Física y Química 3.º ESO · La cantidad de sustancia: el mol y la masa molar
El mol: contar partículas por paquetes
Objetivo: Al terminar, sabrás qué es el mol, por qué los químicos cuentan átomos y moléculas en «paquetes» de partículas (la constante de Avogadro) y cómo pasar de moles a número de partículas y al revés en casos sencillos.
Explicación
Contar por paquetes
En la vida diaria, las cosas pequeñas y numerosas se cuentan por paquetes: los huevos, por docenas (12); los folios, por resmas (500); los calcetines, por pares (2). Es más cómodo decir «3 docenas de huevos» que «36 huevos».
Los átomos y las moléculas son tan pequeños que en una sola gota de agua hay más de moléculas (un 1 seguido de 21 ceros). Para contarlos, los químicos usan un «paquete» enorme: el mol.
El mol y la constante de Avogadro
El mol es la unidad de cantidad de sustancia del Sistema Internacional. Un mol de cualquier sustancia contiene partículas (átomos, moléculas o iones).
Ese número se llama constante de Avogadro (o número de Avogadro), en honor al científico italiano Amedeo Avogadro: (Su valor exacto es ; nosotros usaremos .)
- La magnitud se llama cantidad de sustancia, su símbolo es y su unidad, el mol.
- Hay que decir de qué partículas hablamos: «1 mol de átomos de hierro», «2 mol de moléculas de agua».
- 1 mol de agua y 1 mol de hierro tienen el mismo número de partículas, pero no la misma masa, igual que una docena de huevos y una docena de melones.
¿Cómo de grande es ?
Si contaras partículas a razón de una por segundo, sin parar nunca, tardarías unos años en contar un mol: ¡más de un millón de veces la edad del universo! Y, sin embargo, un mol de agua son solo 18 g: poco más de lo que cabe en una cuchara sopera.
De moles a partículas y al revés
Si es el número de partículas y la cantidad de sustancia (en mol):
Igual que con las docenas: 3 docenas son huevos, y 60 huevos son docenas.
También se puede hacer con un factor de conversión:
Recuerda la notación científica: al multiplicar, se multiplican los números y se suman los exponentes; al final, deja un número entre 1 y 10 delante de la potencia.
Puntos clave
- El mol es la unidad de cantidad de sustancia () del SI.
- 1 mol contiene partículas (constante de Avogadro).
- Número de partículas: ; cantidad de sustancia: .
- Siempre hay que decir de qué partículas se habla (átomos, moléculas, iones).
- 1 mol de sustancias distintas tiene el mismo número de partículas, pero no la misma masa.
Errores frecuentes
ErrorPensar que el mol es una unidad de masa, como el gramo.
Cómo corregirloEl mol cuenta partículas, como la docena cuenta huevos. La masa de un mol depende de la sustancia.
ErrorDividir al revés: .
Cómo corregirloPiensa en las docenas: 60 huevos son docenas. Se divide el número de partículas entre .
ErrorDejar resultados como o equivocarse con los exponentes.
Cómo corregirloPasa a notación científica correcta: . Al dividir, los exponentes se restan.
ErrorCreer que 1 mol de tiene átomos de oxígeno.
Cómo corregirloTiene moléculas; como cada molécula tiene 2 átomos, hay el doble de átomos.
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1. Docenas, resmas y moles analogía
a) ¿Cuántos huevos hay en 3 docenas? ¿Cuántas docenas son 60 huevos? b) ¿Cuántas moléculas de agua hay en 3 mol de agua? c) ¿Cuántos moles son átomos de hierro?
Resolución
Ponemos los cálculos uno al lado del otro: se hacen igual.
Con docenas Con moles Tamaño del paquete 12 De paquetes a unidades (multiplicar) huevos moléculas De unidades a paquetes (dividir) docenas mol a) 36 huevos; 5 docenas. b) moléculas de agua. c) mol de átomos de hierro.
Ejemplo 2. ¿Cuánto es un mol? Toda la humanidad contando estimación
En el mundo viven unas personas (dato aproximado). Imagina que todas se ponen a contar los átomos de un mol de hierro, cada una a razón de un átomo por segundo, sin dormir ni parar. ¿Cuánto tardarían? (1 año ≈ s.)
Resolución
Entre todas cuentan átomos cada segundo. Tiempo necesario: Pasamos a años: Unos 2,4 millones de años, contando toda la humanidad a la vez. Y un mol de hierro son solo 56 g: un trozo que cabe en la mano. Los átomos son pequeñísimos.
