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4.1-Masa fórmula. Composición centesimal

Masas atómicas y moleculares. Masa fórmula.

Los átomos de los diferentes elementos difieren unos de otros en el número atómico (Z) y en la masa atómica (Mat).


La masa de los átomos es tan pequeña que si se midiera tomando como unidad de masa el kg, resultarían números fraccionarios muy pequeños y de difícil manejo.

Se evita este inconveniente de operar con números tan pequeños si se toma como unidad de masa atómica la masa de un átomo cualquiera.

Dado que el átomo de carbono es el que está en un número mayor de compuestos se toma su masa como referencia. Así, la masa de un átomo de carbono se supone dividida en 12 partes iguales y se toma como unidad de masa atómica (u.m.a.) la masa de una cualquiera de esas 12 partes.


Su equivalencia en kg es: 1 uma = 1’66·10-27 kg


Masa atómica relativa de un elemento (generalmente llamada masa atómica) es el número de veces que la masa de uno de sus átomos contiene a la doceava parte de la masa de un átomo de carbono-12.

La masa atómica de un elemento químico es el promedio ponderado de todos los isótopos de dicho elemento existentes en el Universo. Se obtiene:

siendo M= la masa de cada isótopo, y f= la abundancia relativa (en tanto por uno) del isótopo.

Ejercicios 1


1.
      La masa atómica relativa promedio de los elementos nunca es un número entero es debido a:

(a)   una mera casualidad.

(b)   que hay átomos de un mismo elemento que pueden tener distinto número de protones.

(c)   que hay átomos de un mismo elemento que pueden tener distinto número de neutrones.

(d)   que hay átomos de un mismo elemento que pueden tener distinto número de electrones.

(e)   que cualquier elemento contiene siempre impurezas de otros elementos.

2.      El litio natural contiene dos isótopos, Li-6 y Li-7, con masas atómicas 6.0151 y 7.0160 y los porcentajes de abundancia son 7.42 y 92.58, respectivamente. La masa atómica media para el litio es:

(a)   6.089

(b)   7.0160

(c)   6.01510

(d)   6.941

(e)   6.5156

3.      La masa atómica del carbono natural es 12,011 uma y la masa del 13C es 13,00335 uma. ¿Cuál es la abundancia relativa natural del 13C? 

(a)   0,011 %

(b)   0,91 %

(c)   23 %

(d)   1,1 %

(e)   2,2 %


Masa molecular relativa de un compuesto (generalmente llamada masa molecular) es el número de veces que la masa de una de sus moléculas contiene a la doceava parte de un átomo de carbono-12.

Para determinar la masa molecular de un compuesto químico basta con sumar las masas atómicas de los elementos que constituyen la molécula multiplicadas cada una por el número de veces que aparece dicho elemento en la fórmula del compuesto.

siendo M= la masa atómica de cada elemento, y n= el subíndice de dicho elemento en la fórmula química de la molécula.

Ejercicios 2

4.      La masa molecular del óxido de aluminio es 101,96. ¿Cuáles son las unidades de dicha masa molecular?   

(a)   Miligramos

(b)   gramos

(c)   moles

(d)   gramos/mol

(e)   mol/gramos

(f)    unidades de masa molecular

5.      ¿Qué es un isótopo?

6.      Define: masa atómica, masa fórmula y abundancia relativa de un isótopo.

7.      Determina la masa atómica del hidrógeno, del oxígeno, del carbono, del azufre y del calcio.

8.      ¿Cuál es la masa atómica relativa de los siguientes elementos químicos? H, C, N, O, F, Na, Al, P, S, Cl, K.

9.      La masa atómica del sodio es 23. ¿Cuántas veces será mayor la masa de un átomo de Na que la de un átomo de C-12?

10.  Determina la masa molecular del hidrógeno, del oxígeno, del dióxido de carbono, del ácido sulfúrico y del carbonato de calcio.

11.  Calcula la masa de una molécula de azúcar (sacarosa C12H22O11).

Sol: 342 uma.

12.  ¿Cuál es la masa fórmula de los siguientes compuestos químicos? H2O; Al(OH)3; H2CO3; Na2SO4; Na2HPO4.

13.  Atendiendo a los resultados del ejercicio anterior completa las siguientes frases:

(a)   La masa de una ………… de agua es …… uma.

(b)   La …… de una molécula de hidróxido de aluminio(III) es …… uma.

(c)   La …… de una ………… de ácido carbónico es …… uma.

(d)   La masa de una molécula se expresa en ……

14.  ¿Cuál es la masa de 5 moléculas de cada uno de los siguientes compuestos H2O; Al(OH)3; H2CO3; Na2SO4; Na2HPO4?

15.  Calcular cuál es la masa, en gramos, de una molécula de oxígeno. DATO: 1 uma = 1’66·10-27 kg.

16.  Calcular cual es la masa de 1020 moléculas de dióxido de azufre, SO2. DATO: 1 uma = 1’66·10-27 kg.

17.  Una muestra de 1,35 g de un elemento metálico contiene 301·1022 átomos. ¿Cuál es el peso atómico de este elemento? DATO: 1 uma = 1’66·10-27 kg.



Composición centesimal.

Es la proporción entre la masa de un elemento y la masa total del compuesto químico, expresada en tanto por ciento.

Sea, por ejemplo, la fórmula Na2SO4:

Indica que, aparte de su composición cualitativa (S, O, Na), en cada molécula de Na2SO4, de masa 142’05 uma., hay:

2\times 22.99 \;uma=45.98\; uma\; de\; Na

1\times 32.07 \;uma=32.07\; uma\; de\; S

4\times 16.00 \;uma=64.00\; uma\; de\; O

siendo 22‘99, 16‘00 y 32‘07 los masas atómicas del Na, O y S, respectivamente.

La fórmula química de un compuesto nos permite calcular la composición centesimal del compuesto (proporción entre las masas de un elemento químico y la del compuesto del que forma parte):

 

%Na=\frac {45.98}{142.05} \times 100=32.37%

%S=\frac {32.07}{142.05} \times 100=22.58%

%O=\frac {64}{142.05} \times 100=45.05%


Ejercicios 3

18.  Calcula la composición centesimal de los distintos elementos en los compuestos binarios: agua, amoniaco, dióxido de carbono, sulfuro de cobre(I), ácido clorhídrico.

19.  Calcula la composición centesimal de los distintos elementos en los compuestos ternarios: ácido sulfúrico, ácido nitroso, ácido perbrómico, sulfato de aluminio, carbonato de calcio.

20.  Un compuesto de fósforo y azufre utilizado en las cabezas de cerillas contiene 56.29% de P y 43.71% de S. La masa molar correspondiente a la fórmula empírica de este compuesto es: Mat(P)=31; Mat(S)=32.

(a)   188.1

(b)   220.1

(d)   93.94

(e)   251.0

(f)   158.1



Es decir, una fórmula química no es sólo un método abreviado de denominar un compuesto, sino que indica:

a) Los elementos que lo forman.

b) Las masas relativas que lo forman.


c) El porcentaje de cada átomo en el compuesto (el cual es independiente de la unidad de masa).

d) Proporción molar de los elementos en la fórmula.





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