 28% m/m, tiene una densidad de 1,15 g/cm³. Hallar los gramos de NaOH presentes en un litro del reactivo.

Para sacar provecho del % m/m, se necesita expresar la solución en masa. Una vez más, su densidad permite calcularla:

Masa del reactivo = volumen x densidad

1.000 cm³ x 1,15 g/cm³

1.150 g

Por lo tanto, la masa de NaOH en la solución es:

Masa de NaOH en 1.000 cm³ = (28 g/100 g) x 1.150 g

322 g

Ejemplo 6

Se mezclan 400 mL de NaCl al 10% m/v con 600 mL de NaCl al 5% m/v. Hallar la concentración de la solución resultante, expresándola en % m/v.

Dos soluciones se mezclan para originar una tercera. Las tres tienen en común el soluto NaCl. Por lo tanto, se debe calcular la masa de la sal que fueron tomadas de las primeras dos soluciones:

Masa de la solución 1 de NaCl = volumen 1 x concentración 1

400 cm³ x (10 g/100 cm³)

40 g

Masa de la solución 2 de NaCl = volumen 2 x concentración 2

600 cm³ x (5 g/100 cm³)

30 g

Y el volumen total al mezclar las dos alícuotas (asumiendo que son aditivos) es:

Volumen de la mezcla: 400 mL + 600 mL

1.000 mL

Es decir, en 1 L de solución hay 70 g de NaCl (30+40). De manera que para calcular el porcentaje % m/m debe expresar en lugar de 1 L por 100 mL de solución:

Masa de NaCl en 100 cm³ =  (70 g/1000 cm³) x 100 cm³

7 g

Concentración de NaCl en la mezcla = 7% m/m

Referencias 

1. Miranda M. Molina B. (2013). ¿Qué son las soluciones porcentuales? Tomado de: quimicacb20gpo457sasi.blogspot.com
2. Cristina Andrade Guevara. (2012). Soluciones  porcentuales. [PDF]. Tomado de: roa.uveg.edu.mx
3. Prof. N. De Leon. (s.f.). Concentration: Volume/Volume. Tomado de: iun.edu
4. Aus e Tute. (s.f.). Weight/Volume Percentage Concentration. Tomado de: ausetute.com.au
5. Flores, J. Química (2002) Editorial Santillana.