Quimica Cuantitativa.pdf

Elmidelia Espinoza Lpez, Martn Robles Soto, Rosa Imelda Moreno Flores, Martn Castro,Jess Torres Sumbra, Marcos Alfredo Lara Flores, Celso Olais Leal, Waldo Muoz Espinoza,Jorge Alberto Rodrguez Escobedo, Zenaida Meza Villalba, Carlos Valdez Miranda, ngel Rafaellvarez Paz, Waldo Apodaca Medina, Mara del Rosario Mascareo Mendoza, Juan ManuelBojorquez Garca, Conrado Alfonso Daz Acosta, Alfredo Valdez Gaxiola, Fco. Lenin OmegaFranco, Wendy Azucena Rodrguez Crdenas, Abel Denny Castro Romo, Rosa Amelia ZepedaSnchez, Carmen Imelda Parra Ramirez, Gabriela Galindo Galindo, Aaron Prez Snchez, MaraLuisa Gonzlez Verdugo, Nora Leyva Leyva, Denisse Vega Gaxiola, Leticia Mrquez Martnez,Toms Ambrosio Castro Seplveda, Jenny Salomn Aguilar y Jorge Rafael Linarez Amarillas.

Gloria Fca. Navarrete Sarabia, Ana Cecilia Mndez Monzn, Anglica Mara Flix Madrigal,Bertha Alicia Valenzuela Uzeta, Claudia Nevrez Ibarra, Gloria Maribel Zavala Bejarano, EdeliaGodnez Martnez, Altagracia Cabrera Bernal, Griselda Zavala Bejarano, Alfredo CabreraHernndez, Felipa Acosta Ros, Ana Alicia Esquivel Leyva, Guadalupe Gmez Quinez, QuetzalliAlejandra Hernndez Zrate, Maricruz Prez Lizrraga, Filomeno Prez Prez, Blanca GutierrezRuiz, Patricia Zapata Esquivel, Felix Fco. Aguirre, Asia Cecilia Carrasco Valenzuela, MauraElena Velzquez C., Rosa R. Romero Castaeda, Jorge Manuel Sandoval Snchez, Mara delRosario Zapata Esquivel y Celia Monrrez Garca

Colaboradores

Colaboradores y Coautores del capitulo III

Gloria Fca. Navarrete Sarabia, Ana Cecilia Mndez Monzn, Anglica Mara Flix Madrigal,Bertha Alicia Valenzuela Uzeta, Claudia Nevrez Ibarra, Gloria Maribel Zavala Bejarano, EdeliaGodnez Martnez, Griselda Zavala Bejarano, Felipa Acosta Ros, Filomeno Prez Prez, BlancaGutierrez Ruiz, Jos Adolfo Prez Higuera, Martn Camilo Camacho Ramrez, Laura BeatrzCorona Morales, Milca Iris Flix P., Olga G. Alarcn Pineda, Alejandrina Madrigal G., Abel DennyCastro Romo, Luz Odilia Flix Villalba, Cruz Crdenas Prieto, Marcela Naiv Quiroz Lpez,Gilberto Garca Ramrez, Mara Lourdes Lpez Machado, Grimilda Snchez Romo, Mara de losAngeles Guadalupe Reyes Gutirrez, Alondra Castro Morales, Blanca Delia Coronel M., JessIsabel Ortiz Robles, Javier Cruz Guardado.

Comisin Responsable de la Revisin Tcnica

Qumica cuantitativa I

Portada: Juan Carlos Seplveda Castro y Mara Elena Osuna SnchezCorreccin de estilo y ortografa: Javier Cruz GuardadoCuidado de la edicin: Javier Cruz Guardado , Jess Isabel Ortiz Roblesy Mara Elena Osuna Snchez

1a edicin, 2008.Direccin General de Escuelas PreparatoriasUniversidad Autnoma de SinaloaCiudad Universitaria, Circuito Interior Ote. S/NCuliacn, Sinaloa, Mxico.

Impreso en MxicoOnce Ros EditoresRo Usumacinta 821 Col. Industrial BravoCuliacn, Sinaloa, Mxico.

2.1 Tipos de nomenclatura para los compuestos inorgnicos -------- 652.1.1 Nomenclatura comn----------------------------------------------- 662.1.2 Nomenclatura sistemtica ---------------------------------------- 67

2.2 Nomenclatura de compuestos inicos -------------------------------- 68 xidos bsicos ------------------------------------------------------ 68

Hidrxidos ------------------------------------------------------------ 72 Sales haloideas ----------------------------------------------------- 75 Oxisales -------------------------------------------------------------- 78 Hidruros inicos----------------------------------------------------- 84

2.3 Nomenclatura de compuestos covalentes. --------------------------- 86 xidos cidos o anhdridos -------------------------------------- 88 Oxicidos ------------------------------------------------------------- 90 Hidrcidos ----------------------------------------------------------- 94 Hidruros covalentes ------------------------------------------------ 96

1. Conceptos bsicos de estequiometra

1.1 Conceptos bsicos -------------------------------------------------------- 141.1.1 Masa atmica ------------------------------------------------------- 14 Masa molecular ----------------------------------------------------- 16 Masa frmula -------------------------------------------------------- 171.1.2 Mol y nmero de Avogadro --------------------------------------- 19 Masa molar ---------------------------------------------------------- 22 Volumen molar ------------------------------------------------------ 24

1.2 Conversiones: masa-mol-partculas-volumen ------------------------ 261.3 Frmulas qumicas --------------------------------------------------------- 44

1.3.1 Caractersticas de una frmula qumica ----------------------- 45 Smbolos qumicos ------------------------------------------------- 45 Subndices ----------------------------------------------------------- 45

Coeficientes --------------------------------------------------------- 451.4 Composicin porcentual de las sustancias:

Ley de las proporciones definidas ------------------------------------ 471.5 Determinacin de frmulas qumicas ---------------------------------- 51

1.5.1 Frmula emprica --------------------------------------------------- 511.5.2 Frmula real o verdadera ----------------------------------------- 54

Prlogo

2. Nomenclatura de qumica inorgnica

3. Reacciones y ecuaciones qumicas

3.1 Reacciones y ecuaciones qumicas ---------------------------------- 99Caractersticas macroscpicas de una reaccin qumica ------ 100Niveles de representacin de una reaccin qumica ------------- 101

3.2 Tipos de reacciones qumicas ---------------------------------------- 109Balanceo por tanteo ----------------------------------------------------- 110Balanceo por mtodo algebraico ------------------------------------ 112Reacciones endotrmicas y exotrmicas -------------------------- 117Reacciones de sntesis o combinacin directa ------------------- 119Reacciones de descomposicin ------------------------------------- 122Reacciones de sustitucin simple o desplazamiento ------------ 126Reacciones de sustitucin doble ------------------------------------- 130

3.3 Reacciones de xido-reduccin y balanceo de ecuaciones --- 136Conceptos de oxidacin y reduccin -------------------------------- 137Reglas de los nmeros de oxidacin -------------------------------- 139Balanceo de ecuaciones por redox ---------------------------------- 142

3.4 Estequiometra de reacciones ---------------------------------------- 150Clculos masa-masa ---------------------------------------------------- 151Clculos masa-mol ------------------------------------------------------ 154Clculos mol-mol --------------------------------------------------------- 157Clculos de reactivo limitante y en exceso ------------------------- 160Porcentaje de rendimiento --------------------------------------------- 163Clculos estequiomtricos de reacciones con gases ----------- 166Clculos masa-volumen ------------------------------------------------ 167Clculos relacionados con la ley general de los gases ---------- 169

Respuestas a los ejercicios de las unidades I y III ----------------------------- 175

Qumica cuantitativa I

Este libro de Qumica Cuantitativa I fue diseado para la fase especializada de Qumico-Biolgicas del nivel bachillerato de la Universidad Autnoma de Sinaloa, en el marco de laimplementacin del Diseo Curricular 2006, en el cual se plantea un nuevo enfoque en laenseanza y el aprendizaje de la qumica. Al respecto, consideramos de gran importanciacontinuar atendiendo los tres niveles de representacin del conocimiento de esta ciencia: lomacroscpico, lo submicroscpico y lo simblico, con el propsito de lograr una mejorcomprensin de la qumica, que permita orientar la formacin de los estudiantes que tienencomo objetivo continuar sus estudios de licenciatura en carreras afines.

Nivel macroscpicoA este nivel pertenece el mundo de los hechos o lo concreto, por tanto, es al que tienen mayoracceso los estudiantes. Esta referido a todo aquello que podemos observar directamentemediante los sentidos.

Nivel submicroscpicoComprende el mundo de los modelos, las hiptesis y las teoras. Debido a la imposibilidad deobservar a los tomos, las molculas y los iones, en qumica es comn el uso de modelosfsicos y de representacin asistida por computadora para interpretar los cambios que ocurrenen la naturaleza.

Nivel simblicoEste nivel representa el mundo del lenguaje y de los smbolos. Implica un elevado nivel deabstraccin, pues en l se utilizan smbolos, frmulas y ecuacines qumicas para expresar lacomposicin de las sustancias, y para describir lo que sucede en una reaccin qumica.

Al igual que en los libros de Qumica General y Qumica del Carbono, correspondientes al troncocomn, sta obra ofrece una serie de herramientas didcticas con la finalidad de favorecer laformacin de habilidades, de fomentar el razonamiento crtico, de promover la bsqueda deinformacin, el trabajo colaborativo, la resolucin de problemas tericos y experimentales, y eldesarrollo de ejercicios de autoevaluacin. El objetivo es que los estudiantes confronten y/oreafirmen sus aprendizajes. Con el mismo propsito se incluyen pequeos apartados quemuestran informacin adicional al tema, tales como: sabas qu, conozca ms y la seccincomprubalo tu mismo. Pueden ser datos, cifras, biografas de cientficos, experimentos, o bienabordar temas sobre educacin ambiental, donde est presente la reflexin y la accin, paradesarrollar una actitud ms positiva hacia nuestro entorno.

Sin duda, el enriquecimiento de esta obra, es resultado de la reflexin colectiva y colegiadarealizada por los profesores de la academia de qumica, quienes de manera entusiasta sesumaron a sta tarea.

Un nuevo enfoque en la enseanza de la QumicaPresentacin

Unidad Regional Norte

Elmidelia Espinoza Lpez, Martn Robles Soto, Rosa Imelda Moreno Flores, Martn Castro,Jess Torres Sumbra, Marcos Alfredo Lara Flores, Celso Olais Leal, Waldo Muoz Espinoza,Jorge Alberto Rodrguez Escobedo, Zenaida Meza Villalba, Carlos Valdez Miranda, ngel Rafaellvarez Paz, Waldo Apodaca Medina, Mara del Rosario Mascareo Mendoza, Juan ManuelBojorquez Garca, Conrado Alfonso Daz Acosta, Alfredo Valdez Gaxiola, Fco. Lenin OmegaFranco, Wendy Azucena Rodrguez Crdenas.

Unidad Regional Centro-Norte

Carmen Imelda Parra Ramirez, Gabriela Galindo Galindo, Aaron Prez Snchez, Mara LuisaGonzlez Verdugo, Nora Leyva Leyva, Denisse Vega Gaxiola, Leticia Mrquez Martnez y TomsAmbrosio Castro Seplveda.

