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La concentración porcentual de volumen, también llamada porcentaje volumen/volumen o %V/V, es una unidad física de concentración que indica cuántas partes en volumen de soluto hay presentes en 100 partes o unidades de volumen de solución. Dependiendo de las unidades, esto se puede interpretar de diferentes maneras. Por ejemplo, y entre otras:
- Los mililitros de soluto que hay por cada 100 mililitros de solución.
- Los litros de soluto que hay por cada 100 litros de solución.
- Los centímetros cúbicos o cc de soluto que hay en 100 cc de solución.
La concentración porcentual en volumen se considera una unidad física de concentración, ya que indica la proporción entre el soluto y la disolución en volumen, que es una unidad física, al contrario que los moles o el número de equivalentes, que son unidades químicas. Por esta razón, dos soluciones con la misma concentración en %V/V no necesariamente tendrán la misma cantidad de sustancia (entiéndase moles se soluto) por unidad de solución, por lo que el %V/V no puede utilizarse como sustituto en cálculos estequiométricos directos, cosa que sí se puede hacer con las unidades químicas de concentración.
Cuándo utilizar la concentración porcentual de volumen
La concentración porcentual de volumen es una unidad de concentración cuyo uso está limitado a soluciones que únicamente involucran líquidos, tales como las soluciones de etanol en agua, o de octano en ciclohexano, por nombrar solo dos.
No suelen utilizarse para soluciones de solutos sólidos en líquidos debido a la ambigüedad que representa hablar del “volumen” de una sustancia sólida formada por millones de pequeños cristales de tamaños diferentes. El hecho de que dicho tamaño puede afectar considerablemente qué tan compacto sea el sólido, hace que medir su volumen sea poco práctico.
Por otro lado, al utilizarse con solutos y solventes líquidos, debido al hecho de que todas las cantidades necesarias para su cálculo están expresadas en términos de volumen, cosa que es muy fácil de medir en el laboratorio, el porcentaje V/V es una de las unidades de concentración más fáciles de trabajar a nivel práctico y se utiliza siempre que se puede. A manera de ejemplo, la mayoría de soluciones líquidas comerciales tales como el agua oxigenada, el alcohol antiséptico y las bebidas alcohólicas, expresan su concentración en porcentaje V/V.
Fórmulas para calcular la concentración porcentual de volumen o porcentaje V/V
La fórmula principal para determinar el porcentaje V/V de una solución es la siguiente:
Al utilizar esta ecuación, no hay restricciones en cuanto a las unidades que en la que se deben expresar los volúmenes, aparte de la condición de que ambos se expresen en la misma unidad. Es decir que, si el soluto se expresa en mL, entonces el volumen de la solución también se debe expresar en las mismas unidades de volumen.
Cálculo de la concentración porcentual de volumen a partir de la masa del soluto
En ocasiones se conoce la masa del soluto y no su volumen, a pesar de tratarse de un soluto líquido. Si este es el caso, todavía podemos calcular el porcentaje volumen/volumen de una manera muy sencilla, dividiendo entre la densidad del soluto, dado que V=m/d. Tras combinar esta expresión con la anterior, se obtiene la siguiente fórmula:
Cómo calcular la concentración porcentual de volumen a partir de otras unidades de concentración
Es frecuente conocer la concentración de una solución en una unidad, pero necesitarla en otra. Por esta razón, en este apartado se presentan algunos casos comunes de conversión de unidades de concentración para obtener el porcentaje V/V.
Concentración porcentual de volumen (%V/V) a partir de concentración porcentual masa/volumen (%m/V)
La fórmula para convertir %m/V a %V/V es la siguiente:
Cabe mencionar que al utilizar esta fórmula sí se establecen ciertas restricciones en cuanto a unidades. El porcentaje m/V casi siempre se expresa en gramos de soluto por cada 100 mL de solución, así que se debe utilizar la densidad en unidades de g/mL para asegurar la consistencia de unidades.
Concentración porcentual de volumen (%V/V) a partir de concentración porcentual de masa (%m/m)
La fórmula para convertir %m/m a %V/V es la siguiente:
En este caso, la única restricción en cuanto a las unidades es que ambas densidades se encuentren en las mismas unidades.
Concentración porcentual de volumen (%V/V) a partir de concentración molar
A pesar de no ser una de las conversiones de concentración más comunes, se puede transformar la molaridad de una solución a porcentaje de volumen por medio de la siguiente ecuación:
Las unidades de la densidad del soluto deben ser g/mL.
Ejemplos de cálculo de concentración porcentual de volumen
Ejemplo 1
Determinar la concentración porcentual de volumen de una solución preparada mezclando 100mL de alcohol absoluto con 400 mL de agua pura. Considere los volúmenes aditivos.
SOLUCIÓN:
Para calcular el porcentaje volumen/volumen solo hace falta el volumen del soluto y el de la solución. Sin embargo, en este caso solo tenemos en del soluto y el del solvente. Como el enunciado dice que los volúmenes se consideran aditivos, entonces podemos obtener el volumen total de la solución al sumar los volúmenes del soluto y el solvente, es decir:
Ahora que tenemos todo lo necesario, aplicamos la ecuación 1:
Por lo tanto, la solución tendrá una concentración porcentual de volumen del 20%.
Ejemplo 2
Determinar la concentración porcentual de volumen de una solución preparada mezclando 100mL de agua oxigenada al 30% en volumen con 100 mL de agua oxigenada al 10% en volumen. Considere los volúmenes aditivos.
SOLUCIÓN:
En este caso nuevamente debemos sumar los volúmenes para obtener el volumen total de la solución, pero nos falte el volumen de soluto. Como se están mezclando dos soluciones, el soluto de la mezcla será la suma del que hay presente en cada una de las soluciones iniciales. Además, como los volúmenes de estas dos soluciones son 100mL cada uno, entonces el volumen de soluto en cada solución será numéricamente igual a su porcentaje V/V:
Finalmente, aplicamos la fórmula del porcentaje volumen/volumen y listo:
Es decir, la concentración de la mezcla final será del 20% en volumen de agua oxigenada.
