El mol y la Cantidad de sustancia

En una reacción química es muy importante calcular las masas de los átomos y moléculas que intervien en la reacción

Masa molecular

Como ya vimos expresamos la masa relativa de los átomos con la unidad de la masa atómico (u) .La masa molecular (M) es la suma de las masas atómicas de los atómos que integran la molécula, a continuación, calculamos las masas atómicas del H₂0 y CO₂

H₂O . La masa atómica relativa del hidrógeno es 1 y la del oxígeno es 16 , la masa molecular del agua es 16+ (2x1) = 18
CO₂ . La masa atómica relativa del carbono es 12 y la del oxígeno es 16; la masa molecular del dióxido de carbono será 12+(2x16) = 44

El mol

Dado el tamaño extremadamente pequeño de las unidades fundamentales, y su número inmensamente grande, es imposible contar individualmente las partículas de una muestra. Esto llevó a desarrollar métodos para determinar estas cantidades de manera rápida y sencilla. Para relacionar la masa de los átomos y las moléculas con una cantidad fácil de medir en el laboratorio, los químicos han definido la magnitud de cantidad de materia y su unidad es el mol según el SI un mol es:

El mol es la unidad para medir cantidad de sustancia; la cual contiene tantas partículas elementales como átomos de carbono hay en 0,012 kg de carbono-12. La entidad debe especificarse y puede ser un átomo, una molécula, un ion, un electrón, etc. A partir del 16 de noviembre de 2018, se cambió la definición de mol y su patrón, pasando de ser la cantidad de átomos de carbono presentes en 0,012 kg de carbono-12 a la cantidad de átomos presentes en una esfera perfecta de silicio, cuya masa es de 0,028085 kg.

Tambien se lo puede decir que

Un mol de cualquier sustancia equivale a la masa molecular expresión en gramos.

Calculamos un mol de H₂O y un mol de CO₂

La masa molecular del agua es 18, un molde agua son 18g de agua
La masa molecular de CO2 es 44, un mol de CO2son 44g de CO2

Concentración molar (M)

Es otra manera de expresar la concentración de las disoluciones ,en lugar de expresar los gramos de soluto por cada litro de disolución, podemos poner los moles de soluto por cada litro de disolución.

Molaridad = Cantidad de sustancia (mol)%Volumen de disolucion (L)

Ejemplo si tenemos 50g de NaCl en 2 litros de disolucion su concentración será

50g%2L = 25 g/L

Cálculo de cantidad de sustancia

Podemos calcular la cantidad de sustancia en moles que hay para una cierta masa de cualquier sustancia de la siguiente forma

n(mol)= m(g)%M(g/mol)

Ejemplo Hallar la cantidad de sustancia que hay en 36g de agua

n(mol) = 36g% 18g/m) = 2 mol de H₂O

Número de Avogadro

En la definición de mol hemos relacionado la cantidad de sustancia con el número de átomos que hay en 12 gramos de carbono 12 pero se desconocian cuantas particulas hay en un mol de sustancia.

Esto fue develado por Amedeo Avogadro quien, en 1812, planteó la hipótesis de que dos muestras dadas de un gas ideal, del mismo volumen y a la misma temperatura y presión, contienen el mismo número de moléculas. Como ejemplo, volúmenes iguales de hidrógeno y nitrógeno gaseosos contienen el mismo número de átomos cuando están a la misma temperatura y presión, y observan el comportamiento del gas ideal. En la práctica, los gases reales muestran pequeñas desviaciones del comportamiento ideal y la ley se cumple solo aproximadamente, pero sigue siendo una aproximación útil para los científicos. Avogadro se basó en las experiencias de Gay-Loussac con los gases y llego al valor de partículas de un mol.

Un mol es la cantidad de sustancias que tiene 6,02214129×1023 partículas

Para los gases

Gay-Lussac determinó que todos los gases aumentaban en la misma proporción su volumen al aumentar la temperatura. Avogadro pensó que todos los gases tenían el mismo número de partículas, se entiende que a una temperatura dada y por unidad de volumen.

Por tanto, en las mismas condiciones de presión y temperatura si un gas tiene el doble de volumen que otro, el número de partículas también será el doble.

Asi determina que un mol de cualquier gas a 0 C y 1 atmósfera (condiciones normales) ocupa 11,4 litros.

Ejemplo sabiendo que la masa atómica del carbono 12 y la del oxígeno es 16 ¿Cual será la masa molecular del dióxido de carbono? ¿Cuántos moles, moléculas y átomos de óxigeno habra en 132 gr de dicho compuesto y que volumen ocuparán 2 moles de CO₂ en condiciones normales?

La masa molecular dióxido de carbono, cuya fórmula es CO2, será la masa atómica del carbono más el doble de la masa atómica del oxígeno.

Pm = 12+16x2 = 44 g/mol

Para calcular la cantidad de sustancia empleamos la relación

N=m/Pm 132/44 = 3 moles de dióxido de carbono

El número de moléculas lo calculamos multiplicando la cantidad de sustancia por el número de Avogadro.

Nº de moléculas = 3 x 6,022 x 1023 = 1,807x 1024 moléculas de CO₂

Como cada molécula de dióxido de carbono tiene dos átomos de oxígenom el número de átomos de este elemento será el doble que el de moléculas, es decir:

2x1,807x1024 = 3,614x 1024 átomos de CO₂

Un mol de cualquier gas en condiciones normales ocupa 22,4 litros en tanto 2 moles ocuparán_

2x22,4 = 44,8 Litros de CO₂

Diagrama que muestra la relación entre el mol, la masa molar, la masa en gramos, el número de partículas, la molaridad de una disolución, la ecuación de estado de la ley de los gases ideales y el número de Avogadro.

Ejemplo gráfico de la conversión de moles

Número de Avogadro
El número de partículas constituyentes de una sustancia (normalmente átomos o moléculas) que se pueden encontrar en la cantidad de un mol de la sustancia. Es un factor de proporción que pone en relación la masa molar (magnitud física que define la masa de una sustancia por unidad de cantidad de sustancia y se expresa en kg/mol) de una sustancia y la masa presente en una muestra.