Relaciones de masa en las reacciones químicas-4to

Relaciones de masa en las reacciones químicas

Relaciones de masa en las reacciones químicas

Índice

1. Masa atómica

2. Masa molecular

3. Composición porcentual

4. Fórmulas químicas

Masa Atómica

Masa atómica

La masa atómica también conocida como peso atómico, es la masa de un átomo en unidades de masa atómica (uma). Una unidad de masa atómica se define como una masa exactamente igual a un doceavo de la masa de un átomo de carbono-12. Al fijar la masa del carbono-12 como 12 uma, se tiene el átomo que se utiliza como referencia para medir la masa atómica de los demás elementos.

Número de Avogadro y masa molar de un elemento

Los químicos miden los átomos y las moléculas en moles. Debido a que los átomos tienen masas tan pequeñas no es posible pesarlos individualmete mediante alguna balanza. Por lo tanto, el mol es la unidad especial para referirse a una gran cantidad de átomos .

Mol

Número de avogadro

El mol es la cantidad de una sustancia que contiene tantas entidades elementales (átomos, moléculas u otras partículas) como átomos hay exactamente en 12 g del isótopo de C-12.

El número real de átomos en 12g de carbono-12 se denomina número de avogadro (NA)

NA= 6.022*1023

Los conceptos de número de Avogadro y masa molar permiten efectuar conversiones entre masa y moles de átomos y entre moles y número de átomos. Estos cálculos se efectúan con los siguientes factores de conversión :

Masa molar

La masa molar (M) se define como la masa (en gramos o kilogramos) de 1 mol de unidades como átomos o moléculas de una sustancia. Si sabemos la masa atómica de un elemento también conocemos el valor de su masa molar.

Elemento Carbono:

• Masa atómica 12.01 uma.
• Masa molar 12.01 g.

Elemento Fósforo:

• Masa atómica 30.97 uma.
• Masa molar 30.97 g.

Ejemplo

¿Cuántos moles de átomos de He hay en 6.46g de He?

1 mol de He = 4.003 g He

Haciendo la relación entre el factor de conversión según los gramos que tiene un mol de Helio, con los gramos de He que se tienen (6.46 g) se obtiene que :

Los gramos se cancelan , por lo tanto, hay 1.61 moles de átomos de He en 6.46 g de He.

Ejemplo

La molécula C60 se denomina buckminsterfullereno porque su forma se asemeja a los domos geodésicos diseñados por el arquitecto visionario R. Buckminster Fuller. ¿Cuál es la masa (en gramos) de una molécula de C60?

Datos: - Una moléculas C60 tiene 60 átomos de carbono. - 1 mol de C tiene 6.022*1023 átomos de C. - 1 mol de C tiene una masa de 12.011 g.

La masa de una molécula de C60 es de 1.197x10-21 gramos.

Masa Molecular

Masa Molecular

La masa molecular también conocida como peso molecular, es la suma de las masas atómicas (en uma) de una molécula.

H2O

Ejemplo

Para calcular la masa molecular se debe multiplicar la masa atómica de cada elemento por el número de átomos de ese elemento presente en la molécula y sumar todos los resultados.

Calcular las masa moleculares (en uma) de los siguientes compuestos:

a) Dióxido de azufre

La fórmula del compuesto es SO2, por lo tanto tiene dos átomos de O y uno de S.

b) Cafeína (C8H10N4O2)

La cafeína tiene 8 átomos de C, 10 átomos de H, 4 átomos de N y 2 átomos de O, por lo que su masa molecular es:

Masa Molar

La masa en gramos de un mol de una sustancia (es decir, la masa en gramos por mol) se conoce como masa molar de la sustancia. La masa molar en gramos por mol de cualquier sustancia siempre es numéricamente igual a su masa fórmula en unidades de masa atómica

El conocimiento de la masa molar facilita el cálculo del número de moles y de las cantidades de átomos individuales en determinada cantidad de un compuesto

A partir de la masa molecular podemos determinar la masa molar de una molécula o un compuesto. La masa molar de un compuesto (en gramos) es numéricamente igual a su masa molecular (en uma).

Ejemplo

¿Cuántos átomos de hidrógeno están presentes en 25.6 g de urea [(NH2)2CO] que se utiliza como fertilizante, como alimento para animales y en la elaboración de polímeros? La masa molar de la urea es 60.06 g.

Partiendo de los datos que se tienen se puede hacer una combinación de conversiones para llegar hasta los átomos de hidrógeno.

moles de H

gramos de urea

átomos de H

moles de urea

* La fórmula molecular de la urea muestra que hay 4 moles de átomos de H en 1 mol de la moléculas de urea, por lo que la razón molar es 4:1.

- Masa molecular - uma.- Masa molar- g/mol.

Masa fórmula

Para los compuesto iónicos como el NaCl y MgO que no contienen unidades moleculares discretas, se utiliza el término de Masa fórmula en lugar de masa molecular.

Ejemplo

La masa fórmula del NaCl es la masa de una unidad fórmula.

Así mismo la masa molar del NaCl es de :

Espectrómetro de masas

El método más directo y exacto para determinar masas atómicas y moleculares es la espectrometría de masas.

Composición porcentual

Composición porcentual de los compuestos

La composición porcentual de un compuesto es el porcentaje en masa con el que contribuye cada elemento en una sustancia. Por ejemplo, los químicos forenses miden la composición porcentual de un polvo blanco desconocido y lo comparan con las composiciones porcentuales del azúcar, la sal o la cocaína para identificar el polvo. La composición porcentual en masa es el porcentaje en masa de cada elemento presente en un compuesto. La composición porcentual se obtiene al dividir la masa de cada elemento contenida en 1 mol del compuesto entre la masa molar del compuesto y multiplicando por 100%.

