Contando átomos
‘Vaya a una balanza y mida 56 billones de átomos de hierro . Luego combínelos con 108 mil millones de moléculas de oxígeno. Ojalá pueda ver los defectos en estas declaraciones. ¿Cómo se supone que mida 56 billones de átomos de hierro? Tiene que haber una forma de contar y medir los átomos, pero debido a que son tan pequeños y usualmente trataremos con muchos de ellos, se necesita un método diferente para contar y medir a estos pequeños. Si una docena de naranjas pesan alrededor de 5 libras y quiero que me traigas 50 docenas de naranjas, ¿qué podrías hacer? Bueno, podría contar 600 naranjas, lo que llevaría un tiempo, o podría seguir agregando naranjas a una escala hasta llegar a 250 libras (eso es 50 docenas x 5 libras por docena = 250 libras). Optaría por la segunda opción, porque entonces no tendría que preocuparme de perder la cuenta y no tendría que hacer un seguimiento de las naranjas. Solo tendría que concentrarme en conseguir 250 libras de naranjas.
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Esta misma idea exacta se usa en química porque sería ridículo contar átomos individuales. Nuevamente, al igual que las naranjas, confiaremos en su peso como herramienta para ayudarnos a contarlas. Entonces, ¿los agruparemos en docenas y los pesaremos en libras? Probablemente no. Usaremos lo que ya sabemos sobre el peso o la masa de un átomo. Podemos encontrar el peso atómico justo debajo de su símbolo en la tabla periódica. ¿Qué notas a medida que aumenta el número atómico (el número superior en cada casilla)? Debería ver que a medida que se mueve de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo en la tabla periódica, el número atómico (el número de protones) aumenta en 1 y el peso atómico también aumenta. Los átomos de cada elemento se vuelven más pesados porque contienen más protones y neutrones (bueno, y electrones también, pero esto realmente no es así.
El topo
Entonces, los átomos de cada elemento tienen una masa diferente. Por ejemplo, el átomo de hierro promedio tendrá una masa de 55,8 amu. Recuerde que 1 amu es muy pequeña, aproximadamente la masa de un protón o un neutrón. Debido a que los balances en el laboratorio de química no miden en uma, vamos a necesitar escalar esto a algo que sí miden: gramos. ¿Cuántas amu equivalen a 1 gramo? La respuesta a esto es un número muy, muy grande: 6,02 x 10 23 . Eso es 602,000,000,000,000,000,000,000. Ni siquiera sé cómo se llama ese número. Está bien, porque este número tiene su propio nombre especial (algo así como 12 tiene su propio nombre especial: docena). Su nombre especial es el número de Avogadro., que lleva el nombre de este tipo. El número de Avogadro se llama más comúnmente » lunar «. El lunar es solo un número grande, una forma de contar cuántos de algo tienes y, obviamente, un número muy grande. Siempre es igual a 6,02 x 10 23 . Es el número de amus en 1 gramo, por lo que 1 mol de amus equivale a 1 gramo. Este es un concepto relativamente simple, pero tiende a ser uno de los mayores obstáculos para aprender química porque es un número tan grande que su cerebro tiene problemas incluso para comprenderlo. Aquí hay un ejemplo: si tuviera un lunar de pelotas de baloncesto (6,02 x 10 23 pelotas de baloncesto), ¡sería casi el mismo volumen que la Tierra! ¿Listo para otro? Si tuviera un lunar de dólares y gastara mil millones de dólares por segundo, ¡me llevaría más de 19 millones de años gastarlo todo!
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Bien, volvamos a la química. Si 1 mol de amus tiene la misma masa que 1 gramo, y 1 átomo de hidrógeno tiene una masa de 1 amu, ¡entonces 1 mol de átomos de hidrógeno tendría una masa de 1 gramo! ¿Qué pasa con nuestro hierro desde el comienzo de esta lección? Si 1 átomo de hierro tiene una masa de 55,8 amus, entonces un mol de átomos de hierro (6,02 x 10 23 de ellos) tendrá una masa de 55,8 gramos.
