Composición porcentual en masa
La composición porcentual dice qué porcentaje de la masa de un compuesto corresponde a cada elemento. Es la forma en que se reportan los análisis químicos, la que aparece en las etiquetas de los fertilizantes y el punto de partida para deducir fórmulas empíricas.
La fórmula
% elemento = (número de átomos × masa atómica ÷ masa molar del compuesto) × 100
Los porcentajes de todos los elementos deben sumar 100 %. Si te da 99.9 % o 100.1 %, es solo redondeo.
Ejemplo: el agua
El agua tiene una masa molar de 18.015 g/mol. Sus dos hidrógenos aportan 2 × 1.008 = 2.016 g/mol:
- % H = 2.016 ÷ 18.015 × 100 = 11.19 %
- % O = 15.999 ÷ 18.015 × 100 = 88.81 %
Aunque el agua tiene el doble de átomos de hidrógeno que de oxígeno, casi el 89 % de su masa es oxígeno, porque cada átomo de oxígeno pesa unas 16 veces más que uno de hidrógeno. Un litro de agua contiene unos 889 g de oxígeno.
Ejemplo práctico: ¿qué fertilizante rinde más?
En el campo mexicano se usan mucho tres fuentes de nitrógeno. Comparar su porcentaje de nitrógeno dice cuánto nutriente compras por cada bulto:
| Fertilizante | Fórmula | Masa molar (g/mol) | % de nitrógeno |
|---|---|---|---|
| Urea | CO(NH2)2 | 60.06 | 46.6 % |
| Nitrato de amonio | NH4NO3 | 80.04 | 35.0 % |
| Sulfato de amonio | (NH4)2SO4 | 132.13 | 21.2 % |
Un bulto de 50 kg de urea pura aporta 50 × 0.466 = 23.3 kg de nitrógeno; uno de sulfato de amonio, solo 10.6 kg. Por esa razón la etiqueta comercial de la urea dice «46-0-0». El sulfato de amonio sigue teniendo su lugar porque además aporta azufre, que también es un nutriente.
Masa de un elemento en una muestra
La composición porcentual funciona como un factor de conversión. ¿Cuánto hierro hay en 500 g de hematita, Fe2O3?
- % Fe = 2 × 55.845 ÷ 159.687 × 100 = 69.94 %
- Masa de Fe = 500 g × 0.6994 = 349.7 g
Si el mineral no es puro, primero se aplica su pureza y luego este porcentaje.
Del porcentaje a la fórmula
El camino contrario también existe: si un análisis dice que un compuesto tiene 40.0 % de C, 6.7 % de H y 53.3 % de O, se puede deducir la fórmula empírica (CH2O). El método se explica paso a paso en la guía de fórmula empírica y molecular. Esa fórmula empírica es compartida por la glucosa, el ácido acético y el formaldehído: la composición porcentual sola no distingue entre ellos, hace falta la masa molar.
Dónde se pierde el porcentaje
- Olvidar multiplicar la masa atómica por el número de átomos del elemento.
- Dividir entre la masa del elemento más pesado en lugar de entre la masa molar total.
- Calcular el porcentaje de un hidrato con la masa molar de la sal anhidra, o al revés.
- Confundir porcentaje en masa con porcentaje en átomos: en el agua, el 66.7 % de los átomos son H, pero solo el 11.2 % de la masa.
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