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Física y Química 3.º ESO · La ley de conservación de la masa

¿Por qué se conserva la masa? Átomos, dibujos y ecuaciones

Objetivo: Al terminar, sabrás explicar la conservación de la masa porque en una reacción se conservan los átomos de cada elemento, pasar de un dibujo de partículas a una ecuación ajustada y al revés, y detectar dibujos de reacciones que están mal.

Explicación

Se conservan los átomos, luego se conserva la masa

Según la teoría atómica de Dalton, toda la materia está formada por átomos, y los átomos de cada elemento tienen una masa característica. En una reacción química:

se rompen enlaces y se forman otros nuevos, pero
los átomos no se crean, no se destruyen ni se transforman en átomos de otro elemento.

Si antes y después hay los mismos átomos de cada elemento, y cada átomo conserva su masa, la masa total tiene que ser la misma. Esa es la explicación de la ley de Lavoisier.

Lo puedes comprobar con las masas moleculares (H = 1 u; O = 16 u): $2\,\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{H}_2\text{O}$ $\underbrace{2 \cdot 2 + 32}_{36\ \text{u}} \qquad \underbrace{2 \cdot 18}_{36\ \text{u}}$

Una ecuación ajustada es, por tanto, la forma de escribir que se conservan los átomos… y con ellos, la masa.

Del dibujo a la ecuación

Leyenda: ○ = H; ● = O; ■ = C; △ = N; ◆ = Cl.

Escribe la fórmula de cada tipo de partícula y cuenta cuántas hay antes y después.
Si una sustancia aparece igual antes y después (porque sobra), quita del recuento de los reactivos la parte que sobra: no ha reaccionado.
Usa los números como coeficientes y simplifica si todos se pueden dividir entre el mismo número.

¿Está bien el dibujo?

Un dibujo de una reacción es correcto si:

hay los mismos átomos de cada elemento antes y después;
cada sustancia está bien representada (el oxígeno gas es ●●, no ● suelto; el agua es ○●○);
no aparecen átomos de elementos que no estaban.

Puntos clave

En una reacción se conservan los átomos de cada elemento: solo se reorganizan.
Como cada átomo mantiene su masa, la masa total se conserva (ley de Lavoisier).
Una ecuación ajustada expresa la conservación de los átomos.
Del dibujo a la ecuación: contar partículas, quitar lo que sobra y simplificar.
Un dibujo es incorrecto si no coinciden los átomos de algún elemento o si una sustancia está mal representada.

Errores frecuentes

ErrorIncluir en la ecuación las moléculas que sobran sin reaccionar.
Cómo corregirloLo que aparece igual antes y después no ha reaccionado: réstalo de los reactivos antes de escribir los coeficientes.
ErrorDar por bueno un dibujo porque «hay el mismo número de bolas».
Cómo corregirloCuenta las bolas de cada elemento por separado y comprueba también que cada sustancia está bien dibujada.
ErrorPensar que si hay menos moléculas, hay menos masa.
Cómo corregirloLa masa depende de los átomos, no del número de moléculas. Comprueba sumando masas moleculares: $2 \cdot 2 + 32 = 36$ u y $2 \cdot 18 = 36$ u.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. Hidrógeno y oxígeno con sobrante del dibujo a la ecuación (y a la masa)
Este dibujo representa un recipiente antes y después de la formación de agua (○ = H; ● = O):

Antes: ○○ ○○ ○○ ○○ ●● ●● ●● Después: ○●○ ○●○ ○●○ ○●○ ●●

a) Comprueba que el dibujo es correcto. b) Escribe la ecuación ajustada. c) Comprueba que la masa se conserva (H = 1 u; O = 16 u).

