Mol

Observa a tu alrededor y verás que todos los objetos animados e inanimados están constituidos por diversas sustancias y éstas por elementos químicos en forma de átomos o moléculas que tienen la cantidad exacta para dar esa característica tan
peculiar al objeto.

Observa, por ejemplo, el plástico de la computadora, las máquinas, los granos de azúcar orgánica, un automóvil, tu ropa, la piel, el árbol del jardín, las paredes de tu escuela, etc. Para poseer las características que les son propias deben tener una relación cuantitativa exacta entre los elementos y compuestos que los forman y que son generalmente el resultado de una reacción química.

Imagina que tu ropa tiene la consistencia del acero, y que la carrocería del auto tiene la consistencia de tu ropa, sin duda alguna sería un desastre que traería repercusiones económicas, ecológicas, industriales, etc., en tu vida diaria.
Estas situaciones se presentan en diferentes ámbitos de tu vida cotidiana, cuando estos principios no se cumplen se rompe la armonía química.

Así, durante este tema desarrollarás capacidades y destrezas como identificar, sistematizar, analizar y calcular, que te permitan construir un proyecto que al final aporte tu propuesta de cambio ante tales implicaciones. En Química se requiere que se hagan mediciones de la materia por lo que se utiliza la unidad mol para medir cantidad de materia, que contienen átomos, iones y moléculas.

En Química se requiere que se hagan mediciones de la materia por lo que se utiliza la unidad mol para medir cantidad de materia, que contienen átomos, iones y moléculas. Un mol siempre contiene el mismo número de partículas, sin importar de qué sustancia se trate. Así, por ejemplo, tenemos las siguientes sustancias:

Masa fórmula y masa molar

La Química general puede ser confusa y pesada, pero hay un concepto que asocia a la masa con el número de moles, y se refiere a la masa molar o masa fórmula de un compuesto. A este concepto también se le llama peso molecular y quiere decir que es la masa (expresada en gramos) de un mol de partículas elementales.

Ejemplo:

a) Calcula la masa molar del bicarbonato de sodio, NaHCO3 Solución:

• Paso1: Se busca en la tabla periódica la masa atómica de cada elemento y se multiplica por el número de átomos presentes.
• Paso 2: Se procede a sumar los datos anteriores.

Averigua cuántos gramos hay en 5 moles de bicarbonato de sodio, NaHCO3

Solución:

• Paso 1: Cálculo de la masa molar. Del ejemplo anterior conocemos la masa molar del bicarbonato de sodio (si no la conociéramos, debemos calcular como se muestra en el ejemplo anterior).
• Paso 2: Para convertir moles a gramos, se multiplica la masa molar obtenida por 5 (número de moles).

Resultado:

Ahora que ya conoces el mol y su aplicación en la Química, sabes también qué es una masa molar y la diferencia de esta masa entre un elemento y un compuesto, entonces podemos empezar a ejercitarnos.

Leyes ponderales

La estequiometría es la parte de la Química que se encarga del estudio cuantitativo tanto de los reactivos participantes como de los productos en una reacción química.

De esta manera, si conocemos la cantidad de reactivos que vamos a utilizar en un determinado proceso, podremos conocer la cantidad de productos. Los cálculos estequiométricos se basan en leyes ponderales que nos facilitan los cálculos. Fueron propuestos por distintos científicos a lo largo de la historia y ahora las conocerás.

Ley de Lavoisier

La primera ley fue establecida por Antonie L. Lavoisier y enuncia lo siguiente:

Ley de la conservación de la masa “En toda reacción química, la masa se conserva, esto es, la masa
total de los reactivos es igual a la masa total de los productos”.

Ley de Proust

La segunda ley también conocida como ley de las proporciones definidas o ley de Proust, en honor a quien la enunció en 1801, dice:

Ley de las proporciones definidas “En la formación de un compuesto, la cantidad de un elemento que se combina con una masa definida de otro es siempre la misma”.

Ley de Dalton

La tercera ley formulada por Dalton en 1808 establece que:

Ley de las proporciones múltiples
“Cuando dos elementos reaccionan en más de una proporción para formar compuestos diferentes, las masas de uno de los elementos que se combinan con la misma masa de otro, están en relación de números enteros pequeños”.

Ley de Richter-Wenzel

La cuarta ley recibe el nombre en honor al científico alemán Jeremías Ritcher, quien no formuló esta ley pero propuso los antecedentes que la hicieron postular en 1972 y menciona lo siguiente:

Ley de las proporciones recíprocas o de Ritcher-Wenzel “Las masas de dos elementos diferentes que se combinan con una misma cantidad de un tercer elemento, guardan la misma relación que las masas de aquellos elementos cuando se combinan entre sí.”

Ahora bien, te preguntarás, ¿por qué son tan importantes los cálculos estequiométricos?

