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El mol, la masa molar y las fórmulas químicas

Los átomos son demasiado pequeños para contarlos uno por uno, así que los químicos los cuentan pesando. Las masas atómicas se dan en u, donde 1 u es la doceava parte de la masa de un átomo de carbono-12. Un mol son 6.022 × 10²³ partículas, y su masa en gramos es igual a la masa de la fórmula en u. Con los moles podemos hallar el porcentaje de cada elemento en un compuesto y, al revés, pasar de porcentajes a la fórmula empírica y a la molecular.

🎬 Historia paso a paso

  1. Pon un átomo de carbono-12 en una balanza. Pesa exactamente 12 u. Su doceava parte es 1 u. El hidrógeno pesa casi 1 u y el oxígeno casi 16 u.
  2. Construye una molécula de agua: 2 átomos de hidrógeno y 1 de oxígeno. Suma las masas: 2 × 1 + 16 = 18 u.
  3. Una docena son 12 cosas. Un mol son 6.022 × 10²³ cosas. Un mol de agua pesa 18 g: el mismo número que 18 u, pero ahora en gramos.
  4. Divide 18 g de agua en sus partes: 2 g de hidrógeno y 16 g de oxígeno. En porcentajes son 11.1 % y 88.9 %.
  5. La glucosa es C₆H₁₂O₆. Divide todos los números entre 6 y obtienes CH₂O. Esa proporción más simple es la fórmula empírica; la molécula real es 6 veces esa fórmula.
  6. Juego libre: elige una sustancia y una masa. Mira cómo cambian los moles y el número de partículas. Cada cubo verde es 0.25 mol.

Consejo: arrastra la escena 3D para girarla. Usa dos dedos para hacer zoom.

🤔 Dudas comunes, resueltas

¿Por qué se eligió el carbono-12 como patrón?

El carbono-12 es abundante, estable y fácil de medir con precisión con espectrómetros de masas. Al fijarlo en exactamente 12 u, la mayoría de los demás átomos salen cerca de números enteros.

¿Cuál es la diferencia entre masa molecular y masa molar?

La masa molecular es la masa de una molécula en u (agua 18 u). La masa molar es la masa de un mol en gramos (agua 18 g). Es el mismo número, pero con otra unidad y otra escala.

¿Por qué 6.022 × 10²³ es un número tan raro?

Es el número de átomos de carbono-12 que hay en exactamente 12 g. Se eligió para que los valores en u y en gramos coincidan. Desde 2019 su valor está fijado de forma exacta.

¿Los porcentajes siempre suman 100?

Sí, si incluyes todos los elementos. Si suman menos, lo que falta suele ser oxígeno, que muchas veces se calcula por diferencia.

¿Pueden dos compuestos distintos tener la misma fórmula empírica?

Sí. El acetileno C₂H₂ y el benceno C₆H₆ son ambos CH. Necesitas la masa molar para distinguirlos.

¿1 mol de agua tiene la misma masa que 1 mol de sal?

No. Los dos tienen 6.022 × 10²³ partículas, pero el agua pesa 18 g y el NaCl 58.5 g. Cambia de sustancia en el juego libre y compara.

Masa atómica y unidad de masa atómica

Un solo átomo es demasiado ligero para pesarlo en gramos (un átomo de hidrógeno tiene unos 1.67 × 10⁻²⁴ g). Por eso comparamos los átomos con un patrón: el átomo de carbono-12, al que se le da una masa de exactamente 12 u (unidad de masa atómica unificada, antes llamada uma).

1 u = una doceava parte de la masa de un átomo de carbono-12 = 1.66 × 10⁻²⁴ g.

En esta escala H = 1.008 u, O = 16.00 u, Na = 23 u, Cl = 35.5 u.

Masa atómica promedio

La mayoría de los elementos son una mezcla de isótopos (átomos del mismo elemento con masas distintas). La masa atómica de las tablas es un promedio ponderado. Cloro: 75 % de ³⁵Cl y 25 % de ³⁷Cl → (0.75 × 35) + (0.25 × 37) = 35.5 u. Por eso 35.5 no es un número entero.

