Nueva definición de mol Unidad de cantidad de sustancia

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Nueva definición de mol

Unidad de cantidad de sustancia

Christian Uribe Rosas

Responsable de Laboratorio de Química Inorgánica

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Contenido (índice)

1. Cronología de la redefinición de unidades

2. Historia de la unidad de cantidad de sustancia (mol)

3. Definición actual de la unidad de cantidad de sustancia (mol) 4. Evolución de los valores de la Constante de Avogadro

5. Constante de Avogadro y Constante de Planck

6. Constante de Avogadro determinada por el método XRCD

7. Nueva definición de la unidad de cantidad de sustancia (mol)

8. Realización de la unidad de cantidad de sustancia (mol)

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1. Cronología de la redefinición de unidades SI

Nueva definición de mol - Unidad de cantidad de sustancia (en vigencia a partir de mayo 2019)

Nuevo sistema de unidades basado en constantes fundamentales

Fuente de la figura: https://www.bipm.org/en/si-download-area/graphics-files.html#

FECHAS IMPORTANTES

20 Mayo 2018: Día Mundial de la Metrología Inicio de campaña de difusión

13-16 Noviembre 2018: 26va reunión del CGPM

Aprobación de la redefinición de unidades del SI

20 Mayo 2019: Día Mundial de la Metrología

Redefinición de unidades del SI entra en vigencia

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En octubre de 1971, durante la XIV reunión de la Conferencia General de Pesas y Medidas (CGPM) se decidió adoptar una unidad de medida relacionada con las mediciones químicas (el mol).

Convención del Metro: Tratado internacional firmado en 1875 que creó el sistema formado por el CGPM, CIPM y BIPM.

CGPM: Conferencia General de Pesas y Medidas CIPM: Comité internacional de Pesas y Medidas

BIPM: Oficina (Buro) internacional de Pesas y Medidas

2. Historia de la unidad de cantidad de sustancia (mol)

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Fuente de la figura: Traducción de “Metrology – in short” 3ª edición Julio 2008 2ª edición en español

2. Historia de la unidad de cantidad de sustancia (mol)

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Adopción de la unidad de cantidad de sustancia (en 1971): recomendación

conjunta de IUPAP (Unión Internacional de Física Pura y Aplicada), IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada) y de ISO (Organización Internacional de Estandarización).

2. Historia de la unidad de cantidad de sustancia (mol)

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Amedeo Avogadro (1776-1856): físico y químico italiano. Formuló la ley de Avogadro. En su honor se nombró al “Número de Avogadro” y también a la

“Constante de Avogadro”

Fuente de la figura: http://www.ibolli.it/php/em-italia-1008-Ritratto%20di%20Amedeo%20Avogadro.php

“Volúmenes iguales de distintas sustancias gaseosas, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de

moléculas”

2. Historia de la unidad de cantidad de sustancia (mol)

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“Volúmenes iguales de distintas sustancias gaseosas, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de

moléculas”

Fuente de la figura: http://ziickpaininfiniteoo.blogspot.pe/2011/11/ley-de-avogadro.html

2. Historia de la unidad de cantidad de sustancia (mol)

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Regla nemotécnica para recordar ley de los gases ideales

Fuente de la figura: https://profesorparticular68.wordpress.com/ecuacion-del-gas-ideal/

PV = nRT 𝑛: número de moles

2. Historia de la unidad de cantidad de sustancia (mol)

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“El mol es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales como hay átomos en 0,012 kg de carbono 12. Su símbolo es mol”

“Cuando se utiliza el mol, las unidades elementales deben ser especificadas y pueden ser átomos,

moléculas, iones, electrones, otras

partículas, o grupos específicos de tales partículas”

Fuente de la definición: The International System of Units (SI) 2006. 8va edición. Bureau International des Poids et Mesures – BIPM

¿Cuantos átomos hay en 0,012 kg de carbono 12?

Rpta: El número de Avogadro

El número de Avogadro es un valor adimensional. Cuando se le acompaña de

unidades se le conoce como la constante de Avogadro (con un valor aproximado de 6,022 × 10

²³

mol

^-1

). Su simbolo es N

_{A .}

3. Definición actual de la unidad de cantidad de sustancia (mol)

(13)

4. Evolución de los valores

de la constante de Avogadro

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4. Evolución de los valores de la constante de Avogadro

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4. Evolución de los valores de la constante de Avogadro

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4. Evolución de los valores de la constante de Avogadro

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4. Evolución de los valores de la constante de Avogadro

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4. Evolución de los valores de la constante de Avogadro

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4. Evolución de los valores de la constante de Avogadro

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Fuente de la figura izquierda: https://www.bipm.org/en/si-download-area/graphics-files.html#

Fuente de la figura derecha: https://physics.nist.gov/cuu/Units/kilogram2.html

“El kilogramo es la unidad de masa; es igual a la masa del

prototipo internacional del kilogramo”

𝑁

_A

ℎ = 𝑁

_A

· ℎ

Constante molar de Planck

5. Constante de Avogadro y constante de Planck

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5. Constante de Avogadro y constante de Planck

