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- En este artículo sobre la cantidad de sustancia, conocerás la constante de Avogadro (L) y cómo calcular el número de moles (n).
- También descubrirás la masa atómica relativa (Ar) y por qué utilizamos la unidad de masa atómica unificada (u).
- Hablaremos del rendimiento porcentual y de por qué el rendimiento real es inferior al rendimiento teórico. Por último, aprenderás la ecuación del gas ideal y la teoría cinética de los gases.
- Éste es un artículo resumido; para saber más, pulsa en los temas enlazados.
¿Qué es la cantidad de sustancia?
La cantidad de sustancia (n ) es el número de partículas o entidades elementales que hay en una muestra. También se denomina cantidad química.
La unidad de la cantidad de sustancia es el mol.
Una entidad elemental es la cantidad más pequeña de una sustancia que puede existir. Las entidades elementales pueden ser átomos, moléculas, iones o electrones.
Al hablar de cantidades de sustancia debes especificar de qué entidad elemental se trata. Por ejemplo, considera el elemento oxígeno.
Podrías suponer que la entidad elemental de una cantidad de oxígeno es el átomo de oxígeno- O. Sin embargo, a temperatura y presión estándar, dos átomos de oxígeno se combinan en oxígeno molecular- \ (O_2\). Esto significa que la entidad elemental del oxígeno es \( O_2\).
Cuando hablamos de la cantidad de sustancia de los compuestos covalentes, nos referimos a su fórmula molecular. Para los compuestos iónicos, nos referimos a sus unidades de fórmula.
Fig. 1 - El oxígeno es una partícula diatómica. Existe en pares, por lo que la entidad elemental del oxígeno es O2
¿Qué es el mol?
Un mol químico es otra forma de decir una cantidad exacta. Igual que decimos "una docena" para significar "doce cosas", un mol es "602 hexillones de cosas". That's 602,200,000,000,000,000,000,000! Lo escribimos como 
para abreviar.
Fig. 2 - ¡Un mol son 602 hexillones de cosas!
El número 
también se conoce como constante de Avogadro (L). Debe su nombre a un científico italiano llamado Amedeo Avogadro. Descubrió que volúmenes iguales de gases contienen el mismo número de moléculas cuando se encuentran en las mismas condiciones. Los científicos utilizaron este descubrimiento para calcular la constante de Avogadro.
Laconstante de Avogadro (L) es el número exacto de átomos que hay en 12 gramos de carbono-12. Este número es 
. Le damos las unidades \ (mol^-1\) , que se leen como "por mol".
El mol es la unidad del SI para la cantidad de sustancia.
Puedes hallar el número de moles utilizando esta fórmula
\(n\space\)= \(\frac {m} {M}\)
o \(\text{número de moles}\space\) = \(\frac {\text {masa en gramos}} {\text {masa molar}})n: número de moles
m: masa en gramos
M: masa molar (la masa de 1 mol en gramos)
La cantidad de entidades elementales en un mol es igual al número de átomos en 12 g del isótopo carbono-12.
Esto significa que en 1 mol de cualquier sustancia hay exactamente 
entidades elementales o constante de Avogadro.
1 mol de una sustancia pesa 80 g y tienes 10 g de ella. ¿Cuántos moles de la sustancia tienes?
\(n\space\)= \(\frac {m} {M}\)
\(n\space\)= \(\frac {10} {80} \)
\(n= 0,125 mol\)
¿Por qué es importante el mol?
El mol es esencial cuando hablamos de reacciones químicas. Echa un vistazo a esta ecuación
$$2H_2O+O_2\rightarrow 2H_2O$$
Podemos decir "el oxígeno y el hidrógeno reaccionan para formar agua"
o
"dos moléculas de hidrógeno y una molécula de oxígeno reaccionan para formar agua".
¿Te has dado cuenta de que necesitamos el doble de moléculas de hidrógeno que de oxígeno? Por tanto, si tuviéramos 1 mol de hidrógeno y 1 mol de oxígeno, tendrían el mismo número de moléculas: la constante de Avogadro. Para asegurarnos de que tenemos el doble de moléculas de hidrógeno, necesitamos el doble de moles de hidrógeno.
Eso significa que también podemos decir "2 moles de hidrógeno reaccionan con 1 mol de oxígeno para producir 2 moles de agua".
El mol es útil porque te permite leer las ecuaciones químicas por el número de moles de cada sustancia. Así puedes averiguar las cantidades exactas de sustancias que están reaccionando.
La masa de un mol de una sustancia es igual a su masa de fórmula.
¿Qué es la masa relativa?
Los científicos miden la masa de un átomo comparándola con \ (\frac {1} {2} \) la masa de un átomo neutro de carbono-12. A esto lo llamamos masa relativa.
