Cómo calcular la masa molar

El cálculo de la masa molar es esencial para llevar a cabo cualquier cálculo estequiométrico que involucre la masa o el volumen de compuestos químicos. Esto incluye cálculos relacionados tanto con las reacciones químicas como con la composición de los distintos tipos de compuestos que se conocen en la ciencia.

¿Qué es la masa molar?

Como su nombre lo indica, la masa molar no es más que la masa de un mol de átomos, moléculas o unidades fórmula. Es decir, representa la suma de las masas de un número de Avogadro de estas partículas, o, lo que es lo mismo, de 6,022.10²³ partículas.

La masa molar se expresa en unidades de masa sobre mol o masa por mol^-1. Las unidades más comúnmente utilizadas en el campo científico y en la mayoría de países que adoptaron el Sistema Internacional de Unidades son g/mol.

Sin embargo, existen otras unidades que se utilizan con frecuencia en ingeniería, como por ejemplo kg/mol; en países como Estados Unidos y Liberia, donde se utiliza el sistema imperial de unidades, se suele utilizar lb/lb-mol.

¿Cómo calcular la masa molar?

Calcular la masa molar es muy sencillo. Todo lo que necesitamos es sumar las masas molares de todos los átomos que conforman a una sustancia química. Para ello, solo necesitamos una tabla periódica y conocer la fórmula química de la sustancia. A continuación vamos a guiarte paso a paso para hacer el cálculo de la masa molar de cualquier compuesto o sustancia química.

Paso 1: Escribir la fórmula química y determinar qué elementos están presentes

Las sustancias químicas, tanto los elementos como los compuestos químicos, se pueden representar por medio de distintos tipos de fórmulas químicas. En el caso más sencillo, la fórmula es simplemente una lista ordenada de los elementos que conforman a la sustancia junto con el número de átomos de cada elemento que está presente.

Sin embargo, hay casos en los que se presentan fórmulas estructurales que dificultan el cálculo de la masa molar, por lo que es preferible convertir dichas fórmulas estructurales en fórmulas moleculares más fáciles de leer.

Ejemplo:

La siguiente figura muestra la fórmula estructural del 2-oxopropanoato de sodio. Tal como está escrita, la estructura resulta difícil determinar la masa molar, por lo que el primer paso consiste en tomar la fórmula estructural y determinar su fórmula molecular.

Como se puede ver, en este caso el compuesto está formado por átomos de carbono, hidrógeno, oxígeno y sodio.

Paso 2: Contar el número de átomos presente de cada elemento

El segundo dato importante que necesitamos es el número de átomos de cada tipo que posee el compuesto. Este número resulta evidente en los casos en los que contamos con la fórmula molecular simple. Esto sucede porque la fórmula molecular simple consiste justamente en una lista de los símbolos de cada elemento que compone a la sustancia, con un subíndice que indica el número de veces que dicho elemento aparece en la estructura. Sin embargo, se debe tener cuidado con las fórmulas moleculares que posean paréntesis y otros signos de agrupación, ya que los subíndices de dichos paréntesis multiplican a todos los subíndices internos.

Resulta conveniente ordenar esta información en una pequeña tabla para facilitar los cálculos más adelante. Además del símbolo de cada elemento y del número de átomos de cada tipo, añadiremos también otras dos columnas y una fila:

• Una columna para la masa atómica de cada elemento
• Otra columna para la masa molar total que cada elemento aporta a la masa molar del compuesto.
• Una fila al final para el cálculo de la masa molar total.

Ejemplo:

En el caso del 2-oxopropanoato de sodio que se mostró anteriormente, la fórmula es C₃H₃NaO₃, por lo que este compuesto contiene 3 átomos de C, 3 átomos de H, 1 átomo de Na y 3 átomos de O. La tabla quedaría así:

El total del número de átomos no es relevante para el cálculo de la masa molar, pero en algunos cálculos estequiométricos resulta de utilidad.

NOTA: Se debe tener cuidado con las fórmulas de compuestos que contienen aguas de hidratación. En primer lugar, porque es muy común olvidar sumar los átomos de hidrógeno y oxígeno del agua al número total de estos átomos durante el cálculo de la masa molar. En segundo lugar, porque las aguas de hidratación suelen llevar un coeficiente que indica el número de moléculas de agua presentes por unidad del compuesto anhidro, lo que implica que el número total de átomos de H y O presentes en el agua se debe multiplicar por dicho coeficiente para calcular la masa molar correctamente.

Ejemplo:

En el caso del sulfato de cobre (II) pentahidratado, cada unidad de sulfato de cobre está asociada a 5 moléculas de agua, como lo muestra la fórmula completa: CuSO₄·5H₂O. En este caso, el número total de hidrógenos es 5 x 2 = 10 y el número total de oxígenos es 4 + 5 x 1 = 9.

Paso 3: Buscar las masas atómicas de los elementos en una tabla periódica

Los valores de las respectivas masas atómicas molares los conseguimos en cualquier tabla periódica. Estas muestran en realidad la masa atómica relativa de cada elemento, pero esta es numéricamente igual a la masa molar, así que todo lo que hace falta es agregar las unidades de g/mol (o lb/lb-mol si se está utilizando el sistema imperial) al colocar el resultado de los cálculos.

En la tabla periódica se encuentran todos los elementos conocidos ordenados por su número atómico. Cada elemento se encuentra en una celda donde aparecen cantidades variables de información, pero casi todas incluyen las masas atómicas relativas en algún lado. Para saber cuál dato corresponde a la masa atómica se debe mirar la leyenda, la cual generalmente se encuentra en el espacio en blanco sobre los metales de transición.