Masa molecular y masa de la fórmula

Masa molecular = suma de las masas atómicas de todos los átomos de una molécula.

Los compuestos iónicos como el NaCl no forman moléculas separadas; forman una gran red 3D de iones. Para ellos usamos la masa de la fórmula: NaCl = 23 + 35.5 = 58.5 u.

El mol y el número de Avogadro

Un mol es la unidad del SI para la cantidad de sustancia. Un mol contiene exactamente 6.022 140 76 × 10²³ partículas (átomos, moléculas, iones o electrones). Este número es la constante de Avogadro, NA.

Es solo una palabra para contar, como docena (12) o gruesa (144), pero enorme. 6.022 × 10²³ granos de arena cubrirían la India con muchos metros de espesor.

Di siempre de qué partícula hablas: 1 mol de moléculas de O₂ tiene 2 mol de átomos de O.

Masa molar

La masa molar (M) es la masa de un mol de una sustancia, en gramos. Su número es el mismo que el de la masa atómica, molecular o de la fórmula en u.

Las tres fórmulas clave

n = m ÷ M (moles = masa ÷ masa molar)
N = n × NA (partículas = moles × número de Avogadro)
Para un gas en condiciones STP (273 K, 1 bar), un mol ocupa 22.7 L (22.4 L a 1 atm, valor usado en libros más antiguos).

Composición porcentual

La composición porcentual dice cuánto hay de cada elemento en 100 g de un compuesto. Sirve para comprobar la pureza.

% en masa de un elemento = (masa de ese elemento en 1 mol ÷ masa molar) × 100

Agua: H = (2 ÷ 18) × 100 = 11.11 %, O = (16 ÷ 18) × 100 = 88.89 %. Los porcentajes siempre suman 100.

Etanol C₂H₅OH (M = 46): C = 24/46 = 52.2 %, H = 6/46 = 13.0 %, O = 16/46 = 34.8 %.

Fórmula empírica y fórmula molecular

La fórmula empírica da la proporción más simple de átomos, en números enteros. La fórmula molecular da el número real de átomos en una molécula.

CompuestoMolecularEmpírica
GlucosaC₆H₁₂O₆CH₂O
BencenoC₆H₆CH
AguaH₂OH₂O

Pasos: de % a fórmula

  1. Toma 100 g, así cada % se convierte en gramos.
  2. Pasa los gramos a moles: divide entre la masa atómica.
  3. Divide todos los valores de moles entre el más pequeño.
  4. Si salen valores como 1.5 o 1.33, multiplica todos por 2 o por 3 para obtener enteros. Esta es la fórmula empírica.
  5. Calcula n = masa molar ÷ masa de la fórmula empírica. Fórmula molecular = n × fórmula empírica.

Pruébalo

En el juego libre en 3D, elige agua y pon 18 g, luego 36 g. Predice los moles antes de mirar. Después pesa en casa una cucharadita de azúcar (unos 4 g de C₁₂H₂₂O₁₁, M = 342) y calcula cuántas moléculas tienes: unas 7 × 10²¹.

Fórmulas y definiciones clave

Ejemplos resueltos

1. El cloro es 75.77 % ³⁵Cl (34.97 u) y 24.23 % ³⁷Cl (36.97 u). Halla su masa atómica promedio.

Línea 1: 0.7577 × 34.97 = 26.50. Línea 2: 0.2423 × 36.97 = 8.96. Línea 3: Suma = 35.46 u ≈ 35.5 u.

2. Halla la masa molecular de la glucosa C₆H₁₂O₆ y la masa de la fórmula del CaCO₃ (Ca = 40).

Línea 1: C₆H₁₂O₆ = 6 × 12 + 12 × 1 + 6 × 16 = 72 + 12 + 96 = 180 u. Línea 2: CaCO₃ = 40 + 12 + 3 × 16 = 100 u.

3. ¿Cuántos moles y cuántas moléculas hay en 36 g de agua?

