Relaciones atómicas en compuestos
Recetas Químicas
¿Sabías que las recetas de pan u otros productos horneados son recetas para reacciones químicas? ¡Cualquier cambio en los ingredientes o la proporción de ingredientes hará que su receta para que una barra de pan salga como un ladrillo de masa! Hornear es química y tiene sentido que las proporciones sean importantes en las fórmulas químicas de los compuestos. Profundicemos en las proporciones químicas y veamos cómo podemos usarlas en los cálculos químicos.
Relaciones elementales
Suena como el título de un programa de juegos de ciencia, pero es un concepto realmente importante en química. Una razón es una forma de comparar cantidades de cosas. Una cabeza humana promedio tiene 2 ojos, 1 nariz, 1 boca y 2 orejas que forman la proporción 2: 1: 1: 2.
La cantidad de cada elemento en un compuesto químico también tiene proporciones fijas. Veamos un ejemplo que muestra cómo las proporciones de elementos hacen que los compuestos sean únicos.
El agua tiene la fórmula química H 2 La fórmula química del peróxido de hidrógeno es H 2 En el agua, la proporción de elementos es 2 moles de hidrógeno por 1 mol de oxígeno, o 2: 1. En el peróxido de hidrógeno, la relación hidrógeno-oxígeno es 1: 1. Un número menos marca una gran diferencia. El agua es esencial para la vida, mientras que el peróxido de hidrógeno se usa como blanqueador, ¡e incluso se ha usado como combustible para cohetes! Centrémonos ahora en algunos cálculos que involucran proporciones de átomos en un compuesto químico.
Usando ratios
Para continuar con nuestro ejemplo anterior con agua, determinemos cuántos gramos de hidrógeno hay en 1000 gramos de agua. Para lograr este objetivo, primero debemos determinar la masa de un mol de agua. El mol en términos de química es la unidad de una cantidad específica de algo. Una definición más técnica es que es la cantidad de cualquier cosa que tenga 6.02 x 10 23 partículas en él. Sin embargo, no es tan complicado como parece, porque la tabla periódica tiene listada la masa molar de cada elemento, que es lo que se representa en este diagrama que aparece aquí, donde las masas molares en gramos / mol están en rojo:
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Dado que el agua tiene 2 átomos de hidrógeno, necesitamos multiplicar su masa molar por 2, lo que nos da:
2 (1,01 g / mol) = 2,02 g / mol
En una molécula de agua hay solo 1 átomo de oxígeno. Multiplicando la masa molar de oxígeno y la cantidad de átomos de oxígeno en el agua obtenemos:
1 (16,00 g / mol) = 16,00 g / mol
Para obtener la masa total agregamos los valores que acabamos de calcular:
2,02 g / mol + 16,00 g / mol = 18,02 g / mol
Esto nos da la masa molar del agua: 18,02 g / mol.
El siguiente paso es hacer una proporción donde:
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Conectando los valores, obtenemos:
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Ahora cruzamos y multiplicamos para obtener:
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El siguiente paso es dividir ambos lados por 18.02 g / mol y cancelar donde podamos, como puedes ver aquí:
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Hacemos un trabajo de calculadora y tenemos nuestra respuesta:
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Ahora veamos fórmulas empíricas y moleculares.
Fórmulas empíricas y moleculares
Comencemos con una pregunta. ¿Qué es 50/100? Si respondió 1/2, ¡tiene razón! Te diste cuenta de que 50/100 es la misma proporción que 1/2. Redujiste la fracción original. Podemos hacer lo mismo con las fórmulas químicas. Una fórmula empírica es la versión reducida de una fórmula molecular. Una fórmula molecular contiene el número real de átomos de cada elemento en un compuesto.
Veamos nuevamente el peróxido de hidrógeno, H 2 O 2 . Hay 2 moles de hidrógeno y 2 moles de oxígeno, lo que nos da una proporción de 2: 2. Podemos reducir esta razón dividiendo ambos números por un factor de ambos. En este caso, ¡son 2! Esto nos da la relación 1: 1 y la fórmula empírica es HO.
Los compuestos orgánicos contienen diferentes proporciones de carbono, hidrógeno y oxígeno. El café es una bebida muy popular porque contiene cafeína, que actúa como estimulante. Esta es una de las razones por las que se consume comúnmente por la mañana. Su fórmula es C 8 H 10 N 4 O 2 . Podemos decir que esta es una fórmula molecular, porque las proporciones molares de los elementos no se han reducido. Reduzcamos los valores.
El factor común en esos subíndices es 2, por lo que dividimos todos los subíndices entre 2, lo que nos da C 4 No escribimos unos en subíndices, por lo que no hay un subíndice en el oxígeno. La proporción para ambas fórmulas es 4 carbonos: 5 hidrógenos: 2 nitrógenos: 1 oxígeno.
Resumen de la lección
Muy bien, tomemos un momento para revisar lo que hemos aprendido. Como aprendimos por primera vez, una razón es una forma de comparar cantidades de cosas y que, en química, cada compuesto contiene una cantidad específica de cada elemento, también conocido como mol . La cantidad de cada elemento en un compuesto se representa como un subíndice después del símbolo del elemento. Estos valores se pueden utilizar para calcular la masa molar de un compuesto multiplicando la cantidad de cada elemento por su masa molar de la tabla periódica y sumándolos.
Las fórmulas moleculares son las fórmulas reales de un compuesto que contiene el número real de átomos de cada elemento, mientras que una fórmula empírica es la versión reducida de la fórmula molecular. La proporción de átomos de cada elemento es la misma tanto en la fórmula empírica como en la molecular.
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