QUÍMICA: Elementos químicos y sistema periódico: La masa de los átomos y de los elementos - 2ª parte
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Química

ELEMENTOS QUÍMICOS Y SISTEMA PERIÓDICO

La masa de los átomos y de los elementos - 2ª parte


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La unidad de masa atómica y el concepto de mol

ebido a su pequeño tamaño las masas de los átomos deben expresarse en unidades adecuadas. En otro tiempo se definió como unidad de masa atómica la del átomo de hidrógeno. El patrón actual de medida de masas atómicas lo constituye el átomo del isótopo del carbono más abundante en la naturaleza, el carbono-12 (12C), y la unidad de masa atómica (u) se define como 1/12,0000 veces la masa de dicho átomo.

La unidad de masa atómica como cantidad física es inmensamente pequeña, de ahí que su utilización no resulte adecuada para expresar cantidades de elementos y compuestos. Entre el gramo y la unidad de masa atómica como unidades de masa existe la siguiente relación numérica:

1 g = 6,023 · 1023 u
(17.1)

Este factor de conversión entre ambas unidades, por razones históricas, recibe el nombre de número de Avogadro; se representa por NA y su valor más preciso es:

NA = 6,02295 · 1023

El Sistema Internacional de Unidades propone expresar la cantidad de sustancia mediante una magnitud propia diferente de la masa, aunque relacionada con ella, con una unidad de medida característica que recibe el nombre de mol. Un mol es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales como átomos de 12C hay en 0,012 kg de dicho isótopo. Ese número de entidades elementales coincide precisamente con el número de Avogadro. Así, es posible hablar de un mol de electrones como 6,02 · 1023 e- o de un mol de átomos de hidrógeno como 6,03 · 1023 H o de un mol de protones como 6,03 · 1023 p+, con un significado semejante al de una docena o un centenar.

Cuando el mol se refiere a átomos de un mismo elemento es posible encontrar una relación sencilla entre el gramo como unidad de masa y el mol como unidad de cantidad de sustancia. A modo de ejemplo puede considerarse el caso de los átomos de carbono-12 cuya masa atómica es de 12 u. Multiplicando los dos miembros de la ecuación (17.1) por 12 se tiene:

12 g = 6,023 · 1023 · 12 u

que equivale a NA veces la masa del átomo de 12C, es decir, a 1 mol de átomos de 12C.

Esta sencilla operación se puede repetir para otro elemento cualquiera. Así, por ejemplo, el oxígeno tiene una masa atómica de 16 u y por tanto:

16 g = NA 16 u = NA veces la masa del átomo de O = 1 mol de oxígeno atómico

De lo anterior se deduce una importante consecuencia para el manejo de cantidades de elementos químicos, y es que el mismo número que indica la masa de un átomo en unidades de masa atómica indica la masa de su mol expresada en gramos. Así, un mol de carbono corresponde a una masa de 12 gramos, un mol de hidrógeno equivale a 1 gramo, un mol de nitrógeno a 14 gramos, etc. Aunque se trata de una denominación ya en desuso, la masa de un mol de un elemento expresada en gramos recibe el nombre de átomo-gramo.

Las tablas periódicas suelen facilitar las masas atómicas de los diferentes elementos químicos. Tales números pueden ser considerados, bien como las masas de los átomos respectivos expresados en unidades de masa atómica, bien como las masas equivalentes a un mol de la sustancia simple en cuestión expresadas en gramos.

Aplicación del concepto de mol de un elemento

Un anillo de joyería de oro puro contiene 12,250 g del precioso metal. Se trata de calcular el número de moles, de átomos y de unidades de masa atómica contenidos en el anillo, sabiendo que la masa atómica del oro es M (Au) = 196,967.

El cálculo del número de moles puede hacerse recordando que

n de moles =

masa en gramos
-----------------------
n gramos/mol

La masa en gramos constituye un dato directo del enunciado y el n. de gramos/mol uno indirecto, ya que la cifra que indica la masa atómica puede, considerarse, bien como la masa de un átomo de oro expresada en u, bien como la masa en gramos correspondiente a un mol de átomos. Por tanto:

n de moles Au =

12,250 g
----------------------------------------  = 62,2 . 10-3
196,967 g/mol

Por definición, cada mol equivale a tantas entidades elementales como indica el número de Avogadro NA = 6,03 · 1023, por consiguiente:

n. de átomos de Au = n. de moles de Au x n. de átomos/mol

es decir:

n. átomos de Au = 62,2 · 10-3mol x 6,03 · 1023 átomos/mol = 3,75 · 1022 átomos

Finalmente el número de unidades de masa atómica se obtiene multiplicando el número de átomos por la masa de un átomo de oro expresado en u, es decir:

masa en u = 3,75 · 1022 átomos x 196,967 u/átomo = 7,39 · 1024u.

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