Convierte gramos en moles y partículas para cualquier fórmula química, y halla el reactivo limitante, el rendimiento teórico y el exceso sobrante de una reacción ajustada.
Por AdminRedactado con herramientas de redacción con IAActualizado Ejemplos verificados: 7
36,03 g de H₂O equivalen a 2 mol, es decir, 1,204 × 10²⁴ partículas.
N_A es exacta en el SI desde 2019.
La cantidad de sustancia relaciona la masa con el número de partículas: n = m/M, donde M es la masa molar calculada a partir de la fórmula, y N = n × N_A, donde la constante de Avogadro N_A vale 6,022 140 76 × 10²³ por mol. En el modo de reactivo limitante, los moles de cada reactivo se dividen entre su coeficiente en la ecuación ajustada; el cociente menor indica hasta dónde puede avanzar la reacción y fija el rendimiento teórico de producto.
Sirve para pesar reactivos y prever la masa de producto antes de un experimento. El valor predeterminado, 36,03 g de agua, equivale a 2 mol, es decir, 1,204 × 10²⁴ moléculas. Para 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O con 10 g de hidrógeno y 64 g de oxígeno, el oxígeno se agota primero y el rendimiento es de 72,06 g de agua.
El rendimiento supone que la ecuación está ajustada y que la reacción es completa, por lo que los rendimientos medidos salen menores.
Se divide la masa entre la masa molar: n = m/M. La masa molar del agua es 18,015 g/mol, así que el valor predeterminado de la calculadora, 36,03 g ÷ 18,015 g/mol = 2 mol de agua. La regla vale para cualquier sustancia de fórmula conocida; al multiplicar por la constante de Avogadro se obtienen 1,204428152 × 10²⁴ moléculas.
La calculadora tiene dos modos. El primero convierte entre masa, cantidad de sustancia y número de partículas a partir de una fórmula o de una masa molar escrita. El segundo toma una reacción ajustada con dos reactivos y un producto y devuelve el reactivo limitante, el rendimiento teórico, los moles de producto, el exceso sobrante y el grado de avance de la reacción.
Se suma el peso atómico de cada átomo de la fórmula. El agua, H₂O, tiene dos hidrógenos y un oxígeno: 2 × 1,0080 + 15,999 = 18,015 g/mol. El dióxido de carbono, CO₂, da 12,011 + 2 × 15,999 = 44,009 g/mol.
Son los pesos atómicos estándar de la IUPAC de 2021. Un libro que redondea el agua a 18 g/mol convierte 36,03 g en 2,002 mol en lugar de 2,000 mol, así que cabe esperar diferencias hacia la cuarta cifra significativa.
Las mayúsculas tienen significado. Co es el cobalto, con 58,933 g/mol, mientras que CO es el monóxido de carbono, con 28,010 g/mol. Para ver el desglose de una fórmula elemento por elemento, usa la calculadora de masa molar.
La misma relación, despejada de otra forma, da la masa con m = n × M y el número de partículas con N = n × N_A. Por ejemplo, 0,25 mol de cloruro de sodio a 58,44 g/mol tienen una masa de 0,25 × 58,44 = 14,61 g.
Para pasar de un número de partículas a una masa, primero se divide entre N_A. 3,011 × 10²³ moléculas de CO₂ son 0,499988 mol, y 0,499988 × 44,009 = 22,004 g.
La constante de Avogadro, 6,02214076 × 10²³ mol⁻¹, es exacta desde que la revisión del SI de 2019 la fijó para definir el mol (CODATA del NIST). Un mol de carbono contiene por eso exactamente ese número de átomos y tiene una masa de 12,011 g.
Una partícula es lo que describa la fórmula: átomos para C, moléculas para H₂O y unidades fórmula para un sólido iónico como el NaCl.
Toma 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O con 10 g de hidrógeno y 64 g de oxígeno:
El hidrógeno está en exceso aunque 10 g sea mucho menos que 64 g, así que comparar masas lleva a elegir el reactivo equivocado.
Comparar moles sin tener en cuenta los coeficientes también puede fallar. En N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃ con 28 g de N₂ (0,9995 mol) y 6 g de H₂ (2,976 mol), limita el hidrógeno, porque 2,976 ÷ 3 = 0,992 es menor que 0,9995. El rendimiento queda en 33,7917 g de amoníaco y sobran 0,2083 g de nitrógeno.
