Fórmulas para calcular la masa de una molécula, ejemplo de problema

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 05:23

Todo el mundo sabe que los cuerpos que nos rodean están formados por átomos y moléculas. Tienen diferentes formas y estructuras. Al resolver problemas de química y física, a menudo es necesario encontrar la masa de una molécula. Considere en este artículo varios métodos teóricos para resolver este problema.

Información general

Antes de considerar cómo encontrar la masa de una molécula, debe familiarizarse con el concepto en sí. Estos son algunos ejemplos.

Se suele llamar molécula al conjunto de átomos que se encuentran unidos entre sí por uno u otro tipo de enlace químico. Además, deben y pueden ser considerados como un todo en diversos procesos físicos y químicos. Estos enlaces pueden ser iónicos, covalentes, metálicos o de van der Waals.

La conocida molécula de agua tiene la fórmula química H₂O. El átomo de oxígeno que contiene está conectado mediante enlaces covalentes polares con dos átomos de hidrógeno. Esta estructura determina muchas de las propiedades físicas y químicas del agua líquida, el hielo y el vapor.

El metano del gas natural es otro brillante representante de una sustancia molecular. Sus partículas se formanun átomo de carbono y cuatro átomos de hidrógeno (CH₄). En el espacio, las moléculas tienen la forma de un tetraedro con el carbono en el centro.

El aire es una mezcla compleja de gases, que consiste principalmente en moléculas de oxígeno O₂ y nitrógeno N₂. Ambos tipos están conectados por fuertes enlaces no polares covalentes dobles y triples, lo que los hace muy inertes químicamente.

Determinar la masa de una molécula a través de su masa molar

La tabla periódica de los elementos químicos contiene una gran cantidad de información, entre la que se encuentran las unidades de masa atómica (uma). Por ejemplo, un átomo de hidrógeno tiene una uma de 1 y un átomo de oxígeno de 16. Cada uno de estos números indica la masa en gramos que tendrá un sistema que contenga 1 mol de átomos del elemento correspondiente. Recuerde que la unidad de medida de la cantidad de sustancia 1 mol es el número de partículas en el sistema, correspondiente al número de Avogadro N_A, es igual a 6.0210 ²³.

Al considerar una molécula, usan el concepto no de amu, sino de peso molecular. Este último es una simple suma de a.m.u. para los átomos que forman la molécula. Por ejemplo, la masa molar para H₂O sería de 18 g/mol, y para O₂ 32 g/mol. Teniendo un concepto general, puede proceder a los cálculos.

La masa molar M es fácil de usar para calcular la masa de una molécula m₁. Para hacer esto, use una fórmula simple:

m₁=M/N_A.

En algunas tareasse puede dar la masa del sistema m y la cantidad de materia en él n. En este caso, la masa de una molécula se calcula de la siguiente manera:

m₁=m/(nN_A).

Gas ideal

Este concepto se llama tal gas, cuyas moléculas se mueven aleatoriamente en diferentes direcciones a altas velocidades, no interactúan entre sí. Las distancias entre ellos superan con creces sus propios tamaños. Para tal modelo, la siguiente expresión es verdadera:

PV=nRT.

Se llama la ley de Mendeleev-Clapeyron. Como puedes ver, la ecuación relaciona la presión P, el volumen V, la temperatura absoluta T y la cantidad de sustancia n. En la fórmula, R es la constante de los gases, numéricamente igual a 8,314. La ley escrita se llama universal porque no depende de la composición química del sistema.

Si se conocen tres parámetros termodinámicos: T, P, V y el valor m del sistema, entonces la masa de una molécula de gas ideal m₁no es difícil de determinar por la siguiente fórmula:

m₁=mRT/(N_APV).

Esta expresión también se puede escribir en términos de la densidad del gas ρ y la constante de Boltzmann k_B:

m₁=ρk_BT/P.

Problema de ejemplo

Se sabe que la densidad de algunos gases es 1.225 kg/m³a una presión atmosférica de 101325 Pa y una temperatura de 15 ^oC. ¿Cuál es la masa de una molécula? ¿De qué gas estás hablando?

Porque nos dan presión, densidad y temperaturasistema, entonces puede usar la fórmula obtenida en el párrafo anterior para determinar la masa de una molécula. Tenemos:

m₁=ρk_BT/P;

m₁ =1, 2251, 3810^-23288, 15/101325=4, 807 10^-26 kg.

Para responder la segunda pregunta del problema, encontremos la masa molar M del gas:

M=m₁N_A;

M=4,80710^-266,0210²³=0,029 kg/mol.

El valor obtenido de la masa molar corresponde al gas aire.