Descubra la masa molar del carbonato de sodio (Na2CO3) + ejemplos clave de este compuesto

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El carbonato de sodio, comúnmente conocido como carbonato de sodio, se encuentra fácilmente en todo el mundo. Tiene muchos usos, desde la fabricación hasta la alimentación y la medicina. Es posible que haya encontrado este compuesto en forma de bicarbonato de sodio. No lo confundas con el bicarbonato de sodio, también conocido como bicarbonato de sodio. Los dos químicos son similares, pero no iguales. El carbonato de sodio existe en depósitos de todo el mundo, siendo el más grande el más grande en el área de Green River en los Estados Unidos. En este artículo, descubriremos la masa molar del carbonato de calcio, veremos más de cerca su estructura atómica y aprenderemos cómo se recolecta y utiliza este compuesto químico.

©Kittisak Kaewchalun/iStock vía Getty Images

El carbonato de sodio es un compuesto químico que se define como una sustancia pura. Las sustancias puras tienen exactamente la misma composición química en todas partes, a diferencia de las mezclas que no tienen una composición uniforme. Las sustancias puras incluyen cosas como dióxido de carbono, oxígeno y agua pura, a diferencia del aire o el jugo. Una sustancia pura está hecha exactamente de la misma cosa hasta sus partículas más pequeñas. Las partículas más pequeñas de los elementos son los átomos, mientras que la partícula más pequeña de un compuesto es una molécula. Las sustancias puras incluyen todos los compuestos químicos definidos y cada elemento de la tabla periódica. Cada sustancia pura tiene una masa molar específicamente definida que influye en las propiedades físicas y químicas de la sustancia. La masa molar del carbonato de sodio es 105,99 gramos por mol.

¿Qué significa realmente el término masa molar? La masa molar de una sustancia pura se define como la masa de un mol de esa sustancia expresada en gramos. La masa molar se utiliza con frecuencia en química.

La masa molar se basa en una unidad científica, el mol, que hace referencia a un número concreto de cosas. Podrías usar moles para medir cualquier tipo de objeto, pero en química un mol generalmente mide un número específico de átomos o moléculas. Ese número, conocido como número de Avogadro o constante de Avogadro, equivale aproximadamente a 6,022 × 1023 unidades. Esta constante, llamada así en honor al científico italiano Amadeo Avogadro, es igual a la misma cantidad cada vez y es esencial para comprender la química y cómo funciona el mundo.

Puedes utilizar la masa atómica de un elemento o compuesto para determinar su masa molar. Primero, encuentra la masa atómica del elemento en la tabla periódica. Por lo general, aparece justo debajo o al lado izquierdo del símbolo químico. Mira la clave en la tabla para determinar dónde encontrar la masa atómica.

La masa atómica de cualquier elemento se mide científicamente, teniendo en cuenta todos los isótopos conocidos del elemento y ponderando su valor según su proporción tal como se encuentra en la naturaleza. Este promedio ponderado es igual a la masa atómica de ese elemento. Algunos elementos tienen un solo isótopo, mientras que otros tienen muchos.

Cada protón o neutrón individual en un isótopo tiene un valor de una unidad de masa atómica. Cada isótopo de un elemento tiene un número fijo de protones, que es igual al número atómico del elemento. La cantidad de neutrones que tiene cada isótopo del elemento varía. Mientras tanto, los electrones son tan pequeños que su masa, sin importar cuántos electrones haya, puede ignorarse. Entonces, la masa atómica de cualquier isótopo es igual al número de protones que tiene más el número de neutrones.

Podemos tomar el carbono como ejemplo para ayudar a comprender mejor los isótopos y cómo se mide su masa atómica. El carbono, número atómico seis en la tabla periódica, tiene solo tres isótopos diferentes: carbono-12, carbono-13 y carbono-14. Cada isótopo tiene exactamente seis protones. El isótopo carbono-12 tiene seis neutrones. Por lo tanto, su masa atómica es igual a 12. El carbono-13 tiene siete neutrones, lo que da como resultado una masa atómica de 13. Mientras tanto, el carbono-14, un isótopo de carbono radiactivo utilizado para datar materiales orgánicos, tiene ocho neutrones. Eso le da una masa atómica de 14.

Si tomaras el promedio de estos tres números, obtendrías 13. Pero la masa atómica calculada del carbono, 12,011 unidades de masa atómica, está mucho más cerca de 12 que de 13. Esto se debe a que los isótopos de carbono-12 superan con creces al carbono-13 y carbono-14 en la naturaleza. Por lo tanto, cuando los científicos toman en consideración la proporción de estos isótopos presentes en la naturaleza, la masa atómica se inclina fuertemente a favor del carbono-12.

Una vez que conoces la masa atómica de un elemento, puedes determinar fácilmente su masa molar. Simplemente tomas la masa atómica del elemento y la expresas en gramos. La masa de un mol de átomos de un elemento es igual a la masa atómica del elemento, pero en gramos en lugar de unidades de masa atómica.