Un merecido y especial reconocimiento a los compaeros profesores de las UnidadesRegionales Centro y Sur, de las Unidades Acadmicas: Central Diurna, Emiliano Zapata, Hnos.Flores Magn, Dr. Salvador Allende, La Cruz, Central Nocturna, Rubn Jaramillo y Mazatln,que aportaron sugerencias y comentarios de gran valor, desde el inicio hasta la culminacin deesta obra. Contribuyeron de manera muy significativa en el mejoramiento del libro, y de maneraparticular en el tema de Reacciones y ecuaciones qumicas, el cual fue resultado del trabajoconjunto.

Por ello, de manera muy especial agradecemos y reconocemos a los profesorescolaboradores por sus valiosas aportaciones.

Unidad Regional Centro

Gloria Fca. Navarrete Sarabia, Ana Cecilia Mndez Monzn, Anglica Mara Flix Madrigal,Bertha Alicia Valenzuela Uzeta, Claudia Nevrez Ibarra, Gloria Maribel Zavala Bejarano, EdeliaGodnez Martnez, Altagracia Cabrera Bernal, Griselda Zavala Bejarano, Alfredo CabreraHernndez, Felipa Acosta Ros, Ana Alicia Esquivel Leyva, Guadalupe Gmez Quinez, QuetzalliAlejandra Hernndez Zrate, Maricruz Prez Lizrraga, Filomeno Prez Prez, Jenny SalomnAguilar, Jorge Rafael Linarez Amarillas, Abel Denny Castro Romo y Rosa Amelia Zepeda Snchez.

Unidad Regional Sur

Blanca Gutierrez Ruiz, Rosalo Carrasco Macias, Patricia Zapata Esquivel, Felix Fco. Aguirre,Asia Cecilia Carrasco Valenzuela, Maura Elena Velsquez C., Rosa R. Romero Castaeda,Jorge Manuel Sandoval Snchez, Mara del Rosario Zapata Esquivel y Celia Monrrez Garca.

Las actividades para la elaboracin de ste libro se iniciaron en el mes de febrero del 2006, enlas que participaron docentes de qumica de las Unidades Regionales Norte y Centro-Norte.Nuestro agradecimiento a los profesores de las Unidades Acadmicas: Ruiz Cortines,Guamchil, Guasave, Mochis, Choix, Valle del Carrizo y San Blas, que colaboraron en estaprimera etapa.

A nuestras familias por su paciencia, comprensin y estimulo.

Valoramos profundamente el apoyo recibido para la publicacin de este libro a los directivos dela Direccin General de Escuelas Preparatorias de la Universidad Autnoma de Sinaloa.

ACADEMIA ESTATAL DE QUMICA

DGEP-UASCuliacn, Rosales, Septiembre de 2008

Un amplio reconocimiento al apoyo brindado por la profesora Gloria Maribel Zavala Bejaranoal compartir sus experiencias en lo referente a la actividad experimental.

Agradecemos por su apoyo incondicional en diseo grfico para el mejoramiento del libro aJuan Carlos Seplveda Castro.

11Conceptos bsicos de estequiometra

Unidad I

CuSO4.5 H2O

Conceptos bsicos deestequiometra

12 Qumica cuantitativa I


Propsito de la unidad I

Comprender y utilizar los conceptos bsicos como mol, masa molar y volumen molar paradesarrollar la habilidad necesaria en las conversiones entre mol, masa, litros y partculas.

1. Cuando escuchas la palabra mol con cul de los siguientes ejemplos lo relacionas:

a) La mole de la historieta de los 4 fantsticos.b) El mole oaxaqueo o poblanoc) Con un montn,bulto o bonche de cosasd) Cantidad de sustancia

2. Cul de los siguientes enunciados consideras que corresponde al concepto mol?

a) Cantidad de sustancia de un sistema que contiene la misma cantidad de partculas, que elnmero de tomos presentes en 12 g del istopo de carbono-12.

b) Unidad fundamental del Sistema Internacional que mide la cantidad de sustancia.c) En un mol de cualquier sustancia habr un nmero igual de partculasd) Todas son correctas

Actividad 1.1 Contesta de manera individual las siguientes preguntas paraexplorar tus ideas y posteriormente comenta con tus compaeros sobre larespuesta correcta.

4. La frase La masa atmica del aluminio es 27.0, sugiere cuatro interpretaciones. Sealacul de ellas es la incorrecta.

a) La masa de un tomo de aluminio es 27.0 g.b) La masa de un tomo de aluminio es 27.0 u.m.a.c) La masa de un mol de tomos de aluminio es 27.0 g.d) Un tomo de aluminio es 27.0 veces ms pesado que 1/12 de un tomo de carbono-12.

3. Cuntas partculas estn presentes en un mol de partculas?

a. 1 b. 3.0 x 108 c. 6.02 x 1023 d. 12


Introduccin

Como ya lo mencionamos, esta unidad tiene como propsito fundamental el de introducir alalumno en el conocimiento,comprensin y aplicacin de los conceptos bsicos de laestequiometra.

1.1 Conceptos bsicos

Existen algunos trminos que se emplean en la vida diaria, pero que en el contexto cientficoadquieren un nuevo significado, por ejemplo, la palabra mole, de la cul hablaremos msadelante.

Masa atmica

Se define como la masa de un tomo, expresada enunidades de masa atmica (uma).

Una uma se define como la doceava parte de la masa deun tomo de carbono-12. Asimismo es igual a 1.66 x10-24g.

Unidad de masa atmica (uma)

Masa atmica relativa

Se dice que la masa de un tomo es relativa, porque para medir la masa de los tomos seasigna un valor a la masa de un tomo determinado, para utilizarlo como patrn de referencia.Por ejemplo, actualmente por razones de precisin, se utiliza la masa del istopo de carbono-12, al que se le asigna un valor exacto de 12 uma.

Tambin de manera frecuente se utilizan indistintamente los trminos masa y peso como sifueran sinnimos. En nuestro caso utilizaremos el trmino masa para referirnos a la cantidad demateria. En ocasiones encontramos conceptos como, masa atmica, masa atmica relativa ymasa atmica promedio, buscaremos definirlos y encontrar las semejanzas y las diferenciasentre ellos. Asimismo revisaremos los conceptos masa molecular, masa frmula y masa molar,dejando claro donde y cuando deben ser utilizados.

uma

La estequiometra es la rama de la qumica que se encarga del estudio cuantitativo de lasmasas y los volmenes de los reactivos y productos que participan en una reaccin qumica. En1792 el qumico alemn Jeremas Benjamn Richter Wenzel fue el primero en utilizar la palabraestequiometra en su libro Fundamentos de la estequiometra.

La palabra estequiometra viene del griego stoicheion, que significa elemento, y metron,medida, por tanto etimolgicamente se define como la medida de los elementos o a lacuantificacin de las relaciones en que intervienen los elementos en los compuestos y en lasreacciones qumicas.

Na22.99

11

+1

Sodio

Masaatmica


Por ejemplo, se ha encontrado experimentalmente que en promedio un tomo de helio tiene33.36% de la masa del carbono-12. Entonces si la masa de un tomo de carbono-12 esexactamente 12 unidades de masa atmica, la masa atmica del helio debe ser:

Con la finalidad de clarificar todava ms, elpor qu las masas atmicas son relativas,veamos la siguiente analoga:

Si el patrn de referencia es el gato y sumasa es de 4 kg, entonces la masa del perroser 6 veces mayor que la del gato.24 kg 4 kg

Si comparamos una misma masa paraambos grupos de animales, numricamentesern diferentes. Pero, la masa de un perroser la misma que la de seis gatos.

24 kg 24 kg

La relacin sigue siendo 1: 6

Masa atmica promedio

Debido a la existencia de istopos naturales, la masa de un tomo se expresa como masaatmica promedio y se puede determinar si se conoce la masa relativa de los istopos y laabundancia relativa de cada uno. Esta informacin la proporciona un espectrmetro de masas.

La masa atmica promedio se define como la masa promedio de los istopos de un mismoelemento.

Por ejemplo: Si tomamos en cuenta los istopos del oxgeno y su abundancia relativa, la masaatmica promedio del oxgeno ser 15.998 uma.

0.3336 x 12 = 4.003 uma

La masa atmica relativa nos indica cuntas veces es mayor la masa de un tomo que launidad de masa atmica.


Smbolo

16O 15.994 99.758 15.994 (0.99758) 15.955 17O 16.999 0.037 16.999 (0.00037) 0.00629 18O 17.999 0.205 17.999 (0.00205) 0.03689

Masa atmica (uma)

Abundancia (%)

Masa isotpica X abundancia Fraccin de masa

O Masa atmica promedio (uma) 15.998

El silicio presenta tres tipos de istopos cuyas masas relativas son: 27.99858, 28.5859 y29.9831. Sus abundancias relativas son de 92.27, 4.68 y 3.05, respectivamente. Cul ser lamasa atmica promedio del silicio?

Actividad 1.2 En forma colaborativa determina la masa atmica promediodel silicio.

Tipo de tomo Masa atmica Nmero de tomos Fraccin de masa

H 1.008 2 = 2.016

S 32.06 1 = 32.06

Masa molecular

Se define como la masa de una molcula expresada en unidades de masa atmica (uma).

O 16 4 = 64.0

Masa molecular del cido sulfrico= 98.068 uma

Por ejemplo: la molcula de cido sulfrico, H2SO4 , tiene una masa molecular de 98 uma.

La masa molecular se obtiene sumando las masas atmicas de los tomos que integran lamolcula.

100

En un espectro de masas se grafica laabundancia relativa de las partculas cargadascontra la relacin masa/carga.En este casose muestra el espectro de masas de los ionesde 16O+, 17O+ y 18O+.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

15.994

16.999 17.999

100

50

0Abun

danc

ia re

lativ

a

m/e



S 32.06 1 = 32.06O 16 3 = 48.0

Masa molecular del anhdrido sulfrico= 80.06 uma

La masa molecular del anhdrido sulfrico (trixido de azufre) SO3 , es de 80.06 uma.

Actividad 1.3 En forma individual o colaborativa determina las masasmoleculares de las siguientes especies qumicas.

a) HNO3 cido ntrico

b) H3PO4 cido fosfrico

c) H2CO3 cido carbnico

d) NO2 Dixido de nitrgeno

e) CO2 Dixido de carbono

f) Cl2O Anhdrido hipocloroso

g) H3BO3 cido brico

h) H2SO3 cido sulfuroso

i) HClO3 cido clrico

j) I2O5 Anhdrido ydico

k) As2O3 Anhdrido arsenoso

l) Br2O7 Anhdrido perbrmico

Masa frmula

En un compuesto inico no podemos hablar en trminos de molculas, porque stos estnformados por una red de iones positivos y negativos y su representacin simblica es la celdaunitaria o unidad frmula (frmula unitaria). La masa de esta frmula unitaria la denominaremosmasa frmula.

La masa frmula se obtiene sumando las masas atmicas de los tomos que integran lafrmula unitaria.

Masa molecular


Por ejemplo: la unidad frmula del sulfato cprico, CuSO4 , tiene una masa frmula de:


CuSO

63.532.0616

114

= 63.5= 32.06= 64

Masa frmula del CuSO4= 169.56

Actividad 1.4 En forma individual o colaborativa determina la masafrmula de las siguientes especies qumicas.

