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Composiciones porcentuales y fórmulas químicas

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Composiciones porcentuales y fórmulas químicas

Una ley fundamental de la química afirma que en todo compuesto químico que esté formado por dos o más elementos diferentes, éstos se encuentran presentes en dicho compuesto en una cantidad o composición porcentual determinada. Lo que quiere decir, por ejemplo, que el hidróxido de aluminio Al(OH)3 que se obtenga en España tendrá el mismo porcentaje de aluminio, de oxígeno y de hidrógeno que el que se pueda obtener en cualquier otra parte del mundo.

La composición porcentual a través de la fórmula química

Conocida la fórmula de un compuesto químico, es posible saber el porcentaje de masa con el que cada elemento que forma dicho compuesto está presente en el mismo.

Ejemplo:

Una molécula de dióxido de azufre, SO2, contiene un átomo de azufre y dos de oxígeno. Calcular la composición en tanto por ciento de dicha molécula.

  • Datos: la masa atómica del azufre es 32,1 y la del oxígeno, 16,0 u.

    El problema puede resolverse por dos vías:

    • Utilizando unidades de masa atómica:

      Masa molecular del SO2 = (32,1) + (2 · 16) = 64,1 u.

      Porcentaje de azufre en el compuesto:

      Porcentaje de oxígeno en el compuesto:

    • Utilizando gramos:

      1 mol de moléculas de SO2 (64,1 g) contiene 1 mol de átomos de azufre (32,1 g) y 2 moles de átomos de oxígeno (16,0 g).

      Porcentaje de azufre en el compuesto:

      Si en 64,1 g de SO2 hay ® 32,1 g de azufre, en 100 g habrá ® x, luego

      Porcentaje de oxígeno en el compuesto:

      Si en 64,1 g de SO2 hay ® 32,0 g de oxígeno, en 100 g habrá ® x, luego

La fórmula química de un compuesto a través de su composición porcentual

Conocida la composición porcentual de un compuesto o su composición elemental en gramos, se puede determinar su fórmula más simple mediante cálculos elementales.

La fórmula más simple o fórmula empírica de un compuesto es la menor relación entre el número de átomos presentes en una molécula de ese compuesto.

A través de la composición porcentual de un compuesto, puede conocerse su fórmula empírica.

Ejemplo:

El análisis de una muestra de un compuesto puro revela que contiene un 27,3% de carbono y un 72,7% de oxígeno en masa. Determinar la fórmula empírica de ese compuesto.

  • Para resolver el problema consideramos 100 g del compuesto. Dada la composición porcentual del mismo, de esos 100 g corresponden 27,3 al carbono y 72,7 al oxígeno. Con ello, se puede calcular el número de moles de átomos de cada elemento:
  • Dividiendo los dos números obtenidos se llega a una relación empírica entera entre ambos, a partir de la cual se tiene la relación de átomos en la fórmula empírica:
  • La fórmula empírica corresponde al CO2, dióxido de carbono.

El volumen molar

En los cálculos con gases es conveniente adoptar una unidad universal de volumen: el volumen molar. Se denomina así al volumen de cualquier gas, medido en condiciones normales de presión y temperatura (1 atmósfera y0 ºC). Este volumen molar tiene un valor de 22,4 l.

Volumen molar
Gas Masa Volumen en c.n. Número de partículas
1 mol de helio 4 g 22,4 l 6,023 × 1023 átomos
1 mol de hidrógeno 2 g 22,4 l 6,023 × 1023 moléculas
1 mol de butano 58 g 22,4 l 6,023 × 1023 moléculas

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