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Este artículo se lo dedico a unas amigas de la facultad de química, mis compañeras de estudio en la biblioteca por las mañanas todo el mes de Junio.
Voy a tratar el concepto de masa molecular, algo que si no se entiende bien y no se sabe calcular puede traer complicaciones posteriormente en química.
Elena estaba estudiando química, los conceptos de masa molecular, fórmula molecular y fórmula empírica.
FÓRMULAS QUÍMICAS:
La química utiliza un lenguaje universal que permite representar todas las sustancias descubiertas mediante fórmulas. Los conceptos de molécula y cristal permiten distinguir entre dos tipos de fórmulas:
- Fórmula molecular: Para describir las agrupaciones de átomos que forman moléculas. El subíndice indica el número real de átomos de cada tipo que constituyen la molécula. Por ejemplo, una molécula de metano, CH4, indica que una molécula de este compuesto esta formada por un átomo de carbono y cuatro de hidrógeno.
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| Metano |
- Fórmula empírica: Para describir las redes cristalinas. El subíndice indica la proporción en que se encuentran los átomos de cada elemento en el cristal. Por ejemplo, la fórmula CaF2 indica que en la red de fluoruro de calcio hay dos átomos de flúor por cada átomo de calcio.
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| Red de fluoruro de calcio |
Masa molecular:
Masa molecular es la suma de las masas atómicas de los átomos que componen la unidad fórmula.
Desde el punto de vista estricto, sólo las sustancias moleculares forman moléculas, y tienen masa molecular. Pero este concepto se aplica por extensión, tanto a fórmulas empíricas como moleculares.
Se trata de una magnitud relativa porque se refiere a un patrón arbitrario que es la unidad de masa atómica (u).
-Pff ¿Qué carajo es esto? Las fotos son muy bonitas pero no entiendo nada de lo que dice este libro.
-Acabo de oírte decir carajo Elena ¿Qué pasa, estás estudiando química y no te enteras? - dijo su tía que acababa de entrar en la habitación
-Sí, es precisamente eso lo que me pasa - contestó Elena - Es que no entiendo lo que explica la profesora, ni por el libro ni por los apuntes.
-¿Y cuando ella explica? - Preguntó su tía - Porque alomejor si atiendes y coges notas de lo que ella explica luego te resulta más fácil entenderlo ...
-Es que habla en el mismo idioma o uno más complicado que los apuntes y el libro.
Su tía se rió y le dijo:
-Esta bien, ¿Qué nos toca hoy? - le preguntó - Que ya veo que me vas a necesitar
-Fórmulas químicas y masa molecular - contestó Elena
-Vale, déjame echarle un ojo al libro - dijo su tía - que quiero ver como te lo dan - pasó un rato - Vale ya está. Formulame el cloruro de sodio.
-NaCl.
-Vale, tu para formular el cloruro de sodio escribes NaCl, pero en este caso no significa que el cloruro de sodio sea realmente NaCl. Como has estudiado en el tema del enlace químico, NaCl es un compuesto iónico, forma lo que se llama una red cristalina, no se habla de moléculas iónicas, se habla de cristales iónicos. La fórmula NaCl significa que en la red cristalina, por cada átomo de sodio hay un átomo de cloro. O que por cada átomo de cloro hay un átomo de sodio, que si te fijas en el dibujo es lo que hay.
-Ya veo - contestó Elena - ¿Y eso que es, fórmula empírica o fórmula molecular?
-Fórmula empírica - contestó su tía - ya que el enlace es iónico, y forma redes cristalinas. El subíndice indica la proporción en la que se encuentran los átomos de cada elemento en el cristal, en el caso del cloruro de sodio esta proporción es 1:1. En el caso del fluoruro de calcio, que es el que tienes explicado en el libro, que por cierto ¿Cómo se formula el fluoruro de calcio?
