Concepto de Mol

¿Qué cantidad de átomos del elemento hay en el Peso Atómico del elemento expresado en gramos? (pregunta fundamental de la química cuantitativa)






Aprovechamos que la radiación alfa está constituida por núcleos de Helio, cuyo Peso Atómico se ha determinado igual a 4,0026 y que podemos medir la cantidad de núcleos que en la radiación pasan a través del detector de un Contador Geiger.
Colectamos 4,0026 gr. de Helio y observamos en el contador la cantidad de núcleos detectados y luego transformados en átomos. Hemos colectado 6,023. 10 23 átomos de Helio. Siendo valida para todos los elementos se llega a la conclusión de que el Peso Atómico de un elemento expresado en gramos existen 6,023 .10 23 átomos del Elemento
El valor 6,023 1023 fue determinado por Avogadro mediante cálculos estadísticos acerca de sistemas gaseosos ,Número de Avogadro, N = 6,023 .1023

Que es un mol

Un Mol es 6,023 10 23 unidades, Así el mol pasa a ser una forma adecuada de medir cantidades de partículas de la química
Pero el Número de Avogadro de átomos es una cantidad tan grande o tan pequeños y livianos de átomos que son magnitudes que desafían nuestra imaginación.

Nueva definición de peso atómico

El Peso Atómico de un elemento, es la masa de un mol de átomos de tal elemento expresada gramos.
Sus unidades de medidas serán por consiguiente gramos / Mol de átomos

Es conveniente comprender que:



El mol de molécula


Volviendo a la experiencia de recolección de Helio, colocamos a nuestro sistema en situación comparativa con otros.




Nuestra muestra de Helio gaseoso ocupa un volumen de 22,4 Litros medidos en TPE y hay en ella N átomos, que son también N moléculas, pues el Helio tiene la molécula monoatómica. ( He1 )
Tomemos idéntico volumen de otros gases por ej. Cloro gaseoso ( Cl2 ) y de metano ( CH4 ) medidos también en TPE. De acuerdo a Avogadro , en los tres sistemas hay igual número de moléculas. Esto quiere decir que en cada uno de los tres casos hay N moléculas. También quiere decir que en cada uno de los casos nos encontramos frente a un mol de moléculas de cada gas. Podemos decir generalmente:
Un mol de moléculas de cualquier gas medido en TPE. ocupa un volumen de 22,4 Litros.

Definición de peso molecular : (masa expresada en gramos de 1 mol de moléculas)
El Peso Molecular ( M r ) de una sustancia es la masa de un mol de moléculas de tal sustancia expresada en gramos.
Sus unidades de medidas serán por consiguiente gramos / Mol de moléculas
Otra vez es conveniente comprender la correspondencia entre los elementos de este nuevo triángulo de conceptos.



Representación grafica de moles de átomos y de moléculas

Respecto de los volúmenes de gases colectados, hay tres formas de preguntar los mismo
¿Cuál es la masa de un mol de moléculas de cada uno de los gases?
¿Cuál es el Peso Molecular de cada uno de los gases?
¿Cuánto pesan N moléculas de cada uno de los gases?
Ej. 1) En el primer recipiente hay N átomos de Helio, esto es un mol de átomos de Helio que pesa el Ar He = 4,0026 g /mol y puesto que, en este caso la molécula es monoatómica ( He1), son también N moléculas de helio o sea un mol de moléculas. Luego el M r He , el peso de un mol de moléculas, es también igual a 4,0026 g/mol.
Análisis: Observemos que a nivel submicroscópico, una molécula es un átomo y mientras que a nivel macroscópico un mol de moléculas es un mol de átomos. Lo representamos ambos niveles a través del siguiente dibujo

EJ 2) En el caso del segundo recipiente, cada molécula de Cl2 está formada por 2 átomos de Cloro. Luego las N moléculas de Cl2 corresponden a 2N átomos de Cloro y la masa de estas será 2 veces la masa de N átomos de cloro, dos veces el Ar Cl =35,5 g. Por lo tanto El Mr Cl 2 = 71 g/mol
Análisis: Observamos en la representación que, a nivel submicroscópico una molécula está formada por dos átomos y que a nivel macroscópico (ampliación) un mol de moléculas está formado por dos moles de átomos.

