U1 T3. Concepto de mol. Masas atómicas y...

U1 T3. Concepto de mol. Masas atómicas y

moleculares

Los átomos son muy pequeños. Para que te hagas una idea, el

átomo de calcio tiene un radio de 2 por 10-8

cm, por lo que paracompletar una distancia de un centímetro habría que colocar en filaunos 50.000.000 de átomos. Con este tamaño, la masa, ya lopuedes imaginar, también es pequeñísima.

Esto hace que sea imposible pesar los átomos de forma individual,pues la porción más pequeña de materia que puede obtenerse en unlaboratorio contiene un número muy grande de átomos. Encualquier situación real hay que manejar cantidades enormes de átomos, lo que hacenecesario disponer de una unidad de medida para que la cantidad de materia sea fácil demedir y que nos indique el número de partículas.

Si bien, para medir la cantidad de materia, la masa es una buena magnitud, en la vidacotidiana es frecuente medir las cantidades por número de unidades, como por ejemplo loshuevos se miden por docenas, los habitantes de un país se miden por millones, etc...

En este tema verás cómo se puede medir la cantidad de sustancia en función del número departículas que tenga. Pero, por otro lado, al ser tan pequeñas, el número de partículas esenormemente grande, tanto, que realmente no se pueden contar. Así pues, tendremos querelacionar esta unidad, en función del número de partículas, con otra unidad fácilmentemedible, como por ejemplo la masa.

PAC_QU_U1_T3_contenidos file:///C:/Users/Belen/Desktop/AGREGA/PAC_QU/PAC_QU_U1_Co...

1 de 16 08/07/2013 14:52

1.- Masa atómica

Llave .

Imagen de dominio publico

¿Estás seguro de que tienes una idea del tamaño delátomo?.

Imagina que tienes una llave metálica en tus manos,¿sabes cuánto tendrías que aumentarla para poder vera simple vista sus átomos?.

Pues si la llave se aumentara hasta un tamaño similaral del planeta Tierra, entonces los átomos se veríanmás pequeños que una cereza.

Los minúsculos átomos son la fracción más pequeña de materia y como tal, secaracterizarán por su masa y su volumen. Pero la masa de los átomos es tan pequeña queno se puede medir como en los cuerpos macroscópicos, ni por supuesto en las unidadeshabituales, en kilogramos (kg), ya que esta unidad es demasiado grande para medir la masade un átomo.

Por ello, para medir la masa de los átomos se define una unidad muy pequeña, la unidad demasa atómica unificada (u) o Dalton (Da), que equivale a la doceava parte de la masa deun átomo de C-12.

La unidad de masa atómica unificada (u) o Dalton (Da) es la masa de ladoceava parte de la de un átomo de carbono, del isótopo C-12.

La masa atómica es la masa de un átomo, expresada enunidades de masa atómica unificada. Esta masa, como es natural,dependerá de los protones, neutrones y electrones que tenga elátomo.

El problema es que casi todos los elementos están constituidos porvarios isótopos, que tienen diferente número de neutrones, con loque las masa de los isótopos difieren ente sí y por tanto tiene

Pre-conocimiento

Actividad


2 de 16 08/07/2013 14:52

distinta masa atómica.

Por ello se define la masa atómica relativa o peso atómico de un elemento, como la mediaponderada de las masas atómicas de los isótopos que lo constituyen, por supuesto medidaen unidades de masa atómica unificada (u) ó en Dalton (Da).

Se conocen dos isótopos estables del lítio, cuyas abundancias y masas relativasse indican en la siguiente tabla:

IsótopoAbundancai

relativa

Masa

atómica

Li-6 7,42 % 6,015 u

Li-7 92,58 % 7,016 u

Por lo tanto, la masa atómica relativa del litio será: 6,015 (7,42/100) + 7,016(92,18/100) = 6,941 u

La masa atómica relativa de un elemento es la media ponderada de lasmasas atómica de los isótopos que tiene.

En esa media ponderada se tiene en cuenta la abundancia de cada uno deellos.

La masa atómica relativa es un sinónimo para peso atómico y de masa atómicapromedio , que es la media ponderada de las masas de todos los átomos de un elementoquímico, ponderados por abundancia isotópica. Frecuentemente se denomina masaatómica, pero no hay que entenderla como la masa de un átomo, pues es la mediaponderada.

Las masas atómicas relativas, de los diferentes elementos se han determinado y estándisponibles en la tabla periódica. Haz clic sobre ella para verla de mayor tamaño.

Pre-conocimiento

Actividad


3 de 16 08/07/2013 14:52

Tabla peririódica de Michael Dayah . Permiso uso no lucrativo

Completa la siguiente tabla con las masas atómicas relativas de los elementosque se indican. Tendrás que localizarlas en la tabla periódica anterior yredondear su valor a una sola cifra decimal.

