En química , la masa molar ( M ) de un compuesto químico se define como la relación entre la masa y la cantidad de sustancia (medida en moles ) de cualquier muestra de dicho compuesto. [1] La masa molar es una propiedad global, no molecular, de una sustancia. La masa molar es un promedio de muchas instancias del compuesto, que a menudo varían en masa debido a la presencia de isótopos . Más comúnmente, la masa molar se calcula a partir de los pesos atómicos estándar y, por lo tanto, es un promedio terrestre y una función de la abundancia relativa de los isótopos de los átomos constituyentes en la Tierra. La masa molar es apropiada para convertir entre la masa de una sustancia y la cantidad de una sustancia para cantidades a granel.
La masa molecular y la masa fórmula se utilizan comúnmente como sinónimos de masa molar, particularmente para compuestos moleculares; sin embargo, las fuentes más autorizadas lo definen de manera diferente. La diferencia es que la masa molecular es la masa de una partícula o molécula específica, mientras que la masa molar es un promedio de muchas partículas o moléculas.
El peso fórmula es un sinónimo de masa molar que se utiliza frecuentemente para compuestos no moleculares, como las sales iónicas .
La masa molar es una propiedad intensiva de la sustancia, que no depende del tamaño de la muestra. En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad coherente de masa molar es kg / mol . Sin embargo, por razones históricas, las masas molares casi siempre se expresan en g /mol.
El mol se definió de tal manera que la masa molar de un compuesto, en g/mol, es numéricamente igual a la masa promedio de una molécula, en daltons . Era exactamente igual antes de la redefinición del mol en 2019 y ahora es solo aproximadamente igual, pero la diferencia es insignificante a todos los efectos prácticos. Así, por ejemplo, la masa promedio de una molécula de agua es de aproximadamente 18,0153 daltons y la masa molar del agua es de aproximadamente 18,0153 g/mol.
Para elementos químicos sin moléculas aisladas, como el carbono y los metales, la masa molar se calcula dividiendo por el número de moles de átomos. Así, por ejemplo, la masa molar del hierro es de aproximadamente 55,845 g/mol.
Desde 1971, SI definió la "cantidad de sustancia" como una dimensión separada de medición . Hasta 2019, el mol se definía como la cantidad de sustancia que tiene tantas partículas constituyentes como átomos hay en 12 gramos de carbono-12 . Durante ese período, la masa molar del carbono 12 era, por definición, exactamente 12 g/mol. Desde 2019, un mol de cualquier sustancia se ha redefinido en el SI como la cantidad de esa sustancia que contiene un número exactamente definido de partículas.6.022 140 76 × 10 23 . Por tanto, la masa molar de un compuesto en g/mol es igual a la masa de este número de moléculas del compuesto en gramos.
La masa molar de los átomos de un elemento viene dada por la masa atómica relativa del elemento multiplicada por la constante de masa molar , M u ≈ 1 × 10 −3 kg⋅mol −1 . [2] Para muestras normales de la Tierra con una composición isotópica típica, el peso atómico se puede aproximar mediante el peso atómico estándar [3] o el peso atómico convencional.
Multiplicar por la constante de masa molar garantiza que el cálculo sea dimensionalmente correcto: las masas atómicas relativas estándar son cantidades adimensionales (es decir, números puros), mientras que las masas molares tienen unidades (en este caso, gramos por mol).