Se multiplica el grado de avance por el coeficiente del producto para obtener los moles de producto, y después por su masa molar: 2 × 2,000125 × 18,015 = 72,0645 g de agua. Es el rendimiento teórico, lo máximo que puede producir el reactivo limitante.
La reacción consume 2 × 2,000125 = 4,00025 mol de hidrógeno, es decir, 8,0645 g, así que sobran 1,9355 g de H₂. El agua pesa más que cualquiera de los dos reactivos por separado porque contiene átomos de ambos.
El rendimiento porcentual compara lo que de verdad se recoge con el rendimiento teórico. Recoger aquí 60,0 g de agua da 60,0 ÷ 72,0645 × 100 = 83,3 %.
Las pérdidas al trasvasar, las reacciones secundarias y las reacciones incompletas mantienen los rendimientos reales por debajo del 100 %. Un resultado por encima del 100 % suele indicar un producto impuro o todavía húmedo.
El método sigue la sección 4.4 de OpenStax Chemistry 2e.
La conversión de agua parte de 36,03 g de H₂O. La masa molar escrita corresponde a 0,25 mol a 58,44 g/mol. La reacción del agua es el ejemplo anterior de 10 g de H₂ y 64 g de O₂, y la proporción exacta usa 4,032 g de H₂ con 31,998 g de O₂, que reaccionan por completo sin dejar sobrante.
| Escenario | Resultado seleccionado |
|---|---|
| Conversión de agua | 2 mol |
| Masa molar escrita | 14,61 g |
| Reacción del agua | 72,0645 g de producto |
| Proporción exacta | 36,03 g de producto |
En la proporción exacta la calculadora indica «Ninguno: proporción exacta» como reactivo limitante, porque los dos cocientes coinciden y no queda exceso.
Para concentraciones en mol/L, sigue con la calculadora de dilución y concentración. Para gases, la calculadora de la ley de los gases ideales convierte moles en volumen a una temperatura y una presión dadas.
Fuente de comprobación: Comprobación del ejemplo: 36.03 / 18.015 = 2; × 6.02214076e23 (pesos IUPAC 2021)
Fuente de comprobación: Comprobación del ejemplo: definición SI 2019 del mol (constante de Avogadro exacta); peso atómico estándar del carbono 12.011 (IUPAC 2021)
Fuente de comprobación: Comprobación del ejemplo: 0.25 × 58.44
Fuente de comprobación: Comprobación del ejemplo: 3.011e23 / N_A = 0.4999883; × 44.009 g/mol
Divide la masa en gramos entre la masa molar en g/mol: n = m/M. El agua tiene una masa molar de 18,015 g/mol, así que 36,03 g de agua son 36,03 ÷ 18,015 = 2 mol. Para volver, multiplica los moles por la masa molar. La masa molar es la suma de los pesos atómicos de la fórmula, que la calculadora obtiene con los valores IUPAC 2021.
Es el número de partículas que hay en un mol: exactamente 6,022 140 76 × 10²³ por mol desde la revisión del SI de 2019, que define el mol fijando esta constante. Un mol de carbono contiene, por tanto, 6,022 140 76 × 10²³ átomos y tiene una masa de 12,011 g. Multiplica una cantidad en moles por este número para obtener moléculas, átomos o unidades fórmula.
Pasa la masa de cada reactivo a moles y divídela entre su coeficiente en la ecuación ajustada; el reactivo con el resultado menor se agota primero. Para N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃ con 28 g de N₂ y 6 g de H₂, el nitrógeno da 0,9995 mol ÷ 1 = 0,9995 y el hidrógeno 2,976 mol ÷ 3 = 0,992, así que el hidrógeno limita el rendimiento a 33,79 g de amoníaco.
El rendimiento teórico es la masa de producto que se obtendría si el reactivo limitante reaccionara por completo, y es lo que da esta calculadora. El rendimiento porcentual compara lo que de verdad se recoge: real ÷ teórico × 100. Con un rendimiento teórico de 72,06 g de agua y 65,0 g recogidos, el rendimiento porcentual es del 90,2 %. Las pérdidas al trasvasar, las reacciones secundarias y las reacciones incompletas mantienen los rendimientos reales por debajo del 100 %.
Esta calculadora incluye 7 ejemplos resueltos con respuestas de fuentes independientes. Forman parte del conjunto de pruebas y también puedes ejecutarlos aquí.