La cantidad de sustancia y su unidad, el mol

1 mol de C (tiene una masa de 12g)

1 mol de O₂(tiene una masa de 32g)

1 mol de CO₂ (tiene una masa de 44g)

LA CANTIDAD DE SUSTANCIA Y SU UNIDAD EL MOL

Una vez establecido el concepto de masa atómica y que la reacción química es una combinación átomo a átomo, interesa encontrar un procedimiento práctico y sencillo para manejar el gran número de partículas que intervienen en una reacción. La solución estriba en adoptar un múltiplo adecuado del número de partículas. Para verlo, nos fijamos en la reacción de combustión de carbono, representada en el cuadro adjunto.

Combustión del carbono



C	+	O₂	CO₂

1 átomo de carbono		1 molécula de oxígeno	1 molécula de dióxido
12 u.m. de carbono		32 u.m. de oxígeno	44 u.m. de dióxido

En esta reacción, la relación entre el número de moléculas de reactivos y de productos que intervienen es la siguiente: Cada átomo de carbono que reacciona, lo hace con una molécula de oxígeno, para producir una molécula de dióxido de carbono. Por otra parte, como la masa molecular del oxígeno es 32, la molécula de oxígeno (O₂) tiene una masa 32 veces mayor que 1/12 de la masa del átomo de carbono (C). Por tanto, esto significa que cada 32 unidades arbitrarias de masa (pueden ser u, g, Kg,..) de oxígeno (O₂) que reaccionan, lo hacen con 12 unidades de masa de carbono (C). Siguiendo el mismo razonamiento deducimos también que cuando se consumen estas cantidades de reactivos, se obtienen 44 unidades de masa de dióxido de carbono (CO₂).

Por otra parte, teniendo en cuenta la hipótesis de Avogadro, se sabe que (con independencia de cuál sea la unidad de masa escogida para medir estas cantidades) 12 unidades de masa del carbono tienen un múltiplo igual de átomos, que moléculas hay en las 32 unidades de masa de oxígeno que reacciona con dicho carbono y, también, que moléculas se obtienen por las 32 unidades de masa de dióxido.

Teniendo en cuenta estos conceptos, primero la IUPAP (International Union of Pure and Applied Physics) en el año 1957 y 10 años después la IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry), introdujeron el mol para indicar cantidades de materia que contienen un múltiplo igual de moléculas, átomos o cualquier otra especie y lo definieron del siguiente modo:

El mol es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en 0,012 kg de Carbono – 12. Al emplearse el mol se debe especificar el tipo de entidades elementales; estas pueden ser átomos, moléculas, iones, electrones u otras entidades o grupos especificados de tales entidades.

En 1971 la XIV Conferencia Internacional de Pesas y Medidas estableció el mol como la séptima unidad básica del Sistema Internacional de unidades y llamó cantidad de sustancia o cantidad química a la magnitud cuya unidad es el mol.

Con el concepto de mol en la mano, conviene expresar la ley de los gases ideales, indicando la cantidad de gas en número de moles, n, en vez de por el número de partículas, N:

P·V = n·R·T (la constante R vale 0.082 atm·l/mol ºK)

Así pues, un mol de cualquier gas, en las mismas condiciones de presión y temperatura, además de tener el mismo número de partículas, ha de ocupar el mismo volumen. En las llamadas condiciones normales (fijadas a 25 ºC de temperatura y 1 atm de presión) este volumen son 22.4 litros.

Estos conceptos facilitan el planteo de cálculos estequiométricos a partir del conocimiento de la fórmula química y de las masas atómicas y/o moleculares de las sustancias involucradas en una reacción (la estequiometría es la parte de la química dedicada al cálculo de las relaciones cuantitativas entre reactivos y productos en el transcurso de una reacción).

Combustión del carbono

En el cuadro adjunto se expresan estas sencillas relaciones, referidas únicamente a unidades de cantidad de sustancia (moles) y su correspondiente masa expresada en g, para el ejemplo que hemos comentado aquí, correspondiente a la combustión del carbono. En esta reacción, cada 12g de carbono que se queman, consumen 32g de oxígeno, para producir 44g de dióxido de carbono. Igualmente podemos decir, por ejemplo, que cada mol de C que se quema, consume 32g de oxígeno, etc.