Ejemplo 3. Un clavo y un cubito de hielo numérico (situación real)
a) Un clavo de hierro contiene unos 0,1 mol de átomos de hierro. ¿Cuántos átomos tiene? b) Un cubito de hielo contiene unas moléculas de agua. ¿Cuántos moles de agua son?
Resolución
a) átomos de hierro.
b) mol de agua.
Para dividir potencias: , así que .
Ejercicios
De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.
1. Fácil
Completa: 1 par = 2 unidades; 1 docena = ___ unidades; 1 resma = ___ folios; 1 mol = ___ partículas. ¿Cuántos folios hay en 4 resmas? ¿Cuántas resmas son 3500 folios?
Ver solución
12; 500; 6,02 · 10²³. 2000 folios; 7 resmas.
1 docena = 12; 1 resma = 500; 1 mol = partículas. 4 resmas: folios. 3500 folios: resmas.
2. Fácil
¿Cuántas moléculas hay en: a) 2 mol de dióxido de carbono; b) 0,5 mol de oxígeno, ; c) 10 mol de agua?
Ver solución
a) 1,204 · 10²⁴. b) 3,01 · 10²³. c) 6,02 · 10²⁴.
: a) moléculas. b) moléculas. c) moléculas.
3. Media
¿Cuántos moles son: a) átomos de cobre; b) moléculas de amoníaco; c) moléculas de nitrógeno?
Ver solución
a) 2 mol. b) 0,05 mol. c) 100 mol.
: a) mol. b) mol. c) mol.
4. Media
Di si es verdadero o falso y justifícalo: a) 1 mol de agua y 1 mol de dióxido de carbono tienen el mismo número de moléculas. b) 1 mol de agua y 1 mol de dióxido de carbono tienen la misma masa. c) El mol es una unidad de masa. d) En 1 mol de hay átomos de oxígeno.
Ver solución
a) V. b) F. c) F. d) F.
a) Verdadero: 1 mol de cualquier sustancia tiene partículas. b) Falso: las moléculas de tienen más masa que las de ; el mismo número de moléculas tiene distinta masa (como una docena de huevos y una de melones). c) Falso: es la unidad de cantidad de sustancia (cuenta partículas). d) Falso: hay moléculas; como cada una tiene 2 átomos, hay átomos.
5. Difícil
Cada molécula de agua, , tiene 2 átomos de hidrógeno y 1 de oxígeno. En 2 mol de agua, ¿cuántas moléculas hay? ¿Cuántos átomos de hidrógeno? ¿Cuántos átomos en total?
Ver solución
1,204 · 10²⁴ moléculas; 2,408 · 10²⁴ átomos de H; 3,612 · 10²⁴ átomos en total.
Moléculas: . Átomos de H: 2 por molécula → . Átomos en total: 3 por molécula → .
Para practicar más
1. Fácil
¿Cuántas moléculas de metano (), el gas natural, hay en: a) 3 mol; b) 0,25 mol?
Ver solución
a) 1,806 · 10²⁴. b) 1,505 · 10²³.
a) moléculas. b) moléculas.
2. Fácil
¿Cuántos moles son: a) átomos de aluminio; b) moléculas de oxígeno?
Ver solución
a) 1,5 mol. b) 0,2 mol.
a) mol. b) mol.
3. Media
Ordena de menor a mayor número de partículas: 0,5 mol de agua; moléculas de ; 1 mol de nitrógeno (); átomos de hierro.
Ver solución
Hierro < agua < CO₂ < nitrógeno.
Lo pasamos todo a número de partículas:
- 0,5 mol de agua: moléculas.
- : moléculas.
- 1 mol de : moléculas.
- Hierro: átomos.
Orden: hierro () < agua () < () < nitrógeno ().
4. Media
Un grano de arroz tiene una masa de unos 0,02 g. a) ¿Qué masa tendría un mol de granos de arroz, en kg? b) En todo el mundo se producen unos kg de arroz al año (dato aproximado). ¿Cuántos años harían falta para producir un mol de granos?
Ver solución
a) Unos 1,2 · 10¹⁹ kg. b) Unos 24 millones de años.
a) . b) años, es decir, unos 24 millones de años.
5. Difícil
Una cucharadita de azúcar contiene unos 0,015 mol de sacarosa, . a) ¿Cuántas moléculas de sacarosa contiene? b) ¿Cuántos átomos tiene una molécula de sacarosa? c) ¿Cuántos átomos hay en total en la cucharadita?
Ver solución
a) 9,03 · 10²¹. b) 45. c) Unos 4,06 · 10²³.
a) moléculas. b) átomos por molécula. c) átomos.