Ejemplo

Calcular el porcentaje de carbono, hidrógeno y oxígeno (en masa) de C12H22O11.

Si no se conoce la masa fórmula (o masa molar) del compuesto se procede a calcularla.

Luego ya se puede utilizar la fórmula para determinar la composición porcentual del elemento:

Ejemplo

El ácido fosfórico es un líquido incoloro y viscoso que se utiliza en detergentes, fertilizantes, dentífricos y en bebidas gaseosas para “resaltar” el sabor. Calcule la composición porcentual en masa de H, P y O en este compuesto.

Si no se conoce la masa fórmula (o masa molar) del compuesto se procede a calcularla.

Luego ya se puede utilizar la fórmula para determinar la composición porcentual del elemento:

Fórmulas químicas

Fórmula Empírica

Las fórmulas químicas que solo proporcionan el número relativo de cada tipo de átomos en una molécula se conocen como fórmulas empíricas. Los subíndices en una fórmula empírica siempre son las razones más pequeñas posibles de números enteros. Por ejemplo, la fórmula molecular del peróxido de hidrógeno es H2O2, mientras que su fórmula empírica es HO.

Fórmula Molecular

Las fórmulas químicas que indican los números y tipos de átomos reales en una molécula se conocen como fórmulas moleculares. Por ejemplo, la fórmula molecular del etileno es C2H4, y su fórmula empírica es CH2. Para muchas sustancias, las fórmulas molecular y empírica son idénticas, como en el caso del agua, H2O. Ciertos métodos comunes para analizar sustancias solo conducen a la fórmula empírica. Una vez que esta se conoce, experimentos adicionales pueden dar la información necesaria para convertir la fórmula empírica en la fórmula molecular.

Determinación de Fórmulas Empíricas (FE) a partir de análisis.

Si se conoce la composición porcentual en masa de un compuesto se puede determinar su fórmula empírica. Debido a que se tienen porcentajes y la suma de todos ellos constituye 100%, es conveniente suponer que se empezo con 100g del compuesto

Al considerar una muestra de 100g se tiene una conversión directa de porcentajes a gramos de los elementos del compuesto, por lo que se tiene 40.92g C, 4.58g H y 54.50g de O.

Ejemplo

El ácido ascórbico (vitamina C) cura el escorbuto. Está formado por 40.92% de carbono (C), 4.58% de hidrógeno (H) y 54.50% de oxígeno (O) en masa. Determine su fórmula empírica.

Se divide por el subíndice más pequeño, en este caso es 3.406:

Como no todos los subíndices quedaron como enteros es necesario multiplicar por un número tal que todos sean enteros en la fórmula. Mediante prueba y error se sabe que al multiplicar por 3 , quedan en entero:

Por lo tanto la fórmula empírica del ácido ascórbico es :

Determinación de Fórmulas Moleculares (FM) a partir de Fórmulas Empíricas (FE)

Se puede obtener la fórmula molecular de cualquier compuesto a partir de su fórmula empírica si se conoce la masa molecular o la masa molar del compuesto. Los subíndices en la fórmula molecular de una sustancia siempre son múltiplos enteros de los subíndices correspondientes en su fórmula empírica. Se puede encontrar este múltiplo dividiendo la masa molecular entre la masa de la fórmula empírica

Al considerar el ejemplo anteriormente explicado se puede determinar la fórmula molecular del mismo compuesto a partir de la fórmula empírica.

Ejemplo

El ácido ascórbico (vitamina C) cura el escorbuto. Está formado por 40.92% de carbono (C), 4.58% de hidrógeno (H) y 54.50% de oxígeno (O) en masa. Determine su fórmula molecular, sabiendo que su masa molecular es de 176 g.

Determinar la fórmula empírica del compusto permite calcular su masa para luego con este dato y el de la masa molecular que se brinda, encontrar el múltiplo entero.

Como resultado de multiplicar los subíndices de la fórmula empírica por el múltiplo entero se obtiene la fórmula molecular:

Primero se calcula el peso de la fórmula empírica C3H4:

Ejemplo

El mesitileno, un hidrocarburo que está presente en pequeñas cantidades en el petróleo crudo, tiene la fórmula empírica C3H4. El peso molecular de esta sustancia, determinado es de 121 uma. Determine su fórmula molecular .

Determinar la fórmula empírica del compusto permite calcular su masa para luego con este dato y el de la masa molecular que se brinda, encontrar el múltiplo entero.

Como resultado de multiplicar los subíndices de la fórmula empírica por el múltiplo entero se obtiene la fórmula molecular:

Determinación de Fórmulas Empíricas (FE), por análisis de combustión

Cuando un compuesto que contiene carbono e hidrógeno se quema totalmente en un aparato como el que se muestra en la figura, todo el carbono del compuesto se conveirte en CO2 y todo el hidrógeno se convierte en H2O. Las masas de CO2 y de H2O producidas pueden determinarse al medir el aumento en la masa de los absorbentes de CO2 y H2O, respectivamente.

Ejemplo

El alcohol isopropílico, una sustancia que se vende como alcohol para fricciones, se compone de C, H y O. La combustión de 0.255 g de alcohol isopropílico produce 0.561 g de CO2 y 0.306 g de H2O. Determine la fórmula empírica del alcohol isopropílico.

Primero se determina los gramos de C a partir de los gramos de CO2 producidos y los gramos de H a partir de los gramos de H2O producidos en la combustión:

La masa total de la muestra es 0.255g y es la suma de C,H y O. Por lo tanto, se puede calcular la masa de O así:

Ahora se calcula el número de moles de C,H y O en la muestra:

Finalmente se divide por el menor de los números a cada subíndice para encontra la fórmula empírica:

¡Muchas Gracias!