Calculadora de molalidad

Una calculadora de molalidad determina la concentración de una disolución en moles de soluto por kilogramo de disolvente, una unidad que los químicos denominan molalidad. Utiliza tres datos: la masa del soluto, la masa del disolvente y la masa molar del soluto. El resultado se muestra en mol/kg, con cuatro decimales.

¿Qué es la molalidad?

La molalidad (símbolo m) mide cuántos moles de una sustancia disuelta, el soluto, se encuentran en un kilogramo de la sustancia en la que está disuelta, el disolvente. Responde a una pregunta sencilla: por cada kilogramo de disolvente, ¿cuántos moles de soluto hay?

$m = \frac{n_{solute}}{m_{solvent}}$

Aquí, $n_{solute}$ es el número de moles de soluto y $m_{solvent}$ es la masa del disolvente en kilogramos.

La molalidad solo tiene en cuenta la masa del disolvente, no la masa total de la disolución final. Si se disuelven 5,85 g de sal de mesa (NaCl, con una masa molar de 58,5 g/mol) en 100 g (0,1 kg) de agua, la disolución contiene 0,1 mol de sal en 0,1 kg de agua. Esto corresponde a una molalidad de 1,0 mol/kg, aunque la disolución combinada pese 105,85 g.

La molalidad no cambia con la temperatura, porque se basa en la masa y no en el volumen. Los líquidos se expanden ligeramente al calentarse y se contraen al enfriarse, por lo que la molaridad (moles por litro de disolución) varía con la temperatura. La molalidad permanece constante, por lo que es la unidad estándar en los estudios del descenso crioscópico y la elevación ebulloscópica.

Fórmula de la molalidad

Los químicos rara vez cuentan los moles directamente; en su lugar, pesan las sustancias. Los moles de soluto son iguales a la masa del soluto dividida por su masa molar, por lo que la fórmula operativa es:

$m = \frac{m_{solute} / M_{solute}}{m_{solvent}}$

• $m_{solute}$ — masa del soluto pesado, en gramos
• $M_{solute}$ — masa molar del soluto, en g/mol, obtenida de la tabla periódica
• $m_{solvent}$ — masa del disolvente, en kilogramos

Cómo calcular la molalidad

1. Pese el soluto. Registre su masa en gramos, kilogramos o miligramos. La calculadora acepta cualquiera de las tres unidades y realiza la conversión.
2. Busque la masa molar del soluto, en g/mol, en la tabla periódica. Para un hidrato como CuSO₄·5H₂O, incluya en el total la masa de las moléculas de agua.
3. Pese únicamente el disolvente, antes de mezclarlo, no la disolución combinada después.
4. Convierta ambas masas a unidades compatibles: gramos para el soluto y kilogramos para el disolvente. La calculadora realiza este paso automáticamente, utilizando la unidad seleccionada junto a cada campo de masa.
5. Divida la masa del soluto por su masa molar para obtener los moles de soluto.
6. Divida los moles de soluto por la masa del disolvente en kilogramos para obtener la molalidad, en mol/kg.

Errores frecuentes

• Usar la masa de la disolución en lugar de la del disolvente. Pesar 100 g de agua y añadir después 10 g de sal da 110 g de disolución. El cálculo de la molalidad sigue utilizando únicamente los 100 g de agua.
• Omitir el agua de cristalización. CuSO₄·5H₂O tiene una masa molar de 249,7 g/mol, no la masa molar de 159,6 g/mol del CuSO₄ anhidro por sí solo.
• Confundir gramos y kilogramos. Introducir la masa del disolvente como 500 en lugar de 0,5 kg desvía la respuesta en un factor de 1000.
• Redondear demasiado pronto. Conserve cifras adicionales durante el cálculo de los moles de soluto y redondee después el resultado final.

Ejemplo: cálculo de la molalidad

Problema. Determine la molalidad de una disolución preparada con 10 g de cloruro de sodio (NaCl, masa molar 58,44 g/mol) disueltos en 500 g de agua.

1. Convierta la masa del disolvente a kilogramos: 500 g = 0,5 kg.
2. Determine los moles de soluto: 10 g ÷ 58,44 g/mol = 0,1711 mol.
3. Determine la molalidad: 0,1711 mol ÷ 0,5 kg = 0,3422 mol/kg.