Actividad de Espacios en Blanco


4 de 16 08/07/2013 14:52

Calcio Plata

Cloro Azufre

Platino Mercurio

Hierro Plomo

Cobre Uranio

Enviar


5 de 16 08/07/2013 14:52

2.- Masa molecular

La cantidad mínima de un elemento químico es un átomo, pero los átomos noestán aislados, no están solos, excepto en unos pocos casos como los de losgases nobles, sino que forman parte de estructuras que llamamos moléculas,cristales, redes, etc....

Molécula de agua

Al igual que para los elementos la cantidad mínima es el átomo, paralos compuestos, la unidad mínima es la molécula.

Podemos imaginar a las moléculas como un pequeño agregado deátomos unidos entre sí que conservan las propiedades de lassustancia. Así, una molécula de agua está constituida por la unión dedos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno, por eso su fórmulaes H

2O.

Los átomos de algunos elementos también se unen entre síformando moléculas. Las fórmulas de algunas de estas moléculas sonH

2, O

2, N

2, F

2, Cl

2, Br

2, O

3, ...

Pues si pretendemos medir la masa de una molécula, como está constituida por undeterminado número de átomos, nos encontramos con el mismo problema que para medir lamasa del átomo, el tamaño. La molécula es muy pequeña, y su masa se mide, al igual quela de los átomos, comparándola con la doceava parte de la masa de un átomo del isótopo decarbono-12. Es decir, la masa de las moléculas se mide en unidades de masa atómicaunificada o Dalton.

No obstante, si conocemos las masas atómicas de todos los elementos, sabiendo cuál es laconstitución de la molécula, es decir, el número de átomos de cada clase que contiene,podemos calcular la masa molecular de una manera muy sencilla, sumando las masasatómicas relativas de todos los átomos que la constituyen. Vamos a ver un par deejemplos:

La molécula de agua (H2O) está formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de

oxígeno, por tanto, su masa molecular será dos veces la masa atómica del hidrógeno más lamasa atómica del oxígeno. Masa molecular H

2O = 2 x 1 u + 16 u = 18 u.

La masa molecular del cloro (Cl2) es dos veces la masa atómica del cloro, 2 x 35,5 u = 71

u.

La masa molecular relativa es la masa promedio de una molécula decompuesto, se calcula sumando las masas atómicas relativas de los átomos que

Pre-conocimiento

Actividad


6 de 16 08/07/2013 14:52

Red de cloruro sódico .

imagen de dominio público.

Pero, ¿qué pasa cuando la sustancia no está constituidapor moléculas, como por ejemplo en las redescristalinas?

Los compuestos como el cloruro de sodio, no estánconstituidos por moléculas, sino que son compuestos enlos que las partículas que lo constituyen, se distribuyenen una red cristalina, como se ve en la imagen de laderecha.

En este caso, en los cristales, los átomos de sodio ycloro están en la proporción 1:1, por eso decimos que sufórmula es NaCl. Pero en ningún caso podemos decirque el cloruro sódico está constituido por moléculas deNaCl.

En los compuestos formados por redes cristalinas, seestablece lo que se llama "masa fórmula" como la masapromedio de las unidades elementales de la red, que porsupuesto se mide en unidades de masa atómica unificada (o Dalton).

Es frecuente llamar masa molecular relativa de un compuesto a esta "masa fórmula"calculándose de igual forma, sumando las masas atómicas relativas de los átomos queaparecen en la fórmula.

Así, la masa molecular de cloruro de sodio (NaCl) será la suma de la masa atómica del sodioy de la masa atómica del cloro: 23 u + 35,5 u = 58,5 u

Se llama masa fórmula a la suma de las masas atómicas relativas de todoslos átomos que aparecen en la fórmula de un compuesto. A la masa fórmula deun compuesto se le suele llamar masa molecular relativa .

Sustancia Masa molecular relativa

Utilizando la tabla periódica de la sección anterior y redondeando las masasatómicas relativas a una sola cifra decimal, calcula la masa molecular relativa delas sustancias que se indican.

Actividad



7 de 16 08/07/2013 14:52

O2

Al2O

3

KMnO4

CH3COOH

Enviar


8 de 16 08/07/2013 14:52

3.- El mol

Un mol de distintas sustancias Autores

¿Sabías que el sistema de unidadesde medida legalmente vigente enEspaña es el Sistema Internacionalde Unidades?. Una de sus sieteunidades fundamentales es el mol yestablece que:

El mol es la cantidad de sustanciade un sistema que contiene tantasentidades elementales como átomoshay en 0,012 kilogramos de carbono12. Cuando se emplee el mol, debenespecificarse las entidadeselementales, que pueden serátomos, moléculas, iones, electronesu otras partículas o gruposespecificados de tales partículas.