Masa frmulaa) NaNO3 Nitrato de sodio

b) Ca3(PO4)2 Fosfato de calcio

c) K2CO3 Carbonato de potasio

d) Mg(NO2)2 Nitrito de magnesio

e) Al2(SiO3)3 Silicato de aluminio

f) Fe(ClO)2 Hipoclorito de hierro II

g) Li3BO3 Borato de litio

h) BaSO3 Sulfito de bario

i) KClO3 Clorato de potasio

j) CaO xido de calcio

k) Ca(OH)2 Hidrxido de calcio

l) MgO xido de magnesio

m) NaOH Hidrxido de sodio

n) Na2O xido de sodio

o) Mg(OH)2 Hidrxido de magnesio


El trmino mol etimolgicamente proviene del latn moles, que significa masa grande.Asimismo el trmino molecular proviene del latin molcula, que significa masa pequea, en lacual el sufijo cula denota una versin diminutiva de la palabra que modifica.

Mol y nmero de Avogadro

La necesidad de contar con una unidad de comparacin ms grande entre tomos y molculasque permitiera relacionar la masa de cualquier sustancia con su nmero de partculas, llev alos qumicos a establecer la unidad de cantidad de sustancia denominada mol.

El trmino mol fue utilizado por primera vez, por elqumico alemn Wilhelm Ostwald en la primera dcadadel siglo XX. l mismo lo estableci as, el peso normalo molecular de una sustancia expresada en gramosse debe llamar a partir de ahora mol.

Esta definicin prevaleci hasta 1971, ao en que estamagnitud se adopt al SI (sistema internacional deunidades) como una entidad diferente de la masa poracuerdo de la IUPAP y la IUPAC, dos grupos integradospor especialistas en fsica y qumica, respectivamente.

Fig.1.2. Wilhelm Ostwald qumico alemn (1853-1932).

Cmo se define al mol?

El mol se define como la unidad fundamental de la magnitud cantidad de sustancia en elsistema internacional de unidades (SI).

La IUPAC define al mol como la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantasentidades elementales como tomos hay en 0.012 kilogramos de carbono-12. (tomos,molculas, iones o electrones) o bien, como la cantidad de sustancia que contiene 6.022 x1023 partculas fundamentales (tomos, iones, molculas o electrones).

Magnitud Nombre de la unidad SmboloLongitud Metro mMasa Kilogramo kgTemperatura Kelvin K

Tiempo Segundo s

Cantidad de sustancia Mol mol

Intensidad luminosa Candela cdIntensidad de corriente Ampere A


Recibe el nombre de nmero de Avogadro (NA) en honor al fsico Italiano Amadeo Avogadro,quin estableci en 1811, la siguiente hiptesis convertida hoy en Ley de Avogadro: A volmenesiguales de gases diferentes en las mismas condiciones de presin y temperatura tendrn elmismo nmero de molculas

6.022 x 1023 = 602 200 000000 000000 000000 partculas

Este nmero se lee como:

Seiscientos dos mil doscientos trillones de partculas

Esto porque las partculas son tan pequeas que su masa y tamao no pueden medirse directa-mente. Para ello, es necesario medir un nmero muy grande de ellas, y a partir de ah determi-nar de manera indirecta, su masa y tamao. Es aqu donde se introduce el concepto mol y laconstante de Avogadro.

El trmino cantidad de sustancia es una magnitud fundamental, qumica, macroscpica yextensiva. Surge de la necesidad de establecer una relacin entre las propiedadesmacroscpicas, masa, volumen y la variable submicroscpica, nmero de partculas queintervienen en los procesos. En otras palabras, de la necesidad de contar partculas o entidadeselementales submicroscpicas en forma indirecta a partir de propiedades macroscpicas, comola masa y el volumen.

Cantidad de sustancia

Mol

12 g de C 63 g de HNO3

6.022 x 1023 entidades elementales

40 g de NaOH 98 g de H2SO4

Sabas qu ... Lorenzo Romano Amadeo Carlo Avogadro di Quaregna e diCerreto (1776-1856). Fsico y matemtico italiano practic la abogaca pormuchos aos antes de interesarse en la ciencia? Su trabajo ms famoso,ahora conocido como ley de Avogadro, fue ignorado durante su vida, aunquea fines del siglo XIX se convirti en la base para la determinacin de lasmasas atmicas.


Es difcil imaginar qu tan grande es el nmero de Avogadro en realidad, pero quizs lassiguientes analogas ayudarn a expresarlo:

Segn los datos del INEGI hasta el 2005 en Sinaloa haba un total de 2,608,442 habitantes. Sicada habitante contara a una velocidad de 60 partculas por minuto y tuviera un promedio devida de100 aos, sin tomar en cuenta que adems tiene que dormir, trabajar y alimentarse. Noalcanzaran a realizar el conteo. Si tienes duda, revisa los siguientes clculos:

Los dos millones seiscientos ocho mil cuatrocientos cuarenta y dos habitantes de Sinaloalograran contar slo 8,226,000,000,000,000 partculas.

Esto se lee: Ocho mil doscientos veintiseis billones de partculas.

= 8.226 x 10152,608,442 habitantes X 100 aos X 365 das X 24 hrs. X 60 min. X 60 seg X 1partcula 1 hab 1 ao 1 da 1 hr 1 min 1 seg partculas

Para que te des una idea ...

No obstante, que el nmero de Avogadro es demasiado grande para contarlo de esa manera,si se trata de relacionar lo macro con lo submicro, se encontrar que en un mol de agua, existen6.022 x 1023 molculas de agua, las cuales son proporcionales a 18 g o 18 mL de agua, estacantidad es insuficiente para saciar la sed. Si en un mililitro hay aproximadamente 20 gotas deagua. Entonces cabra hacernos la siguiente pregunta: cuntas molculas estarn contenidasaproximadamente en una gota de agua?

Y el resto quin lo contara?

= 1.67 x 1021 molculas H2O 1 gota de agua x 1mL de agua x 1 mol de agua x 6.022x1023molculas de agua

20 gotas de agua 18 mL de agua 1 mol de agua

Qu se necesita?

25 granos de alubias25 granos de frijol25 granos de garbanzo1 balanza granataria3 vasos de plstico (chicos)

Actividad 1.5. Comprubalo t mismo.

Propsito:a) Utilizar el semillol para comprender el concepto moly nmero de Avogadro.b) Promover el trabajo colaborativo


La masa molar de una sustancia se puede expresar como la masa en gramos de 1 mol deentidades elementales (tomos, iones o molculas) de la sustancia.

Masa molar de un elementoLa masa molar de un elemento es numricamente igual a la masa atmica slo cambian lasunidades de uma a gramos/mol.

Cmo lo vamos a hacer?1. Se forman los equipos de trabajo y se rene el material necesario.2. Se taran previamente los vasos de plstico. Registra la masa de cada uno de ellos. Debecorresponder un vaso a cada tipo de grano:

3. Coloca 25 granos en cada vaso: vaso (1), alubias, vaso (2), frijoles y vaso (3), garbanzos.Registra la masa de cada vaso + granos. Obtenga la masa correspondiente a los 25 granosde cada conjunto, al restar la masa del (vaso), de la masa del (vaso + granos).

Vaso123

Masa del vaso(g)

4. Determina la masa de un grano (de alubias, frijol y garbanzo) mediante la expresin:

X donde X = masa de 25 granosn n = 25 (nmero de granos)

5. Para calcular el semillagadro, mida en el vaso correspondiente el semillamol (masa molar)de los granos, luego cuente el nmero de granos obtenidos, ese nmero es el semillagadro.

Por ejemplo, el helio, (He) que es un gas valioso utilizado en la industria, en investigacin, enbuceo profundo en el mar y en globos, tiene una masa atmica de 4.003 uma. Por tanto, lamasa molar del helio ser de 4.003 g/mol.

Masa molar

Grano Masa del vaso + granos Masa del vaso Masa de 25 granos (X)1. Alubia2. Frijol3. Garbanzo

Grano Masa relativaMasa de un grano (X/n) SemillamolMasa Molar (g)

1. Alubia2. Frijol3. Garbanzo

Semillagadro(No. de semillas)

6. El experimento se realiza de acuerdo a la siguiente analoga:

Nivel macroscpico Nivel submicroscpicoEntidades: Semillas Entidades: tomosUnidad bsica: Semillamol Unidad bsica: molNo. de semillas: Semillagadro No. de tomos: 6.022 x 1023 tomos / mol


H 1.008 uma 1.008 g/mol 6.022 x 10 23 tomos de hidrgeno

Sustancia Masa atmica Masa molar Nmero de tomos, molculas oMasa molecular unidades frmulaMasa frmula

H2 2.016 uma 2.016 g/mol 6.022 x 10 23 molculas de hidrgeno

Na 22.99 uma 22.99 g/mol 6.022 x 10 23 tomos de sodio

NaCl 58.44 uma 58.44 g/mol 6.022 x 10 23 unidades frmula decloruro de sodio

H3PO4 97.988 uma 97.988 g/mol 6.022 x 10 23 molculas de cido

fosfrico

Ca(OH)2 74.096 uma 74.096g/mol 6.022 x 10 23 unidades frmula de

hidrxido de calcio

La masa molar de un compuesto se obtiene al sumar las masas de todos los tomos queaparecen en una frmula qumica, expresada en gramos/mol.

Masa molar de un compuesto

El agua es un lquido vital. Es esencial para la vida en general, y para las plantas enparticular, que son los productores primarios, por lo cual su deterioro afecta alecosistema global del planeta. Determina la masa molar del agua.

Informacin necesaria:Se necesita conocer las masas atmicas del hidrgeno y el oxgeno, las cuales seconsultan en la tabla peridica.

H= 1.008 uma O=16 uma

Estrategia:Se suman las masas de los tomos que constituyen un mol de agua (H2O) y elresultado se expresa en gramos/mol.

Solucin:

Ejemplo 1.

2 mol de tomos de H = 2 x 1.008 g = 2.016 g

1 mol de tomos de O

1 mol de agua (H2O)

= 1 x 16 g = 16 g

= 18.016 g= 1 x 18.016 g


Volumen molar

Los cientficos Amadeo Avogadro (1776-1856), italiano y Andr Marie Ampere (1775-1876),francs, simultneamente enunciaron una hiptesis que posee gran importancia y que de unmodo injusto se suele atribuir slo a Avogadro. Dicha hiptesis se expresa as:

A quin se le podra ocurrir en esa poca que un gas compuesto por molculas enormes (condiez tomos cada una, por ejemplo) ocupara el mismo volumen que otro con molculasmonoatmicas? Sin embargo, Avogadro tuvo razn...No importa el tamao ni el nmero de lostomos que constituyen las molculas de los gases; en un volumen dado de cualquiera de ellosexiste el mismo nmero de molculas (a la misma presin y temperatura).