Algunos elementos se encuentran normalmente en forma de moléculas , por ejemplo, hidrógeno ( H 2 ), azufre ( S 8 ), cloro ( Cl 2 ). La masa molar de las moléculas de estos elementos es la masa molar de los átomos multiplicada por el número de átomos en cada molécula:
La masa molar de un compuesto viene dada por la suma de la masa atómica relativa Ar de los átomos que forman el compuesto multiplicada por la constante de masa molar :
Aquí, Mr es la masa molar relativa, también llamada peso fórmula . Para muestras normales de la Tierra con una composición isotópica típica, se puede utilizar el peso atómico estándar o el peso atómico convencional como una aproximación de la masa atómica relativa de la muestra. Ejemplos son:
Se puede definir una masa molar promedio para mezclas de compuestos. [1] Esto es particularmente importante en la ciencia de los polímeros , donde generalmente existe una distribución de masa molar de polímeros no uniforme, de modo que diferentes moléculas de polímero contienen diferentes números de unidades monoméricas . [4] [5]
La masa molar promedio de mezclas se puede calcular a partir de las fracciones molares x i de los componentes y sus masas molares M i :
También se puede calcular a partir de las fracciones de masa w i de los componentes:
Por ejemplo, la masa molar promedio del aire seco es 28,97 g/mol. [6]
La masa molar está estrechamente relacionada con la masa molar relativa ( Mr ) de un compuesto, con el término más antiguo peso fórmula (FW) y con las masas atómicas estándar de sus elementos constituyentes. Sin embargo, debe distinguirse de la masa molecular (que a veces también se conoce confusamente como peso molecular), que es la masa de una molécula (de cualquier composición isotópica única ) y no está directamente relacionada con la masa atómica , la masa de un Átomo (de cualquier isótopo ). El dalton , de símbolo Da, también se utiliza en ocasiones como unidad de masa molar, especialmente en bioquímica , con la definición 1 Da = 1 g/mol, a pesar de que es estrictamente una unidad de masa (1 Da = 1 u =1.660 539 066 60 (50) × 10 −27 kg , según los valores recomendados por CODATA de 2018).
La masa atómica en gramos es otro término para la masa, en gramos, de un mol de átomos de ese elemento. "Átomo de gramo" es un término antiguo para un mol.
El peso molecular (MW) es un término antiguo para lo que ahora se llama más correctamente masa molar relativa ( M r ). [7] Esta es una cantidad adimensional (es decir, un número puro, sin unidades) igual a la masa molar dividida por la constante de masa molar . [8]
La masa molecular ( m ) es la masa de una molécula determinada: normalmente se mide en daltons (Da o u). [9] Diferentes moléculas del mismo compuesto pueden tener diferentes masas moleculares porque contienen diferentes isótopos de un elemento. Esto es distinto pero está relacionado con la masa molar, que es una medida de la masa molecular promedio de todas las moléculas en una muestra y suele ser la medida más apropiada cuando se trata de cantidades macroscópicas (pesables) de una sustancia.
Las masas moleculares se calculan a partir de las masas atómicas de cada nucleido , mientras que las masas molares se calculan a partir de los pesos atómicos estándar [10] de cada elemento . El peso atómico estándar tiene en cuenta la distribución isotópica del elemento en una muestra determinada (normalmente se supone que es "normal"). Por ejemplo, el agua tiene una masa molar de18,0153(3) g/mol , pero las moléculas de agua individuales tienen masas moleculares que oscilan entre18.010 564 6863 (15) Da ( 1 H 2 16 O ) y22,027 7364 ( 9 ) Da ( 2H218O ) .
La distinción entre masa molar y masa molecular es importante porque las masas moleculares relativas se pueden medir directamente mediante espectrometría de masas , a menudo con una precisión de unas pocas partes por millón . Esto es lo suficientemente preciso como para determinar directamente la fórmula química de una molécula. [11]
El término peso fórmula tiene un significado específico cuando se usa en el contexto de la síntesis de ADN: mientras que una nucleobase de fosforamidita individual que se agrega a un polímero de ADN tiene grupos protectores y su peso molecular se cita incluyendo estos grupos, la cantidad de peso molecular que finalmente se añadido por esta nucleobase a un polímero de ADN se denomina peso fórmula de la nucleobase (es decir, el peso molecular de esta nucleobase dentro del polímero de ADN, menos los grupos protectores). [ cita necesaria ]
La precisión con la que se conoce una masa molar depende de la precisión de las masas atómicas a partir de las cuales se calculó y del valor de la constante de masa molar . La mayoría de las masas atómicas se conocen con una precisión de al menos una parte entre diez mil, a menudo mucho mejor [3] (la masa atómica del litio es una excepción notable y grave [12] ). Esto es adecuado para casi todos los usos normales en química: es más preciso que la mayoría de los análisis químicos y supera la pureza de la mayoría de los reactivos de laboratorio.