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Fuente de la figura: https://www.nist.gov/physical-measurement-laboratory/silicon-spheres-and-international-avogadro-project

XRCD: Densidad de cristal por rayos X Procedimiento: Contar el número de átomos (N) en una esfera de silicio altamente enriquecido en

²⁸

Si

No es posible determinar la proporción de isotopos con una incertidumbre de medición relativa menor a 10

⁻⁷

utilizando silicio natural (compuesto por tres isótopos)

(99,99 %

²⁸

Si)

6. Constante de Avogadro determinada por el método XRCD

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6. Constante de Avogadro determinada por el método XRCD

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6. Constante de Avogadro determinada por el método XRCD

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6. Constante de Avogadro determinada por el método XRCD

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Fuente de las figuras: History and future strategy of the SI-unit kilogram SIM-MWG 7 19th-24th March 2018 LATU, Uruguay

Proceso de manufactura de la esfera

Enriquecimiento de tetrafluoruro de silicio SiF

₄

gaseoso. El gas se convirtió a silano o hidruro de silicio, SiH

₄

que sirvió para obtener silicio policristalino, y luego el monocristal de silicio.

6. Constante de Avogadro determinada por el método XRCD

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Fuente de la figura: History and future strategy of the SI-unit kilogram SIM-MWG 7 19th-24th March 2018 LATU, Uruguay

Procedimiento: Contar el número de átomos (N) en una esfera de silicio enriquecido en

²⁸

Si

6. Constante de Avogadro determinada por el método XRCD

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Fuente de la figura: https://www.quora.com/How-many-atoms-per-unit-cell-of-a-diamond

𝑁 = 𝑉

( 𝑎

³

8 )

a V: Volumen de la esfera de silicio

a: parámetro de red (estructura cristalina)

……….(1)

6. Constante de Avogadro determinada por el método XRCD

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𝑛

: número de moles

𝑁

_A

=

^𝑁

𝑛

𝑁_A = 𝑁 (𝑚 𝑀)

𝑚

: masa de la esfera

𝑀

: masa molar

𝑁

_A

= 8𝑉𝑀 𝑎

³

𝑚

……….. (2)

……….. (3)

6. Constante de Avogadro determinada por el método XRCD

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Fuente: Experimentos para el nuevo SI, el Sistema Internacional de Unidades. PTB-Mitteilungen 126 (2016), Número 2

6. Constante de Avogadro determinada por el método XRCD

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6. Constante de Avogadro determinada por el método XRCD

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6. Constante de Avogadro determinada por el método XRCD

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Valores determinados de masa molar

6. Constante de Avogadro determinada por el método XRCD

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𝑛

: número de moles

6. Constante de Avogadro determinada por el método XRCD

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6. Constante de Avogadro determinada por el método XRCD

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“El mol, cuyo símbolo es mol, es la unidad de cantidad de sustancia del SI. Un mol contiene exactamente 6,022 140 76 × 10

²³

entidades

elementales. Este número es el valor númerico fijo de la constante de

Avogadro, N

_A

, cuando ésta se expresa en la unidad mol

^-1

y es llamado el número de Avogadro.

La cantidad de sustancia, símbolo n, de un sistema es una medida del número de entidades elementales especificadas. Una entidad elemental puede ser un átomo, una molécula, un ión, un electrón, cualquier otra partícula o grupo especificado de partículas.

7. Nueva definición de la unidad de cantidad de sustancia (mol)

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7. Nueva definición de la unidad de cantidad de sustancia (mol)

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7. Nueva definición de la unidad de cantidad de sustancia (mol)

(39)

https://www.bipm.org/en/measurement-units/rev-si/#communication

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Diseminación a través de unidades derivadas como:

Concentración de cantidad de sustancia: Ejemplo mol/L Contenido de cantidad de sustancia: Ejemplo mol/kg

Fracción de cantidad de sustancia: Ejemplo mol/mol N

_A

por definición no tiene incertidumbre.

𝑁 : número de entidades 𝑛 : número de moles 𝑛 = 𝑁

𝑁

_A

8. Realización de la unidad de cantidad de sustancia (mol)

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En una preparación gravimétrica:

𝑛 : número de moles 𝑛 = 𝑁

𝑁

_A

= 𝑤 X 𝑚 𝐴

_𝑟

(X)𝑀

_𝑢

𝑁 : número de entidades de una sustancia X

𝑤 X : fracción en masa de X en la muestra …………..(pureza) 𝑚 : masa de la muestra

𝐴

_𝑟

X : masa atómica relativa ó masa molecular relativa de X 𝑀

_𝑢

: constante de masa molar

8. Realización de la unidad de cantidad de sustancia (mol)

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En una electrólisis:

𝑛 = 𝑄

𝑧𝑁

_A

𝑒 = 𝑄 𝑧𝐹 𝑛 : número de moles

𝑄 : carga que pasa a través del sistema

𝑧 : número de carga de los iones que reaccionan 𝑒 : carga eléctrica elemental

𝐹 : constante de Faraday

8. Realización de la unidad de cantidad de sustancia (mol)

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