Por si te pica la curiosidad, en el siguiente enlace puedes leer la publicación enel BOE.

BOE del 21 de enero de 2010

Pues según has estudiado, lasreacciones químicas no sonmas que la recombinación delos átomos, que forman losreactivos, para unirse de otraforma, y dar lugar a losproductos.

Así pues si las reaccionesocurren entre partículas, quepueden ser átomos,moléculas, iones...Necesitaremos una unidad quenos permita medir la cantidadde sustancia en función delnúmero de partículas quetiene, lo mismo que utilizamoslas docenas para medir lascantidades de huevos o losmillones para medir laspoblaciones de los países.

No obstante, nos encontramos con un problema, los átomos son tan pequeños, que al tomaruna cantidad observable de sustancia, el número de átomos es tan grande, que nopodríamos contarlos, ni tan siquiera dedicándole una gran parte de nuestra vida.

Tendremos pues que definir esta unidad, en función del número de partículas, pero tambiénde otra forma, que nos permita medirla de forma rápida y fiable. Como la masa es unamagnitud fácilmente medible y con bastante precisión, habrá que buscar patrones de masa

Pre-conocimiento


9 de 16 08/07/2013 14:52

que contengan el mismo número de partículas.

Para ello se define el mol como unidad de cantidad de sustancia. Para que lo entiendas deuna forma sencilla, podemos decir que un mol es un

número de partículas. Un mol son 6,022.1023

partículas de una sustancia. ¿Pero porquéutilizamos este número?

Vamos a verlo con un ejemplo. Una molécula de O2 y una molécula de H

2 tienen unas

masas moleculares relativas de 32 u y 2 u respectivamente. Esto quiere decir que la masade una molécula de oxígeno es 16 veces mayor que la masa de una molécula dehidrógeno(32u/2u=16/1). Por tanto, si tenemos dos muestras O

2 y de H

2 con el mismo

número de moléculas sus masas estarán en una relación 16/1 . Por ejemplo, 32 g de O2 y

2 g de H2 tienen que contener el mismo número de moléculas. Ese número se ha calculado

por distintos procedimientos y resultó ser 6,022.1023

moléculas. Pues bien, lo mismo ocurrepara cualquier sustancia, si tomamos una muestra cuya masa sea igual a su masa atómica o

molecular relativa, expresada en gramos en ella habrá 6,022.1023

partículas (átomos,moléculas, iones, etc).

A esta cantidad, denominada número de Avogadro (o constante de Avogadro), se larepresenta por N

A.

1 mol = 6,022 1023 partículas

Se define la masa molar de una sustancia como la masa en gramos de un mol de dichasustancia, valor que coincide numéricamente con la masa atómica relativa, la masamolecular relativa o la masa fórmula, según la constitución de la sustancia en concreto y seexpresa en g/mol.

Podemos hacer dos definiciones equivalentes de un mol:

Es una cantidad de sustancia que contiene 6,022 1023

partículas .En este caso hemos de especificar además de que tipo de partículas setrata (átomos, moléculas, iones...).

Es una cantidad de sustancia igual a la masa molar expresada engramos .

Esta doble definición de mol lleva implícitos varios aspectos fundamentales:

Puede utilizarse como un factor de conversión de unidades de masa en gramosy unidades de masa atómica unificada o Dalton.

1 gramo = 6,022 1023 u (ó Da)

Actividad


10 de 16 08/07/2013 14:52

El concepto de un mol, se refiere a un número

de unidades . Es decir, hablamos de 6,022 1023

átomos, moléculas, iones, electrones, etc...

Para cuantificar el número de moles de unamuestra, como no se puede contar el número departículas que tiene, bastará con cuantificar sumasa y luego, utilizando la masa molar, encontrarel número de moles.

Un mol de H2 (masa atómica relativa del H: 1):

Contiene 6,022 1023

moléculas de H2.

Es decir, contiene 2 x 6.022 1023

átomos de

hidrógeno. O lo que es lo mismo, contiene dos moles

de átomos de hidrógeno.

Tiene una masa de 2 g.

Un mol de H2O (masa atómica relativa del H:1 y O: 16):

Contiene 6,022 1023

moléculas de H2O.

Es decir, contiene 2 x 6,022 1023

átomos de

hidrógeno y 6,022 1023

átomos de oxígeno. También

podemos decir que contiene dos moles de átomos de

hidrógeno y un mol de átomos de oxígeno.

Tiene una masa de 18 g.

Es decir tiene 16 g de oxígeno y 2 g de hidrógeno.

Un mol de H2SO

4 (masa atómica relativa del H: 1, O: 16 y

S: 32,1):

Contiene 6,022 1023

moléculas de H2SO

4.