La siguiente figura muestra un ejemplo de esta leyenda, resaltando el campo donde aparece la masa atómica relativa de cada elemento en esa tabla periódica particular.

Como podemos observar, en este caso las masas atómicas corresponden al dato que se encuentra en esquina superior izquierda de cada celda. Sin embargo, esto no siempre es así, por lo que es importante siempre revisar la leyenda y así evitar utilizar el dato equivocado.

Una vez ubicados todos los elementos que necesitamos, llenamos la tabla con las masas atómicas respectivas.

Ejemplo

Siguiendo con el ejemplo del 2-oxopropanoato de sodio, tras añadir las masas atómicas, la tabla queda así:

Paso 4: Multiplicar y sumar

Para hallar la masa total que contribuye cada elemento a la masa molar del compuesto, debemos multiplicar la masa atómica de cada uno por el número de átomos de ese tipo presentes en la fórmula. Una vez llevada a cabo esta operación, se suman todos los resultados para obtener la masa molar. En este punto, se añaden las unidades respectivas (g/mol o lb/lb-mol, según sea el caso).

Ejemplo

En nuestro ejemplo, lo anterior significa multiplicar los valores de la segunda y tercera columna, colocar los resultados en la última columna y luego sumar estos valores para obtener la masa molar:

Masa molar, masa atómica, masa molecular y masa fórmula

Antes de aprender a calcular la masa molar, se deben aclarar brevemente algunos conceptos relacionados que se confunden con mucha frecuencia. Estos son los conceptos de masa atómica, masa molecular y masa fórmula, los cuales muchas veces se utilizan de manera intercambiable con la masa molar. Sin embargo, no son lo mismo.

Como se puede deducir a partir de los nombres, la masa atómica, molecular y fórmula corresponde a la masa de un átomo, una molécula y una unidad fórmula, respectivamente. En contraste, la masa molar representa la masa de un mol de tales partículas. Además, al ser masas, estas tres variables se expresan en unidades de masa que pueden ser gramos, kilogramos, libras o cualquier otra, aunque se acostumbra a utilizar una unidad especial denominada unidad de masa atómica.

A pesar de sus diferencias, en vista de la definición del mol y de la unidad de masa atómica, esta última es numéricamente igual a la masa molar, lo cual representa el origen de la confusión.

Masas atómicas, moleculares y fórmulas relativas

A nivel conceptual, hablar de calcular una masa molar sumando masas atómicas es un error. Sin embargo, a nivel práctico es indiferente, ya que las masas atómicas molares y las masas atómicas expresadas en uma (unidades de masa atómica) son numéricamente iguales.

Sin embargo, tanto esta confusión como cualquier problema potencial con las unidades del sistema imperial se resuelve utilizando unidades de masa relativas en lugar de los valores absolutos. Estas masas relativas consisten en las respectivas masas atómicas o moleculares divididas entre la doceava parte de la masa del isótopo 12 del carbono. Esta división hace que se cancelen las unidades y que, por lo tanto, todas las masas relativas sean adimensionales y se puedan utilizar en cualquier contexto simplemente multiplicando por la masa absoluta o molar del carbono-12 dividida entre 12.

Ejemplo de cálculo de la masa molar

Cálculo de la masa molar del sulfato férrico heptahidratado

Paso 1: La fórmula de este compuesto es Fe₂(SO₄)₃·7H₂O, por lo que está formado por hierro (Fe), azufre (S), oxígeno (O) e hidrógeno (H).

Paso 2: El número total de cada elemento es:

• Fe = 2
• S = 1 x 3 = 3
• O = 4 x 3 + 7 x 1 = 19
• H = 7 x 2 = 14

Paso 3: Las masas atómicas relativas obtenidas de la tabla periódica son:

• Fe = 55,845
• S = 32,060
• O = 15,999
• H = 1,008

Paso 4:

¿Cuánto vale la masa molar?

El valor específico de la masa molar depende de la sustancia en cuestión. Probablemente, el ejemplo más conocido es la masa molar del oxígeno, que tiene un aproximado de 16g/mol.

¿Dónde se encuentra la masa molar de un elemento?

La masa molar de un elemento se encuentra en la tabla periódica de los elementos. En esta tabla, cada elemento tiene asociado un valor numérico que representa su masa molar promedio, expresada en gramos por mol (g/mol).

¿Cómo se saca la masa molar en gramos?

Necesitas conocer la composición de esa sustancia en términos de sus elementos constituyentes. Luego, sumas las masas atómicas de todos los átomos presentes en la fórmula química de la sustancia.

Referencias

CÁLCULO DE LA MASA MOLAR. (2021, 26 enero). Curso para la UNAM. https://cursoparalaunam.com/calculo-de-la-masa-molar

¿Cómo calcular el Peso molecular? Ejemplos y ejercios. (2021, 18 mayo). Unibetas. https://unibetas.com/peso-molecular/

Concepto de peso molecular. (s. f.). Guao. https://www.guao.org/tercer_ano/quimica/concepto_de_peso_molecular-concepto_de_peso_molecular

Ejemplos de Masa Molar. (2015, 18 octubre). Químicas.NET. https://www.quimicas.net/2015/10/ejemplos-de-masa-molar_18.html

Guerra M., L. (2019). Reacciones estequiométricas. UAEH. https://www.uaeh.edu.mx/docencia/P_Presentaciones/b_sahagun/2019/lgm-quiminorganica.pdf

Meyer. (s. f.). Hoja de datos de seguridad – Sulfato férrico hidratado. Reactivos Químicos Meyer. http://reactivosmeyer.com.mx/datos/pdf/reactivos/hds_1345.pdf