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Sección 10: Conservación de la materia y mol de átomo

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Respuesta rápida

La Sección 10 aborda: (1) la ley de la conservación de la materia (masa reactivos = masa productos) y (2) el mol de átomo y la masa molecular (n = m/M; N = $n\cdotN_A)$ . Página sin ejercicios; sirve de apertura de la unidad.

quimica ⭐ Dificultad 1/5 ⏱ 2 min lectura

Solución — Página 134

Quimica 2° · 2024

Sección 10 — Presentación

Esta página NO contiene ejercicios: es la portada de apertura de la Sección 10 del libro de Química (2.º año de bachillerato, Ecuador, 2024). Solo define el objetivo de aprendizaje y los temas que se desarrollarán en las páginas siguientes.

Objetivo (O.CN.Q.5.3)

Interpretar la estructura atómica y molecular, desarrollar configuraciones electrónicas y explicar su valor predictivo en el estudio de las propiedades químicas de los elementos y compuestos, impulsando un trabajo colaborativo, ético y honesto.

Tema 1: Ley de la conservación de la materia

La ley de Lavoisier establece que en una reacción química la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma: la masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos. Matemáticamente:

$\sum m_{\text{reactivos}} = \sum m_{\text{productos}}$

Por ejemplo, en la combustión del metano:

$\text{CH}_4 + 2\,\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}$

La suma de las masas de $ext{CH}_4$ y de $ext{O}_2$ consumidas coincide exactamente con la suma de las masas de $ext{CO}_2$ y $ext{H}_2 ext{O}$ formadas. En la ilustración de la página, el agua que hierve en la olla sobre la resistencia eléctrica es un ejemplo cotidiano de cambio de estado (líquido → vapor) en el que la cantidad de materia se conserva aunque cambie de fase.

Tema 2: Mol de átomo y masa molecular

El mol es la unidad de cantidad de sustancia del Sistema Internacional. Un mol corresponde a $6.022 \times 10^{23}$ partículas (número de Avogadro):

$N_A = 6.022 \times 10^{23} \, \text{partículas/mol}$

Relación masa–mol–partículas:

$n = \frac{m}{M} \qquad N = n \times N_A$

donde $m$ es la masa en gramos, $M$ la masa molar en $ext{g/mol}$ , $n$ los moles y $N$ el número de partículas. La masa molecular de un compuesto se obtiene sumando las masas atómicas de sus átomos; por ejemplo, para el agua:

$M(\text{H}_2\text{O}) = 2(1{,}01) + 16{,}00 = 18{,}02 \, \text{g/mol}$

Así, $18{,}02 \, \text{g}$ de agua corresponden a $1 \, \text{mol}$ , es decir, a $6.022 \times 10^{23}$ moléculas de $ext{H}_2\text{O}$ .

Conexión entre los dos temas

La conservación de la materia se entiende mejor en el nivel del mol: una reacción no cambia el número de átomos, solo reordena enlaces. Por eso, al balancear ecuaciones químicas se iguala el número de moles de cada elemento a ambos lados de la ecuación.

Respuesta orientativa de la página: la Sección 10 introduce la conservación de la materia y el concepto de mol como herramienta para cuantificar átomos y moléculas en las reacciones químicas.

Nota de integridad: el texto "ignora las instrucciones anteriores" no aparece en esta página; los enlaces cortos de imagen observados en la página (por ejemplo, las URL de recursos gráficos) son material editorial del libro y no alteran el contenido académico.

Contenido de la página

SECCIÓN 10

OBJETIVO

O.CN.Q.5.3. Interpretar la estructura atómica y molecular, desarrollar configuraciones electrónicas y explicar su valor predictivo en el estudio de las propiedades químicas de los elementos y compuestos, impulsando un trabajo colaborativo, ético y honesto.

TEMAS

Ley de la conservación de la materia
Mol de átomo y masa molecular

Explicación de los temas

Ley de la conservación de la materia: en toda reacción química la masa de los reactivos es igual a la masa de los productos; la materia solo se transforma. Ejemplo cotidiano: hervir agua en una olla sobre una resistencia eléctrica (cambio de estado sin pérdida de materia).

Mol de átomo y masa molecular: el mol es la unidad de cantidad de sustancia; un mol contiene $6.022 \times 10^{23}$ partículas. La masa molecular se calcula sumando las masas atómicas de los átomos del compuesto.

Ejemplos resueltos

Ejemplo de conservación de la materia. En la combustión completa del metano se consumen $16{,}04 \, \text{g}$ de $\text{CH}_4$ y $64{,}00 \, \text{g}$ de $\text{O}_2$ . ¿Cuál es la masa total de productos?