Sabas qu ... tres cuartas partes de la superficie de la Tierra estn cubiertas deagua?El 98% corresponde a agua salada de mares y ocanos, y el 2% es agua dulce de losros, lagos, manantiales, mantos acuferos y de las capas polares. Slo el 0.6% del aguadulce es aprovechada por el ser humano, las plantas y los animales.

a) El cido sulfrico, H2SO4, tiene muchas propiedades tiles: es un cido fuerte,un buen agente deshidratante, un agente oxidante moderadamente bueno, y esusado en los acumuladores de los automviles. Calcula su masa molar.

b) La urea, (NH2)2CO, se utiliza como fertilizante. Determina su masa molar.

c) El carbonato de sodio decahidratado, (Na2CO3.10 H2O), conocido como sosapara lavar, se emplea en los detergentes en polvo como agente ablandador. Cal-cula la masa molar.

d) El sulfato de aluminio, Al2(SO4)3, se utiliza en las plantas potabilizadoras deagua, como agente floculizante. Cul es su masa molar?

Actividad 1.6 Realiza en forma individual o colaborativa los siguien-tes ejercicios de clculos de masa molar.

Volmenes iguales de gases diferentes contienen el mismo nmero demolculas si se hallan en iguales condiciones de presin y temperatura.


La cantidad de gas est relacionada con el nmero total de molculas que se encuentran en elrecipiente. En un mol estn presentes 6.022 x 10 23 partculas, por tanto, un mol de cualquier gasa la misma temperatura y presin tendr el mismo volumen.

O2HeMe siento ligero! Porquellevo a cuestas 3 mol degases diferentes. Cun-tos litros y partculasestarn contenidos?

H2

22.4 L

28.2 cm 28.2 cm

28.2 cm32.0 g O2

44.0 g CO2

28.0 g N217.0 g NH3

34.1 g H2S

2.016 g H2

64.1 g SO2

36.5 g HCl

Se ha calculado experimentalmente que el volumen ocupado por un mol de cualquier gas es22.4 Litros a temperatura y presin normales. Este volumen (22.4 L) se denomina volumenmolar de un gas.

Las relaciones entre la cantidad de sustancia, n; la masa, m; el volumen, V y el nmero departculas o entidades elementales, N, se dan a partir de la masa molar, M, el volumen molar,Vm, y la constante de Avogadro, NA.

La cantidad de sustancia en relacin con otras magnitudes

16.0 g CH4

131.3 g Xe


Vm= Volumen molar

Donde:

n=V/Vm

NA= Nmero de Avogadro

Fig. 1.3 La cantidad de sustancia en relacin con otras magnitudes

Cantidadde sustancia

Masa Volumen

n=m/M

Nmero departculas

(N)

n=N/NA

Estas relaciones nos permiten realizar conversiones entre masa, mol, nmero de partculas yvolumen.

En el estudio de la qumica es esencial aprender a plantear y resolver problemas numricos demodo sistemtico.Los procedimientos que se pueden utilizar para resolver problemas estequiomtricos, son laregla de tres y el mtodo del factor unitario o razn unitaria. Este ltimo consiste en un conjuntode operaciones de proporcionalidad directa, que se resuelven mediante el anlisis dimensional;el cual consiste en un anlisis de las unidades de lo que se desea obtener y las unidades de losdatos con que se cuenta. Las razones unitarias o factores unitarios indican la relacin queexiste entre diferentes unidades que son fsicamente equivalentes o que expresan la mismacantidad fsica. Por ejemplo:

1 kilogramo1000gramos

100 centmetros1 metro

1 atmsfera760 mm de Hg

1 mol de partculas6.022 x 1023partculas 22.4 L

22.4 L1 mol de partculas

6.022 x 1023partculas

1 ao

365 das 1 mes 2.016 gramos

1 mol de H2

30 das

Sabas qu ... existe ya un da para festejar al mol? Este festejo inicia a las 6:02 am delda 23 de octubre. Encuentras alguna relacin de estos datos con el nmero de Avogadro?

1.2 Conversiones masa, mol, nmero de partculas y volumen


Solucin:

Ejemplo: Un litro de gasolina en el motor de un automvil produce 2.51kg de CO2, que es ungas invernadero, es decir que promueve el calentamiento de la atmsfera terres-tre. Cuntos kilogramos de CO2, se generan en un ao en el estado de Sinaloa?Si hasta el 2006 circulaban 625 769 vehculos particulares y en promedio cada unorecorre 8,000 kilmetros por ao con un consumo de 8.5 km/litro.

Informacin necesaria:

Se recomienda leer con atencin el problema y determinar con qu datos se cuen-ta y cul se necesita obtener. En este caso, se conoce el rendimiento de km/litropor cada auto; la cantidad de CO2 que se genera con un litro de gasolina; el kilome-traje promedio por ao de cada auto y el nmero de autos en Sinaloa. Se necesitadeterminar los kilogramos de CO2 producidos en un ao.

Esquema de solucin:

Nmero de autos km.ao/auto L/kmkg de CO2/L

625 769 autos X 8000 km/ao X 1L de gasolina X 2.51 kg de CO2 1 auto 8.5 km 1 L de gasolina

Resultado = 1,478,287.238 ton de CO2/ao

Estrategia:

No se necesita informacin adicional.

=1,478,287,238 kg de CO2/ao


Si se conoce que un mol de hidruro de calcio equivale a 42.096 gramos, entoncesse puede utilizar una regla de tres o por factor unitario, para determinar la masaequivalente a 1.73 mol de CaH2.

Estrategia:

Solucin: a) Por regla de tres

1 mol CaH2 42.096 g1.73 mol CaH2 X g

(1.73 mol de CaH2) (42.096 g)1 mol de CaH2

X=

X= 72.826 g de CaH2

b) Por factor unitario

1 mol de CaH2

42.096 g de CaH21.73 mol de CaH2 x = 72.826 g de CaH2

Ejemplo 1:

Masa molar del CaH2= 42.096 g/mol

Con el apoyo de la tabla peridica se determina la masa molar del hidruro de cal-cio. Masas atmicas: Ca=40.08 uma, H=1.008 uma.


Conversiones mol a masa

Esquema de solucin: mol gramos

Ejemplo 2:

Informacin necesaria:Las masas atmicas del sodio, Na=22.99 uma y del cloro, Cl=35.45

Estrategia:Determinar la masa molar del cloruro de sodio, NaCl, relacionar a un mol y convertir0.575 mol de NaCl a gramos.

Esquema de solucin: moles gramosSolucin:

a) Por regla de tres

El hidruro de calcio es un compuesto que se emplea principalmente como agentedesecante para obtener ter seco en el laboratorio. Calcula la masa en gramosque equivale a 1.73 mol de CaH2.

Un consumo excesivo de cloruro de sodio, puede provocar un aumento en la presinsangunea, arteriosclerosis, edemas. Sin embargo, la falta de sodio puede causarconvulsiones, deshidratacin, parlisis muscular, disminucin del crecimiento yentumecimiento general. Calcula la masa en gramos que equivale a 0.575 mol decloruro de sodio, NaCl.



1 mol de NaCl 58.44 g de NaCl0.575 mol de NaCl x = 33.603 g de NaCl

Sabas qu ...un mol de sal comn, NaCl, tiene una masa de 58.45 g cantidad que puedestener en la palma de la mano; y que un mol de agua tiene una masa de 18 g y ocupa unvolumen de 18 mL (un poco menos de 4 cucharadas de ese lquido); y que un mol de cual-quier gas ocupa 22.4 litros, lo cual es suficiente para inflar un globo hasta un dimetro de 35cm, a temperatura de 00C y una presin de 1 atmsfera?

Sal, NaCl Agua, H2O Gas helio, He

(0.575 mol de NaCl) (58.44 g de NaCl)

1 mol de NaClX=

X= 33.603 g de NaCl

1 mol NaCl 58.44 g de NaCl0.575 mol NaCl X g de NaCl

Solucin:a) Por regla de tres

a) El oro puro, Au, (denominado de 24 quilates) es demasiado blando para usarloen joyera. Por tanto, para hacerlo ms fuerte se alea con plata o cobre. Cuntosgramos de oro corresponden a 0.20 mol del mismo?

Actividad 1.7 Realiza en forma individual o colaborativa los siguien-tes ejercicios de conversiones mol a masa.


c) La preparacin de fulminato de mercurio es peligrosa. No solamente el productoes altamente explosivo sino que debe trabajarse con mercurio lquido (que emitevapores peligrosos) y cido ntrico concentrado (sumamente corrosivo). En unaprueba de ensayo se emplearon 2.5 mol de cido ntrico y se obtuvieron 20.7g defulminante de mercurio. Cuntos gramos de HNO

3 fueron utilizados?

d) Un qumico al desarrollar un procedimiento para mejorar la hidrogenacin deaceites vegetales, a fin de obtener margarinas para uso en el hogar, utiliz 6 mol decido oleico (C18H32O2), Cuntos gramos de aceite utiliz en su experimento?

f) Cuntos gramos hay en cada una de las muestras siguientes?

1) 1.5 mol de Cu

2) 0.75 mol de glucosa, C6H12O63) 0.5 mol de etanol (CH3CH2OH)

4) 1.5 mol de aspirina, C9H8O45) 0.75 mol de CO2

6) 0.5 mol Mg(OH)2

e) El zinc (Zn) es un metal plateado que se utiliza para formar latn (al alearse conel cobre) y para recubrir el hierro a fin de prevenir la corrosin (proceso degalvanizado). Cuntos gramos hay en 0.420 mol de Zn?

b) El fulminato de mercurio Hg(CNO)2 es un explosivo muy sensible al choque y se

utiliza en la fabricacin de fulminantes para proyectiles (balas). Cuntos gramosde este compuesto se corresponden con 0.50 mol?


Conversiones masa a mol

Ejemplo 1.


Si se conoce que un mol de hidrgeno molecular equivale a 2.016 gramos, enton-ces se puede utilizar una regla de tres o por factor unitario, para convertir los 6.46g de H2 a mol.

Esquema de solucin: gramos mol


1 mol de H2 2.016 g de H2X mol de H2 6.46 g de H2

(1 mol de H2) (6.46 g de H2)2.016 g de H2

X=

X= 3.204 mol de H2

Estrategia: H2= 2.016 g/mol

Se necesita conocer la masa molar del hidrgeno molecular a partir de la masaatmica del hidrgeno. H = 1.008 uma

El hidrgeno es el elemento ms abundante en el universo y el tercero en abundan-cia en la corteza terrestre, desempea un papel importante en los procesos indus-triales: se utiliza en la sntesis de amoniaco, en la produccin de metanol, en lahidrogenacin cataltica de aceites vegetales para producir grasas slidas comes-tibles, tambin se utiliza para reducir o transformar diferentes xidos metlicos(como los de plata, cobre, plomo, bismuto, mercurio, molibdeno y wolframio) enmetales. Ante el agotamiento de las reservas de combustibles fsiles (petrleo) elhidrgeno puede ser una fuente alternativa de energa y adems no contaminante.Cuntos mol de hidrgeno hay en 6.46 g de hidrgeno molecular?