-CaF2 - contestó Elena
-Bien pues en este caso si te fijas la fórmula lo que nos indica es que por cada átomo de calcio hay dos átomos de flúor o que por cada dos átomos de flúor hay un átomo de calcio, de echo tienes la foto en el libro - le explicó su tía
-¿Por qué la red del fluoruro de calcio es distinta a la del cloruro de sodio? - preguntó Elena
-Bien - contestó su tía - eso a tu nivel es un poco difícil de explicarte para que lo entiendas, digamos que los átomos se pueden colocar en un cubo de diferentes maneras y que los átomos de fluoruro de calcio se colocan de una manera distinta a la que se colocan los átomos de cloruro de sodio.
-Buf, bueno mejor lo dejamos - dijo Elena
-Sí, eso no es importante que lo sepas - dijo su tía - si estudias una carrera en la que deis algo relacionado con sólidos inorgánicos posiblemente lo veas, pero no ahora que es la primera vez que das química en el instituto. Bueno ¿Te quedó claro lo de la fórmula empírica?
-Sí - contestó Elena - Ahora sólo tengo unas dudas
-Dispara
-¿Un enlace iónico era un metal unido a un no metal?
-Sí, elementos de la izquierda de la tabla periódica unidos a los de la derecha de la tabla periódica ¡Te voy a dar! Eso ya tenías que saberlo - dijo su tía riéndose
-Vale y ahora mi otra duda es si existen redes de tres y a estas se les puede aplicar el concepto de fórmula molecular - dijo Elena
-Explícame que es lo que quieres decir con redes de tres - dijo su tía que aunque sabía perfectamente lo que quería decir Elena, quería que hablase de una manera más científica y más correcta - que no te entiendo.
-A ver, en los ejemplos que trae el libro aparecen dos tipos de átomos en un caso calcio y flúor y en otro caso el cloro y el sodio. Mi duda es si hay redes cristalinas en las que haya tres tipos de átomos - aclaró Elena
-Ah vale, así si que nos entendemos - dijo su tía sonriendo - Bien, si que hay redes de tres tipos de átomos, son el caso de minerales como la perovskita y la blenda. Pero a este nivel no es necesario que lo sepas.
-Vale -contestó Elena - ya podemos seguir con fórmula empírica
-¡No, fórmula molecular! - exclamó su tía - fórmula empírica es lo que te acabo de explicar. Bueno vamos a ello ...
-Es que como en el libro aparece primero fórmula molecular y después fórmula empírica me lié - contestó Elena
-Bueno, la fórmula molecular se usa para describir las agrupaciones de átomos que forman las moléculas, el subíndice que lleva la fórmula al formularlo es real. Formulame el metano.
-Metano ¿Eso que era?
-También conocido como tetrahidruro de carbono
-Ah claro CH4 - contestó Elena
-Eso tenías que saberlo también - dijo su tía - Bueno, pues eso significa que esta molécula está formada por un átomo de carbono y cuatro átomos de cloro. El concepto de fórmula molecular se aplica cuando podemos hablar de moléculas, compuestos covalentes y el concepto de fórmula empírica se aplica cuando no se habla de moléculas, se habla de redes cristalinas.
-¿Por qué dijiste cloro? - preguntó Elena - ¿No sería hidrógeno? Es decir, un átomo de cloro y cuatro átomos de hidrógeno.
-Sí, lo dije para ver si estabas atenta ¿Un carbono y cuatro cloros, que compuesto sería?
-Tetracloruro de carbono - contestó Elena
-Bien y ahora vamos al último concepto que te voy a explicar hoy, y este es el concepto de masa molecular. Pero, antes de meternos en este concepto, vamos a ir a la vida cotidiana. Verás, cuando acabe de explicarte me voy a hacer la compra, esta es la lista, necesito que me calcules cuanto voy a gastar.
-Ahí pone euros, bueno tu háblame de unidades monetarias - especificó su tía.
Elena que aunque no entendía que relación había entre masa molecular y la lista de la compra se dispuso a calcular lo que iba a gastar su tía.
