Masa molar

A masa molar (símbolo M) dunha substancia é unha propiedade física que se define como a súa masa por unidade de cantidade de substancia.^[1] A unidade de medida no SI é o quilogramo por mol (kg/mol ou kg·mol⁻¹). Non obstante, por razóns históricas a masa molar adoita expresarse en gramos por mol (g/mol).

Elementos

A masa molar dos átomos dun elemento vén dada polo peso atómico de cada elemento^[2] multiplicado pola constante de masa molar, M
u = 1×10⁻³ kg/mol = 1 g/mol.^[3] Exemplos:

M(H) = 1,007 97(7) u × 1 g/mol = 1,007 97(7) g/mol

M(S) = 32,065(5) u × 1 g/mol = 32,065(5) g/mol

M(Cl) = 35,453(2) u × 1 g/mol = 35,453(2) g/mol

M(Fe) = 55,845(2) u × 1 g/mol = 55,845(2) g/mol

Algúns elementos adoitan presentarse en forma molecular, como por exemplo o hidróxeno (H
2), o xofre (S
8) ou o cloro (Cl
2). A masa molar das moléculas homonucleares é o número de átomos en cada molécula multiplicado polo peso atómico do elemento constante, multiplicado pola constante de masa molar (M
u). Exemplos:

M(H
2) = 2 × 1,007 97(7) u × 1 g/mol = 2,015 88(14) g/mol

M(S
8) = 8 × 32,065(5) u × 1 g/mol = 256,52(4) g/mol

M(Cl
2) = 2 × 35,453(2) u × 1 g/mol = 70,906(4) g/mol

Compostos

A masa molar dun composto vén dada pola suma dos pesos atómicos estándar dos átomos que forman o composto, multiplicado pola constante de masa molar (M
u). Exemplo:

M(NaCl) = [22,989 769 28(2) + 35,453(2)] × 1 g/mol = 58,443(2) g/mol

M(C
12H
22O
11) = ([12 × 12,010 7(8)] + [22 ×1,007 94(7)] + [11 ×15,999 4(3)]) × 1 g/mol = 342,297 (14) g/mol

Mesturas

Pódese definir unha masa molar media para mesturas de compostos.^[1] Isto é particularmente importante na ciencia de polímeros, onde as moléculas dun polímero poden ter distinto número de monómeros.^[4][5]

A masa molar media de mesturas ${\displaystyle {\bar {M}}}$ pode calcularse mediante as fraccións molares (x_i) dos compostos e das súas masas molares (M_i):

${\displaystyle {\bar {M}}=\sum _{i}x_{i}M_{i}}$

Pódese calcular tamén a partir da fracción de masa (w_i) dos compostos:

${\displaystyle 1/{\bar {M}}=\sum _{i}{\frac {w_{i}}{M_{i}}}}$

Medición

Non é habitual medir directamente as masas molares. En lugar disto, poden calcularse a partir das masas atómicas estándar, listadas con frecuencia en catálogos de química e fichas de datos de seguridade (FDS).

Densidade do vapor

A medición da masa molar por densidade de vapor baséase no principio enunciado orixinalmente por Amedeo Avogadro, que indica que a iguais volumes de gases, baixo condicións idénticas, estes conteñen a mesma cantidade de partículas. Este principio inclúese na lei dos gases ideais:

${\displaystyle pV=nRT\ }$

onde n é a cantidade de substancia. A densidade de vapor (ρ) dase en térmos de:

${\displaystyle \rho ={{nM} \over {V}}\ }$

Combinando estas dúas ecuacións obtense a expresión para a masa molar en térmos da densidade de vapor para condicións coñecidas de presión e temperatura:

${\displaystyle M={{RT\rho } \over {p}}\ }$

Descenso crioscópico

O punto de fusión dunha disolución é inferior que o do solvente puro, e o descenso crioscópico (ΔT) é directamente proporcional á molaridade da disolución. Cando se expresa a composcición como molalidade, a constante proporcional coñécese como a constante crioscópica (K
f) e é característica para cada solvente. Se w representa a concentración porcentual en peso dun soluto en disolución, e supoñendo que o soluto non está disolto, a masa molar vén dada por:

${\displaystyle M={{wK_{f}} \over {\Delta T}}\ }$

Aumento ebuloscópico

Artigo principal: Aumento ebuloscópico.

O punto de ebulición dunha disolución dun soluto non volátil é maior co dun solvente puro, e o aumento ebuloscópico (ΔT) é directamente proporcional á molaridade das disolucións. Cando se expresa a concentración en molalidade, a constante de proporcionalidade coñéces como constante ebuloscópica (K
b) e é característica para cada solvente. Se w representa a concentración porcentual en peso dunha disolución, e supoñendo que o soluto non está disolto, a masa molar vén dada por:

${\displaystyle M={{wK_{b}} \over {\Delta T}}.\ }$

Notas

1. International Union of Pure and Applied Chemistry (1993). Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry (PDF) (en inglés) (2ª ed.). Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8. 
2. Wieser, M. E. (2006). "Atomic Weights of the Elements 2005" (PDF). Pure and Applied Chemistry 78 (11): 2051–66. doi:10.1351/pac200678112051. 
3. Mohr, Peter J.; Taylor, Barry N.; Newell, David B. (2011). "CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2010". Database developed by J. Baker, M. Douma, and S. Kotochigova. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD 20899.
4. International Union of Pure and Applied Chemistry (1984). "Note on the terminology for molar masses in polymer science". J. Polym. Sci., Polym. Lett. Ed. 22 (1): 57. Bibcode:1984JPoSL..22...57.. doi:10.1002/pol.1984.130220116. 
5. Metanomski, W. V. (1991). Compendium of Macromolecular Nomenclature. Oxford: Blackwell Science. pp.  47–73. ISBN 0-632-02847-5.