El mol: una unidad esencial en el estudio de la química

El mol, es la unidad básica que se usa en química, para medir la cantidad de sustancia de una manera precisa y estandarizada. No obstante, a diferencia de las unidades de masa, esta unidad se basa en la cantidad de partículas. Así como una docena de huevos equivale a 12 huevos o una centena de naranjas equivale a 100 naranjas, un mol equivale a 6,02×1023 partículas. Estas partículas pueden ser átomos o moléculas.

El número 6,02×1023 se conoce como número de Avogadro en honor a Amadeo Avogadro. Un físico italiano que hizo importantes aportes a la física. Sin embargo, fue calculado por Josef Loschmidt. Además, se dice que es igual al número de átomos que hay en 0,012 kilogramos de carbono-12. Otro detalle importante, es que el número de Avogadro es muy grande, pues es una forma de escribir seiscientos dos mil trillones. 602.000.000.000.000.000.000.000.

En resumen, el mol se define como 6,02×1023 unidades químicas fundamentales y es la unidad básica de cantidad de sustancia en el sistema internacional.

El mol y el peso atómico

Aunque el mol está basado en la cantidad de partículas, es posible determinar su equivalente en unidades de masa tales como el gramo. La relación entre moles y gramos se establece a través de los conceptos de peso atómico y peso molecular.

¿Qué es el peso atómico?

El peso atómico es la masa, en gramos, de un mol de átomos de un elemento. En otras palabras, el peso atómico es la masa de 6,02×1023 átomos de un elemento químico cualquiera.

Por ejemplo, en una tabla periódica se lee que el peso atómico del azufre (S) es 32 gramos. Entonces, 6,02×1023 átomos de azufre (S) tienen una masa de 32 gramos.

Representación del mol y del peso atómico
1 mol son 6,02 x 1023 partículas (átomos) y peso atómico, es la masa, en gramos, de esas partículas.

Aclaración importante

Comparando con un ejemplo citado arriba, supongamos que una docena de huevos tiene una masa de 700 gramos. Esta masa es de los 12 huevos en conjunto; NO es la masa de un solo huevo. Así mismo, los 32 gramos del azufre (S), corresponden a la masa de 6,02×1023 átomos de azufre (S) en conjunto. NO a la masa de un solo átomo.

Conclusión

1 mol = 6,02×1023 átomos y equivale al peso atómico de un determinado elemento. Entre estas equivalencias se pueden establecer factores de conversión.

Fórmulas

Las siguientes fórmulas permiten convertir una cantidad dada en moles, a gramos o a número de átomos.

1 – Para pasar de moles a gramos o viceversa
Moles y peso atómico. Conversión entre moles y gramos de un elemento usando el peso atómico.

Sabiendo que un mol equivale a al peso atómico de un elemento (1 mol = peso atómico), se pueden establecer 2 fórmulas. Primero, para pasar de moles (mol) a gramos (gr), se multiplica la cantidad en moles, por el peso atómico (pa). Entonces,

gr = moles × peso atómico    (1)

Segundo, para pasar gramos a moles, se divide la cantidad en gramos entre el peso atómico. Es decir,

Cómo pasar gramos de un elemento a moles
2 – Para pasar de moles a cantidad de átomos y viceversa
Cómo calcular moles y cantidad de átomos de un elemento.

Teniendo en cuenta que 1 mol equivale a 6,02×1023 átomos (1 mol = 6,02×1023 átomos), se pueden obtener 2 fórmulas. Primero, para calcular el número de átomos (at) en una cantidad dada en moles, se multiplican moles por número de Avogadro. Por lo tanto,

at = moles × 6,02×1023 at/mol    (3)

Así mismo, para pasar una cantidad de átomos a moles, se divide el número de átomos entre el número de Avogadro.

Con el mol, representación de cantidad de átomos en moles
3 – Para pasar de número de átomos a gramos y viceversa
Gramos y número de átomos (pasar gramos a átomos)

Para pasar de átomos a gramos, se multiplica el número de átomos dado, por el peso atómico (pa) y se divide entre 6,02×1023.

