Amigos de la Cultura: Física - Magnitudes físicas

La constante de masa molar (M_u) es una constante física que relaciona el peso atómico y la masa molar. Su valor está definido como 1 g/mol en unidades SI.¹

La constante de masa molar es importante en la correcta escritura dimensional de ecuaciones.² Si bien es común ver frases como La masa molar de un elemento es el peso atómico medido en gramos por mol, el peso atómico es una cantidad física adimensional por lo que no tiene una unidad de medida. Formalmente la operación correcta es la multiplicación del peso atómico por una constante que tiene el valor de 1 g/mol, llamada constante de masa molar.

M_u es inusual entre las constantes físicas, aunque no es la única, por ser definida con un valor exacto en vez de ser medida experimentalmente. Está determinada por las definiciones de mol y peso atómico. Según sus sendas definiciones, la masa molar del carbono-12 es exactamente 12 g/mol y su peso atómico es exactamente 12.³⁴ La constante de la masa molar está dada por su división:

M_{\rm {u}}={\cfrac {M({}^{12}{\rm {C}})}{A_{\rm {r}}({}^{12}{\rm {C}})}}={1\ {\rm {g/mol}}}

La velocidad de la luz, la constante eléctrica y la constante magnética son otros ejemplos de constante físicas cuyos valores son establecidos por las definiciones del Sistema Internacional de Medidas (SI)¹ en estos casos mediante las definiciones de metro⁵ y amperio.⁶

La constante de masa molar también está relacionada con la masa del carbono-12 en gramos:

m({}^{12}{\rm {C}})={\frac {12M_{\rm {u}}}{N_{\rm {A}}}}

Debido a la incertidumbre en el valor de la masa de un átomo de carbono-12, las unidades del SI están gobernadas por la incertidumbre de la constante de Avogadro: el valor CODATA 2006 recomendado es 1.992 646 54(10)×10⁻²⁶ kg (u_r = 5×10⁻⁸).

El valor relativamente simple de M_u en unidades SI es también una consecuencia de la manera en la cual estas son definidas. Es posible indicar el valor de la constante de la masa molar en otras unidades: por ejemplo, es igual a (1/453,592 37) lb/mol ≈ 2,204 623 262 × 10⁻³ lb/mol.⁷

Redefinición propuesta[editar]

De acuerdo a lo propuesto en la redefinición de las unidades del SI, el mol tendría una nueva definición al otorgársele a la constante de Avogrado un valor numérico exacto, y suponiendo que la definición de dalton (la doceava parte de la masa de un átomo de carbono-12, no enlazado y en su estado basal eléctrico y nuclear) no cambie, la constante de masa molar, aunque aún con una gran precisión continuará siendo aproximadamente igual a 1 g/mol, no será más exactamente igual a ello.

Método1
Calcular la masa molar de un elemento

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Comprende qué es la masa molar. La masa molar es la masa (en gramos) de un mol de una sustancia.^[2] Utilizando la masa atómica de un elemento y multiplicándola por el factor de conversión de gramos por mol (g/mol), puedes calcular la masa molar de ese elemento.
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Averigua la masa atómica relativa del elemento. La masa atómica relativa de un elemento es la masa promedio, en unidades atómicas, de una muestra de todos sus isótopos.^[3] Puedes consultar esta información en una tabla periódica de elementos. Ubica el elemento y busca el número que aparece debajo del símbolo de ese elemento. No es un número entero, tendrá valores decimales.
- Por ejemplo, la masa atómica relativa del hidrógeno es de 1,007; la del carbono es de 12,0107; la del oxígeno es de 15,9994; y la del cloro es de 35,453.
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Multiplica la masa atómica relativa por la constante de masa molar. Esta constante se define como 0,001 kg por mol o 1 gramo por mol. Al multiplicar por esta constante, las unidades atómicas se convierten a gramos por mol. Por lo tanto, la masa molar del hidrógeno es de 1,007 gramos por mol; la del carbono es de 12,0107 gramos por mol; la del oxígeno es de 15,9994 gramos por mol; y la del cloro es de 35,453 gramos por mol.
- Algunos elementos solo se encuentran en moléculas de 2 o más átomos. Esto quiere decir que si quieres encontrar la masa molar de elementos que están compuestos de 2 átomos, como por ejemplo el hidrógeno, el oxígeno o el cloro, tendrás que encontrar sus masas atómicas relativas, multiplicarlas por la constante de masa molar y luego multiplicar el resultado por 2.
- Para el H₂: 1,007 x 2 = 2,014 gramos por mol; para el O₂: 15,9994 x 2 = 31,9988 gramos por mol; y para Cl₂: 35,453 x 2 = 70,096 gramos por mol.

Método2
Calcular la masa molar de un compuesto

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Encuentra la fórmula química del compuesto. La fórmula expresa la cantidad de átomos de cada elemento que forma el compuesto (puedes encontrar esta información en cualquier libro de referencia de química). Por ejemplo, la fórmula del cloruro de hidrógeno (ácido clorhídrico) es HCl; la de la glucosa es C₆H₁₂O₆. Usando esta fórmula, puedes identificar la cantidad de átomos de cada elemento que forma el compuesto.
- En el compuesto HCl, hay un átomo de hidrógeno y un átomo de cloro.
- En el compuesto C₆H₁₂O₆, hay 6 átomos de carbono, 12 átomos de hidrógeno y 6 átomos de oxígeno.
2
Encuentra la masa atómica relativa de cada elemento del compuesto. Utilizando la tabla periódica, busca la masa atómica relativa de cada elemento. Es el número que aparece debajo del símbolo del elemento. Tal como lo hiciste en el primer método para calcular la masa molar de un elemento, ahora también debes multiplicar las masas por 1 gramo/mol.
- Las masas atómicas relativas de los elementos del ácido clorhídrico son: hidrógeno, 1,007 g/mol y cloro, 35,453 g/mol.
- Las masas atómicas relativas de los elementos de la glucosa son: carbono, 12,0107 g/mol; hidrógeno, 1,007 g/mol; y oxígeno, 15,9994 g/mol.
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Calcula la masa molar de cada elemento del compuesto. Multiplica la masa atómica del elemento por la cantidad de átomos de ese elemento en el compuesto. Ahora obtendrás como resultado la cantidad en la que cada elemento contribuye en la masa total del compuesto.^[4]
- En el ácido clorhídrico, HCl la masa molar de cada elemento es de 1,007 gramos por mol para el hidrógeno y de 35,453 gramos por mol para el cloro.
- En la glucosa, C₆H₁₂O₆, la masa molar de cada elemento es: carbono, 12,0107 x 6 = 72.0642 g/mol; hidrógeno, 1,007 x 12 = 12,084 g/mol; y oxígeno, 15,9994 x 6 = 95,9964 g/mol.
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Suma las masas molares de cada elemento del compuesto. Así obtendrás la masa molar de todo el compuesto. Toma los resultados que obtuviste en el paso anterior y súmalos para calcular la masa molar del compuesto.
- En el caso del ácido clorhídrico, la masa molar es de 1,007 + 35,453 = 36,460 g/mol. La masa de un mol de cloruro de hidrógeno es de 36,46 gramos.
- En el caso de la glucosa, la masa molar es de 72,0642 + 12,084 + 95,9964 = 180,1446 g/mol. La masa de un mol de glucosa es de 180,1446 gramos.