Los átomos y las moléculas son demasiado pequeños para contarlos uno a uno, así que la química toma 6,022 × 10²³ de ellos como un solo lote y lo llama un mol (mol).
Con el mol, el número invisible de partículas, la masa que marca una balanza y el volumen de un gas quedan unidos por un mismo número, y los coeficientes de una ecuación química se leen directamente como proporciones en moles.
Si a la masa atómica o molecular se le añade g, se obtiene la masa de 1 mol; a 0 °C y 1 atm, 1 mol de cualquier gas ocupa 22,4 L.
Los diagramas lo reparten en tres: los moles como lotes de puntos, la masa distinta de 1 mol de cada elemento como barras y las conversiones entre las tres magnitudes como un triángulo.
¿Por qué un lote llamado mol?
Una ecuación química indica cuántas partículas se encuentran, pero lo único que se puede tener en la mano en el laboratorio son los gramos que marca la balanza. Sin un puente entre ambas cosas, se puede conocer 2H₂ + O₂ → 2H₂O y aun así no saber cuántos gramos de hidrógeno poner. Como los átomos no se pueden contar uno a uno, el mol fija primero el tamaño del lote con el número de Avogadro N_A y después anota cuántos gramos pesa un lote de cada elemento. Con los mismos moles, elementos distintos tienen el mismo número de partículas y solo difieren en la masa, según la masa molar M. Por eso el mol es una unidad para contar y no otro nombre de la masa: 18 g de agua son 1 mol porque N_A moléculas de agua tienen una masa de 18 g.
💡 Como una docena de lápices o una resma de papel
①Igual que 12 lápices forman 1 docena
②y 500 hojas de papel forman 1 resma
③6,022 × 10²³ átomos o moléculas forman 1 mol
④El lote es tan grande porque los átomos son muy pequeños: hacen falta tantos para llegar a gramos en una balanza
⑤1 mol de agua son 18 g, unos 18 mL, algo más que una cucharada sopera
El número de Avogadro y el mol
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Un lote de 40 puntos = 1 mol: número de partículas según la cantidad
En el primer diagrama, cada caja de trazos con 40 puntos representa 1 mol. Al subir la cantidad de 0,5 mol a 3,0 mol con el deslizador, las cajas se llenan una a una y la línea superior da el número real de partículas, la cantidad multiplicada por N_A. En el segundo diagrama, la bandeja de la izquierda tiene siempre el mismo número de átomos, sea cual sea el elemento elegido, mientras que las barras de la derecha ponen lado a lado lo distinto que pesa ese mismo número: 1 g para el H, 12 g para el C, 16 g para el O y 56 g para el Fe. El tercer diagrama coloca el mol en el vértice superior y la masa y el número de partículas en los dos vértices inferiores, con × M y × N_A en las flechas que salen del mol y ÷ M y ÷ N_A en las que vuelven a él.
1 mol
Moles y número de partículas
n = NNA
n: cantidad (mol), N: número de partículas, NA = 6,022 × 10²³ /mol
🔍 ¿Qué tamaño tiene N_A?
①Contando 100 millones por segundo sin parar, se tardaría unos 190 millones de años en contar 1 mol
②Aunque los 8000 millones de personas de la Tierra contaran a la vez una por segundo cada una, se tardaría unos 2,4 millones de años
③Tratar esa cantidad enorme como una sola unidad, 1 mol, simplifica los cálculos
④La proporción de coeficientes en una ecuación química es una proporción de partículas y también de moles
Masa molar: el vínculo con la masa atómica
Un error habitual es creer que la masa atómica con una g añadida es la masa de la muestra que se tiene. Ese número solo es la masa de 1 mol, así que para saber cuántos moles son 36 g de agua hay que dividir entre 18 g/mol. Con el volumen de un gas pasa lo mismo: 22,4 L corresponden a 1 mol solo a 0 °C y 1 atm, y a una temperatura ambiente de 25 °C ese mismo mol ocupa unos 24,5 L, de modo que la cifra no se puede trasladar si cambian las condiciones. Antes de calcular, conviene comprobar si el dato es un número de partículas, una masa o un volumen de gas, y dividir respectivamente entre N_A, M o 22,4 L para llegar a moles; así el camino queda claro.