La precisión de las masas atómicas y, por tanto, de las masas molares, está limitada por el conocimiento de la distribución isotópica del elemento. Si se requiere un valor más preciso de la masa molar, es necesario determinar la distribución isotópica de la muestra en cuestión, que puede ser diferente de la distribución estándar utilizada para calcular la masa atómica estándar. Las distribuciones isotópicas de los diferentes elementos de una muestra no son necesariamente independientes entre sí: por ejemplo, una muestra que ha sido destilada se enriquecerá con los isótopos más ligeros de todos los elementos presentes. Esto complica el cálculo de la incertidumbre estándar en la masa molar.
Una convención útil para el trabajo normal de laboratorio es indicar las masas molares con dos decimales para todos los cálculos. Esto es más preciso de lo que normalmente se requiere, pero evita errores de redondeo durante los cálculos. Cuando la masa molar es superior a 1000 g/mol, rara vez es apropiado utilizar más de un decimal. Estas convenciones se siguen en la mayoría de los valores tabulados de masas molares. [13] [14]
Las masas molares casi nunca se miden directamente. Pueden calcularse a partir de masas atómicas estándar y, a menudo, figuran en catálogos de productos químicos y en hojas de datos de seguridad (SDS). Las masas molares suelen variar entre:
Si bien en la práctica las masas molares casi siempre se calculan a partir de pesos atómicos, en ciertos casos también se pueden medir. Estas mediciones son mucho menos precisas que las modernas mediciones espectrométricas de masas de pesos atómicos y masas moleculares, y son de interés principalmente histórico. Todos los procedimientos se basan en propiedades coligativas y se debe tener en cuenta cualquier disociación del compuesto.
La medición de la masa molar por la densidad del vapor se basa en el principio, enunciado por primera vez por Amedeo Avogadro , de que volúmenes iguales de gases en condiciones idénticas contienen el mismo número de partículas. Este principio está incluido en la ecuación del gas ideal :
donde n es la cantidad de sustancia . La densidad de vapor ( ρ ) está dada por
La combinación de estas dos ecuaciones da una expresión para la masa molar en términos de densidad de vapor para condiciones de presión y temperatura conocidas :
El punto de congelación de una solución es menor que el del disolvente puro , y la depresión del punto de congelación ( Δ T ) es directamente proporcional a la cantidad de concentración de las soluciones diluidas. Cuando la composición se expresa como molalidad , la constante de proporcionalidad se conoce como constante crioscópica ( Kf ) y es característica de cada disolvente. Si w representa la fracción de masa del soluto en solución, y suponiendo que no haya disociación del soluto, la masa molar viene dada por
El punto de ebullición de una solución de un soluto involátil es mayor que el del disolvente puro , y la elevación del punto de ebullición ( Δ T ) es directamente proporcional a la cantidad de concentración de las soluciones diluidas. Cuando la composición se expresa como molalidad , la constante de proporcionalidad se conoce como constante ebullioscópica ( K b ) y es característica de cada disolvente. Si w representa la fracción de masa del soluto en solución, y suponiendo que no haya disociación del soluto, la masa molar viene dada por
![{\displaystyle {\begin{array}{ll}M({\ce {NaCl}})&={\bigl [}22.98976928(2)+35.453(2){\bigr ]}\times 1{\text{ g/mol}}\\&=58.443(2){\text{ g/mol}}\\[4pt]M({\ce {C12H22O11}})&={\bigl [}12\times 12.0107(8 )+22\times 1,00794(7)+11\times 15,9994(3){\bigr ]}\times 1{\text{ g/mol}}\\&=342,297(14){\text{ g/mol} }\end{matriz}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/39cb9ce805e77e7e7fe54b58cc23d3f34dad22c2)