1 mol de H2

2.016 g de H26.46 g de H2 X = 3.204 mol de H2


d) Una conocida marca comercial de sal yodada contiene 0.010% en masa deyoduro de potasio (KI). Cuntos mol de KI se encuentran en un paquete ordinariode esta sal, cuya masa es de 1000g?

c) El bicarbonato de sodio (NaHCO3) es un compuesto que se utiliza como anticidoestomacal, como polvo de hornear y en los extinguidores, ya que al descomponersepor el calor libera dixido de carbono. Cuntos mol de bicarbonato de sodio estncontenidos en 500 g de este compuesto?

e) El magnesio es el sexto elemento en abundancia en la corteza terrestre, alrede-dor del 2.5 % de su masa. El agua de mar es una buena fuente de magnesio, esposible obtener casi 1.3 gramos de magnesio, de cada kilogramo de agua de mar.Es uno de los responsables de la dureza del agua. Cuntos mol de magnesio hayen 87.3 gramos de magnesio?

f) Convierte a mol las cantidades siguientes:

1) 20 g de Au

2) 20 g de Fe2O33) 120 g de etanol (CH3CH2OH)

4) 120 g de gas hidrgeno, H2

5) 90 g de gas oxgeno, O26) 90 g de glucosa, C6H12O6

a) El ion calcio, Ca2+, es el principal integrante de los huesos y dientes.Aproximadamente el 90% de calcio en el organismo se encuentra en forma defosfato o carbonato. Cuntos mol de calcio estn contenidos en 5.0 g de eseelemento?

b) Las unidades de refrigeracin utilizan freones, sustancias inodoras y no txicaspara el ser humano, pero dainas para la capa de ozono. El fren-12 tiene frmulaCCl2F2. Cuntos mol de fren-12 fueron utilizados en un compresor de unrefrigerante al ser cargado con 156 g de dicho gas?

Actividad 1.8 Realiza en forma individual o colaborativa los siguien-tes ejercicios de conversiones masa a mol.



32.06 g de azufre 6.022 x 1023 tomos de azufre16.3 g de azufre X tomos de azufre

Conversiones masa a nmero de partculas


Estrategia:

Esquema de solucin: gramos mol tomos

Determinar la masa molar del azufre, S=32.06 g/mol, de ah se obtiene el equiva-lente en gramos de 1 mol de azufre y se relaciona con el nmero de Avogadro paradeterminar el nmero de tomos de azufre.

Ejemplo 1.El azufre es un elemento no metlico que est presente casi siempre en lasgasolinas. Cuando la gasolina se quema en el pistn del motor, el azufre quecontiene se transforma en xidos de azufre, que al salir a la atmsfera reaccionancon el agua formando cido sulfrico, lo cual da origen al fenmeno denominadolluvia cida. Cuntos tomos hay en 16.3 gramos de azufre?

Con el apoyo de la tabla peridica se obtiene la masa atmica del azufre, igual a32.06 uma.

1 mol de S= 32.06 g = 6.022 x 1023 tomos de azufre

(16.3 g de azufre) (6.022 x 1023 tomos de azufre)32.06 g de azufre

X=

X= 3.062 x 1023 tomos de azufre

16.3 g de azufre X 1 mol de azufre X 6.022x1023 tomos de azufre

32.06 g de azufre 1 mol de azufre


= 3.062 x 1023 tomos de S

La ponzoa de la abeja comn es una mezcla acuosa de diferentes compuestos.Entre estos est la histamina (cuya accin fisiolgica puede neutralizarse conantihistamnicos) en un porcentaje que puede llegar al 0.013%. En promedio elaguijn de una abeja puede inocular en las vctimas aproximadamente 35 mg deponzoa. Cuntas molculas de histamina (C

5H

9N

3) son inoculadas en promedio

en cada picadura?


C5H

9N

3=111g/mol

Ejemplo 2.

Se necesita conocer la masa molar de la histamina.



Estrategia:

Esquema de solucin: gramos mol molculas

Convertir los 35 miligramos de ponzoa a gramos y determinar la cantidad dehistamina presente en esos 35 miligramos, sabiendo que en 100 gramos de pon-zoa hay 0.013 gramos de histamina. Una vez determinada la cantidad de histamina,se convierte a mol y estos a molculas.


X= 2.468 x 1016 molculas de histamina

0.035g ponz x 0.013g histamina x 1 mol histamina x 6.022x1023molculas de histamina 100g ponzoa 111g histamina 1 mol histamina

1g de ponzoa 1000 mgX g 35 mg

(1 g) (35 mg )1000 mg

X= = 0.035 g de ponzoa

0.035g de ponzoa X g de histamina100 g de ponzoa 0.013 g de histamina

(0.035g) (0.013g )100 g

X=

0.00000455 g de histaminaX=

X mol de hist. 4.55 x 10-6 g de hist.

1mol de hist. 111 g de histamina

X= 4.099 x 10-8 mol de histamina

1mol de histamina 6.022 x 1023 molculas4.099 x 10-8 mol de hist. X molculas de hist.

(4.55 x 10-6g) (1mol )111 g

X=(4.099 x 10-8mol) (6.022 x 1023 molculas)

1mol de histaminaX=

X= 4.55 x 10-6g de histamina

X= 2.468 x 1016 molculas de histamina


a) Uno de los primeros gases propulsores usados para aerosol en envasesmetlicos fue el xido nitroso, (N

2O) llamado tambin gas hilarante, debido a

que la persona que lo inhala le produce risa. Cuntas molculas de xido nitrosoestn contenidas en un envase aerosol cargado con 160 gramos de dicho gas?

b) El titanio es un metal ligero y resistente a la corrosin, se utiliza en la construccinde naves espaciales, aviones y motores para stos. Cuntos tomos de titaniohay en 1g de este metal?

c) El propano (C3H

8) es un componente del gas natural y se utiliza como combustible

en la cocina. Cuntas molculas existen en 15 g de propano?

d) El cido fosfrico (H3PO

4) se usa en los detergentes, fertilizantes, dentfricos y

bebidas gaseosas. Cuntas molculas de cido fosfrico hay en 40g del mismo?

e) El fluoruro de sodio es la sustancia que se usa en algunas pastas dentales paracombatir caries. Cuantos iones sodio hay en 200g de NaF?

f) El kilate es la unidad de masa usada por los joyeros. Un kilate equivale a 200mg, cuntos tomos de carbono estn presentes en un diamante de 5 kilates?

g) La densidad del agua es d= 1.00 g/mL a 40C. Cuntas molculas de agua,estn presentes en 6.5 mL de agua a dicha temperatura?

Actividad 1.9 Realiza en forma individual o colaborativa los siguien-tes ejercicios de conversiones masa a nmero de partculas.


h) El mercurio es un metal lquido cuyo smbolo Hg proviene del latn, hidrargirium,que significa plata lquida. La densidad del mercurio es de 13.6 g/cm3. Cun-tos tomos hay en 2 cm3 de Hg?

i) Se determin la masa de una gota de agua, resultando ser 0.05 g. Cuntasmolculas de agua tiene dicha gota?

Conozca ms ...sobre el mercurio

El mercurio tiene muchas aplicaciones, pero es un veneno acumulativo. Su elevado coefi-ciente de expansin trmica hace que sea un lquido adecuado para su uso en termme-tros y barmetros. Tambin algunos metales, se disuelven en mercurio y producen amalga-mas, como la amalgama de plata que se utiliza en empastes en odontologa. Pero el mer-curio tiene una elevada volatilidad, y el lquido se evaporiza, ocasionando que el aire de losalrededores se ubique en un nivel muy por encima de los lmites de seguridad. De estamanera, las amalgamas son una fuente de vapor de mercurio, y las de los empastes de losdientes liberan vapor txico directamente al organismo. La investigacin ha demostradoque el cepillado de los dientes y el masticar aumentan el proceso de vaporizacin. Des-pus de introducirse en el organismo como vapor de mercurio, el metal se acumula en losriones, cerebro y testculos, se enlaza con las protenas; y el resultado final del envenena-miento con mercurio es un grave dao al sistema nervioso central. Su tiempo de retencinen los tejidos es muy elevado (en los riones un promedio de 65 das), lo cual es una de lascausas de su elevada toxicidad. En Mxico se siguen utilizando las amalgamas de mercu-rio, tal vez porque se cree que son seguras o porque el envenenamiento es tan lento que losdaos ocasionados no se relacionan con la puesta de stas. Sin embargo, ya empieza aser reemplazado por el uso de bismuto y resinas que son menos txicos.

Sabas qu ...el quilate o kilate es una unidad de masa que se utiliza en dos formasdistintas? Cuando nos referimos al kilate de joyera ste se utiliza para pesar gemas ydiamantes y equivale a 200 mg. El kilate de orfebrera se utiliza para designar la pureza oley de los metales y equivale a 1/24 parte de la masa total de la aleacin que la compone.Por ejemplo, si una cadena est hecha con una aleacin de oro de 14 kilates, contiene 14/24 partes de oro y tiene una pureza de 58.33%. Mientras que una pieza de 24 kilates tieneuna pureza de 100% y es de oro puro.


Conversiones de nmero de partculas a masa

Ejemplo 1.El carbono es un elemento no metlico que se presenta en la naturaleza en diversasformas alotrpicas, tales como el grafito (una de las sustancias ms blandas y msbaratas) y el diamante (una de las sustancias ms duras y ms caras). Cul es lamasa en gramos de un tomo de carbono?


Estrategia: A partir de la masa molar del carbono, que equivale a la masa de 6.022 x 1023to-mos de carbono, se determina la masa correspondiente a un slo tomo.


La masa atmica del carbono, es igual a 12.01 uma.

(12.01 g de carbono) (1 tomo de carbono )X=

X= 1.995 x 10-23 gramos de carbono

6.022 x 1023 tomos de carbono

1 tomo de C X 1 mol de carbono X 12.01g de C 6.022 x 1023tomos de C 1 mol de carbono


= 1.995 x 10-23 g de C

Actividad 1.10 Realiza en forma individual o colaborativa los siguien-tes ejercicios de conversiones de nmero de partculas a masa.

a) El oro es un metal de transicin, blando, brillante, dctil, de color amarillo, el cualno reacciona con la mayora de las sustancias qumicas, pero es sensible al cloro yal agua regia. Cul es la masa en gramos de un tomo de oro?

1 mol de C= 12.01 g = 6.022 x 1023 tomos de carbono

12.01 g de carbono 6.022 x 1023 tomos de carbono

X g de carbono 1 tomo de carbono


g) El cido ascrbico (vitamina C) cura el escorbuto y puede ayudar a prevenir elresfriado comn. Cul es la masa en gramos de 2.7 x 1022 molculas de cidoascrbico, si la frmula molecular del compuesto es C

6H

8O

6?

f) Por muchos aos, los elementos del grupo 18 (He, Ne, Ar, Kr, Xe y Rn) sedenominaron gases inertes, porque nadie haba logrado sintetizar algncompuesto que los contuviera. Sin embargo, desde 1962 se han preparado varioscompuestos de Xenn, como el XeF

6 (hexafluoruro de xenn). Cul es la masa en

gramos de 3.5 x 1023 molculas de XeF6?

b) La aspirina es un analgsico y antipirtico muy utilizado en el hogar, tiene ade-ms propiedades anticoagulantes. Cul es la masa en gramos de una molculade aspirina, C9H8O4?

c) Desde hace muchos siglos, el etanol, C2H

5OH, se ha producido por fermentacin

de la glucosa derivada del almidn de los granos (en especial, maz y cebada).Cul es la masa en gramos de 1.35 x1021 molculas de etanol?

d) El combustible de los encendedores desechables es mayormente butano (C4H

10),

cul es la masa en gramos de 3.6 x1023 molculas de butano?

e) La glucosa (C6H

12O

6), es un monosacrido, componente del suero fisiolgico, su

nombre comn es dextrosa. Es uno de los productos del metabolismo de loscarbohidratos en los seres humanos. Cul es la masa en gramos de 5.4 x1022molculas de glucosa?


