Fundamentos de la Química: Cantidad de Sustancia, Mol y Molaridad
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Cantidad de Sustancia ($n$)
En una reacción química, es fundamental conocer cuántas entidades elementales ($N$) de cada sustancia intervienen. Para ello, utilizamos una magnitud denominada cantidad de sustancia.
La cantidad de sustancia, $n$, es una medida del número de entidades elementales que contiene una determinada porción de una sustancia.
El Mol y el Número de Avogadro ($N_A$)
Su unidad en el Sistema Internacional (SI) es el mol.
Dado que la masa de los átomos es del orden de $10^{-27} ext{ kg}$, el número de entidades elementales de $1 ext{ kg}$ de cualquier sustancia es extremadamente grande. Tomando como referencia la masa del isótopo de carbono-12, se establece que en un mol de sustancia hay $6,022 \cdot 10^{23}$ entidades elementales.
Este valor es constante y se conoce como el Número de Avogadro ($N_A$).
Un mol de una sustancia contiene el Número de Avogadro de entidades elementales ($N_A = 6,022 \cdot 10^{23}$ entidades elementales/mol), y es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en $0,012 ext{ kg}$ de carbono-12.
Cálculo de la Cantidad de Sustancia
Así, la cantidad de sustancia, $n$, queda determinada por la expresión:
$n = \frac{N}{N_A}$
Masa y Volumen Molares
La cantidad de sustancia ($n$) se cuantifica de forma indirecta midiendo la masa o el volumen de una sustancia y estableciendo las siguientes relaciones:
La Masa Molar ($M$) de una sustancia es la masa ($m$), expresada en gramos, de un mol de sustancia. Su unidad es $\text{g} \cdot \text{mol}^{-1}$, y su valor coincide con la masa molecular o de la unidad fórmula de la sustancia.
$n \text{ (mol)} = \frac{m \text{ (g)}}{M \text{ (g} \cdot \text{mol}^{-1})}$
El Volumen Molar ($V_m$) es el volumen que ocupa un mol en ciertas condiciones de presión y temperatura.
En Condiciones Normales (c.n.: $273 ext{ K}$ y $1 ext{ atm}$), el volumen molar de cualquier gas es, aproximadamente, de $22,4 ext{ L/mol}$.
Concentración Molar o Molaridad ($M$)
Muchas reacciones químicas tienen lugar en disolución acuosa, por lo que resulta conveniente expresar la concentración de reactivos y productos mediante la concentración molar o molaridad ($M$).
La molaridad ($M$) de una disolución es la cantidad de sustancia de soluto que contiene un litro de disolución. Su unidad en el SI es $\text{mol/L}$.
Conocer este parámetro es útil para relacionar directamente el volumen de la disolución con la cantidad de sustancia que contiene, lo que nos permitirá realizar cálculos de las sustancias reaccionantes de forma rápida.
Fórmula de la Molaridad
Así, la relación matemática es:
$M = \frac{n_{\text{soluto}} \text{ (mol)}}{V_{\text{disolución}} \text{ (L)}}$