Práctica
Tomemos este concepto y practiquemos un poco más con él. Tenga a mano su tabla periódica y siéntase libre de pausar el video para descubrir las respuestas por su cuenta antes de que yo explique la respuesta. Primero, encuentra oro en la tabla periódica. Tiene el símbolo Au y está ubicado ligeramente a la derecha del centro de la mesa. Digamos que tengo una pila de oro y tiene una masa de 197 gramos. ¿Cuántos moles de átomos de oro tengo? La respuesta es 1 mol de átomos de oro. Si pudiera contar cada átomo individual, ¿cuántos tendría? ¡La respuesta es 6.02 x 10 23 átomos de oro! Observe cómo comencé con lo que me dieron y luego lo multipliqué por un factor de conversión, que en realidad es solo una igualdad que convierto en una fracción para poder cancelar las unidades que no quiero y convertirlas en las unidades que quiero. Aquí está otro. Encuentra calcio en la tabla periódica. Tiene el símbolo Ca y se encuentra en el lado izquierdo. Un bloque de queso cheddar contiene 3,01 x 10 23 átomos de calcio. ¿Cuántos moles de átomos de calcio contiene? La respuesta es la mitad de un mol, porque 1 mol es igual a 6.02 x 10 23 , entonces la mitad de un mol sería igual a 3.01 x 10 23 átomos. Bien, entonces si contiene 0.5 moles de átomos de calcio, ¿cuánta masa tendría? La respuesta es de unos 20 gramos. La masa de 1 átomo de calcio es 40 uma, por lo que la masa de un mol de átomos de calcio sería 40 gramos. Sin embargo, no tenemos suficiente para un mol completo, solo la mitad de un mol, por lo que la masa sería de 20 gramos.
Minería de litio, átomos y propiedades
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Un ultimo problema. Encuentra helio en la tabla periódica en la esquina superior derecha. Si lleno un globo con 2 moles de átomos de helio, ¿cuántos átomos de helio habría en el globo? Si 1 mol de átomos es 6.02 x 10 23 átomos, entonces 2 moles de átomos serían iguales a 1.2 x 10 24 átomos. Es posible que normalmente no piense que un globo de helio tiene masa, pero la tiene; es mucho menos denso que el aire que flota en el aire. Entonces, si tengo 2 moles de átomos de helio, ¿cuál sería la masa de todos estos átomos de helio? La respuesta es de unos 8 gramos. Si 1 átomo de helio tiene una masa de aproximadamente 4 amu, entonces 1 mol de átomos de helio tendrá una masa de 4 gramos. Nos preguntaron sobre 2 moles, así que tendríamos que duplicar este valor, ¡obteniendo 8 gramos!
Resumen de la lección
A continuación, se ofrecen algunos consejos útiles para resolver este tipo de problemas. Primero, estima. ¿Vas a tener un número muy grande? ¿Quizás uno muy pequeño? Además, recuerde siempre que un lunar es un número ordinario, así como una docena es 12, un lunar es 6,02 x 10 23 . Sí, es un número grande, pero siempre será el mismo número ya sea que se trate de pelotas de baloncesto, billetes de un dólar o átomos. A continuación, no le tema a la tabla periódica; Es muy útil, especialmente la masa atómica, porque no solo te da la masa (en uma) de 1 átomo de ese elemento, sino que también te da la masa (en gramos) de un mol completo de átomos de ese elemento. ! ¡Finalmente, celebre el Día del Mole! Comienza a las 6:02 de la mañana todos los años el 23 de octubre (o 10/23).
Los resultados del aprendizaje
Después de ver esta lección, debería poder:
- Recuerda el número de Avogadro o el lunar
- Usa moles para contar una gran cantidad de átomos
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