-Gastas 28 unidades monetarias - contestó Elena
-Bien ahora explícame como llegas a ese resultado
-Pues como se que cantidad compro de cada cosa y el precio de la unidad, multiplico cada cantidad por el precio de la unidad y luego sumo todo.
-Vale muy bien se podría definir lo que acabas de hacer como "la suma de los precios de los componentes de la lista de la compra" de una manera más elegante.
-Supongo que se podría pero eso es demasiado sofisticado - dijo Elena - demasiado técnico.
-Bueno, en ciencia son necesarias dos cosas: entender los conceptos de una manera sencilla y ser capaz de eso que explicaste de una manera sencilla explicarlo técnicamente. Ahora vamos con el concepto de masa molecular. La masa atómica es la masa que tiene cada átomo, son esos números decimales que te aparecen en la tabla periódica. Recuerda:
-Pues si tu conoces la masa atómica de los átomos de una molécula y la proporción en la que se encuentran puedes saber la masa molecular del mismo modo que hiciste la lista de la compra: "Multiplicas la cantidad de átomos de un elemento que hay por la masa atómica de ese elemento, haces esta operación con todos los elementos y después sumas lo que te de, y así obtienes la masa molecular". La masa molecular se mide en unidades de masa atómica y se escribe una u. Antes hablábamos de unidades monetarias, pues ahora hablamos de unidades de masa atómica. Bien, ahora vas a hacer un ejercicio.
-Vale -dijo Elena- Pues como hay dos nitrógenos multiplico 14 por 2, como hay cuatro hidrógenos multiplico 1 por 4 y como hay tres oxígenos multiplico 16 por 3 y luego lo sumo todo.
-Bien, veo que lo has entendido, ahora hazlo.
-Me da 80,0 unidades de masa atómica - dijo Elena
-Sí, eso es lo que me da a mi -le dijo su tía - Bien ahora un pequeño apunte. Te he hablado de fórmula empírica y fórmula molecular y no quiero que eso te lie a la hora de calcular la masa molecular, la masa molecular la calculas siempre con la fórmula molecular NaCl, sería 23,0 + 35,0 que da 58 unidades de masa atómica ¿De acuerdo?
-De acuerdo - contestó Elena - Pero ¿Se podría calcular la masa de la red cristalina NaCl?
-Si que se podría, pero a tu nivel no te lo van a exigir - explicó su tía - Bueno ¿Te quedó claro esto?
-Si -contestó Elena - gracias tía, no se que haría sin tus explicaciones la verdad.
-Bueno, ahora a descansar un rato que llevas muchas horas estudiando y a seguir estudiando - dijo su tía - yo me voy al estudio que tengo que preparar unos papeles.
Se trata de una magnitud relativa porque se refiere a un patrón arbitrario que es la unidad de masa atómica (u).
-Pff ¿Qué carajo es esto? Las fotos son muy bonitas pero no entiendo nada de lo que dice este libro.
-Acabo de oírte decir carajo Elena ¿Qué pasa, estás estudiando química y no te enteras? - dijo su tía que acababa de entrar en la habitación
-Sí, es precisamente eso lo que me pasa - contestó Elena - Es que no entiendo lo que explica la profesora, ni por el libro ni por los apuntes.
-¿Y cuando ella explica? - Preguntó su tía - Porque alomejor si atiendes y coges notas de lo que ella explica luego te resulta más fácil entenderlo ...
-Es que habla en el mismo idioma o uno más complicado que los apuntes y el libro.
Su tía se rió y le dijo:
-Esta bien, ¿Qué nos toca hoy? - le preguntó - Que ya veo que me vas a necesitar
-Fórmulas químicas y masa molecular - contestó Elena
-Vale, déjame echarle un ojo al libro - dijo su tía - que quiero ver como te lo dan - pasó un rato - Vale ya está. Formulame el cloruro de sodio.
-NaCl.