Expresamos la masa relativa refiriéndonos a la unidad de masa atómica unificada (u o Dalton).
Un dalton (1u) equivale a \ (\frac {1} {2} \) la masa de un átomo estable de carbono-12 o \(1,660539040(20) \times 10^{27}\space kg\)
Comparamos todos los átomos con \ (\frac {1} {12} \ ) de carbono-12 porque es igual a 1u.
u es la unidad de medida de la masa atómica. 1u es igual a \(\frac {1} {12} \) la masa de un átomo de carbono-12.
¿Por qué utilizamos masas relativas?
Utilizamos masas relativas porque los átomos son tan diminutos que utilizar su peso real dificulta los cálculos. En lugar de utilizar la masa real de los átomos en los problemas, los científicos comparan todos los átomos con un átomo estándar: el carbono-12. Utilizan el carbono-12 porque es un átomo estándar. Utilizan el carbono-12 porque es un isótopo estable y pueden medir su masa con precisión. El carbono-12 es el isótopo del carbono con 6 protones y 6 neutrones. Averiguaron que el átomo de carbono-12 pesa \(6 veces 10^{-23}\space gramos\) .
Fig. 3 - Átomo de carbono-12
Los científicos dieron al carbono-12 una masa de 12u porque les resultaba más fácil decir "el carbono-12 pesa 12u". Comparando el peso de todos los demás átomos con el carbono-12 descubrieron que el átomo de hidrógeno pesa \(\frac {1} {12} \) del átomo de carbono-12. Así que dieron al hidrógeno una masa relativa de 1u.
hidrógeno = masa de carbono ÷ 12
=12u ÷ 12
=1u
¿Qué es la masa atómica relativa?
La masa atómica de un elemento varía de un isótopo a otro. La cifra que vemos para la masa atómica de un elemento en la tabla periódica es la masa atómica relativa.
La masaatómica relativa \(A_r\) es la masa media de todos los isótopos de un elemento, ponderada por la abundancia de cada isótopo en la Tierra.
Puedes calcular la masa atómica relativa utilizando esta fórmula
\(A_r\) = \(\frac {\text {masa del isótopo x abundancia del isótopo} } {\text {100} })
¿Qué es la masa molecular relativa?
La media ponderada de la masa de una molécula comparada con \(\frac {1} {12} \) de la masa de un átomo de carbono-12 se denomina masa molecular relativa (
o RMM).
¿Qué es el rendimiento porcentual?
Cuando comparamos la cantidad real de producto que obtenemos de una reacción química con la cantidad que teóricamente podríamos haber obtenido, se denominaRendimientoporcentual .
El rendimiento porcentual mide la eficacia de una reacción química. Nos dice qué cantidad de nuestros reactivos (en términos porcentuales) se convirtió con éxito en un producto.
Lo calculamos así
\(porcentaje de rendimiento espacial) = (frac {rendimiento espacial real} {rendimiento espacial teórico} por 100)
Christina calculó que el rendimiento teórico de un experimento era de 16,5 g de cloruro sódico. Como resultado de la reacción obtuvo 12,8 g de cloruro sódico. Calcula el porcentaje de rendimiento del experimento de Christina.
rendimiento real / rendimiento teórico x 100
(12.8 / 16.5) x 100
Rendimiento porcentual = 77,576 por ciento.
¿Qué es el rendimiento teórico?
El rendimientoteórico (también conocido como rendimiento previsto) es la cantidad máxima de producto que puedes obtener de una reacción.
El rendimiento teórico es el que obtendrías si todos los reactivos de tu experimento se convirtieran en producto.
¿Por qué el rendimiento real es inferior al rendimiento teórico?
El rendimientoreal es la cantidad de producto que obtienes realmente de un experimento. Es raro obtener el 100% de rendimiento en una reacción.
El rendimiento real suele ser inferior al teórico porque:
Algunos de los reactantes no se convierten en producto.
Algunos de los reactantes se pierden en el aire (si se trata de un gas).
Las impurezas detienen la reacción.
Se producen subproductos no deseados en reacciones secundarias.
La reacción alcanza el equilibrio.
La ecuación del gas ideal
Los gases tienen tres propiedades naturales: volumen, presión y temperatura. Los científicos saben desde hace mucho tiempo que existe una relación entre estas tres propiedades. LaLey de los Gases Ideales es una ecuación que explica la relación entre las propiedades naturales de los gases. Así es como se escribe la ecuación del gas ideal:
$$ PV\espacio = nRT $$
P: presión (Pa)
V: volumen \(m^3\)
n: número de moles
R: constante de los gases
T: temperatura (K)
Calcula el volumen de 1 mol de un gas ideal a 0 °C y 1 atmósfera de presión.