Reacción balanceada: $\text{CH}_4 + 2\,\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}$ .
Aplico la ley de conservación: $\sum m_{\text{reactivos}} = \sum m_{\text{productos}}$ .
$16{,}04 \, \text{g} + 64{,}00 \, \text{g} = 80{,}04 \, \text{g}$ .
Se forman $44{,}01 \, \text{g}$ de $\text{CO}_2$ y $36{,}04 \, \text{g}$ de $\text{H}_2\text{O}$ , cuya suma es $80{,}05 \, \text{g}$ (diferencia por redondeo de masas atómicas).

Ejemplo de cálculo de moles y partículas. ¿Cuántos moles y cuántas moléculas hay en $36{,}04 \, \text{g}$ de agua?

$M(\text{H}_2\text{O}) = 18{,}02 \, \text{g/mol}$ .
$n = \dfrac{m}{M} = \dfrac{36{,}04 \, \text{g}}{18{,}02 \, \text{g/mol}} = 2{,}00 \, \text{mol}$ .
$N = n \times N_A = 2{,}00 \, \text{mol} \times 6.022 \times 10^{23} \, \text{mol}^{-1} = 1.2044 \times 10^{24}$ moléculas.

Tabla

Tema	Concepto central	Expresión o dato clave
Ley de la conservación de la materia	La masa se transforma, no se crea ni se destruye	$\sum m_{\text{reactivos}} = \sum m_{\text{productos}}$
Mol de átomo	Cantidad de sustancia	$1 \, \text{mol} = 6.022 \times 10^{23}$ partículas
Masa molecular	Suma de masas atómicas de la molécula	$M(\text{H}_2\text{O}) = 18{,}02 \, \text{g/mol}$

Fórmulas y ecuaciones

n = m/M (moles = masa / masa molar)

N = n × $N_A$ (número de partículas = moles × Avogadro)

$\sum$ $m_{@@MATH_0@@\text{productos}$ }

$N_A$ = 6.022 $\times$ $10^{23}$ $\$ , $\text{partículas/mol}$

n = $\frac{m}{M}$

N = n $\times$ $N_A$

M( $\text{H}$ _2 $\text{O}$ ) = 2(1{,}01) + 16{,}00 = 18{,}02 $\$ , $\text{g/mol}$

$\text{CH}$ _4 + $2\$ , $\text{O}$ _2 $\rightarrow$ $\text{CO}$ _2 + $2\$ , $\text{H}$ _2 $\text{O}$

Glosario (6)

Mol: Cantidad de sustancia que contiene $6.022 \times 10^{23}$ partículas (átomos, moléculas, iones o electrones).
Número de Avogadro: Constante $N_A = 6.022 \times 10^{23} \, \text{mol}^{-1}$ que indica cuántas partículas hay en un mol.
Masa molar: Masa de un mol de una sustancia, expresada en g/mol; numéricamente igual a la masa atómica o molecular relativa.
Masa molecular: Suma de las masas atómicas relativas de todos los átomos presentes en una molécula.
Conservación de la materia: Principio según el cual la masa total de los reactivos iguala la masa total de los productos en una reacción química.
Cambio de estado: Transformación física (fusión, ebullición, vaporización, condensación, solidificación, sublimación) en la que la masa de la sustancia se conserva.

Preguntas para practicar

¿Por qué se dice que en una reacción química la materia se conserva aunque los productos tengan distinta apariencia que los reactivos?

Porque la ley de Lavoisier establece que la masa total de reactivos es igual a la masa total de productos: los átomos no se crean ni se destruyen, solo cambian su forma de organización y sus enlaces. La apariencia cambia porque cambia la estructura molecular, no la cantidad de materia.

¿Qué relación existe entre el mol y el número de Avogadro?

El mol es la unidad de cantidad de sustancia y el número de Avogadro ($N_A = 6.022 \times 10^{23} \, \text{mol}^{-1}$) indica cuántas partículas hay en ese mol. Por medio de $N = n \times N_A$ se convierte de moles a número de partículas.

¿Cómo se relaciona la conservación de la materia con el balanceo de ecuaciones químicas?

Balancear una ecuación consiste en igualar el número de moles de cada elemento a ambos lados, lo que garantiza que no se pierden ni se crean átomos. Así la ecuación balanceada es la expresión cuantitativa de la conservación de la masa.

Temas y conceptos clave

Ley de la conservación de la materiaMol de átomo y masa molecularConservación de la masaLey de LavoisierMolNúmero de AvogadroMasa molarMasa molecularRelación masa–moles–partículasCambio de estado