Resolución
a) H: antes $4 \cdot 2 = 8$ , después $4 \cdot 2 = 8$ . O: antes $3 \cdot 2 = 6$ , después $4 + 2 = 6$ . ✔ Las sustancias están bien dibujadas.

b) Una molécula ●● aparece igual antes y después: sobra. Han reaccionado 4 $\text{H}_2$ y 2 $\text{O}_2$ para dar 4 $\text{H}_2\text{O}$ : $4\,\text{H}_2 + 2\,\text{O}_2 \rightarrow 4\,\text{H}_2\text{O}$ Simplificando entre 2: $2\,\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{H}_2\text{O}$

c) Antes: $4 \cdot 2 + 3 \cdot 32 = 8 + 96 = 104$ u. Después: $4 \cdot 18 + 32 = 72 + 32 = 104$ u. ✔ Misma masa, porque son los mismos átomos.
Ejemplo 2. De la ecuación al dibujo: el amoníaco de la ecuación al dibujo
Dibuja con bolas la reacción $\text{N}_2 + 3\,\text{H}_2 \rightarrow 2\,\text{NH}_3$ (△ = N; ○ = H) y comprueba que la masa se conserva (H = 1 u; N = 14 u).

Resolución
Antes: △△ ○○ ○○ ○○ Después: △○○○ △○○○ (cada △ unido a tres ○)

N: 2 y 2; H: 6 y 6.

Masa: antes $28 + 3 \cdot 2 = 34$ u; después $2 \cdot 17 = 34$ u. ✔ Hay 4 moléculas antes y 2 después, pero la masa es la misma.

Ejercicios

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

1. Fácil
Escribe la ecuación ajustada que representa este dibujo (○ = H; ◆ = Cl):

Antes: ◆◆ ◆◆ ○○ ○○ Después: ○◆ ○◆ ○◆ ○◆

Ver solución
H₂ + Cl₂ → 2 HCl
Reaccionan 2 $\text{H}_2$ y 2 $\text{Cl}_2$ y se forman 4 HCl: $2\,\text{H}_2 + 2\,\text{Cl}_2 \rightarrow 4\,\text{HCl}$ . Simplificando entre 2: $\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\,\text{HCl}$ (H 2/2; Cl 2/2).
2. Media
El agua oxigenada se descompone: $2\,\text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$ . Antes de la reacción hay ○●●○ ○●●○. Tres alumnos dibujan el después:
- A: ○●○ ○●○ ●●
- B: ○●○ ○●○ ● ●
- C: ○●○ ○●○ ○●○
¿Qué dibujos son incorrectos y por qué?
Ver solución
A es correcto. B es incorrecto (el oxígeno gas es ●●, no átomos sueltos). C es incorrecto (no se conservan los átomos).
Antes hay 4 H y 4 O.
- A: H 4, O $2 + 2 = 4$ y el oxígeno está como molécula ●●. Correcto.
- B: los átomos cuadran (4 H y 4 O), pero el oxígeno está dibujado como átomos sueltos. El oxígeno gas está formado por moléculas ●●. Incorrecto.
- C: H 6 y O 3: han aparecido 2 átomos de H y ha desaparecido 1 de O. Incorrecto.
3. Media
Comprueba con las masas moleculares que se conserva la masa en la combustión del metano (H = 1 u; C = 12 u; O = 16 u): $\text{CH}_4 + 2\,\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}$ ¿Por qué tenía que salir lo mismo?

Ver solución
Reactivos: 16 + 64 = 80 u. Productos: 44 + 36 = 80 u. Porque hay los mismos átomos a cada lado.
Reactivos: $M(\text{CH}_4) = 12 + 4 = 16$ u; $2 \cdot M(\text{O}_2) = 2 \cdot 32 = 64$ u. Total: 80 u. Productos: $M(\text{CO}_2) = 12 + 32 = 44$ u; $2 \cdot M(\text{H}_2\text{O}) = 2 \cdot 18 = 36$ u. Total: 80 u. Tenía que salir igual porque la ecuación está ajustada: a cada lado hay 1 C, 4 H y 4 O, y cada átomo conserva su masa.
4. Difícil
Este dibujo representa la combustión del metano en un recipiente cerrado (■ = C; ○ = H; ● = O). Cada molécula de metano es un ■ unido a cuatro ○.

