Magnitudes y unidades químicas
La química cuantitativa descansa sobre un puñado de magnitudes y unidades del Sistema Internacional (SI), articuladas alrededor del mol y del número de Avogadro. Sin estas unidades, no hay estequiometría ni cálculos de reacción.
Las 7 unidades base del SI relevantes en química
| Magnitud | Unidad | Símbolo |
|---|---|---|
| Masa | kilogramo | kg |
| Longitud | metro | m |
| Tiempo | segundo | s |
| Temperatura | kelvin | K |
| Cantidad de sustancia | mol | mol |
| Corriente eléctrica | ampere | A |
| Intensidad luminosa | candela | cd |
El mol y el número de Avogadro
- Mol: cantidad de sustancia que contiene un número fijo de entidades elementales (átomos, moléculas, iones, electrones).
- Número de Avogadro (constante): N_A = 6,022 140 76 × 10²³ mol⁻¹ (valor exacto desde la redefinición del SI de 2019).
- El mol permite conectar el mundo macroscópico (gramos, litros) con el microscópico (partículas individuales).
Ejemplo: 1 mol de agua (H₂O) = 18 g ≈ 18 mL ≈ 6.022 × 10²³ moléculas.
Masa atómica y masa molecular
- Masa atómica relativa (Ar): masa de un átomo en uma (unidades de masa atómica), referida a 1/12 de la masa del ¹²C.
- Masa molecular relativa (Mr): suma de las masas atómicas de la fórmula.
- Masa molar (M): masa de 1 mol en gramos. Numéricamente igual a Mr pero con unidades g/mol.
Ejemplo:
- Ar(O) = 16 → M(O) = 16 g/mol.
- Mr(H₂O) = 2(1) + 16 = 18 → M(H₂O) = 18 g/mol.
Concentración
| Tipo | Definición | Unidad |
|---|---|---|
| Molaridad (c o M) | mol soluto / L disolución | mol/L = M |
| Molalidad (m) | mol soluto / kg disolvente | mol/kg |
| Fracción molar (x) | mol_i / mol_total | adimensional |
| % en masa | (masa soluto / masa disolución) × 100 | % |
| Partes por millón (ppm) | mg soluto / kg disolución | mg/kg ≈ μg/g |
| Normalidad (N) | equivalentes / L | eq/L (en desuso formal) |
Relaciones estequiométricas básicas
- n = m / M — moles desde masa.
- c = n / V — molaridad desde moles y volumen.
- PV = nRT — gases ideales: 1 mol de gas ocupa 22,4 L a CNTP (0 °C, 1 atm).
- R = 8,314 J·K⁻¹·mol⁻¹ = 0,082 L·atm·K⁻¹·mol⁻¹.
Otras constantes clave
| Constante | Símbolo | Valor |
|---|---|---|
| Carga elemental | e | 1,602 × 10⁻¹⁹ C |
| Constante de Faraday | F | 96 485 C/mol |
| Constante de Boltzmann | kB | 1,381 × 10⁻²³ J/K |
| Planck | h | 6,626 × 10⁻³⁴ J·s |
Ejemplo integrador
¿Cuántas moléculas hay en 5 g de NaCl?
- M(NaCl) = 23 + 35,5 = 58,5 g/mol.
- n = 5 / 58,5 = 0,0855 mol.
- moléculas = n × N_A = 0,0855 × 6,022 × 10²³ ≈ 5,15 × 10²² unidades formula.