Utilice este mismo concepto para determinar la masa molar de compuestos. Los compuestos contienen dos o más átomos de elementos iguales o diferentes en cada molécula. Primero, encuentre la masa atómica de cada átomo en el compuesto, luego súmelos todos para encontrar la masa atómica de todo el compuesto. Convierta la masa atómica del compuesto a masa molar cambiando las unidades a gramos.

El carbonato de sodio, Na2CO3, tiene seis átomos en cada molécula. Tiene dos átomos de sodio, un átomo de carbono y tres átomos de oxígeno. Por lo tanto, un mol de moléculas de carbonato de sodio tendría dos moles de átomos de sodio, un mol de átomos de carbono y tres moles de átomos de oxígeno. Para encontrar la masa de un mol de sodio, simplemente convierta la masa atómica del sodio a gramos. Un mol de sodio tiene una masa de 22,99 gramos. Un mol de carbono tiene una masa de 12,01 gramos. Y cada mol de oxígeno tiene una masa de 16,00 gramos. Sumar la masa de los seis átomos de este compuesto da un total de 105,99 gramos como masa molar de carbonato de sodio.

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El carbonato de sodio, Na2CO3, es una sal inorgánica, muy parecida al cloruro de sodio, NaCl o al cloruro de calcio, CaCl2. Como muchos otros tipos de sales, este compuesto contiene un ion poliatómico o un ion formado por más de un tipo de átomo. Las sales inorgánicas presentan uno o más iones cargados positivamente, conocidos como cationes, unidos iónicamente a uno o más iones cargados negativamente, llamados aniones. La carga neta de una sal es igual a cero. Las sales a menudo combinan metales del Grupo 1 de la tabla periódica, los metales alcalinos, o del Grupo 2, los metales alcalinotérreos, con no metales cargados negativamente, como los haluros del Grupo 17 o iones poliatómicos, como el ion carbonato de CO32.

Tanto la conocida sal de mesa, el cloruro de sodio como el carbonato de sodio, son sales compuestas de dos iones. Un ion sodio cargado positivamente, Na+, y un ion cloro cargado negativamente, Cl–, se combinan para formar cloruro de sodio. El carbonato de sodio contiene tres veces más átomos, pero aun así combina solo dos iones. El ion carbonato cargado negativamente, CO32-, en el carbonato de sodio se llama ion poliatómico porque combina dos o más átomos que trabajan juntos como una sola unidad. Funcionan igual que otros iones formados por un solo átomo. El ion carbonato tiene cuatro átomos, todos trabajando juntos con una carga neta de -2.

Cuando cationes y aniones se unen para formar compuestos, cada ion busca llenar sus orbitales con suficientes electrones para alcanzar una configuración estable. Esta configuración estable le da a cada átomo del compuesto una configuración estable, a menudo igual a la del gas noble más cercano, o elemento del Grupo 18.

El enlace iónico, el tipo utilizado en la formación de sales como el carbonato de sodio, implica la toma y la transferencia de electrones. Este tipo de enlace difiere del intercambio de electrones utilizado en el enlace covalente, como se ve en moléculas como el dióxido de carbono. Muchos compuestos utilizan enlaces covalentes y comparten electrones para alcanzar la configuración deseada de gas noble, pero el carbonato de sodio y otras sales intercambian electrones a través de enlaces iónicos para alcanzar esa configuración estable.

El sodio, un metal del grupo de metales alcalinos del grupo 1, tiene un solo electrón en su capa exterior. La forma más fácil para que un ion sodio, Na+, alcance la configuración estable del gas noble más cercano, el argón, es ceder su electrón extra. El carbonato, un ion poliatómico con carga -2, necesita dos electrones adicionales para terminar de llenar sus capas externas. Puede alcanzar la configuración deseada aceptando dos electrones.

Cuando un par de iones de sodio ceden cada uno los electrones individuales de sus capas externas a un ion de carbonato poliatómico, se forman enlaces iónicos que dan como resultado carbonato de sodio. Cada ion carbonato, con su carga -2, puede unirse con dos iones de sodio, cada uno con una carga +1, para formar una molécula con carga neutra. La siguiente ecuación química muestra esta reacción.

2Na+ + CO32- → Na2CO3

Al estudiar la estructura atómica del carbonato de sodio, tenga en cuenta que este compuesto contiene enlaces tanto iónicos como covalentes. Los enlaces entre los iones sodio y el ion carbonato son iónicos. Pero los enlaces entre los átomos de carbono y oxígeno que forman el ion carbonato poliatómico son covalentes, lo que significa que comparten electrones en lugar de intercambiarlos.

El carbonato de sodio existe en la naturaleza en una variedad de formas. Una de las fuentes más abundantes e importantes de carbonato de sodio es un compuesto cristalino conocido como trona. En los Estados Unidos, así como en Turquía, China y partes de África, incluidas Namibia, Tanzania y Kenia, existen grandes depósitos de trona, compuesta de carbonato de sodio unido a sulfato de sodio.

