Masa molecular

Es posible calcular la masa de las moléculas si se conocen las masas atómicas de los átomos que las forman. La masa molecular (algunas veces denominada peso molecular) es la suma de las masas atómicas (en uma) en una molécula. Por ejemplo, la masa molecular del H2O es:

2 (masas atómicas de H) + Masa atómica del O

2(1,008 uma) + 16,00 uma = 18,02 uma

En general, es necesario multiplicar la masa atómica de cada elemento por el número de átomos de ese elemento presente en la molécula y sumar todos los elementos.

Ejemplo:

Calcule la masa molecular de cada uno de los siguientes compuestos:
a) Dioxido de asufre(SO2), el principal responsable de la lluvia ácida;
b) Cafeína (C8H10N2O2)

Solución:

Para calcular la masa molecular es necesario contar el número de cada tipo de átomo presente en la molécula y buscar su masa atómica en la tabla periódica.

a) En el dióxido de azufre hay un átomo de S y dos átomos de O, por lo que

masa molecular de SO2 = 32,07 uma + 2(16,00 uma)
                                     = 64,07 uma

b) En la cafeína hay ocho átomos de C, diez átomos de H, cuatro átomos de N y dos átomos de O, por lo que la masa molecular de se C8H10N2O2 obtiene:

8(12,01 uma) + 10(1,008 uma) + 4(14,01 uma) + 2(16,00 uma) = 194,20 uma

A partir de la masa molecular se puede determinar la masa molar de una molécula o de un compuesto. La masa molar de un compuesto (en gramos) es numéricamente igual a su masa molecular (en uma). Por ejemplo, la masa molecular del agua es 18,02g y contiene 6,022 x 10^23 moléculas de H2O, al igual que 1 mol de carbono contiene 6,022 x 10^23 átomos de carbono.

El conocimiento de la masa molar facilita el cálculo del número de moles y de las cantidades de átomos individuales en una determinada cantidad de un compuesto.

Ejemplo:

El metano (CH4) es el principal componente del gas natural. ¿Cuántos moles de CH4 hay en 6,07 g de CH4?

Solución:

Este problema es similar al ejemplo anterior, excepto porque ahora se trabaja con moleculas en lugar de átomos. Por consiguiente, como primer paso se calcula la masa molar del CH4:

masa molar de CH4 = 12,01g + 4(1,008g)
                               = 16,04g

A partir del factor unitario (1 mol CH4/16,04g CH4), el número de moles de CH4, se calcula de la siguiente manera:

6,07g CH4 x ( 1mol CH4 / 16,04g CH4) = 0,378 mol CH4

Debido a que 6,07g es menor que la masa molar, el resultado es razonable.

Fórmulas químicas

La fórmula química de una sustancia indica su composición química. Representa a los elementos que contiene y la relación en que se encuentran los átomos. La fórmula de un solo átomo es la misma que el símbolo del elemento. Así, Na puede representar un solo átomo de sodio. Con excepción de los gases nobles (He, Ne, Ar, Kr, Xe y Rn), no es común encontrar átomos aislados en la naturaleza. El subíndice que acompaña al símbolo indica el número de átomos en una molécula. Por ejemplo, F₂ indica una molécula que contiene dos átomos de flúor, P₄ y representa cuatro átomos de fosforo en una molécula.

Algunos elementos existen en más de una forma; ejemplos similares son:

1. El oxígeno, que forma moléculas de O₂, y el ozono, que forma moléculas de O₃
2. Las dos formas cristalinas distintas del carbono, el diamante y el grafito.

A las formas diferentes del mismo elemento en el mismo estado físico se les llama modificaciones alotrópicas o alótropos.

Los compuestos contienen dos o más elementos en combinación química en proporciones fijas. Por  tanto, cada molécula de cloruro de hidrógeno, HCl, está formada por un átomo de hidrógeno y un átomo de cloro; cada moécula de tetracloruro de carbono, CCl₄, contiene un átomo de carbono y cuatro átomos de cloro: una molécula de aspirina, C₉H₈O₄ contiene nueve átomos de carbono, ocho átomos de hidrógeno y cuatro átomos de oxígeno.

Algunos grupos de átomos se comportan químicamente como entidades únicas; por ejemplo, un átomo de nitrógeno y dos átomos de oxígeno se combinan en un grupo o radical nitro, el cual puede formar parte de una molécula. En las fórmulas de compuestos que contienen dos o más de los mismos grupos, la fórmula del grupo se encierra entre paréntesis para indicar su presencia. De este modo, el 2, 4, 6-trinitrotuleno (con frecuencia abreviado TNT) contiene tres grupos nitro y su fórmula es C₇H₅(NO₂₎₃ ;para multiplicar por 3, el número de átomos de nitrógeno y oxígeno del grupo NO₂; por lo tanto, en una molécula de TNT hay siete átomos de carbono, cinco de hidrogeno, tres de nitrógeno y seis de oxígeno.