Línea 1: M(H₂O) = 18 g mol⁻¹. Línea 2: n = 36 ÷ 18 = 2 mol. Línea 3: N = 2 × 6.022 × 10²³ = 1.2044 × 10²⁴ moléculas.

4. ¿Cuál es la masa de 3.011 × 10²³ átomos de carbono?

Línea 1: n = N ÷ N_A = 3.011 × 10²³ ÷ 6.022 × 10²³ = 0.5 mol. Línea 2: m = n × M = 0.5 × 12 = 6 g.

5. ¿Cuántos átomos de oxígeno hay en 88 g de CO₂?

Línea 1: n(CO₂) = 88 ÷ 44 = 2 mol. Línea 2: Cada CO₂ tiene 2 átomos de O → n(O) = 4 mol. Línea 3: Átomos de O = 4 × 6.022 × 10²³ = 2.409 × 10²⁴.

6. Halla la composición porcentual del etanol, C₂H₅OH.

Línea 1: M = 2(12) + 6(1) + 16 = 46 g mol⁻¹. Línea 2: %C = 24/46 × 100 = 52.17 %. Línea 3: %H = 6/46 × 100 = 13.04 %. Línea 4: %O = 16/46 × 100 = 34.78 %. Comprobación: total = 100 %.

7. Un compuesto tiene 4.07 % de H, 24.27 % de C y 71.65 % de Cl. Su masa molar es 98.96 g. Halla las fórmulas empírica y molecular.

Línea 1: En 100 g: H 4.07 g, C 24.27 g, Cl 71.65 g. Línea 2: Moles: H 4.07/1.008 = 4.04; C 24.27/12.01 = 2.021; Cl 71.65/35.45 = 2.021. Línea 3: Divide entre 2.021: H 2, C 1, Cl 1 → empírica CH₂Cl (masa 49.48). Línea 4: n = 98.96 ÷ 49.48 = 2. Línea 5: Fórmula molecular = C₂H₄Cl₂.

8. Un hidrocarburo tiene 85.7 % de C y 14.3 % de H. Su masa molar es 42 g mol⁻¹. Halla sus fórmulas.

Línea 1: C 85.7/12 = 7.14 mol; H 14.3/1 = 14.3 mol. Línea 2: Divide entre 7.14: C 1, H 2 → empírica CH₂ (masa 14). Línea 3: n = 42 ÷ 14 = 3. Línea 4: Fórmula molecular = C₃H₆.

Errores comunes

Test de práctica

1. 1 u se define como:
2. Número de moléculas en 1 mol de una sustancia:
3. Moles en 22 g de CO₂:
4. La fórmula empírica del benceno C₆H₆ es:
5. El % de oxígeno en el agua es aproximadamente:

Práctica: responde tú mismo

Escribe o elige tu respuesta y pulsa Comprobar. Usa la pista si te atascas; la solución completa aparece después de responder.

Preguntas frecuentes

¿Qué es un mol, con palabras sencillas?

Es una unidad para contar partículas diminutas: un mol = 6.022 × 10²³ partículas, igual que una docena = 12 cosas.

¿Cómo paso de gramos a moles?

Divide la masa en gramos entre la masa molar: n = m ÷ M.

¿Cuál es la diferencia entre fórmula empírica y fórmula molecular?

La fórmula empírica es la proporción más simple de átomos; la fórmula molecular es el número real de átomos en una molécula, un múltiplo entero de la empírica.

Dónde se estudia

Canada (Ontario)Grade 11D. Quantities in Chemical Reactions
Canada (Ontario)Grade 12E. Chemical Calculations
NetherlandsHAVO 4 (bovenbouw, 2e fase)Chemical processes and cycles (part 1)
NetherlandsVWO 4 (bovenbouw, 2e fase)Chemical processes (part 1)
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IAtoms, molecules and stoichiometry
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Spain4º ESOMatter
Spain1º BachilleratoChemical reactions
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England (GCSE, A level)Year 123.1 Physical chemistry
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Atomic Structure and Properties
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Compound Structure and Properties
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 11Acids and Bases
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