-Vale, tu para formular el cloruro de sodio escribes NaCl, pero en este caso no significa que el cloruro de sodio sea realmente NaCl. Como has estudiado en el tema del enlace químico, NaCl es un compuesto iónico, forma lo que se llama una red cristalina, no se habla de moléculas iónicas, se habla de cristales iónicos. La fórmula NaCl significa que en la red cristalina, por cada átomo de sodio hay un átomo de cloro. O que por cada átomo de cloro hay un átomo de sodio, que si te fijas en el dibujo es lo que hay.
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| Red cristalina de cloruro de sodio |
-Ya veo - contestó Elena - ¿Y eso que es, fórmula empírica o fórmula molecular?
-Fórmula empírica - contestó su tía - ya que el enlace es iónico, y forma redes cristalinas. El subíndice indica la proporción en la que se encuentran los átomos de cada elemento en el cristal, en el caso del cloruro de sodio esta proporción es 1:1. En el caso del fluoruro de calcio, que es el que tienes explicado en el libro, que por cierto ¿Cómo se formula el fluoruro de calcio?
-CaF2 - contestó Elena
-Bien pues en este caso si te fijas la fórmula lo que nos indica es que por cada átomo de calcio hay dos átomos de flúor o que por cada dos átomos de flúor hay un átomo de calcio, de echo tienes la foto en el libro - le explicó su tía
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Red de fluoruro de calcio
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-Bien - contestó su tía - eso a tu nivel es un poco difícil de explicarte para que lo entiendas, digamos que los átomos se pueden colocar en un cubo de diferentes maneras y que los átomos de fluoruro de calcio se colocan de una manera distinta a la que se colocan los átomos de cloruro de sodio.
-Buf, bueno mejor lo dejamos - dijo Elena
-Sí, eso no es importante que lo sepas - dijo su tía - si estudias una carrera en la que deis algo relacionado con sólidos inorgánicos posiblemente lo veas, pero no ahora que es la primera vez que das química en el instituto. Bueno ¿Te quedó claro lo de la fórmula empírica?
-Sí - contestó Elena - Ahora sólo tengo unas dudas
-Dispara
-¿Un enlace iónico era un metal unido a un no metal?
-Sí, elementos de la izquierda de la tabla periódica unidos a los de la derecha de la tabla periódica ¡Te voy a dar! Eso ya tenías que saberlo - dijo su tía riéndose
-Vale y ahora mi otra duda es si existen redes de tres y a estas se les puede aplicar el concepto de fórmula molecular - dijo Elena
-Explícame que es lo que quieres decir con redes de tres - dijo su tía que aunque sabía perfectamente lo que quería decir Elena, quería que hablase de una manera más científica y más correcta - que no te entiendo.
-A ver, en los ejemplos que trae el libro aparecen dos tipos de átomos en un caso calcio y flúor y en otro caso el cloro y el sodio. Mi duda es si hay redes cristalinas en las que haya tres tipos de átomos - aclaró Elena
-Ah vale, así si que nos entendemos - dijo su tía sonriendo - Bien, si que hay redes de tres tipos de átomos, son el caso de minerales como la perovskita y la blenda. Pero a este nivel no es necesario que lo sepas.
-Vale -contestó Elena - ya podemos seguir con fórmula empírica
-¡No, fórmula molecular! - exclamó su tía - fórmula empírica es lo que te acabo de explicar. Bueno vamos a ello ...
-Es que como en el libro aparece primero fórmula molecular y después fórmula empírica me lié - contestó Elena
-Bueno, la fórmula molecular se usa para describir las agrupaciones de átomos que forman las moléculas, el subíndice que lleva la fórmula al formularlo es real. Formulame el metano.
-Metano ¿Eso que era?
-También conocido como tetrahidruro de carbono
-Ah claro CH4 - contestó Elena
-Eso tenías que saberlo también - dijo su tía - Bueno, pues eso significa que esta molécula está formada por un átomo de carbono y cuatro átomos de cloro. El concepto de fórmula molecular se aplica cuando podemos hablar de moléculas, compuestos covalentes y el concepto de fórmula empírica se aplica cuando no se habla de moléculas, se habla de redes cristalinas.