Antes: 2 moléculas de metano y ●● ●● ●● ●● ●● Después: ●■● ●■● ○●○ ○●○ ○●○ ○●○ ●●

a) Comprueba que el dibujo es correcto. b) ¿Qué sobra? c) Escribe la ecuación ajustada. d) Comprueba que la masa total se conserva (H = 1 u; C = 12 u; O = 16 u).

Ver solución
a) C 2/2, H 8/8, O 10/10. b) Una molécula de O₂. c) CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. d) 192 u antes y después.
a) C: 2 y 2. H: $2 \cdot 4 = 8$ y $4 \cdot 2 = 8$ . O: $5 \cdot 2 = 10$ y $2 \cdot 2 + 4 + 2 = 10$ . ✔ b) Sobra una molécula de oxígeno (●●). c) Han reaccionado 2 $\text{CH}_4$ y 4 $\text{O}_2$ para dar 2 $\text{CO}_2$ y 4 $\text{H}_2\text{O}$ . Simplificando entre 2: $\text{CH}_4 + 2\,\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}$ . d) Antes: $2 \cdot 16 + 5 \cdot 32 = 32 + 160 = 192$ u. Después: $2 \cdot 44 + 4 \cdot 18 + 32 = 88 + 72 + 32 = 192$ u. ✔

Para practicar más

1. Fácil
Dibuja con bolas la reacción $2\,\text{CO} + \text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{CO}_2$ (■ = C; ● = O). Cuenta los átomos de cada elemento y comprueba que la masa se conserva (C = 12 u; O = 16 u).

Ver solución
■● ■● ●● → ●■● ●■●. C 2/2; O 4/4. 88 u = 88 u.
Antes: ■● ■● ●●. Después: ●■● ●■●. C: 2 y 2. O: $2 + 2 = 4$ y $2 \cdot 2 = 4$ . Masa: antes $2 \cdot 28 + 32 = 88$ u; después $2 \cdot 44 = 88$ u. ✔
2. Media
Escribe la ecuación ajustada que representa este dibujo y di qué sobra (△ = N; ● = O):

Antes: △△ △△ ●● Después: △● △● △△

Ver solución
N₂ + O₂ → 2 NO; sobra una molécula de N₂.
La molécula △△ que aparece después no ha reaccionado: sobra un $\text{N}_2$ . Han reaccionado 1 $\text{N}_2$ y 1 $\text{O}_2$ y se han formado 2 NO: $\text{N}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{NO}$ (N 2/2; O 2/2).
3. Media
Un compañero dice: «En la reacción $2\,\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{H}_2\text{O}$ hay 3 moléculas al principio y 2 al final, así que el agua tiene que pesar menos que el hidrógeno y el oxígeno juntos». Explícale por qué se equivoca, contando átomos y calculando masas (H = 1 u; O = 16 u).

Ver solución
Se conservan los átomos (4 H y 2 O); masa 36 u antes y 36 u después.
Lo que determina la masa son los átomos, no el número de moléculas. Antes hay 4 H y 2 O; después, 4 H y 2 O: los mismos átomos, unidos de otra forma. Masas: antes $2 \cdot 2 + 32 = 36$ u; después $2 \cdot 18 = 36$ u. La masa se conserva.
4. Difícil
En un libro aparece este dibujo de la síntesis del amoníaco, $\text{N}_2 + 3\,\text{H}_2 \rightarrow 2\,\text{NH}_3$ (△ = N; ○ = H):

Antes: △△ ○○ ○○ ○○ Después: △○○○ △○○○ ○○

¿Es correcto? Si no lo es, explica el error y dibuja bien el después.

Ver solución
No: después hay 8 H y antes 6. Correcto: △○○○ △○○○.
H: antes $3 \cdot 2 = 6$ ; después $2 \cdot 3 + 2 = 8$ . Han «aparecido» 2 átomos de H: el dibujo es incorrecto (N sí cuadra: 2 y 2). Con 3 $\text{H}_2$ y 1 $\text{N}_2$ se forman exactamente 2 $\text{NH}_3$ y no sobra nada: Después: △○○○ △○○○.