Conceptos Fundamentales de Química: Masa, Mol y Reacciones

Conceptos Fundamentales de Química

Masa Atómica de un Elemento

La masa atómica de un elemento se define utilizando la unidad de masa atómica (u.m.a). Esta unidad se establece como la doceava parte de la masa del isótopo de carbono-12, lo que equivale a 1.66 x 10^-27 kg.

La masa atómica de un elemento también se puede entender como el cociente que resulta de dividir la masa de un átomo de dicho elemento entre la doceava parte de la masa del isótopo de carbono-12.

Masa Molecular de un Compuesto

La masa molecular de un compuesto es un número que expresa cuántas veces es mayor la masa de una molécula de dicho compuesto en comparación con la unidad de masa atómica. La masa molecular se obtiene sumando las masas atómicas de todos los átomos presentes en la molécula.

Ejemplo de cálculo de masa molecular: Para el CO₂, con masa atómica de O = 16 y C = 12, la masa molecular es (12) + (16 x 2) = 44.

El Mol y la Masa Molar

Definición de Mol

El mol se define como la cantidad de sustancia que contiene 6.022 x 10²³ unidades elementales (átomos, moléculas, iones, etc.). Este número se conoce como el número de Avogadro.

Masa Molar

La masa molar es la masa de un mol de una sustancia. Es decir, es la masa de 6.022 x 10²³ unidades elementales de esa sustancia y se expresa comúnmente en gramos por mol (g/mol).

• 1 mol de átomos de X = 6.022 x 10²³ átomos de X = masa atómica de X en gramos.
• 1 mol de moléculas de AB = 6.022 x 10²³ moléculas de AB = masa molecular de AB en gramos.

Volumen Molar de los Gases

El volumen molar de un gas se refiere al volumen que ocupa 1 mol de ese gas. En condiciones normales de presión y temperatura (CNPT), que son 0 °C (273.15 K) y 1 atm, 1 mol de cualquier gas ideal ocupa un volumen de 22.4 litros.

Ecuación de los Gases Ideales

La ley de los gases ideales relaciona la presión (P), el volumen (V), la cantidad de sustancia (n), la constante de los gases (R) y la temperatura (T) mediante la ecuación:

PV = nRT

Donde:

• P = Presión (generalmente en atmósferas)
• V = Volumen (generalmente en litros)
• n = Número de moles
• R = Constante universal de los gases (0.0821 L·atm/mol·K)
• T = Temperatura (en Kelvin)

En condiciones normales (0 °C y 1 atm), T = 273 K y P = 1 atm.

Cálculos Estequiométricos

Los cálculos estequiométricos permiten determinar las cantidades de reactivos y productos en una reacción química. Los pasos generales son:

1. Hallar el número de moles de la sustancia dato.
2. Buscar la equivalencia entre el número de moles de la sustancia dato y la sustancia problema utilizando la ecuación química balanceada.
3. Calcular el número de moles de la sustancia problema.
4. A partir del número de moles de la sustancia problema, calcular la magnitud solicitada (masa, volumen, número de moléculas, etc.).

Tipos de Cálculos Estequiométricos

• Masa-Masa: El dato y la incógnita se expresan en gramos.
• Masa-Volumen: El dato se expresa en gramos y la incógnita, siendo un gas, se pide en volumen (litros).
• Volumen-Volumen: Ambas sustancias están en fase gaseosa. La relación estequiométrica de la ecuación balanceada se puede aplicar directamente a los volúmenes, siempre que los gases se midan en las mismas condiciones de presión y temperatura.

Reacciones Químicas

Una reacción química es un proceso en el cual unas sustancias iniciales, llamadas reactivos, se transforman en otras sustancias diferentes, llamadas productos. Las reacciones químicas se representan mediante ecuaciones químicas balanceadas.

Velocidad de Reacción

La velocidad de reacción se refiere a la rapidez con la que ocurre una reacción química. Varios factores influyen en ella:

• Naturaleza de los reactivos: Diferentes sustancias reaccionan a distintas velocidades debido a la fuerza de sus enlaces y la energía de activación requerida.
• Temperatura: Al aumentar la temperatura, la velocidad de reacción aumenta. Las partículas tienen mayor energía cinética, lo que resulta en colisiones más frecuentes y energéticas, superando así la barrera de la energía de activación (E_activación).
• Concentración: Un aumento en la concentración de los reactivos incrementa la velocidad de reacción, ya que hay más partículas por unidad de volumen, lo que lleva a más colisiones efectivas.
• Grado de división: Una mayor división de los reactivos (menor tamaño de partícula) aumenta la velocidad de reacción al incrementar la superficie de contacto disponible para la reacción.
• Catalizadores:
  • Catalizadores positivos: Aumentan la velocidad de reacción (ej. los catalizadores en los tubos de escape de los automóviles).
  • Catalizadores negativos (inhibidores): Disminuyen la velocidad de reacción o la impiden (ej. los conservantes de alimentos).