Los compuestos se consideraron sustancias distintas debido a sus diferentes propiedades físicas, y a que se podían separar uno de otro. Una vez establecido el concepto de átomos y moléculas, se comprendió la razón de las diferencias en las propiedades: dos compuestos son diferentes entre si porque sus moléculas son distintas. Por el contrario, si dos moléculas contienen el mismo número de átomos del mismo tipo, arreglados de manera similar, entonces ambas son moléculas del mismo compuesto. De esta manera, la teoría atómica explica la ley de las propiedades definidas.

Esta ley, conocida también como la ley de la composición constante tiene una gran importancia para realizar cálculos:

Diferentes muestras puras de un compuesto siempre contiene los mismos elementos en la misma proporción en masa.

En el campo de la química, los compuestos se citan por su nombre.

Para una sutancia compuesta por moléculas, la fórmula química indica el número de átomos de cada tipo en las moléculas, pero no expresa el tipo de enlace ni el orden en que se unen los átomos en las moléculas.

La fórmula estructural indica cómo están unidos los átomos. Las líneas que unen a los símbolos atómicos representan enlaces químicos entre los átomos.
Estos enlaces representan fuerzas que mantienen a los átomos a cierta distancia y ángulo entre sí. Por ejemplo, la formula estructural del propano indica que tres átomos de C están enlazados en una cadena con tres átomos H unidos a cada uno de los átomos C del extremo de la cadena y dos átomos de H unidos al átomo C central.

 

Molécula

Una molécula es un agregado de, por lo menos, dos átomos en una colocación definitiva que se mantiene unidos a través de fuerzas químicas (también llamadas enlaces químicos). Una molécula puede contener átomos del mismo elemento, siempre en una proporción fija, de acuerdo con la ley de proporciones defindidas. Asi, una molécula no siempre es un compuesto, el cual, por definición, está formado por dos o más elementos. El hidrógeno gaseoso, por ejemplo, es un elemento puro, pero consta de moléculas formadas por dos átomos de H cada una. Por otra parte, el agua es un compuesto molecular que contiene hidrógeno y oxígeno en una relación de dos átomos de H y uno de O. Al igual que los átomos, las moléculas son electricamente neutras.

Se dice que la molécula de hidrógeno, representada por H2, es una molécula diatómica porque contiene sólo dos átomos. Otros elementos que existen normalmente como moléculas diatómicas son hidrógeno (N2) y oxígeno (O2), así como los elementos del grupo 7A: flúor (F2), cloro (Cl2), bromo (Br2), y yodo (I2). Por supuesto, una molécula diatómica puede contener átomos de diferentes elementos. Como ejemplo se pueden citar el cloruro de hidrógeno (HCl) y el monóxido de carbono (CO).

La gran mayoría de las moléculas contiene más de dos átomos. Pueden ser átomos de un mismo elemento, como el Ozono (O3), que está formado por tres átomos de oxígeno, o bien pueden ser combinaciones de dos o más elementos diferentes. las moléculas que contienen más de dos átomos reciben el nombre de moléculas poliatómicas. Al igual que el ozono (O3), el Agua (H2O) y el amoniaco (NH3), son moleculas poliatómicas.

Glosario de terminos importantes II

Ley de conservación de la energía. La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.

Ley de la conservación de la materia. No existe cambio detectable de cantidad de materia durante una reacción química.

Ley de la conservación de la energía y la materia. La cantidad total de materia y energía en el universo es constante.

Masa. Medida de la cantidad de materia que posee un objeto; suele medirse en gramos o kilogramos.

Materia. Todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio.

Mezcla. Muestra de matera compuesta de dos o más sustancias, cada una de las cuales conserva su identidad y propiedades.

Mezcla heterogénea. Mezcla que no tiene composición ni propiedades uniformes.

Mezcla homogénea. Mezcla que tiene composición y propiedades uniformes.

Molécula. Partícula más pequeña de un compuesto que puede existir en forma individual.

Peso. Medida de la atracción gravitacional de la Tierra sobre un cuerpo.

Precisión. Concordancia entre diversas determinaciones de una misma cantidad.

Propiedad extensiva. Una propiedad que depende de la cantidad de materia de una muestra.

Propiedad física. Véase propiedades.

Propiedad intensiva. Propiedad que no depende de la cantidad de materia de una muestra.

Propiedad química. Véase propiedades.

Propiedades. Características que describen a una muestra de materia. Las propiedades químicas se observan cuando la materia experimenta cambios químicos, y las propiedades físicas se observan cuando se produzcan cambios de composición química.

Símbolo. Letra o gruo de letras que representa (identifica) a un elemento.

Sustancia. Cualquier tipo de materia cuyas muestras tienen la misma composción química y propiedades físicas identicas.

Temperatura. Mide la intensidad de calor, es decir, qué tan caliente o frío se encuentra un objeto o muestra.