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Física y Química 3.º ESO · Átomos, moléculas y cristales

Ampliación: sustancias simples y compuestas; qué dice una fórmula

Objetivo: Al terminar, sabrás distinguir sustancias simples y compuestas por su fórmula y contar los átomos que indica una fórmula, también cuando lleva paréntesis o un número delante.

Explicación

Sustancias simples y compuestos

Una sustancia simple está formada por un solo elemento: $\text{O}_2$ , $\text{N}_2$ , $\text{Fe}$ , $\text{S}_8$ . Su fórmula tiene un solo símbolo.
Un compuesto está formado por dos o más elementos combinados en una proporción fija: $\text{H}_2\text{O}$ , $\text{NaCl}$ , $\text{CaCO}_3$ . Su fórmula tiene varios símbolos.

Ojo: elemento y sustancia simple no son lo mismo. El elemento oxígeno (el tipo de átomo) forma dos sustancias simples distintas: el oxígeno $\text{O}_2$ y el ozono $\text{O}_3$ . El carbono forma el diamante y el grafito. Se llaman formas alotrópicas del elemento.

Cómo leer una fórmula

Subíndice: número de átomos del elemento que lo lleva justo delante. Si no hay, es 1. $\text{CaCO}_3$ : 1 Ca, 1 C, 3 O.
Paréntesis: el subíndice de fuera multiplica a todo lo de dentro. $\text{Ca(OH)}_2$ : 1 Ca, 2 O y 2 H.
Número delante (coeficiente): indica cuántas moléculas (o unidades) hay, y multiplica a toda la fórmula. $3\,\text{H}_2\text{O}$ : 3 moléculas, con 6 H y 3 O en total.

En las moléculas, la fórmula indica los átomos de una molécula. En los cristales, indica la proporción: en el cloruro de calcio, $\text{CaCl}_2$ , hay 2 iones cloruro por cada ion calcio.

Cuidado: $\text{H}_2\text{O}_2$ (agua oxigenada, una sustancia) no es lo mismo que $2\,\text{H}_2\text{O}$ (dos moléculas de agua). Cambiar un subíndice cambia la sustancia.

Puntos clave

Sustancia simple: un solo elemento en la fórmula. Compuesto: dos o más.
Un mismo elemento puede formar varias sustancias simples (O₂ y O₃; diamante y grafito).
El subíndice afecta al símbolo de delante; el de un paréntesis, a todo lo de dentro.
El coeficiente indica cuántas moléculas o unidades hay.
Cambiar un subíndice cambia la sustancia.

Errores frecuentes

ErrorEn $\text{Ca(OH)}_2$ , contar 1 O y 2 H.
Cómo corregirloEl 2 de fuera multiplica a todo el paréntesis: 2 O y 2 H.
ErrorPensar que $\text{H}_2\text{O}_2$ son dos moléculas de agua.
Cómo corregirloDos moléculas de agua se escriben $2\,\text{H}_2\text{O}$ . $\text{H}_2\text{O}_2$ es otra sustancia: el peróxido de hidrógeno (agua oxigenada).
ErrorDecir que el ozono es un compuesto porque es distinto del oxígeno.
Cómo corregirloEl ozono solo tiene átomos de oxígeno: es una sustancia simple, otra forma del mismo elemento.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. Contar átomos en el sulfato de aluminio numérico
El sulfato de aluminio, $\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3$ , se usa en muchas plantas potabilizadoras para aclarar el agua. a) ¿Es una sustancia simple o un compuesto? b) ¿Cuántos átomos de cada elemento hay en su fórmula? c) ¿Y en $2\,\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3$ ?

Resolución
a) Tiene tres elementos (Al, S, O) → compuesto. b) Al: subíndice 2 → 2 Al. Dentro del paréntesis hay 1 S y 4 O, y el 3 de fuera los multiplica: $1 \cdot 3 =$ 3 S y $4 \cdot 3 =$ 12 O. En total, $2 + 3 + 12 = 17$ átomos. c) El coeficiente 2 lo duplica todo: 4 Al, 6 S y 24 O (34 átomos).
Ejemplo 2. La despensa de casa situación real
En la cocina hay azúcar (sacarosa, $\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}$ ), bicarbonato ( $\text{NaHCO}_3$ ), papel de aluminio ( $\text{Al}$ ) y una bombona de butano ( $\text{C}_4\text{H}_{10}$ ). Clasifica cada sustancia en simple o compuesta y di cuántos átomos indica su fórmula.

Resolución
- Sacarosa: 3 elementos → compuesto; $12 + 22 + 11 = 45$ átomos por molécula.
- Bicarbonato: 4 elementos (Na, H, C, O) → compuesto; $1 + 1 + 1 + 3 = 6$ átomos por unidad (es un cristal: indica la proporción).
- Aluminio: un solo elemento → sustancia simple (un cristal metálico; el símbolo no indica un número de átomos).
- Butano: 2 elementos → compuesto; $4 + 10 = 14$ átomos por molécula.

