Estequiometría: masa, masa molar y mol
Tomás tiene un calefactor a gas en su casa y se pregunta algo curioso: si quema 16 g de metano, ¿cuántos gramos de dióxido de carbono salen al aire? No se pueden contar moléculas una por una, pero sí se puede pesar. La estequiometría es la herramienta que une las dos cosas: contar partículas a través de la masa. Al final de la página volverás a esta pregunta.
El mol: una "docena" para los átomos
Una cuenta no se hace con un átomo suelto: un solo átomo es tan pequeño que en una gota de agua hay millones de millones de millones de ellos. Por eso los químicos agrupan las partículas, igual que en la feria se venden huevos por docena o por bandeja.
¿Por qué ese número tan grande? Porque está elegido para que un mol de cualquier sustancia tenga una masa que se pueda pesar en una balanza de laboratorio: unos pocos gramos o decenas de gramos.
| Cantidad | Equivale a |
|---|---|
| 1 mol de átomos de Fe | $6{,}02\cdot10^{23}$ átomos de Fe |
| 1 mol de moléculas de $\text{H}_2\text{O}$ | $6{,}02\cdot10^{23}$ moléculas de agua |
| 2 mol de moléculas de $\text{H}_2\text{O}$ | $2 \cdot 6{,}02\cdot10^{23} = 1{,}204\cdot10^{24}$ moléculas |
En compuestos iónicos, como el $\text{CaCO}_3$ (carbonato de calcio, el componente de la caliza y de las conchas), no hay moléculas separadas. Se habla de unidades fórmula: el grupo más pequeño que repite la fórmula. Un mol de $\text{CaCO}_3$ tiene $6{,}02\cdot10^{23}$ unidades fórmula.
Explica qué significa el coeficiente 2 en la ecuación $2\,\text{H}2 + \text{O}2 \rightarrow 2\,\text{H}2\text{O}$ en términos de moles de sustancia.
Explica qué significa el coeficiente 2 en la ecuación $2\,\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{H}_2\text{O}$ en términos de moles de sustancia.
Masa molar: de la tabla periódica a la balanza
Cada elemento de la tabla periódica trae su masa atómica (en u). Lo útil es esto: la masa de un mol de átomos, en gramos, tiene el mismo valor numérico que la masa atómica. Por ejemplo, el carbono tiene masa atómica 12, así que 1 mol de carbono pesa 12 g.
Masas molares que usarás (valores aproximados): H = 1, C = 12, N = 14, O = 16, Ca = 40 g/mol.
Calcula la masa molar del agua ($\text{H}2\text{O}$) y del dióxido de carbono ($\text{CO}2$). Indica las unidades.
Calcula la masa molar del agua ($\text{H}_2\text{O}$) y del dióxido de carbono ($\text{CO}_2$). Indica las unidades.
Pasar entre gramos, moles y partículas
La masa molar es el puente: dice cuántos gramos hay en cada mol. Si 1 mol de agua pesa 18 g, entonces 36 g son 2 mol. La relación general es:
¿Por qué funciona? Porque $M$ es "gramos por cada mol": dividir los gramos totales por los gramos de un mol cuenta cuántos moles caben. Es lo mismo que contar cuántas bandejas de 30 huevos hay en 90 huevos.
¿Cuántos moles hay en 36 g de agua? Considera que la masa molar del agua es $18\ \text{g/mol}$. Muestra el cálculo.
¿Cuántos moles hay en 36 g de agua? Considera que la masa molar del agua es $18\ \text{g/mol}$. Muestra el cálculo.
Calcula la masa de $0{,}5$ mol de $\text{CaCO}3$ (masa molar: Ca = 40, C = 12, O = 16 g/mol). Luego indica cuántas unidades fórmula contiene esa cantidad.
Calcula la masa de $0{,}5$ mol de $\text{CaCO}_3$ (masa molar: Ca = 40, C = 12, O = 16 g/mol). Luego indica cuántas unidades fórmula contiene esa cantidad.