0° = 273 K
1atm. = 101325 Pa.
R = 8,31441 \(JK^{-1} mol^{-1} \)
PV = nRT
101325 x V = 1 x 8,31441 x 273
V = 2269.83393101325
V = 0,0224 \(m^3\) o 22,4 \(dcm^3\)
Antes de la ley de los gases ideales, los científicos habían observado otras relaciones entre la temperatura, la presión y el volumen de los gases.
Los científicos descubrieron que si la cantidad de gas y su presión permanecen iguales, al cambiar la temperatura también cambia el volumen. Aumentar la temperaturaaumenta el volumen. Bajar la temperatura disminuye el volumen. Los científicos denominaron a este descubrimiento Ley de Charles.
También se dieron cuenta de que el volumen y la presión están inversamente relacionados. Si el volumenaumenta, la presión disminuye. ¡Lo contrario también es cierto! Esta relaciónse denomina Ley de Boyle.
¿Qué es un gas ideal?
Los gasesideales se comportan según la Teoría Cinética de los Gases en todas las condiciones de temperatura y presión.
Eso significa que las moléculas del gas no tienen volumen ni fuerzas de atracción entre sí. Si lo piensas, ¡eso no puede ser cierto en absoluto! Por tanto, no existe el gas ideal.
Los gases que no obedecen a la teoría cinética de los gases se llaman gases reales.
Afortunadamente, la mayoría de los gases reales se comportan de forma ideal.
¿Qué es la teoría cinética de los gases?
La Teoría Cinética de los Gases explica la relación entre las propiedades de un gas. Describe los gases como compuestos de partículas diminutas que nunca dejan de moverse y tienen mucho espacio entre ellas.
Esta teoría se basa en unos cuantos supuestos vitales.
Los gases tienen moléculas que se mueven aleatoriamente en línea recta.
Las moléculas de un gas se comportan como esferas rígidas.
Cuando las moléculas de un gas chocan con las paredes de un recipiente se produce una presión.
Cuando las moléculas chocan entre sí y contra el recipiente nopierden energía cinética. (Las colisiones son completamente elásticas).
La temperatura del gas está relacionada con la energía cinética media de sus moléculas.
Las moléculas tienen entre sí fuerzas intermoleculares despreciables.
El volumen ocupado por las moléculas es despreciable y relativo al volumen del recipiente.
Cantidad de sustancia - Puntos clave
- Un mol (n) es la unidad del SI para la cantidad de sustancia. La cantidad de entidades elementales en un mol es igual al número de átomos en 12 g del isótopo carbono-12. El número de entidades por mol es la constante de Avogadro.
- La ecuación para el número de moles es \(n\space\)= \(\frac {m} {M}) o \(\text{número de moles}\space\) = \(\frac {\text{masa en gramos}} {\text{masa polar}}).
- La constante de Avogadro (L) es el número de átomos en 12 gramos de carbono-12 o \(6,022\times 10^{23}\) . Le damos las unidades \(mol^{-1}\) , que se leen como "por mol".
- u es la unidad de medida de la masa atómica. 1u equivale a 1/12 de la masa de un átomo de carbono-12. Comparamos todos los átomos con 1/12 de carbono-12 porque es igual a 1u.
- La masa atómica relativa (Ar) es la masa media de todos los isótopos de un elemento, ponderada por la abundancia de cada isótopo en la Tierra.
- El rendimiento porcentual mide la eficacia de una reacción química. Nos dice qué parte de nuestros reactivos (en términos porcentuales) se ha convertido con éxito en un producto.
- La fórmula del rendimiento porcentual es (porcentaje de rendimiento espacial) = (frac {rendimiento espacial real} {rendimiento espacial teórico} por 100).
- El rendimiento teórico (también conocido como rendimiento previsto) es la cantidad máxima de producto que puedes obtener de una reacción.
- El rendimiento real es la cantidad de producto que obtienes realmente en un experimento. Es raro obtener el 100% de rendimiento en una reacción.
- La ley de los gases ideales es una ecuación que explica la relación entre las propiedades naturales de los gases.
- La ecuación de los gases ideales es PV = nRT.
- Los gases ideales se comportan según la Teoría Cinética de los Gases en todas las condiciones de temperatura y presión.
- Los gases que no obedecen a la teoría cinética de los gases se denominan gases reales.
- La teoría cinética explica la relación entre las propiedades de un gas. Se basa en la suposición de que las moléculas tienen fuerzas intermoleculares despreciables entre ellas y el volumen ocupado por las moléculas es despreciable y relativo al volumen del recipiente.
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