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Unidad 1: Estructura atómica y propiedades

Química AP · Unidad 1: Estructura atómica y propiedades

1.1 Moles y masa molar

En esta lección

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Pregunta esencial

¿Cómo podemos contar átomos pesándolos?

Los átomos son demasiado pequeños para contarlos uno por uno, pero una balanza mide la masa con facilidad. Al terminar esta lección, deberías poder usar la masa molar y el número de Avogadro para pasar entre gramos, moles y número de partículas.

El video está en inglés. ¿El video no carga? Míralo en YouTube.

Por qué necesitamos el mol

  • Los átomos son demasiado pequeños para contarlos uno por uno.
  • Podemos medir la masa con una balanza.
  • El mol conecta la masa con el número de partículas.
Una gota de agua junto a un recuadro amarillo que dice: una gota de agua tiene aproximadamente 1.7 × 10²¹ moléculas.

Una sola gota de agua contiene aproximadamente 1.7 × 1021 moléculas, muchísimas más de las que alguien podría contar. Los químicos necesitan un puente entre la masa que podemos medir y el número de partículas que no podemos contar. Ese puente es el mol.

Número de Avogadro

1 mol = 6.022 × 1023 partículas

  • El mol es una palabra para contar, como una docena. 1 docena = 12, y 1 mol = 6.022 × 1023.
  • La palabra de la partícula cambia: átomos (C), moléculas (H2O) o unidades fórmula (NaCl).
1 mol = 6.022 × 10²³ partículas. Tres tarjetas: 1 mol de C son 6.022 × 10²³ átomos, 1 mol de H2O son 6.022 × 10²³ moléculas y 1 mol de NaCl son 6.022 × 10²³ unidades fórmula. Igual que 1 docena = 12, 1 mol = 6.022 × 10²³.

Sin importar cuál sea la sustancia, un mol siempre contiene el mismo número de partículas. Este número se llama número de Avogadro, NA.

Unidades de masa atómica y masa molar

  • Masa de un átomo: unidades de masa atómica (amu)
  • Masa molar (M): masa de 1 mol en g/mol
  • ¡El mismo número, distintas unidades!
Un átomo de carbono tiene una masa de 12.01 amu. Una flecha con la etiqueta × 6.022 × 10²³ lo conecta con un mol de carbono, que tiene una masa de 12.01 g.

Un átomo de carbono tiene una masa promedio de 12.01 amu, y un mol de átomos de carbono tiene una masa de 12.01 g. Esto funciona para todos los elementos y compuestos, así que puedes leer las masas molares directamente de la tabla periódica.

Masa molar de un compuesto

  • Suma las masas molares de todos los átomos de la fórmula.
  • Los subíndices indican cuántos hay de cada átomo.
Masa molar del agua: H, 2 × 1.008 g/mol, más O, 1 × 16.00 g/mol, es igual a 18.02 g/mol para H2O.

El agua, H2O, tiene dos hidrógenos (2 × 1.008 = 2.016 g/mol) y un oxígeno (16.00 g/mol), así que su masa molar es 18.02 g/mol.

El mapa del mol

n = m/M

  • n = moles (mol)
  • m = masa (g)
  • M = masa molar (g/mol)
Mapa del mol: masa en gramos, moles y partículas en una fila. De masa a moles: divide entre la masa molar. De moles a masa: multiplica por la masa molar. De moles a partículas: multiplica por 6.022 × 10²³. De partículas a moles: divide entre 6.022 × 10²³. Abajo: n = m/M.

Los moles siempre están en medio. Para pasar de gramos a moles, divide entre la masa molar. Para pasar de moles a partículas, multiplica por el número de Avogadro. Al ir en sentido contrario, haz lo opuesto. Si te atoras, ubica dónde estás en el mapa y a dónde necesitas llegar.

Análisis dimensional

  • Empieza con lo que conoces.
  • Multiplica por factores de conversión.
  • Las unidades se cancelan de arriba hacia abajo.
Planteamiento de gramos a partículas: gramos × (1 mol sobre un espacio en blanco de g) × (6.022 × 10²³ sobre 1 mol). Una nota dice que la masa molar va debajo de los gramos para que los gramos se cancelen.