Ej. 3) Para el tercer recipiente las N moléculas de metano ( CH4 ) pesaran la suma de N átomos de carbono más lo que pesan 4N átomos de hidrógeno. Esto es la suma de una vez el Ar C = 12 más 4 veces el Ar H = 1. Por lo tanto el Mr CH4 = 1*12 + 4*1 = 16 g/mol.
Análisis: observamos en las representaciones que, a nivel submicroscópico una molécula está formada por un átomo de C y cuatro átomos de H y que a nivel macroscópico (ampliación) un mol de moléculas está formado por un mol de átomos de C y cuatro moles de átomos de H.

¿Cómo obtenemos el Peso Molecular?

El peso molecular se determina sumando las masas atómicas de los elementos cuyos átomos constituyen una molécula de dicha sustancia. Ej: ¿Cuánto vale el Peso molecular del Cloroformo CHCl3?
Mr CHCl3 = 1 *12 + 1 * 1 + 3 * 35,5 = 119,5 g/mol
Notación química
Nivel submicroscopoico Nivel microscópico









Propiedades intensivas
Son aquellas propiedades del sistema cuyo valor no depende del tamaño del mismo, es decir son independientes de la masa del sistema.
Ej. : La composición de un sistema expresada en % en peso es una magnitud INTENSIVA. Una magnitud intensiva debe poder calcularse con una relación independiente del tamaño del sistema.
La densidad es una propiedad intensiva, que depende sólo de la Presión y la Temperatura (Densidad = masa / Volumen)
Propiedades extensivas Son aquellas propiedades del sistema cuyo valor sí depende del tamaño del mismo, es decir son dependientes de la masa del sistema


La Ecuación de estado de los gases ideales

Un sistema gaseoso se encuentra en un estado definido cuando, además de precisarse la naturaleza del gas, se conocen tres de las siguientes cuatro variables:
n = Número de moles, V = Volumen, P = Presión y t = temperatura.
Para comenzar el estudio de las relaciones es conveniente definir el Volumen Molar

Volumen Molar = V = V / n (L/mol)

Ley de Boyle (relación Volumen Molar vs. Presión) El volumen de una cantidad fija de gas, manteniendo la temperatura es inversamente proporcional a la presión del gas : p1 * v1 = p2 * v2

Ley de Charles (Relación Volumen Molar vs. Temperatura) El volumen de una cantidad fija de gas manteniendo la presión constante es directamente proporcional a la temperatura absoluta de un gas:
V1 = V 2
T1 T2
Ambas leyes se pueden agrupar en una sola expresión:
Esta corresponde a la a Ecuación de Estado de los Gases Ideales
PV = n R T donde R = 0,082 (L atm / mol °K)


Método para determinar el peso molecular

La determinación experimental del valor de Mr es de fundamental importancia cuando no se conoce la fórmula de alguna sustancia. Si la sustancia se puede evaporar podemos aplicar la ecuación anterior pero para calcular el Peso Molecular.
Mr = densidad P,T RT / P
Formulas empíricas y moleculares

Uso de los conceptos de Ar y Mr.
ANALISIS QUÍMICO _ Ar__> FÓRMULA EMPÍRICA _Mr_> FÓRMULA MOLECULAR
Composición % Relación en el número de Átomos Número Exacto de átomos


Los datos de composición de un compuesto entregados por el Análisis Químico a la forma de composición porcentual de los elementos, es por lo general, el punto de partida. Como ya hemos establecido éstas magnitudes son de tipo Intensivas. Sin embargo, para poder calcular el número de moles de átomos, que es esencialmente de tipo extensivo, es preciso trabajar con un sistema de tamaño definido y adecuado a los datos y cálculos. Esto es, nos damos una Base de Cálculo (B.C.), por lo general 100 g. de la Sustancia, y así trabajamos con masas determinadas de los diferentes elementos.

Fórmula Empírica: Indica la proporción en que se combinan los átomos cuando forman una molécula. Para determinar la formula se debe conocer las masas de cada elemento que forma el compuesto o su composición centesimal

Formula molecular: Indica el numero real de átomos que forman la molécula de un compuesto Para conocer la formula molecular se debe conocer la forma empírica y el peso molecular real del compuesto

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