QUÍMICA Cantidades Químicas

Átomo-gramo 1/3
QUÍMICA
Cantidades Químicas
¿Cuánto pesa un átomo?
Sabemos que el átomo es la unidad estructural que justifica la química de cualquier sistema. Desde un punto de vista
práctico, en nuestro trabajo como químicos, tendremos que manejar estos átomos: necesitaremos tener una determinada
cantidad de átomos, saber cuántos átomos tendremos en una cantidad concreta de materia…. Por otra parte, en realidad, en
nuestro “mundo macroscópico”, la forma de cuantificar la materia es a través de la medida de una masa. Por ejemplo,
tendremos gramos, miligramos, kilogramos… de una determinada sustancia. La conversión de esta masa a número de
átomos se hace necesario, ya que, como hemos mencionado, son estos últimos los que realmente tienen significación
química ¿Hemos conseguido establecer este factor de conversión entre masa y átomos? o lo que es lo mismo ¿sabemos
cuanto pesa un átomo?
Átomos y átomos-gramo: Relación entre el peso atómico en uma y peso atómico en
gramos.
Nos interesa manejar cantidad de sustancia en función del
número de átomos, pero por otra parte, lo más práctico, es
medir la masa en gramos
Figura 1. Masas atómicas relativas: la masa de un
átomo de carbono es aproximadamente
equivalente a la de 12 átomos de hidrógeno.
Toda la materia está formada a partir de los elementos
químicos y sus combinaciones (ver ficha: Moléculas y otras
posibilidades). Los átomos son las unidades estructurales
básicas que constituyen toda materia (ver ficha Átomo:
estructura), y en las que podemos encontrar todas las
propiedades químicas de cada elemento. En nuestros estudios
químicos, la unidad más pequeña con interés químico que vamos
a manejar será ésta: el átomo (serán los distintos átomos los que
se combinen entre sí, formando las distintas sustancias y, a su
vez, serán los átomos de estas sustancias las que se recombinen
en el transcurso de una reacción química...).
Por tanto, desde un punto de vista práctico nos interesa manejar cantidades de sustancias en función del
número de átomos que tengamos. Por ejemplo: imaginemos que queremos obtener moléculas de agua
(H2O) a partir de hidrógeno y oxígeno: tendremos que poner el doble de átomos de hidrógeno que de
oxígeno.
Por otra parte, la forma más habitual de manejar la materia, de tomar una determinada cantidad de
sustancia, es pesando unos gramos, miligramos, microgramos… de ella. ¿Cómo puedo establecer la relación
entre gramos de materia y número de átomos? Muy fácil: sabiendo cuanto pesa un átomo. Por ejemplo, si
sabemos que un átomo de carbono pesa aproximadamente 2x10-23 gramos, si tomo 2 gramos de carbono
tendré 1023 átomos de carbono:
2 x 10 –23 gramos
2 gramos
es la masa de...
1 átomo de C
será la masa de...
¿?
2g × 1 at.C
= 1023 at.C
-23
2 × 10 g
Autora: Mercedes de la Fuente Rubio
UNIVERSIDAD NACIONAL DE EDUCACIÓN A DISTANCIA
Átomo-gramo 2/3
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¿Cuánto pesa un átomo?
La masa atómica relativa
Las masas de los átomos se han establecido de forma relativa: se comprobó,
por ej. , que el átomo más ligero era el H, y que el átomo de carbono, C, pesaba
aproximadamente 12 veces más que el átomo de H, el átomo de oxígeno 16 veces
más, etc. Para establecer las masa atómicas relativas de todos los átomos se
decidió tomar como referencia el átomo de carbono-12 (12C), asignándole una
masa de valor 12 unidades. A estas unidades es a lo que se denominó unidades
de masa atómica (uma). Así, actualmente decimos que: el átomo de C tiene una
masa de 12 uma (aprox.); el H de 1 uma (aprox.), el oxígeno de 16 uma (aprox.),
etc. Hoy en día sabemos que estas unidades de masa atómica están directamente
relacionadas con el número másico y que cuando hablamos de la masa atómica
de un elemento en realidad estamos hablando de la masa ponderada de los
diferentes isótopos. (ver ficha Átomo: estructura).
Masa atómica relativa:
Masa de un átomo de un
elemento, referida a la del
12
C (=12 uma), expresada
en unidades de masa
atómica.
Unidad de masa atómica
(uma):
La doceava parte de la
masa del átomo de
12
carbono-12 ( C).
La masa atómica absoluta en gramos: el número de Avogadro es el factor de conversión entre uma y
gramo
Tenemos ahora por tanto, una escala para medir las masas atómicas. Con ella sabemos que si tenemos, por
ejemplo:
. 1 gramo de grafito (composición 100% carbono, masa atómica aprox. 12) y
. 1 gramo de aluminio ( masa atómica aprox. 27),
tendremos menos átomos en el gramo de aluminio, puesto que cada uno de estos átomos pesan más.
Si en vez de pesar un gramo fuésemos capaces de pesar en una balanza especial unidades de masa
atómica, si pesamos, por ejemplo:
. 27 uma de grafito y
. 27 uma de aluminio
tendremos un átomo de aluminio y 2,25 (27/12) átomos de carbono.