Plantea cada factor de conversión de modo que la unidad que quieres eliminar quede abajo. Los gramos de arriba cancelan los gramos de abajo, y los moles cancelan los moles, y así queda el número de partículas. Si tus unidades no se cancelan, voltea la fracción.

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Ejemplos resueltos

Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.

Ejemplo 1: De gramos a moles

¿Cuántos moles hay en 45.0 g de agua, H2O?

Mostrar la solución
  1. Dado: 45.0 g de H2O. Encuentra: mol.
  2. Masa molar: 2(1.008) + 16.00 = 18.02 g/mol
  3. Planteamiento: 45.0 g × (1 mol / 18.02 g). Los gramos van abajo para que se cancelen.
  4. Divide: 45.0 ÷ 18.02 = 2.497 mol
  5. Respuesta: 2.50 mol de H2O (3 cifras significativas)

Ejemplo 2: De gramos a partículas

¿Cuántas moléculas hay en 10.0 g de dióxido de carbono, CO2?

Mostrar la solución
  1. Plan: gramos → moles → moléculas (dos pasos en el mapa del mol)
  2. Masa molar: 12.01 + 2(16.00) = 44.01 g/mol
  3. Planteamiento: 10.0 g × (1 mol / 44.01 g) × (6.022 × 1023 moléculas / 1 mol)
  4. De gramos a moles: 10.0 ÷ 44.01 = 0.2272 mol
  5. De moles a moléculas: 0.2272 × 6.022 × 1023 = 1.368 × 1023
  6. Respuesta: 1.37 × 1023 moléculas de CO2

Ejemplo 3: De partículas a gramos

¿Cuál es la masa de 3.01 × 1024 átomos de hierro, Fe?

Mostrar la solución
  1. Plan: partículas → moles → gramos
  2. De partículas a moles: 3.01 × 1024 átomos × (1 mol / 6.022 × 1023 átomos) = 4.998 mol de Fe
  3. Revisa: 1024 es unas diez veces 1023, así que unos 5 mol tienen sentido.
  4. De moles a gramos: 4.998 mol × (55.85 g / 1 mol) = 279.1 g
  5. Respuesta: 279 g de Fe (3 cifras significativas)

Ejemplo 4: Comparación de muestras

¿Cuál muestra contiene más átomos?

A. 1.0 mol de He
B. 18 g de H2O
C. 3.0 × 1023 moléculas de CO2

Mostrar la solución
  1. Muestra A: el helio existe como átomos individuales, así que 1.0 mol de He = 1.0 mol de átomos = 6.0 × 1023 átomos.
  2. Muestra B: 18 g ÷ 18.02 g/mol = 1.0 mol de H2O. Cada molécula tiene 3 átomos, así que 3.0 mol de átomos = 1.8 × 1024 átomos.
  3. Muestra C: cada CO2 tiene 3 átomos, así que 3.0 × 1023 × 3 = 9.0 × 1023 átomos.
  4. Respuesta: B, la muestra de agua
  5. La trampa: siempre pregúntate si estás contando moléculas o átomos.

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Práctica

La hoja de práctica llegará pronto.

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Diapositivas de la lección

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Ideas clave

  • 1 mol = 6.022 × 1023 partículas
  • amu de una partícula = g/mol de un mol
  • La masa molar conecta gramos y moles: n = m/M
  • Plantea las unidades para que se cancelen.

De vuelta a la pregunta esencial: podemos contar átomos pesándolos porque la masa molar nos dice cuántos gramos pesa un mol de partículas, y un mol siempre son 6.022 × 1023 partículas. A continuación, el Tema 1.2 muestra cómo los espectros de masas revelan los isótopos de un elemento.

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Alineación con AP

Esta lección cubre el Tema 1.1, Moles y masa molar, de la Unidad 1 (Estructura atómica y propiedades) de la Descripción del curso y del examen (CED, por sus siglas en inglés) de AP Chemistry del College Board. Objetivo de aprendizaje:

  • 1.1.A: Calcular cantidades de una sustancia o su número relativo de partículas usando el análisis dimensional y el concepto de mol.

Conocimiento esencial: 1.1.A.1, 1.1.A.2, 1.1.A.3

Habilidad sugerida: 5.B Rutinas matemáticas. Identificar una teoría, definición o relación matemática adecuada para resolver un problema.

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