Ejercicios

De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.

1. Fácil
Clasifica en sustancias simples o compuestos: $\text{N}_2$ , $\text{NaCl}$ , $\text{S}_8$ , $\text{H}_2\text{O}_2$ , $\text{O}_3$ , $\text{Cu}$ , $\text{KNO}_3$ , $\text{CH}_4$ .
Ver solución
Simples: N₂, S₈, O₃, Cu. Compuestos: NaCl, H₂O₂, KNO₃, CH₄.
Se mira cuántos símbolos distintos hay en la fórmula:
- Un solo elemento → simples: $\text{N}_2$ , $\text{S}_8$ , $\text{O}_3$ , $\text{Cu}$ .
- Dos o más → compuestos: $\text{NaCl}$ , $\text{H}_2\text{O}_2$ , $\text{KNO}_3$ , $\text{CH}_4$ .
2. Media
Indica cuántos átomos de cada elemento y cuántos en total hay en: a) $\text{Mg(NO}_3)_2$ ; b) $(\text{NH}_4)_2\text{SO}_4$ ; c) $\text{CaCO}_3$ .

Ver solución
a) 1 Mg, 2 N, 6 O (9). b) 2 N, 8 H, 1 S, 4 O (15). c) 1 Ca, 1 C, 3 O (5).
a) Mg: 1. El 2 multiplica al paréntesis $\text{NO}_3$ : N $1 \cdot 2 = 2$ ; O $3 \cdot 2 = 6$ . Total 9. b) El 2 multiplica a $\text{NH}_4$ : N $= 2$ ; H $= 4 \cdot 2 = 8$ . Además 1 S y 4 O. Total 15. c) 1 Ca, 1 C y 3 O. Total 5.
3. Difícil
Explica la diferencia entre: a) $2\,\text{H}_2\text{O}$ y $\text{H}_2\text{O}_2$ ; b) $3\,\text{O}_2$ y $2\,\text{O}_3$ . ¿Cuántos átomos de cada elemento hay en cada caso?

Ver solución
a) Dos moléculas de agua (4 H, 2 O) frente a una molécula de agua oxigenada (2 H, 2 O). b) Tres moléculas de oxígeno frente a dos de ozono; en ambos casos 6 átomos de O.
a) $2\,\text{H}_2\text{O}$ : dos moléculas de agua → 4 H y 2 O. $\text{H}_2\text{O}_2$ : una molécula de peróxido de hidrógeno, otra sustancia → 2 H y 2 O. b) $3\,\text{O}_2$ : tres moléculas de oxígeno → $3 \cdot 2 = 6$ O. $2\,\text{O}_3$ : dos moléculas de ozono → $2 \cdot 3 = 6$ O. Mismo número de átomos, pero sustancias distintas.

Para practicar más

1. Fácil
¿Cuántos átomos de cada elemento hay en una molécula de ácido cítrico, $\text{C}_6\text{H}_8\text{O}_7$ (el del zumo de limón)? ¿Y en tres moléculas?

Ver solución
6 C, 8 H y 7 O (21 átomos). En tres moléculas: 18 C, 24 H y 21 O (63 átomos).
Una molécula: 6 C + 8 H + 7 O = 21 átomos. Tres moléculas ( $3\,\text{C}_6\text{H}_8\text{O}_7$ ): $3 \cdot 6 = 18$ C, $3 \cdot 8 = 24$ H, $3 \cdot 7 = 21$ O; en total $3 \cdot 21 = 63$ átomos.
2. Media
Escribe la fórmula de cada sustancia: a) una molécula con 2 átomos de nitrógeno y 4 de oxígeno; b) un cristal con 2 iones de flúor por cada ion de calcio; c) una sustancia simple formada por moléculas de 4 átomos de fósforo.

Ver solución
a) N₂O₄. b) CaF₂. c) P₄.
a) Molécula: los subíndices dan el número exacto → $\text{N}_2\text{O}_4$ . b) Cristal: la fórmula da la proporción 1 Ca : 2 F → $\text{CaF}_2$ . c) Solo fósforo, 4 átomos por molécula → $\text{P}_4$ .
3. Media
El diamante y el grafito (la mina del lápiz) están formados solo por átomos de carbono, pero uno es durísimo y transparente y el otro blando y negro. a) ¿Son sustancias simples o compuestos? b) ¿Son el mismo elemento? ¿Y la misma sustancia? c) Pon otro ejemplo de un elemento que forme dos sustancias simples distintas.

Ver solución
a) Sustancias simples. b) Mismo elemento (carbono), pero sustancias distintas. c) El oxígeno: O₂ y O₃.
a) Solo tienen un elemento → sustancias simples. b) Son el mismo elemento (carbono), pero sustancias distintas porque sus átomos se ordenan de forma diferente; por eso sus propiedades son tan distintas. Son formas alotrópicas del carbono. c) El oxígeno: oxígeno ( $\text{O}_2$ ) y ozono ( $\text{O}_3$ ).