Es decir, contiene 2 x 6.022 1023

átomos de

hidrógeno, 6,022 1023

átomos de azufre y 4 x 6,022

1023

átomos de oxígeno. O lo que es lo mismo,

contiene dos moles de átomos de hidrógeno, un mol

de átomos de azufre y 4 moles de átomos de oxígeno.

Tiene una masa de 98,1 g.

Es decir, tiene una masa de 2 g de hidrógeno, 32,1


11 de 16 08/07/2013 14:52

g de azufre y 64 g de oxígeno.

SustanciaNº

moles

Matraz

vacío

Matraz

lleno

Masa

sustanciaMasa

molar

H2 15

CH4 8,3

Cl2 7,5

I2 3

Enviar

Utiliza la balanza de la animación del siguiente enlace para determinar lamasa molar de las diferentes sustancias que se presentan, completando la tablasiguiente:



12 de 16 08/07/2013 14:52

4.- Haciendo cálculos con moles

Un mol de zinc Imagen propia

¿Sabes que con la definición de molpuedes realizar muchos cálculos?,puedes calcular el número departículas, de moles, de gramos...Para ello tienes que tener muy clarala definición de mol, tanto enfunción del número de partículascomo con la masa.

Recuerda:

Un mol se define como la cantidad de sustancia que:

Tiene 6,022 1023

partículas (átomos o moléculas).

Tiene una masa , expresada en gramos, igual a la masa molar.

La masa molar de una sustancia es la masa de un mol expresada en

g/mol, su valor coincide numericamente con:

Masa atómica relativa : si se trata de una sustancia

constituida por átomos aislados o bien de una red constituida por

un solo tipo de átomos.

Masa molecular relativa : si se trata de una sustancia

formada por moléculas.

Masa fórmula : cuando la sustancia forma redes cristalinas

como lo sólidos iónicos.

Pues con estas definiciones puedes calcular muchas cosas, como por ejemplo, el número departículas, el número de moles o la masa de una determinada muestra, vamos a verlo.

Calcular el número de moles (n) a partir de la masa en gramos (m) . Para

Pre-conocimiento


13 de 16 08/07/2013 14:52

Imagen propia

realizar este cálculo necesitas conocer la masa molar (Mm).

En este caso utilizamos la segunda definición de mol, en función dela masa, y la utilizamos como un factor de conversión.

Nº de moles n = m g ( 1 mol / Mm g) = m / Mm mol.

Es decir, el número de moles se calcula dividiendo la masa entrela masa molar de las sustancia .

¿Cuántos moles hay en 14,5 g de azufre?. ¿Y en 4 g de H2O?.

Masas atómicas relativas H: 1; O: 16; S:32,1.

Imagen propia

Calcular el número de moles (n) a partir del número departículas (N

p) . Para calcular el número de moles, en este caso,

puedes utilizar la primera definición de mol, como un número de

Avogadro (NA = 6,022 10

23 partículas), como un factor de

conversión.

Nº de moles n = Np

partículas ( 1 mol / NA

partículas) =

Np

/ NA

mol.

Es decir, el número de moles se calcula dividiendo el número departículas entre el número de Avogadro .

¿Cuántos moles hay en una muestra que contiene 2,17 1024

átomos de plata?


14 de 16 08/07/2013 14:52

Imagen propia

Calcular el número de partículas (n) a partir delnúmero de moles (n) .

En este caso puedes utilizar la primera definición de mol, en funcióndel número de partículas, como un factor de conversión.

Nº de partículas Np

= n mol ( NA

partículas / 1 mol) = n

NA

mol.

Es decir, el número de partículas se calcula multiplicando el númerode moles por el número de Avogadro.

En 1,5 moles de agua (H2O), ¿Cuántas moléculas hay?. ¿Cuántos átomos de

oxígeno?. ¿Y de hidrógeno?.

Imagen propia

Calcular la masa (m) a partir del número de moles (n) .Para realizar este cálculo necesitas conocer la masa molar de lasustancia (M

m).

En este caso puedes utilizar la segunda definición de mol, en funciónde la masa, como un factor de conversión.

Masa m = n mol ( M g / 1 mol) = n Mm

g.

Es decir, la masa se calcula multiplicando el número de moles porla masa molar de la sustancia .

Una muestra de hidróxido de sodio (NaOH), se sabe que tiene 1,42 moles, ¿Cuáles su masa?.


15 de 16 08/07/2013 14:52

En 120 g de ácido sulfúrico (H2SO

4), ¿cuántos gramos hay de de hidrógeno?,

¿cuántos de oxígeno?, ¿y de azufre?.

Masas atómicas relativas

H: 1,0 O: 16,0 S: 32,1


16 de 16 08/07/2013 14:52

U1 T3. Concepto de mol. Masas atómicas y...

Documents

Transcript of U1 T3. Concepto de mol. Masas atómicas y...