Conversiones masa-mol-partculas-volumen

Los clculos estequiomtricos que incluyen volmenes gaseosos se resuelven de la mismamanera que aquellos en que las cantidades se dan en masa o mol. Sin embargo, aqu esnecesario considerar la ley de Avogadro: Volmenes iguales de gases distintos, a la mismatemperatura y presin, contienen igual nmero de partculas.

Los procesos qumicos reales se cumplen dentro de un amplio margen de temperaturas ypresiones. Aqu utilizaremos factores unitarios que se limitan al volumen en condiciones normales.Las condiciones de OC (273 K) y 1 atm (760 mm de Hg) se conocen como temperatura ypresin normales (ordinarias o estndar).

Si un mol de cualquier tipo de sustancia, tiene un mismo nmero de partculas, 6.022 x 1023,entonces un mol de cualquier gas, ocupa en las mismas condiciones de presin y temperatura,el mismo volumen. Se ha comprobado experimentalmente que este volumen es de 22.4 litros/mol. Este valor se conoce como volumen molar.

22.4 L6.022 x 1023partculas22.4 L

1 mol de partculas

Se tienen as nuevos factores unitarios:

El nitrgeno molecular (N2) es muy estable y no puede ser utilizado por las plantas

para elaborar compuestos nitrogenados. Slo algunas bacterias y algas que poseenuna enzima llamada nitrogenaza pueden romper el triple enlace N N. stas seencuentran en las leguminosas. Qu volumen ocuparn 50 g de N

2 en condiciones

normales?

Conversiones masa a volumen y volumen a masa

Ejemplo 1.

Informacin necesaria:Se necesita conocer la masa y volumen molar del nitrgeno.

Masa molar= 28.02 g Volumen molar= 22.4 L

Estrategia:

Esquema de solucin: masa volumen

Conociendo la masa y el volumen molar del nitrgeno se determina el volumencorrespondiente a los 50 g de N2.


28.02 g de N2 22.4 Litros de N250 g de N2 X Litros de N2


a) El dixido de azufre es un peligroso contaminante atmosfrico que puede serreducida su emisin a la atmsfera, si se hace reaccionar con cal para producirsulfito de calcio. Qu volumen ocupa un kilogramo de SO2 en condiciones normales?

(50 g de N2) (22.4 L de N2)28.02 g de N2

X=

X= 39.97 Litros de N2


50 g de N2 X 1 mol X 22.4 L de N228.02 g 1 mol

X= 39.97 Litros de N2

Actividad 1.11 Realiza en forma individual o colaborativa los siguientesejercicios de conversiones de volumen a masa y de masa a volumen.

b) El cloro, Cl2, desempea un papel biolgico importante en el cuerpo humano,porque el ion cloruro es el principal anin en los fluidos intracelulares y extracelulares.Qu volumen ocuparn 200 g de ste gas, en condiciones ordinarias?

c) El flor, F2, es un gas que encuentra bastantes aplicaciones: en la industria (paraproducir teflones), en el cuidado de la salud (para fluorar el agua y reducir las cariesdentales) y en otras reas. Qu volumen ocuparn 75 g de ste gas en condicionesnormales?

d) El cido sulfhdrico, H2S, es una sustancia gaseosa que su presencia se delatapor el olor nauseabundo, a huevo podrido. Es un producto de la descomposicinde la protena, pero en el laboratorio se obtiene a partir de la reaccin entre la pirita,FeS2

y el cido clorhdrico, HCl. En condiciones normales, cul ser la masa de 30litros de H2S?


El oxgeno, O2 es con mucho, el elemento ms abundante de la corteza terrestre(46%), pero el segundo en abundancia en la atmsfera (21%). Sin l, un ser humanoes incapaz de sobrevivir unos cuantos minutos. Qu volumen ocuparn 2.7 mol deste gas en condiciones estndar?

e) El CO2 se utiliza en la elaboracin de bebidas carbonatadas, como refrescos ycerveza. Pero tambin encuentra aplicacin en los extinguidores de fuego. A cun-ta masa corresponden 250 litros de CO2?

f) El ozono, O3 , es un gas que encuentra uso industrial en la sntesis de compuestosorgnicos como aldehdos, cetonas y cidos carboxlicos a partir de alquenos oalquinos (ozonlisis). Cul ser la masa de 150 litros de ozono?

Conversiones mol a volumen y volumen a mol

Ejemplo 1.

Informacin necesaria:Se necesita conocer el volumen molar del oxgeno, O2.

Volumen molar= 22.4 L

Estrategia:Conociendo el volumen molar del oxgeno se determina el volumen correspondien-te a los 2.7 mol de O2.

Esquema de solucin: mol volumen


1 mol de O2 22.4 Litros de O22.7 mol de O2 X Litros de O2

(2.7 mol de O2) (22.4 L de O2)1 mol de O2

X=

X= 60.48 Litros de O2



2.7 mol de O2 X 22.4 L de O21 mol de O2

a) El helio, He, es un gas utilizado en el llenado de globos y dirigibles. Adems,encuentra aplicacin en globos meteorolgicos para la investigacin de las condi-ciones climatolgicas. Este gas inerte se utiliza como proteccin en soldaduraautgena. En condiciones normales de presin y temperatura, a cuntos litros dehelio corresponden 7.7 mol de He?

b) El metano, CH4, es un gas que se produce en la putrefaccin anaerbica de lasplantas, este proceso natural se puede aprovechar para producir biogs. Puedeconstituir hasta el 97% del gas natural. En las minas de carbn se le denomina gasgris y es muy peligroso por su facilidad para inflamarse. Qu volumen ocuparn15 mol de CH4, en condiciones normales de presin y temperatura?

c) El xido nitroso o anhdrido hiponitroso, N2O es un subproducto tanto en los pro-cesos de nitrificacin como de desnitrificacin biolgica. El aumento en la utiliza-cin de fertilizantes para aplicaciones agrcolas, es la explicacin ms probable dela mayora de las emisiones antropognicas de xido nitroso. En condicionesestndar de presin y temperatura, qu volumen ocuparn 24 mol de N2O?

Actividad 1.12 Realiza en forma individual o colaborativa los siguien-tes ejercicios de conversiones de mol a volumen y de volumen a mol.

X= 60.48 Litros de O2


Sabas qu ... el gas natural es una mezcla de gases que se encuentra frecuentementeen yacimientos fsiles, solo, disuelto o asociado con petrleo o en depsitos de carbn?Est constituido principalmente por metano (90 95%) y suele contener otros gasescomo nitrgeno, etano, CO2, H2S, butano, propano, mercaptanos y trazas de hidrocarburosms pesados. Puede tambin obtenerse por procesos de biodegradacin de restosorgnicos (basura, plantas vegetales, estircol, etc.) en ausencia de aire. El gas obtenidoas, se le denomina biogs. Este gas es una fuente de energa alternativa que se puedeutilizar en hornos, estufas, secadores, calderas, u otros sistemas de combustin a gas.

e) El eteno o etileno, C2H4, es el alqueno ms sencillo y una de las sustancias msimportantes en la industria qumica. La mayor parte del etileno se emplea para laobtencin de polmeros, como el polietileno. El etileno tambin se emplea para ace-lerar la maduracin de las frutas. Cuntos mol de etileno corresponden a 225 litrosde dicho gas, en condiciones normales?

f) Hasta antes de 1962 se consideraba a los gases nobles como sustancias qumi-camente inertes e incapaces de formar compuestos. A partir de esta fecha se hansintetizado alrededor de 80 compuestos de xenn, Xe, al unirlo con el flor y el oxge-no. Algunos de estos compuestos son: diflor, hexaflor, perxenato de sodio e hi-drxido de xenn. Cuntos mol de xenn estarn contenidos en 25 litros de dichogas en condiciones normales de presin y temperatura?

d) El acetileno o etino, C2H2, es el alquino ms sencillo y uno de los gases altamenteflamables, su combustin produce una flama de hasta 3000 C, la mayor temperatu-ra de combustin hasta ahora conocida. Por ello, se utiliza en equipos de soldadura.Cuntos mol de acetileno corresponden a 500 litros de dicho gas en condicionesnormales?


1.3 Frmulas qumicas

De la misma manera, la frmula H2O representa tanto al compuesto, como a la molcula deagua. Macroscpicamente indica que los elementos que la componen son el hidrgeno y eloxgeno, cuyos tomos se encuentran en una proporcin de 2:1, es decir dos tomos de hidr-geno por cada tomo de oxgeno.

Por ejemplo, la frmula NaCl, representa al compuesto cloruro de sodio, pero tambin a lacelda unitaria del cloruro de sodio. sta nos indica que los elementos que la componen son elsodio y el cloro. As como la proporcin en que se encuentran los tomos, 1:1, es decir un tomode sodio por cada tomo de cloro.

Nivel macroscpico

H2O

Nivel simblico Nivel submicroscpico Nivel macroscpico

NaCl

Nivel simblico Nivel submicroscpico

Una frmula qumica expresa macroscpicamente el tipo de elementos que constituyen la sus-tancia y submicroscpicamente, la proporcin numrica que existe entre cada tipo de tomo,en todas las partculas o celdas unitarias de una sustancia.

La qumica al igual que otras ciencias tiene un lenguaje comn y universal, en l se utilizansmbolos y signos que permiten formular y dar nombre a las sustancias en cualquier parte delmundo.

Ag

HgFeCo

(ac)

(g)(s) S

Al


Caractersticas de una frmula qumica

La cuantificacin o conteo correcto de los tomos a partir de una frmula, es importante en larealizacin del balanceo de una ecuacin qumica. Por ejemplo, en la frmula del fosfato desodio, existen:

Una frmula qumica est constituida por smbolos qumicos, subndices y coeficientes.

El smbolo qumico sirve para representar tanto al elemento como al tomo presentes en uncompuesto, molcula o unidad frmula.

Los subndices representan el nmero de tomos presentes en una molcula o unidad frmuladel compuesto. Se escriben siempre en la parte inferior derecha del smbolo qumico.

Los coeficientes indican el nmero de molculas o unidades frmula; as como tambin el nmerode mol presentes de la sustancia.

3 Na3PO4

Smbolos qumicos

Subndices

Coeficiente

ElementoNa

P

O

Nmero de tomos9 tomos de sodio3 tomos de fsforo

12 tomos de oxgeno

Qu representa la frmula qumica, 3 Na3PO4?

1. Macroscpicamente podemos decir que el fosfato de sodio es una sustancia compuesta quese forma por la combinacin de las sustancias elementales, sodio, fsforo y oxgeno.

2. Que desde el punto de vista submicroscpico tiene una proporcin atmica 3:1:4

3. El coeficiente tres, indica macroscpicamente la presencia de tres mol de fosfato de sodioy submicroscpicamente tres celdas unitarias (unidades frmula) de fosfato de sodio.