Pasar cantidad de átomos a su equivalente en gramos

Para pasar de gramos a átomos, se multiplican los gramos dados, por 6,02×1023 y se divide entre el peso atómico.

Pasar de gramos a cantidad de átomos

Ejercicios resueltos de moles

¡Para tener en cuenta!
Es importante hacer claridad en el tipo de sustancia a la que hace referencia el ejercicio. Por ejemplo, no es suficiente con escribir “moles de oxígeno”, porque puede generar duda. Entonces, se debe aclarar si se trata de átomos de oxígeno (O) o de moléculas de oxígeno (O2). Las dos cosas son diferentes.
Ejercicio 1

¿Cuántos gramos de hierro (Fe) hay en 0,75 moles de dicho elemento? Peso atómico del hierro 55,85gr

Solución: aplicando la fórmula 1, se tiene que,

0,75mol × 55,85gr/mol = 41,88gr de Fe.

En conclusión, 0,75 moles de hierro equivalen a 41,88 gramos.

El peso atómico se puede expresar en gramos sobre mol (gr/mol), porque se trata de la masa de un mol de átomos. Por ejemplo, el peso atómico del hierro Fe, que es 55,85 gramos, se puede escribir como 55,85gr/mol.
Ejercicio 2

¿Cuántos moles de oxígeno (O), hay en 20 gramos de este elemento? El peso atómico del oxígeno es 15,99gr

Solución: Aplicando la fórmula 2, se tiene que,

Pasando 20 gramos de oxígeno a moles

Se cancelan gr en el numerador y el denominador. Como resultado, 20 gramos de oxígeno (O) equivalen a 1,25 moles.

Ejercicio 3

¿Cuántos átomos hay en 0,34 moles de cobre (Cu)?

Solución: para resolver este ejercicio se aplica la fórmula 3, en consecuencia,

0,34mol × 6,02×1023at/mol = 2,04×1023 átomos.

Se multiplica 0,34 por 6,02 y la potencia de base 10 se deja igual (1023). Por lo tanto, en 0,34 moles de cobre, hay 2,04×1023 átomos.

El número 6,02×1023, se puede expresar en átomos sobre mol (at/mol), porque se trata de la cantidad de átomos en un mol de un elemento.
Ejercicio 4

¿Cuántos moles de aluminio (Al) hay en 3,01×1020 átomos de este metal?

Solución: En este ejercicio se usa la fórmula 4. Entonces,

Operación del ejercicio 4

Se divide 3,01 entre 6,02; a continuación, se dividen las potencias, escribiendo la base 10 y restando los exponentes. En conclusión, en 3,01×1020 átomos de aluminio, hay 0,5×10-3 moles. Cabe aclarar, que este resultado se escribe, de manera más precisa, como 5×10-4 moles. (Según normas de la notación exponencial).

Ejercicio 5

¿Cuántos átomos hay en 6 gramos de sodio (Na)? El peso atómico del sodio es 22,99 gramos

Solución: en este caso se usa la fórmula 6. Por tanto,

Operación con el mol. Ejercicio 5

Se multiplica 6 por 6,02 y se divide entre 22,99. El resultado es 1,57. La potencia se deja igual. Además, se cancelan gramos y moles. En resumen, en 6 gramos de sodio, hay 1,57×1023 átomos.

Taller de lectura

  1. ¿Qué es un mol?
  2. ¿Cuántos átomos de carbono se requieren para completar un mol de ese elemento?
  3. Escriba la definición de peso atómico y, además, de un ejemplo.
  4. ¿Qué diferencia hay entre mol y peso atómico?
  5. Escriba la fórmula que se usa para para pasar de moles a gramos.
  6. ¿Cuál es la fórmula para pasar de gramos a moles?
  7. Copie las fórmulas 3 y 4. Además, escriba para qué se usa cada una.
  8. Escriba las fórmulas 5 y 6. Escriba, también, en qué casos se usan.
  9. Copie los 5 ejercicios resueltos.