Se emplean para análisis químicos de forma constante en industrias alimenticias, farmacéutica, químicas, etc., con el fin de llevar un control de calidad o garantizar una buena producción. Si conocemos la ecuación química (receta) respectiva del proceso que nos interesa y la cantidad de alguna sustancia (ingrediente) podemos determinar las cantidades de los demás reactivos y productos mediante cálculos estequiométricos.

¿Por dónde debmos comenzar?

Pasos sugeridos para resolver problemas donde nos interesa conocer la cantidad o cantidades de sustancias que intervienen en una reacción química:

De acuerdo con esto se pueden presentar 3 tipos de problemas, pero se sigue el mismo procedimiento de solución.

1. Mol-mol: La cantidad que se conoce está dada en mol y la cantidad de sustancia que se va a determinar también debe expresarse en moles.
2. Masa-masa: La cantidad que se conoce está dada en masa y la cantidad de sustancia que se va a determinar también debe expresarse en masa.
3. Volumen-volumen: La cantidad que se conoce está dada en volumen y la cantidad de sustancia que se va a determinar también debe expresarse en volumen.

Relación mol-mol

Si se conoce la ecuación balanceada, tenemos el número de moles de las sustancias que intervienen en la reacción y entonces podemos establecer el número proporcional de moles en cualquier otro reactivo o producto.

Ejemplo:
El óxido de hierro (III) reacciona con el monóxido de carbono para producir hierro y dióxido de carbono de acuerdo con la siguiente reacción:

Calcula la cantidad en moles que se obtienen de dióxido de carbono (CO2), cuando reaccionan totalmente 2.75 moles de óxido de hierro (III) con monóxido de carbono.

Solución: ¿Qué puedes identificar del problema dado?

• Paso 1: Verifico que la ecuación está balanceada, de lo contrario, lo hago.
• Paso 2: Leo el problema y se trata de un cálculo con relación mol-mol.

“Calcular la cantidad de moles…cuando reaccionan 2.75 moles…”

• Paso 3: Identifico datos, primero de la reacción inicial puedo determinar lo siguiente:

Sin embargo, las sustancias a considerar para el cálculo son las remarcadas en la reacción quedando como sigue:

• Paso 4: Establezco la relación, de acuerdo con la ecuación, por cada mol de Fe₂O₃ se obtienen 3 moles de CO₂.

• Paso 5: Realizo operaciones y cálculos necesarios.

Resultado:

Relación masa-masa

Ejemplo:

Necesitamos neutralizar una muestra de 75 g de ácido sulfúrico (H₂SO₄). Para ello la única sustancia básica que tenemos es hidróxido de sodio (NaOH). ¿Cuántos gramos de reactivo debemos utilizar?

Solución:

La ecuación de neutralización del ácido sulfúrico a partir del hidróxido de sodio es la siguiente:

Verificamos que nuestra ecuación está balanceada, así que podemos seguir con el siguiente paso, que es identificar los datos del problema después de haberlo leído. Nos damos cuenta de que es un cálculo masa-masa.

Establezco la relación:

Realizo operaciones y cálculos necesarios:

Resultado:

Relación volumen-volumen

Es posible realizar cálculos en relación volumen-volumen, siempre y cuando las sustancias involucradas sean gaseosas y las reacciones se lleven a cabo en condiciones normales (T = 0 ° C, P = 1 atm).

Ejemplo:

El butano (C4H10) es empleado como gas doméstico. Calcula el volumen en litros que se produce de dióxido de carbono, si se consumen 30 L de gas butano. Considera que la combustión se lleva a cabo en condiciones normales. La reacción de combustión es la siguiente:

Solución:

Verificamos que nuestra ecuación está balanceada, por lo que podemos seguir con el siguiente paso, que es identificar los datos del problema después de haberlo leído. Nos damos cuenta que es un cálculo volumen-volumen.

Establezco la relación:

Realizo operaciones y cálculos necesarios:

Resultado:

Implicaciones ecológicas, industriales y económicas de los cálculos estequiométricos

Desde su aparición, el hombre se ha dedicado a desarrollar productos que le faciliten la vida, por lo que ha tenido que depender de recursos naturales como el petróleo, que al ser procesado en las grandes industrias provoca un gran daño al medio ambiente y a la salud de los seres vivos en general. Por otro lado, el petróleo es una de las principales actividades económicas de muchos países; esto nos lleva a cuestionarnos si la explotación y el uso del petróleo han sido los adecuados a nuestras necesidades o se ha abusado de él.

En los últimos años se ha fomentado una conciencia ética con la intención de reconocer las implicaciones ecológicas, industriales y económicas al producir un gran número de sustancias químicas, sin tomar en cuenta la preservación de nuestro planeta.

Fuente: Secretaría de Educación Pública. (2015). Química II. Ciudad de México.