Na3 P O4

Na3 P O4

3

3

Na3 P O43


Fe2(CO3)3 Carbonato de hierro (III) Fe: C: O:

Pb(NO3)4 Nitrato de plomo (IV) Pb: N: O:

Na3BO3 Borato de sodio Na: B: O:

2Fe2(SO4)3 Sulfato de hierro (III) Fe: S: O:

KClO3 Clorato de potasio K: Cl: O:3H3PO4 cido fosfrico H: P: O:

HClO4 cido perclrico H: Cl: O:

Frmula Nombre Nmero de tomos

Actividad 1.13 En forma individual o colaborativa determina el nmerorelativo de tomos en las siguientes frmulas qumicas.

Actividad 1.14 En forma individual expresa qu informacin te sugieren lassiguientes frmulas qumicas desde un punto de vista macroscpico ysubmicroscpico.

2 Fe2(SO4)3

3 H3PO4

Frmula Punto de vista macroscpico Punto de vista submicroscpico

Sulfato frrico

cido fosfrico

Nitrato plmbicoPb(NO3)4

La presencia de dos mol de sulfatofrrico.Que el sulfato frrico lo constituyenlos elementos: hierro, azufre yoxgeno.

La presencia de dos unidades fr-mula de sulfato frrico.Cada unidad frmula contiene dostomos de hierro, tres de azufre ydoce de oxgeno.


1.4 Composicin porcentual de las sustancias: Ley de las proporciones defini-das

Las leyes cuantitativas de la qumica son enunciados que sintetizan hechos experimentalesrelacionados con el comportamiento de la materia. Desde el siglo XVIII cientficos como AntoineLaurent Lavoisier, Joseph Louis Proust, John Dalton, Jeremas Benjamn Richter, Joseph Gay-Lussac, Amadeo Avogadro, entre otros, establecieron estas leyes.

Ley de las proporciones definidas o constantes

Esta ley fue postulada en 1799 por Joseph Louis Proust (qumico francs). Su presentacin fueproducto de las investigaciones sobre el anlisis elemental de una gran cantidad de compuestos.

Sabas qu ... la palabra ponderal se deriva del latn ponderere que significa ponderar,pesar con la balanza o determinar un peso. Esta palabra por tanto, est referida a ladeterminacin de las masas de las sustancias que participan en una reaccin qumica.

Leyes cuantitativas

Ponderales Volumtricas

Ley de la conservacinde la masa

Ley de las proporcionesdefinidas

Ley de las proporcionesmltiples

Ley de las proporcionesrecprocas

Ley de las combinacionesvolumtricas

Ley de Avogadro

A. L. Lavoisier

J. L. Proust

J. Dalton

J. B. Richter

J.Gay-Lussac

A. Avogadro

Uno de estos experimentos fue la descomposicin trmica del car-bonato de cobre (CuCO3), cuyo anlisis arroj que la proporcin delos elementos era siempre de 5.3 partes de cobre, 1 de carbono y 4de oxgeno, sin importar de donde hubiera sido obtenida la muestra.

Joseph Louis Proust (1754-1826)

Elemento Masa atmica No. de tomos Masa total Proporcin Cu 63.55 1 63.55 63.55/12.01= 5.3

C 12.01 1 12.01 12.01/12.01= 1

O 16.00 3 48 48 /12.01= 4


Proporcin en:Partes Gramos PorcentajeElemento Composicin centesimal

Cuando dos o ms elementos se combinan para producir un determinado compuesto,siempre lo hacen en las mismas proporciones de masa, es decir, estas son siempre igua-les, definidas y constantes.

Una aplicacin de la ley de Proust es la obtencin de la denominada composicin centesimal,esto es, el porcentaje ponderal que representa cada elemento en el compuesto.

Los resultados obtenidos en ste y otros experimentos, lo llevaron a concluir:

Un compuesto qumico especfico contiene siempre los mismos elementos en proporcio-nes idnticas, sin importar su origen y quien lo haya preparado.

En otro sentido:

La proporcin en masa que guardan los elementos en un compuesto, se puede expresar enpartes, gramos, mol o porcentajes. Para el caso del carbonato de cobre (CuCO3) se expresarade la siguiente manera:

Cu 5.3 5.3 63.55/123.56= 51.43% 0.5143

C 1 1 12.01/123.56=9.72% 0.0972

O 4 4 48/123.56=38.84% 0.3884

Como todos los compuestos existentes siempre tendrn las mismas proporciones de suscomponentes, la ley de Proust puede tambin enunciarse de la siguiente manera:

La composicin centesimal de toda sustancia siempre es constante

5 tomos de cobre 5 tomos de carbono 15 tomos de oxgeno

Red cristalina del CuCO3

Si se analiza la frmula del CuCO3 la proporcin en que se encuentran los tomos siempre es1:1:3, es decir, se unen un tomo de cobre, uno de carbono y tres de oxgeno.

Malaquita: CuCO3 hidratado 5 unidades frmula de CuCO3

Ahora, si se unen 5 tomos de cobre, 5 tomos de carbono y 15 tomos de oxgeno, la propor-cin sigue siendo 1:1:3, y estos formaran 5 unidades frmula de CuCO3.


c) El cido ntrico es uno de los cidos inorgnicos ms importantes, acta comoagente oxidante poderoso. Calcule la composicin porcentual en masa del HNO3.

e) El cido brico tiene propiedades antispticas, que lo hacen una sustancia idneapara el lavado de ojos. Industrialmente se usa en la fabricacin de vidriotrmicamente resistente, denominado vidrio borosilicato (vidrio Pyrex). Calcule lacomposicin porcentual en masa del H

3BO

3.

d) El cido fosfrico es el responsable del sabor cido de los refrescos, cuya funcines la de evitar el desarrollo microbiano. Calcule la composicin porcentual en masadel H

3PO

4.

f) Cul es la masa de oxgeno que se combina con 1 g de calcio para formar elxido de calcio, CaO?

Actividad 1.15 Contesta en forma individual o colaborativa las si-guientes preguntas referidas a la ley de las proporciones definidas.

a) El agua se compone siempre de 88.8 % de oxgeno y 11.2% de hidrgeno. Quley explica esta composicin?

b) Cul es la proporcin en masa a la que se combina el sodio y el cloro paraformar el cloruro de sodio, NaCl?


g) El bicarbonato de sodio es una base dbil que se utiliza como anticido estoma-cal en el hogar; cuando se encuentra decahidratado su frmula es NaHCO3.10 H2O.Determina la composicin porcentual de cada elemento en el compuestodecahidratado y el porcentaje correspondiente al agua de hidratacin.

h) La urea, NH2.CO.NH2, el nitrato de amonio, NH4NO3, la guanidina, NH2.CNH.NH2y el amonaco, NH3 se utilizan como fertilizantes por el aporte de nitrgeno al suelo.Cul de los compuestos anteriores representa una mejor fuente de nitrgeno, deacuerdo a su composicin porcentual en masa?

Conozca ms..

De manera experimental en el laboratorio se puede de-terminar la composicin porcentual, conociendo las ma-sas de los elementos que se combinan para formar uncompuesto. Por ejemplo, si al entrar en combustin 1gramo de magnesio con 0.664 gramos de oxgeno paraformar 1.664 gramos de xido de magnesio. Cul serla composicin porcentual del xido de magnesio?

Procedimiento

a) Es necesario conocer la masa total del producto.

1 g de Mg + 0.664 g de O = 1.664 g de MgO

b) Para determinar la composicin porcentual, se puede plantear una regla de tres.

1.664 g de MgO 100% 1.664 g de MgO 100%1g de Mg X % 0.664 g de O X%

Porcentaje del magnesio Porcentaje del oxgeno

c) Cul ser su frmula emprica?

Elemento % Masa atmica Relacin atmica Relacin atmica Mg 60.09 24.31 60.09/24.31= 2.471 2.471/2.471= 1 O 39.90 16 39.90/16= 2.49 2.49/2.471= 1

Frmula emprica= MgO

X= 60.09% X= 39.90%


El anlisis qumico nos permite determinar experimentalmente los porcentajes de cadaelemento en un compuesto.

1.5 Determinacin de frmulas qumicas

En esta unidad se ha estudiado qu es una frmula qumica, cules son sus componentes y quinformacin puede expresar cada una de ellas. Se ha aprendido a determinar la composicinporcentual de cada elemento a partir de la frmula qumica. Ahora, lo haremos a la inversa, apartir de la composicin porcentual determinaremos la frmula qumica.

Es importante sealar que existen diversos tipos de frmulas qumicas, pero aqu slo revisare-mos la frmula emprica y la molecular.

1.5.1 Frmula emprica o mnima

La frmula emprica se denomina tambin frmula mnima, ya que expresa la relacin mssencilla o mnima entre los elementos que constituyen un compuesto.

Cmo determinarla?

c) Los valores obtenidos corresponden a la mnima relacin de combinacin entre los tomosde los elementos. Para obtener nmeros enteros, se divide cada valor entre el valor mspequeo.

a) Se necesita conocer la composicin porcentual o la masa de cada elemento que constituyeal compuesto.

b) El porcentaje o la masa de cada elemento se divide entre su respectiva masa atmica. Estose realiza con el nico propsito de obtener las relaciones atmicas.

Por ejemplo, supongamos que se determin experimentalmente la composicin porcentual deun compuesto: O= 40.0%; H= 2.52% y Na= 57.48%

16 1.008 22.9940.0 2.52 57.48O= = 2.5 H= = 2.5 = 2.5 Na=

d) Los nmeros obtenidos expresan la mnima relacin entre los tomos de los elementos y secolocan como subndices para construir la frmula emprica.

Frmula empricaNaOH

2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5O= = 1 H= = 1 = 1 Na=

Sosa custica o hidrxido de sodio


a) El cido lctico, se forma en el cuerpo durante la actividad muscular, debido a laoxidacin de la glucosa. Esto provoca que al realizarse ejercicio fuerte por primeravez, el msculo se endurezca y provoque dolor muscular. El anlisis de una muestrade cido lctico revel que contena: C= 40.0% ; H = 6.71% y O = 53.29%. Cul essu frmula emprica?

Actividad 1.16 Determina en forma individual o colectiva, la frmulaemprica a partir de la composicin porcentual o molar en las siguien-tes preguntas.

b) La alta temperatura que se alcanza dentro del pistn en un motor de combustininterna, provoca una reaccin entre el nitrgeno y el oxgeno que constituyen el aire,formando los xidos de nitrgeno como subproductos de la combustin. Uno deestos xidos se compone de N=30.45% y O=69.55%.Cul es la frmula empricade este compuesto?

c) El primer anestsico local efectivo e inyectable, empleado inicialmente a finalesdel siglo XIX, fue la cocana. Despus de un tiempo se descubri que su uso producadependencia fsica o adiccin y desrdenes mentales. El anlisis cuantitativo desta droga revel que contena: C=67.305%; H=6.978%; O=21.097%; N=4.618%.Cul es la frmula emprica de la cocana?

