Tema 7: MASA ATÓMICA Y MOL

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Tema 7: MASA ATÓMICA Y MOL
7.1. MASA ATÓMICA
Puesto que la masa de los átomos es extremadamente pequeña, las
unidades del S.I. resultan demasiado grandes. Por ello, para medir masas
atómicas se tomó inicialmente como patrón la masa del átomo de hidróxeno-1,
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H, por ser el más ligero, y se le asignó el valor de 1 unidad de masa atómica
(u.m.a. o simplemente u). Posteriormente, por razones químicas diversas, se
decidió tomar como patrón la masa del átomo de carbono-12, 12C,
asignándosele el valor de 12 u.
Por lo tanto, se define la unidad de masa atómica, u, como un doceavo
de la masa del átomo de carbono-12:
1 u ≡ 1/12 m(12C)
Como las masas del protón y del neutrón son muy parecidas y la masa
del electrón es unas 1837 veces menor que éstas, y puesto que el átomo de
12
C tiene 6 protones, 6 neutrones y 6 electrones, la unidad de masa atómica
coincide muy aproximadamente con la masa de un protón o de un neutrón:
m(12C) = 6·mp+ + 6·mn + 6·meo
═> m(12C) ≈ 12·mp+ ≈ 12·mn
═>
mp+ ≈ mn >> mem(12C) ≡ 12 u
o
o
1 u ≈ mp+ ≈ mn
o
Esta es la razón por la que el número A (suma del número de p+ y de n0
del átomo) se denomina número másico, ya que la masa del átomo expresada
en u coincide muy aproxidamadamente con dicho número.
Denotaremos la masa atómica relativa de un elemento X por Ar (X).
La masa atómica que se tiene tabulada para los distintos elementos
químicos se calcula como la media ponderada de las masas de todos sus
isótopos según los porcentajes en los que aparecen dichos isótopos en la
corteza terrestre. Así, por ejemplo, la masa atómica del cobre se toma 63’54 u
pues éste aparece en un 69’09% como 63Cu y en un 30’91% como 65Cu, por lo
que:
Ar(Cu) = 63 · 69’09/100 + 65 · 30’91/100 = 63’54 u.
7.2. MASA MOLECULAR
Se denomina masa molecular relativa de un compuesto químico a la
masa de una molécula del mismo.
Se denota por Mr y se calcula como la suma de las masas de los átomos
que forman dicha molécula:
Mr(XpYq Zr) = p· Ar(X) + q· Ar(Y) + r· Ar(Z)
Por ejemplo: Mr(H2SO4) = 2·Ar(H) + Ar(S) + 4·Ar(O) = 2·1+32+4·16=98 u.
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7.3. CONCEPTO DE MOL
Dado que el tamaño de los átomos es extremadamente pequeño, en
fragmentos minúsculos de materia se encuentra un número elevadísimo de
ellos. Así, por ejemplo, en la cabeza de un alfiler hay unos 60 mil millones de
átomos.
Se hizo evidente que era necesario adoptar un número grande como
referencia para expresar más fácilmente el número de partículas contenidas en
las cantidades de substancia que se manejan habitualmente en un laboratorio.
Este número se denominó número de Avogadro, NA, y su valor es 6’02· 1023.
Se definió entonces el mol como la cantidad de sustancia que contiene
un número de Avogadro (6’02· 1023) de partículas elementales. Es dicir, un mol
de una sustancia son 6’02· 1023 partículas de la misma.
La elección de este extraño número en lugar de otros más sencillos,
como 1023 ou 1020, se debe a que este es el número de átomos de 12C que se
midió que están contenidos en 12 g de este isótopo del carbono. Se escogió
medir el número de átomos que hay en exactamente 12 g de carbono-12
porque la masa de este átomo se tomó como 12 u, y de este modo se consigue
que la masa de una partícula de cualquier sustancia expresada en u coincida
numéricamente con la masa de un mol (6’02· 1023) de dichas partículas
expresada en gramos, el cual resulta muy cómodo para el trabajo experimental
en el laboratorio.
7.4. MASA MOLAR
Se define masa molar de una sustancia X como la masa de un mol de
partículas de dicha sustancia. Se denota por M(X).
Debido a la elección del número de Avogadro, la masa molar de una
sustancia expresada en gramos coincide numéricamente con la masa de una
partícula de dicha sustancia expresada en u. Para comprender por qué se
produce esta coincidencia vamos a formular y contestar cuatro sencillas
cuestiones:
1. ¿Cal es la masa en g dun átomo de carbono-12?
2. ¿A cantos g equivale unha u?
3. A masa atómica del F es 19u ¿Cantos átomos de F hai en 19g desta
substancia?
4. A masa atómica del S es 32u ¿Que masa terán 6’02· 1023 átomos de
S expresada en u y en g?