Los coeficientes cuentan moles
Una ecuación química balanceada no solo dice qué reacciona: dice en qué proporción. Los coeficientes indican cuántas partículas intervienen, y como un mol es un paquete de partículas, también indican moles.
$$2\,\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{H}_2\text{O}$$Se lee: 2 moléculas de hidrógeno reaccionan con 1 de oxígeno y forman 2 de agua. Y también: 2 mol de $\text{H}_2$ reaccionan con 1 mol de $\text{O}_2$ y forman 2 mol de $\text{H}_2\text{O}$. Un coeficiente de 1 no se escribe.
Esa proporción es una razón de moles que sirve de factor de conversión. En $\text{N}_2 + 3\,\text{H}_2 \rightarrow 2\,\text{NH}_3$, por cada 3 mol de $\text{H}_2$ se forman 2 mol de $\text{NH}_3$:
$$\text{mol de NH}_3 = \text{mol de H}_2 \cdot \frac{2\ \text{mol NH}_3}{3\ \text{mol H}_2}$$En la reacción $\text{N}2 + 3\,\text{H}2 \rightarrow 2\,\text{NH}3$, ¿cuántos moles de amoníaco se obtienen a partir de 6 mol de hidrógeno, con nitrógeno en exceso?…
En la reacción $\text{N}_2 + 3\,\text{H}_2 \rightarrow 2\,\text{NH}_3$, ¿cuántos moles de amoníaco se obtienen a partir de 6 mol de hidrógeno, con nitrógeno en exceso? Explica la relación de moles que usaste.
Cálculos masa–masa
Casi siempre se conoce una masa y se pide otra. El camino tiene tres pasos, y siempre se pasa por los moles:
-
Gramos → moles de la sustancia conocida ($n = m/M$).
-
Moles → moles de la sustancia buscada, con los coeficientes.
-
Moles → gramos de la sustancia buscada ($m = n \cdot M$).
Vuelve al principio: los 16 g de metano del calefactor liberan 44 g de dióxido de carbono. Es más masa que la del combustible, porque el carbono se combinó con oxígeno del aire. La masa total se conserva: 16 g de $\text{CH}_4$ + 64 g de $\text{O}_2$ = 44 g de $\text{CO}_2$ + 36 g de $\text{H}_2\text{O}$.
Tomás quema 16 g de metano en un calefactor, según $\text{CH}4 + 2\,\text{O}2 \rightarrow \text{CO}2 + 2\,\text{H}2\text{O}$. Calcula cuántos moles de metano son y…
Tomás quema 16 g de metano en un calefactor, según $\text{CH}_4 + 2\,\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}$. Calcula cuántos moles de metano son y cuántos gramos de dióxido de carbono se producen, con oxígeno suficiente.
En la fotosíntesis, $6\,\text{CO}2 + 6\,\text{H}2\text{O} \rightarrow \text{C}6\text{H}{12}\text{O}6 + 6\,\text{O}2$. Una planta produce 18 g de glucosa. Calcula la masa…
En la fotosíntesis, $6\,\text{CO}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\,\text{O}_2$. Una planta produce 18 g de glucosa. Calcula la masa molar de la glucosa, los moles producidos y la masa de dióxido de carbono que debió consumir. Interpreta el resultado.
Reactante limitante
Para armar un completo necesitas 1 pan y 1 vienesa. Si tienes 10 panes y 6 vienesas, solo puedes armar 6: las vienesas limitan y sobran 4 panes. En una reacción pasa igual: el reactante limitante se acaba primero y fija cuánto producto se forma. El otro está en exceso y sobra.
Método: calcula los moles de cada reactante, divide cada uno por su coeficiente y el menor resultado es el limitante.
Catalina hace reaccionar 10 g de hidrógeno con 64 g de oxígeno para formar agua, según $2\,\text{H}2 + \text{O}2 \rightarrow 2\,\text{H}2\text{O}$. Determina cuál…
Catalina hace reaccionar 10 g de hidrógeno con 64 g de oxígeno para formar agua, según $2\,\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{H}_2\text{O}$. Determina cuál reactante limita la reacción, cuántos gramos de agua se forman y cuántos gramos del otro reactante quedan sin reaccionar. Verifica que se conserva la masa total.