Elemento % masa atmica Relacin atmica Relacin atmica No. entero %/masa atmica C 40 12.01 40/12.01= 3.33 3.33/3.33= 1 1

H 6.71 1.008 6.71/1.008= 6.66 6.66/3.33= 2 2

O 53.29 16 53.29/16= 3.33 3.33/3.33=1 1

Elemento % masa atmica Relacin atmica Relacin atmica No. entero %/masa atmica


Frmula emprica= CH2O

Frmula emprica=

Frmula emprica=


d) El yeso es un compuesto que se utiliza bastante en la construccin y en odonto-loga para elaborar moldes de dentaduras. Cul ser la frmula emprica del yeso,si su composicin porcentual es: Ca= 29.44%; S= 23.55% y O= 47.01%?


e) El dicromato de potasio es un agente oxidante fuerte, fue utilizado en losalcoholmetros, donde oxida al etanol del aire expirado a aldehdo, y posteriormen-te a cido actico. Cul ser la frmula emprica del dicromato de potasio si lacomposicin porcentual de los elementos que lo constituyen son: K= 26.58%; Cr=35.35% y O= 38.07%?

f) Si los nicos productos del anlisis de un compuesto fueron 0.5 mol de tomosde carbono y 0.75 mol de tomos de hidrgeno, cul ser la frmula emprica deeste compuesto?

Elemento Relacin molar Relacin atmica No. entero

g) Un xido del elemento A contiene 79.88 % de A. Si el elemento A es 3.78 vecesms pesado que el tomo de oxgeno, cul ser la frmula del xido?


Frmula emprica=

Frmula emprica=

Frmula emprica=

Frmula emprica=



Frmula molecular, real o verdadera

En ocasiones la frmula real es igual a la frmula emprica, o a un mltiplo de ella. Cmodeterminar la frmula real de un compuesto? Para hacerlo, es necesario conocer tanto su fr-mula emprica como su masa molecular o masa frmula.

Como la frmula real de un compuesto es igual a la frmula emprica o a un mltiplo entero de lamisma, entonces:

Masa molecular o masa frmula Masa de la frmula emprica

n=

De donde despejamos n:

n es el nmero que muestra cuntas veces la frmula emprica est contenida en la frmula real.

Los subndices de la frmula real se obtienen al multiplicar por n los subndices de la frmulaemprica.

Por ejemplo, si el benceno tiene frmula emprica CH y una masa molecular de 78.108 uma,cul es su frmula molecular o frmula real?

Son tres los nombres que se utilizan para denominar este tipo de frmula: molecular, real overdadera. Sin embargo, tradicionalmente se ha utilizado el trmino frmula molecular. Paracompuestos moleculares, el trmino frmula molecular es correcto, dado que se encuentra cons-tituido por molculas. Pero, qu trmino utilizar cuando el compuesto es inico? Considera-mos que lo correcto debe ser, utilizar el trmino frmula real o verdadera, ya que se puede usarde manera indistinta.

La frmula molecular, real o verdadera indica el nmero real de tomospresentes en la molcula o celda unitaria

(Frmula emprica) n = Masa molecular o masa frmula

(CH)n=78.108

78.108 CH

n=

78.108 78.108 (12.01+1.008) 13.018

n=

n=6La frmula real del benceno es: (CH)n= (CH)6=C6H6

(Frmula emprica) n = Masa molecular o masa frmula

=


Actividad 1.17 Determina en forma individual o colectiva, la frmulamolecular, real o verdadera a partir de la frmula emprica en las si-guientes preguntas.

c) Se someti a calentamiento una muestra de 5.65 g de hierro en polvo, en pre-sencia de oxgeno. Al reaccionar completamente el hierro, la masa del compuestoobtenido fue de 8.0779 g. Cul es su frmula emprica y frmula real, si la masafrmula del compuesto es de 159.7 uma?

a) La glucosa es un monosacrido cuyo nombre comn es dextrosa. Es uncomponente de los sueros fisiolgicos y uno de los productos del metabolismo delos carbohidratos. Si su masa molecular es de 180.156 uma y su frmula empricaes CH

2O. Cul ser su frmula molecular?

b) El etilenglicol es un compuesto que se utiliza en mezclas anticongelantes y tieneuna masa molecular de 62.068 uma. Cul ser su frmula molecular, si la frmulaemprica del etilenglicol es CH

3O ?

d) El glutamato es un aminocido que est presente en todos los alimentos quecontienen protenas tales como el queso, leche, hongos, carne, pescado y verdu-ras. El glutamato monosdico es la sal sdica del glutamato que se utiliza pararesaltar el sabor de los alimentos en la comida china. Utilizado en exceso provocalo que se ha dado en llamar el sndrome del restaurante chino, cuyos malestaresson similares a los de un infarto. Una muestra de 17.5 g de glutamato contiene 6.2g de C; 0.8 g de H; 6.6 g de O;1.5 g de N y el resto de sodio. Determina la compo-sicin porcentual, la frmula emprica y la frmula real de este compuesto si sumasa molar es de 169 g/mol.


e) El tefln es un material inerte e impermeable utilizado como aislante elctrico,pero su cualidad ms conocida es la antiadherencia. El anlisis del monmero deeste material revel que contena 24.02% de C y 75.98% de F. Determina su frmulaemprica y su frmula real, si su masa molecular es 100.02 uma?


Horizontales

1. El volumen ocupado por un mol de cualquier gas en condiciones normales de presin ytemperatura se denomina ...3. A volmenes iguales de gases diferentes en las mismas condiciones de presin y temperatura,tendrn el mismo nmero de molculas, esta hiptesis fue planteada por...7. Representacin cualitativa y cuantitativa de un compuesto.9. Masa en gramos de un mol de partculas.10. Frmula que indica el nmero real de tomos en una molcula o celda unitaria.

Verticales

2. Masa de un tomo expresada en uma.4. La ley de las proporciones definidas o constantes fue planteada por ...5. Nmero que se escribe en la parte inferior derecha del smbolo del elemento y que indica elnmero de tomos en una molcula o celda unitaria.6. Frmula que expresa la relacin ms sencilla entre los elementos de un compuesto.8. La unidad fundamental del sistema internacional de unidades de la magnitud cantidad desustancia.

Cuestionario de la primera unidadConceptos bsicos de estequiometra

I. Contesta el siguiente crucigrama:


1. Qu cantidad contiene mayor nmero de tomos?a) 0.5 mol de SO2.b) 14 g de N2.c) 67.2 Litros de He (en condiciones normales.).d) 4 g de H2.

2 Cuntos mol de cloro estrn contenidos en 100g de cloro gaseoso (Cl2)?a) 100 b) 0.355 c) 1.41 d) 2.82

II. Conversiones: masa-mol-partculas-volumen

3. Cul es la unidad fundamental del SI usada para la magnitud cantidad de sustancia?a) mol b) kelvin c) kilogramo d) metro

4. Si la masa atmica del Ti es igual a 47.9 uma, podemos afirmar que un mol de Ti equivale a:a) 47.9 tomos.b) 47.9 g.c) 6.23 x 1032 g.d) 47.9 kg

5. Si disponemos de 10 g de amonaco, NH3 y eliminamos 1 x1023 molculas de NH3, cunto

amonaco en gramos quedar aproximadamente?a) 3.52 molb) 3.53 x1023 molculasc) 7.17 gd)1.68 moles de NH3

6. Indica cul de los siguientes enunciados es correcto:a) Cuando combinamos un mol de H2 con un mol de N2 se forman 2/3 de mol de amonaco.b) Un tomo de plata pesa 108 g.c) El peso de una molcula de agua es 1.08 x1021 gd) En una reaccin qumica se conservan siempre los mol, pero no necesariamente los tomos.

7. El tetrahidrocanabinol (THC), es el principio activo de la mariguana. Para producir intoxicacinse requiere un mnimo de 25 microgramos de THC. La frmula molecular es: C21H30O2.a) Cuntos mol de THC representa 25 g?b) Cuntas molculas de THC existen en 25 g?

8. La magnetita, Fe3O4, es un importante mineral de hierro. Segn estudios revelan que diferentesanimales (abejas, moluscos, palomas, etc.) la usan para orientarse en el campo magntico dela tierra. Por ejemplo, las palomas tienen en el pico granos de magnetita que les permiteorientarse. Calcula las toneladas de hierro que se pueden obtener a partir de 5x10 kilogramosde este mineral.

6


III. Composicin porcentual, frmula emprica y real

1. Cul es la masa de calcio que se puede obtener a partir de 1 kilogramo de caliza (CaCO3),si sta se encuentra con una pureza de 50%? a) 0.05 kg b) 0.5 kg c) 0.2 kg d) 0.4 kg

2. El anlisis de un compuesto covalente mostr que contena 14.4 % de hidrgeno y 85.6% decarbono en masa. Cul es la frmula emprica y real de este compuesto, si su masa moleculares de 56.104 uma?

3. El nitrgeno forma una serie de compuestos con el oxgeno, analiza los siguientes datos ydetermina la frmula emprica de cada uno de ellos. De acuerdo con los resultados que seobtengan contesta la opcin correcta.

Gramos de cada elemento en el compuesto

Elemento A B C D E

N 0.45 0.25 1.00 2.00 1.25

O 0.257 0.286 1.73 4.58 3.57

Se puede afirmar que:a) A, B, C y D son el mismo compuesto.b) Todos los compuestos son distintos.c) D y E son el mismo compuesto.d) B y C son el mismo compuesto.

Frmula emprica Frmula real

a. CH C2H2

b. C2H3 C4H6

c. CH3 C3H9

d. CH2 C4H8

4. Un compuesto contiene azufre, oxgeno y cloro. El anlisis de una muestra revel que contena26.95% de azufre, 59.61% de cloro. Determina la frmula emprica para este compuesto. a. SOCl2 b. SO2Cl2 c. SO2Cl d. SOCl


5. Dos elementos gaseosos A y B se combinan para formar dos compuestos distintos C y D,tambin gaseosos. Al medir los volmenes de cada uno de ellos (a la misma P y T) se encon-tr que 2 L de A reaccionan con 1 L de B para formar 2L de C; mientras que 2L de A reaccio-nan con 3L de B para formar 2L de D. Seale las frmulas moleculares de C y D:

a) C = AB2, D = A3B2b) C = AB2, D = A2B3c) C = A2B, D = A3B2d) C = A2B, D = A2B3

6. Si los elementos gaseosos A y B estn constituidos por molculas diatmicas, Cul serla ecuacin que representa la formacin del compuesto C de la pregunta anterior?

a)

b)

c)

d)

7. Si los elementos gaseosos A y B estn constituidos por molculas diatmicas, Cul serla ecuacin que representa la formacin del compuesto D en la pregunta 5?

8. Un plstico que se utiliza para hacer tarjetas de crdito, tuberas para drenaje y revestimientopara exteriores de las casas, es el PVC (cloruro de polivinilo). Su composicin porcentual es:C=38.40%; H=4.8% y Cl=56.80%. Cul es su frmula emprica?

A2 + B2 2 AB

2 A2 + B2 2 A2B

A2 + 2 B2 2 AB2

2 A2 + 3 B2 2 A2B3

a)

b)

c)

d)

A2 + B2 2 AB

2 A2 + B2 2 A2B

A2 + 2 B2 2 AB2

2 A2 + 3 B2 2 A2B3


9. El nutrasweet, es un edulcorante bajo en caloras que contiene aspartame, el cual es utiliza-do en diversos productos alimenticios light. La frmula molecular del aspartame es:

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