-¿Por qué dijiste cloro? - preguntó Elena - ¿No sería hidrógeno? Es decir, un átomo de cloro y cuatro átomos de hidrógeno.
-Sí, lo dije para ver si estabas atenta ¿Un carbono y cuatro cloros, que compuesto sería?
-Tetracloruro de carbono - contestó Elena
-Bien y ahora vamos al último concepto que te voy a explicar hoy, y este es el concepto de masa molecular. Pero, antes de meternos en este concepto, vamos a ir a la vida cotidiana. Verás, cuando acabe de explicarte me voy a hacer la compra, esta es la lista, necesito que me calcules cuanto voy a gastar.
Elena que aunque no entendía que relación había entre masa molecular y la lista de la compra se dispuso a calcular lo que iba a gastar su tía.
-Bien ahora explícame como llegas a ese resultado
-Pues como se que cantidad compro de cada cosa y el precio de la unidad, multiplico cada cantidad por el precio de la unidad y luego sumo todo.
-Vale muy bien se podría definir lo que acabas de hacer como "la suma de los precios de los componentes de la lista de la compra" de una manera más elegante.
-Supongo que se podría pero eso es demasiado sofisticado - dijo Elena - demasiado técnico.
-Bueno, en ciencia son necesarias dos cosas: entender los conceptos de una manera sencilla y ser capaz de eso que explicaste de una manera sencilla explicarlo técnicamente. Ahora vamos con el concepto de masa molecular. La masa atómica es la masa que tiene cada átomo, son esos números decimales que te aparecen en la tabla periódica. Recuerda:
-Pues si tu conoces la masa atómica de los átomos de una molécula y la proporción en la que se encuentran puedes saber la masa molecular del mismo modo que hiciste la lista de la compra: "Multiplicas la cantidad de átomos de un elemento que hay por la masa atómica de ese elemento, haces esta operación con todos los elementos y después sumas lo que te de, y así obtienes la masa molecular". La masa molecular se mide en unidades de masa atómica y se escribe una u. Antes hablábamos de unidades monetarias, pues ahora hablamos de unidades de masa atómica. Bien, ahora vas a hacer un ejercicio.
-Vale -dijo Elena- Pues como hay dos nitrógenos multiplico 14 por 2, como hay cuatro hidrógenos multiplico 1 por 4 y como hay tres oxígenos multiplico 16 por 3 y luego lo sumo todo.
-Bien, veo que lo has entendido, ahora hazlo.
-Me da 80,0 unidades de masa atómica - dijo Elena
-Sí, eso es lo que me da a mi -le dijo su tía - Bien ahora un pequeño apunte. Te he hablado de fórmula empírica y fórmula molecular y no quiero que eso te lie a la hora de calcular la masa molecular, la masa molecular la calculas siempre con la fórmula molecular NaCl, sería 23,0 + 35,0 que da 58 unidades de masa atómica ¿De acuerdo?
-De acuerdo - contestó Elena - Pero ¿Se podría calcular la masa de la red cristalina NaCl?
-Si que se podría, pero a tu nivel no te lo van a exigir - explicó su tía - Bueno ¿Te quedó claro esto?
-Si -contestó Elena - gracias tía, no se que haría sin tus explicaciones la verdad.
-Bueno, ahora a descansar un rato que llevas muchas horas estudiando y a seguir estudiando - dijo su tía - yo me voy al estudio que tengo que preparar unos papeles.
29/07/2015
Descubrirlaquimica. Estudiante de química en la USC
Esta entrada participa en la edición LXII del Carnaval de la Física cuyo blog anfitrión es La aventura de la ciencia y en la XLIX Edición del Carnaval de Química cuyo blog anfitrión es Radical Barbatilo.