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Las empresas obtienen carbonato de sodio mediante minería subterránea o en la superficie de la Tierra. Existen formaciones cerca de volcanes y fuentes termales, así como en lechos de lagos evaporados. Históricamente, la gente también ha obtenido carbonato de sodio de fuentes vegetales, aunque el proceso requiere mucha mano de obra y es más costoso que la minería.

A lo largo de los años, se han utilizado múltiples procesos químicos para generar carbonato de sodio a partir de otros compuestos. Ninguno ha demostrado ser tan rentable como la minería, pero algunos son lo suficientemente sencillos como para hacerlos en casa. El proceso Leblanc, utilizado principalmente durante el siglo XIX, requería múltiples pasos y producía desechos indeseables en forma de ácido clorhídrico y sulfuro de calcio. El proceso Solvay demostró ser mucho más eficiente y se convirtió en el proceso de fabricación preferido a principios del siglo XX. Posteriormente, el proceso Hou utilizó cloruro de sodio, amoníaco y dióxido de carbono para producir carbonato de sodio. El subproducto, el cloruro de amonio, podría utilizarse como fertilizante, eliminando así los residuos.

El carbonato de sodio tiene muchos usos. A continuación se enumeran algunos de los usos más comunes que representan la mayor parte de la producción de carbonato de sodio.

El carbonato de sodio no debe confundirse con el bicarbonato de sodio, también conocido como bicarbonato de sodio. El bicarbonato de sodio, o hidrogenocarbonato de sodio, tiene la fórmula NaHCO3. Sustituye un ion hidrógeno cargado positivamente en lugar de uno de los iones sodio en el carbonato de sodio, Na2CO3. Sin embargo, ambos productos químicos pueden utilizarse como aditivos alimentarios. Los cocineros utilizan carbonato de sodio para reducir la acidez de alimentos como fideos, panes y pasteles. Afecta al gluten y, en general, hace que alimentos como estos sean más masticables.

El carbonato de sodio que se vende como bicarbonato de sodio se puede utilizar como ingrediente en detergentes. El compuesto juega un papel importante en la fabricación de algunos tipos de vidrio. Los fabricantes de ladrillos también lo utilizan para ayudar a extruir arcilla. El compuesto es un ablandador de agua muy eficaz e incluso puede utilizarse para eliminar la cal de las tuberías. El carbonato de sodio tiene usos en la fabricación de jabón y en el procesamiento de papel. Ha demostrado ser eficaz para determinados usos en la industria textil y, en ocasiones, se utiliza como abrasivo con fines de limpieza.

El carbonato de sodio se puede utilizar como antiácido debido a su capacidad para neutralizar ácidos. Los fabricantes de medicamentos también lo utilizan como ingrediente inactivo en varios tipos diferentes de productos farmacéuticos, incluidos medicamentos para la diabetes y el colesterol alto. A veces los fabricantes incluyen este compuesto en medicamentos tópicos, duchas vaginales e incluso enjuagues bucales.

El carbonato de sodio es básico, con un pH entre 10 y 11, lo suficientemente alto como para ser útil para neutralizar ácidos y ajustar el nivel de pH en piscinas, acuarios y operaciones de fabricación. Debido a que este compuesto es una base relativamente fuerte, puede causar daño, especialmente en formas concentradas.

Los usuarios deben usar gafas y guantes de seguridad cuando trabajen con carbonato de sodio. Si entra en contacto con los ojos puede provocar quemaduras e irritación. La inhalación puede causar daño a las membranas mucosas, incluidas las de los pulmones. Este compuesto también puede causar daños a la piel con una exposición prolongada. Llame a los servicios de emergencia o busque atención médica si sufre una lesión por carbonato de sodio. Si sospecha una ingestión accidental de este compuesto, no induzca el vómito. Llame al centro de intoxicaciones de inmediato y busque atención médica.

Echemos un vistazo a otras sales de sodio. Todos los compuestos siguientes incluyen uno o más cationes de sodio cargados positivamente y uno o más aniones cargados negativamente. Cuanto mayor sea la masa del ion cargado negativamente, mayor será la masa molar del compuesto.

Como habrás aprendido, el carbonato de calcio es un compuesto químico importante que se produce naturalmente en nuestro mundo. Esta sal tiene una estructura más compleja que las sales diatómicas. Sin embargo, todavía está compuesto por un único catión cargado positivamente y un anión poliatómico cargado negativamente. El carbonato de calcio tiene muchos usos, desde la construcción y la fabricación hasta suplementos dietéticos y medicinas. Este compuesto tan versátil lo podemos encontrar fácilmente en la naturaleza y también podemos producirlo en el laboratorio. Nuestro mundo realmente no sería el mismo sin él.

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