Ejemplo: trabajo con miligramos

Problema. Determine la molalidad de una disolución preparada con 25 mg de glucosa (C₆H₁₂O₆, masa molar 180,16 g/mol) disueltos en 15 g de agua.

1. Convierta la masa del soluto a gramos: 25 mg = 0,025 g.
2. Convierta la masa del disolvente a kilogramos: 15 g = 0,015 kg.
3. Determine los moles de soluto: 0,025 g ÷ 180,16 g/mol ≈ 0,0001388 mol.
4. Determine la molalidad: 0,0001388 mol ÷ 0,015 kg ≈ 0,0093 mol/kg.

Molalidad frente a molaridad

La molalidad y la molaridad suenan parecido, pero miden cosas distintas. La molalidad divide los moles de soluto por los kilogramos de disolvente. La molaridad divide los moles de soluto por los litros de la disolución completa. Como el volumen de los líquidos cambia con la temperatura y la molaridad depende del volumen, la molaridad de una disolución varía ligeramente al calentarse o enfriarse, mientras que su molalidad permanece igual. En disoluciones acuosas diluidas a temperatura ambiente, los dos valores suelen ser parecidos, pero no son idénticos y no deben intercambiarse sin comprobarlo.

Una forma aproximada de convertir entre ambas, cuando se conoce la densidad de la disolución, es:

$Molarity = \frac{Molality \times \rho}{1 + (Molality \times M_{solute} / 1000)}$

donde $\rho$ es la densidad de la disolución en g/mL.

Por qué los químicos usan la molalidad

La molalidad se utiliza siempre que la temperatura cambia durante un experimento. En el descenso crioscópico, es decir, la disminución del punto de congelación de una disolución por debajo del del disolvente puro, la molalidad aparece directamente en la ecuación correspondiente:

$\Delta T_f = K_f \times m \times i$

$\Delta T_f$ es el descenso crioscópico, $K_f$ es una constante específica del disolvente, $m$ es la molalidad y $i$ es el número de partículas que produce cada unidad de soluto al disolverse. Como la molalidad no varía mientras la muestra se enfría hacia su punto de congelación, proporciona un valor estable para introducir en esta ecuación. El mismo razonamiento se aplica a la elevación ebulloscópica y a las formulaciones farmacéuticas que deben mantener una concentración constante en un intervalo de temperaturas de almacenamiento.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la diferencia entre molalidad y molaridad? La molalidad es el número de moles de soluto por kilogramo de disolvente. La molaridad es el número de moles de soluto por litro de disolución. La molalidad depende únicamente de la masa, por lo que no cambia con la temperatura; la molaridad depende del volumen, que sí cambia con la temperatura.

¿Por qué algunos experimentos usan molalidad en lugar de molaridad? Cualquier medición realizada en un intervalo de temperaturas, como el descenso crioscópico, necesita una unidad de concentración que no varíe cuando la muestra se calienta o se enfría. Como la molalidad se basa en la masa, permanece constante, mientras que la molaridad cambiaría ligeramente junto con el volumen de la disolución.

¿Puede la molalidad ser negativa o cero? No, la molalidad no puede ser negativa, ya que describe una cantidad física de soluto disuelto. Es cero únicamente cuando no hay soluto presente, lo que significa que la muestra es disolvente puro y no una disolución.

¿Tiene la molalidad un límite superior? Sí. La molalidad está limitada por la solubilidad del soluto en el disolvente. Cuando el disolvente contiene la cantidad máxima de soluto que puede disolver a esa temperatura y presión, la molalidad no puede aumentar más.

¿Tiene el agua pura una molalidad? No. La molalidad describe un soluto disuelto en un disolvente. El agua pura no contiene soluto, por lo que la molalidad no se aplica a ella.

¿Qué precisión tiene una calculadora de molalidad para disoluciones concentradas o no ideales? La división sigue directamente la definición y esta calculadora muestra la respuesta con cuatro decimales. La cifra de molalidad en sí sigue siendo correcta a cualquier concentración. Lo que cambia en una disolución concentrada o no ideal es el modo en que esa cifra se comporta en ecuaciones posteriores, como la del descenso crioscópico, donde las interacciones entre iones hacen que el comportamiento real se aparte de la fórmula de proporcionalidad simple.