Ahora bien, no tenemos balanzas que pesen en uma. Podemos intuir que 1 uma corresponde a muy pocos,
poquísimos gramos. Pero, ¿sabemos cuál es esta relación? la respuesta es claramente sí:
Actualmente sabemos que el factor de conversión entre la unidad de masa atómica
y el gramo es : 6,022 x 1023. Esto es:
. si pesamos : 6,022 x 1023 átomos de C (MAC = 12 uma), tendremos 12
gramos de C, o
. si pesamos 6,022 x 1023 átomos de H, tendremos 1 gramo de H, o
. si pesamos 6,022 x 1023 átomos de O, tendremos 16 gramos de O, etc.
Es decir, podemos de forma general establecer que 6,022 x 1023 átomos de
cualquier elemento pesan una cantidad en gramos igual en magnitud a su masa
atómica. Este es el concepto que originalmente se denominó átomo-gramo
(cantidad de átomos que hay en una cantidad de gramos igual en número a la
masa atómica de un elemento concreto), y que posteriormente pasó a incluirse en
el concepto de mol (ver ficha: Mol). El número 6,022 x 1023 es el denominado
Número de Avogadro.
Por tanto, un átomo-gramo o mol de átomos de un elemento contiene
6,022 x 1023 átomos y pesan un número de gramos igual a la masa atómica de
ese elemento. Ahora ya sabemos que un átomo de cualquier elemento pesa en
gramos el equivalente a su masa atómica (MA) dividido por el número de Avogadro
(NA)
masa de 1 átomo (gramos) =
MA
NA
23
6,22 x 10 átomos de
cualquier elemento pesan
una cantidad en gramos
igual en magnitud a su
masa atómica.
Átomo-gramo o mol de
átomos:
cantidad de átomos que
hay en una cantidad de
gramos igual en número a
la masa atómica de un
elemento concreto.
dicho de otra forma:
Un átomo-gramo o mol de
átomos de un elemento
23
contiene 6,022 x 10
átomos y pesan un
número de gramos igual a
la masa atómica de ese
elemento.
Número de Avogadro(NA)
23
= 6,022 x 10
Masa absoluta de un
átomo
masa de 1 átomo (gr) =
MA
NA
Autora: Mercedes de la Fuente Rubio
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Átomo-gramo 3/3
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¿Cuánto pesa un átomo?
Otros conceptos relacionados que conviene recordar/consultar
Elemento químico: Sustancias puras compuestas por un único tipo de átomos y que no pueden descomponerse en variedades más
simples de materia. Ver ficha: Moléculas y otras posibilidades.
Átomos: Unidades estructurales básicas constituyentes de toda la materia, en las que podemos encontrar todas las propiedades
químicas de un elemento. Ver ficha: Átomos: estructura.
Mol: ver ficha: Mol
Ejemplo
Relaciones masa/átomos:
a)¿Cuántos átomos del elemento oxígeno hay en 16 gramos de oxígeno? ¿y en 1 gramo de
oxígeno?
b)¿Cuántos átomos-gramo o moles de átomos del elemento oxígeno hay en 16 gramos de
oxígeno? ¿y en 1 gramo de oxígeno?
c)¿Cuánto pesa en gramos 1 mol de átomos o átomo-gramo del elemento oxígeno?¿y 2,5 moles
de oxígeno?
Dato: MA O = 16
Solución:
a)
La masa atómica del oxígeno es de 16 uma en la escala relativa (es decir, en función del 12C, asignando al
carbono-12 una masa de 12 unidades atómicas de masa).
23
Luego sabemos que 6,022 x10 átomos del oxígeno pesan 16 gramos.
Para un gramo de O:
6,022 × 10 23 átomos de O X átomos de O
=
16 gramos de O
1 gramo de O
Es decir, en un gramo de O tendremos
(6,022×1023 átomos de O)×(1 gramo de O)
=0,38 × 1023 átomos de O
16 gramos de O
b)
El concepto átomo-gramo o mol de átomos lo hemos definido como la cantidad de átomos que hay en una
masa en gramos de magnitud igual a la masa atómica relativa del elemento, luego 16 gramos de O equivale
a un átomo-gramo o mol de ese elemento.
Para un gramo de O:
1 mol de O
X moles de O
=
16 gramos de O 1 gramo de O
Es decir, en un gramo de O tendremos
(1mol de O)×(1gramo de O)
=0,0625 moles de O
16 gramos de O
c)
De nuevo, tal y como hemos definido mol o átomo-gramo, sabemos que es la cantidad de átomos que
pesan en gramos una cantidad igual en número a la masa atómica relativa del elemento, luego un mol o
átomo-gramo del elemento oxígeno pesa 16 gramos.
Para 2,5 moles de O:
16 gramos de O X gramos de O
=
1 mol de O
2,5 moles de O
Es decir, 2,5 moles de O pesan
(16 gramos de O)×(2,5 mol de O)
=40 gramos de O
1mol de O
Ejercicio de autoevaluación
¿A cuántos moles de cadmio equivalen 11,2 kilogramos de este metal?¿Cuántos átomos hay en esa
cantidad de Cd? (MA Cd= 112,4)
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Solución: 100 moles de Cd; 6,022 x 10 átomos.
Autora: Mercedes de la Fuente Rubio
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