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Masa de 1 mol de cada elemento con el mismo número (N_A) en la bandeja
C
Mol y masa
n = mM
m: masa (g), M: masa molar (g/mol)
Moles y volumen de gas
V = n × 22,4 L (0 °C, 1 atm)
A 0 °C y 1 atm, 1 mol de cualquier gas ocupa 22,4 L
💡 Reglas de la masa molar
①N_A átomos de carbono tienen una masa de 12 g, la masa atómica 12 con g añadida
②La masa atómica del oxígeno es 16, así que 1 mol de átomos de oxígeno son 16 g
③Para una molécula se suman las masas atómicas y se añade g: el agua (H₂O) es 1 × 2 + 16 = 18, así que 1 mol son 18 g
④1 mol de hierro (56 g) pesa 56 veces más que 1 mol de hidrógeno (1 g) no porque tenga más átomos, sino porque cada átomo pesa 56 veces más
Tres caminos que pasan por el mol
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El triángulo del mol: conversiones entre masa, número de partículas y volumen de gas
Partículas → moles
n = NNA
NA = 6,022×10²³
Masa → moles
n = mM
M: masa molar (g/mol)
Volumen de gas → moles (0 °C, 1 atm)
n = V22,4
V: volumen de gas a 0 °C y 1 atm (L)
Practícalo
Ejemplo 1
¿Cuántos moles hay en 36 g de agua (H₂O)? (Masas atómicas: H = 1, O = 16)
1
Primero calcula la masa molar del agua.
M(H₂O) = 2 × 1 + 16 = 18 g/mol
2
Divide la masa entre la masa molar.
n = 36 g ÷ 18 g/mol = 2 mol
▸ 2 mol
36 g es el doble de la masa de 1 mol de agua (18 g), así que son 2 mol. La masa molar tiene el mismo número que la masa molecular, con la unidad g/mol.
Ejemplo 2
A 0 °C y 1 atm, calcula el volumen y el número de moléculas de 2 mol de oxígeno (O₂).
1
A 0 °C y 1 atm, 1 mol de gas ocupa 22,4 L, así que se multiplica la cantidad por 22,4 L.
V = 2 × 22,4 L = 44,8 L
2
Para el número de moléculas, se multiplica la cantidad por NA.
N = 2 × 6,02 × 10²³ = 1,204 × 10²⁴
▸ volumen 44,8 L, 1,204 × 10²⁴ moléculas
Conocida la cantidad en moles, se pasa directamente a cualquier otro vértice del triángulo. El volumen y el número de moléculas salieron de los mismos 2 mol.
Resumen
Tipo de simulacro KICE 2023 Química I, adaptado
A 0 °C y 1 atm, ¿qué volumen ocupan 8,8 g de dióxido de carbono (CO₂)? (Masas atómicas: C = 12, O = 16)
①2,24 L
②4,48 L
③11,2 L
④22,4 L
⑤44,8 L
▸ ② 4,48 L
1
M(CO₂) = 12 + 2 × 16 = 44 g/mol, así que n = 8,8 ÷ 44 = 0,2 mol.
2
Se pasa dos veces: de masa a moles y de moles a volumen, multiplicando por 22,4 L.
V = 0,2 × 22,4 L = 4,48 L
🎯 Puntos clave
①Tres caminos hacia los moles: partículas ÷ N_A, masa ÷ M, volumen de gas ÷ 22,4 L
②N_A = 6,022 × 10²³ /mol
③La masa atómica (molecular) y la masa molar tienen el mismo número; solo cambia la unidad g/mol
④A 0 °C y 1 atm, 1 mol de gas son 22,4 L; en otras condiciones no se usa este valor
⑤Los cálculos con moles aparecen casi todos los años, así que primero comprueba cuál de las tres magnitudes te dan