¿Qué es un mol de sustancia?

La cantidad de sustancia en química se mide en moles
La cantidad de sustancia en química se mide en moles
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La cantidad de sustancia, a veces también llamada cantidad química, se define como una unidad fundamental proporcional al número de entidades elementales presentes en una muestra de sustancia pura.

Dicha proporcionalidad entre cantidad de sustancia y entidades elementales se establece a través de una constante que puede ser arbitraria, pero una vez elegida esta constante, la proporcionalidad es igual para cualquier sustancia química y cualquier entidad elemental (átomos, moléculas, iones, electrones, etc).

En el Sistema Internacional (SI), esta unidad fundamental que mide la cantidad de sustancia es el mol y la constante que relaciona el mol con el número de entidades elementales es el número de Avogadro.

Definición de mol

Un mol de sustancia se define como la cantidad de sustancia que contiene exactamente 6.022140857(74)×1023 entidades elementales. Esta cantidad es el llamado número de Avogadro, de símbolo NA y generalmente redondeado a 6.022×1023.

Por entidades elementales se entiende átomos, moléculas, iones, electrones o cualquier otra partícula elemental que forme la sustancia en cuestión.

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Por ejemplo, si una sustancia está formada por moléculas, por ejemplo el agua, 1 mol de esa sustancia contendrá 6.022×1023 moléculas, pero si está formada por átomos, por ejemplo la mayoría de gases nobles son monoatómicos, entonces 1 mol 6.022×1023 átomos.

Relación con la masa

Anteriormente, un mol se definía a través de la masa, pues se definía como la cantidad de sustancia que contenía la misma cantidad de entidades elementales que hay en 12 g de carbono-12 (12C), el isótopo de carbono que tiene un peso atómico de 12.

Es decir, por definición, 1 mol de 12C puro tiene una masa exactamente igual a 12 g.

Del mismo modo, la masa de 1 mol de cualquier otra sustancia se puede obtener a través del peso atómico y peso molecular.

Por ejemplo, el agua está formada por moléculas de H2O. El peso atómico del hidrógeno es 1.00797 y el peso atómico del oxígeno es 15.9994, por lo que el peso o masa molecular del agua es de 18.01528. Así, 18.01528 g de agua contienen 1 mol de sustancia, es decir, 18 g de agua contienen 6.022×1023 moléculas de H2O.

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1 mol de agua = 18 g
1 mol de agua tiene una masa de 18 g y contiene 6.022 x 1023 moléculas

A pesar de esta relación entre mol y masa, la definición de masa no se corresponde en realidad con la cantidad de materia de un cuerpo, sino con la inercia de dicho cuerpo. Por eso, en la teoría de la relatividad, la masa cambia con la temperatura, la velocidad o la gravedad, pues al cambiar estos parámetros cambia la inercia de la materia, mientras que la cantidad de sustancia permanece constante.

Es decir, la medida de la masa cambia al cambiar ciertos parámetros físicos, pero el número de moles o número de unidades elementales no. Este es el motivo de que el mol, y no la masa, sea la unidad para medir la cantidad de sustancia por excelencia en las ciencias químicas.

A efectos prácticos y en las condiciones habituales de un laboratorio, este efecto de la relatividad sobre la masa es despreciable, por lo que se sigue utilizando la relación entre masa, moles y peso atómico, pero hay que tener claro que para determinar la cantidad de sustancia que se corresponde con 1 mol de forma exacta se deben utilizar métodos experimentales y no su cálculo a través de la masa atómica o la masa molecular.

Equivalencias y unidades relacionadas

  • 1 mol contiene 6.022140857(74) × 1023 unidades elementales (el paréntesis es el grado de incertidumbre).
  • La masa molar (Mr) de una sustancia es la masa de esa sustancia que contiene un mol y equivale a la masa atómica o molecular expresada en gramos. Por ejemplo, si el oxígeno tiene una masa atómica de 16, el gas oxígeno de la atmósfera (O2) tiene una masa molecular de 16+16 = 32 g.
  • El número de moles (n) de una muestra de masa m es igual a m/Mr. Es decir, el número de moles se puede obtener al dividir la masa entre la masa molar.
  • 1 mol de un gas ideal, sea cual sea, ocupa siempre 22.4 L a 0 ºC y 1 atmósfera de presión.
  • La concentración molar o molaridad es igual a mol/m3.

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