Descubra la masa molar del cloruro de calcio (CaCl2) + cómo se compara con otros compuestos

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El cloruro de calcio hace girar al mundo. Bueno, no exactamente, pero mantiene las cosas en movimiento cuando las carreteras se vuelven especialmente heladas y resbaladizas. Utilizamos cloruro de calcio, CaCl2, en cantidades masivas para tratar carreteras y autopistas, especialmente en América del Norte. Funciona mejor que la sal de roca, por razones que explicaremos un poco más adelante. También utilizamos cloruro de calcio para muchos otros fines. En este artículo, descubriremos la masa molar del cloruro de calcio, veremos su estructura y aprenderemos por qué es un compuesto químico tan eficaz.

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Cada sustancia pura, que incluye todos los elementos de la tabla periódica y cada compuesto químico definido, tiene una masa molar específica. Esta masa molar influye en las propiedades físicas y químicas de la sustancia. Pero ¿qué significa exactamente la masa molar?

La masa molar de una sustancia es simplemente la masa de un mol de esa sustancia expresada en gramos. La masa molar de cloruro de calcio es de 110,98 gramos por mol. En química, un número cuidadosamente definido de partículas, ya sean átomos o moléculas, constituye una unidad llamada mol. 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 la misma en todas las circunstancias para cada sustancia pura, y es esencial para comprender la química y cómo funciona el mundo.

La masa molar de un elemento o compuesto deriva de su masa atómica. La masa atómica de cada elemento en la tabla periódica aparece, generalmente justo debajo del símbolo químico. Esta masa se determina promediando todos los isótopos conocidos del elemento, ponderados por su proporción tal como se encuentran en la naturaleza. Los isótopos son átomos de un mismo elemento con el mismo número de protones y un número variable de neutrones.

Cada isótopo de un elemento tiene un número fijo de protones, igual al número atómico del elemento, pero el número de neutrones varía. Cada protón y cada neutrón tiene el valor de una unidad de masa atómica, mientras que la masa de cualquier número de electrones es insignificante. Tomemos el carbono como ejemplo. Un isótopo como el carbono-12, con seis protones y seis neutrones, tiene una masa atómica total de 12. Mientras tanto, el carbono-14, un isótopo de carbono radiactivo utilizado para datar materiales orgánicos, tiene seis protones y ocho neutrones. El carbono-12 es, con diferencia, el isótopo de carbono más común; por lo tanto, la masa atómica del carbono se mide en 12,011 unidades de masa atómica.

Conociendo la masa atómica de un elemento, es fácil convertirla a masa molar. Simplemente expresa la masa atómica en gramos y tendrás la masa de un mol de átomos de ese elemento. Para un compuesto que contiene dos o más átomos de elementos iguales o diferentes en cada molécula, debes completar un paso adicional.

El cloruro de calcio, CaCl2, tiene tres átomos en cada molécula. Tiene un átomo de calcio y dos átomos de cloro. Un mol de moléculas de cloruro de calcio tendría un mol de átomos de calcio y dos moles de átomos de cloro. Para encontrar la masa de un mol de calcio, simplemente convierta la masa atómica del calcio a gramos. Un mol de calcio tiene una masa de 40,08 gramos. Un mol de cloro tiene una masa de 35,45 gramos. Pero hay dos moles de cloro en cada mol de cloruro de calcio, por lo que esa cantidad debe duplicarse. La suma de todos estos da un total de 110,98 gramos como masa molar de cloruro de calcio.

El cloruro de calcio es una sal, muy parecida al cloruro de sodio. Existen muchos tipos diferentes de sales. Estos compuestos tienen cationes, o iones cargados positivamente, unidos iónicamente a aniones, o iones cargados negativamente. Las sales a menudo combinan iones cargados positivamente 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 carbonato de CO32. ion.

En los compuestos químicos, cada átomo busca llenar sus orbitales externos, o capa, con suficientes electrones para alcanzar la configuración más estable posible. Esta configuración estable es igual a la del gas noble más cercano, o elemento del Grupo 18. El enlace iónico implica dar y recibir electrones, a diferencia de compartir electrones como se ve en el enlace covalente. Moléculas como el dióxido de carbono utilizan enlaces covalentes y comparten electrones. De esta manera alcanzan la configuración deseada de gas noble con las capas electrónicas externas completas. Pero el cloruro de calcio y otras sales utilizan enlaces iónicos para alcanzar la misma configuración deseada.

El calcio, un metal alcalinotérreo del grupo 2, tiene sólo dos electrones en su capa exterior. La forma más fácil para que un ion calcio, Ca2+, alcance la configuración estable del gas noble más cercano, el argón, es ceder esos dos electrones. El cloro, del grupo 17, tiene siete electrones en su capa exterior. El ion cloruro, Cl–, está a sólo un electrón de la configuración de gas noble más cercana. Puede alcanzar esa configuración más fácilmente aceptando un electrón.

Cada ion calcio, con su carga más dos, puede unirse con dos iones cloruro, cada uno con una carga menos uno, para formar una molécula con carga neutra. Cuando esto sucede, el ion calcio cede sus dos electrones adicionales y cada ion cloruro acepta uno de ellos. Esto da a los tres iones ocho electrones perfectos en sus capas exteriores.

El ion calcio se sitúa en el medio, con los iones cloruro a ambos lados en una formación relativamente lineal. Esto les da a los iones cloruro más electronegativos tanto espacio como sea posible para evitarse entre sí. Funciona de la misma manera que los imanes se repelen entre sí cuando sus lados negativos se colocan juntos. Los iones del cloruro de calcio generalmente permanecen unidos de esta manera a menos que se presente una combinación más deseable. Los iones son un poco volubles en ese sentido.

El cloruro de calcio tiene multitud de usos, desde la industria petrolera hasta el tráfico ilegal de drogas y el procesamiento de alimentos y productos farmacéuticos. Los fabricantes lo utilizan como electrolito en agua embotellada y bebidas deportivas, y para corregir el equilibrio mineral tanto en la cerveza como en algunos tipos de queso. Le da a muchos tipos de encurtidos su sabor salado sin aumentar su contenido de sodio. Ayuda a prevenir el deterioro de los alimentos al actuar como desecante y conservante.

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Los médicos lo usan para tratar diversas afecciones médicas, como la hipocalcemia, y los veterinarios incluso lo usan para esterilizar animales machos, desde gatos hasta ganado. Aunque el cloruro de calcio es seguro en pequeñas cantidades, en su forma sólida puede causar irritación si se manipula. Además, debido a que produce calor al disolverse en agua, puede provocar quemaduras en la boca y la garganta si se ingiere.

Como se mencionó al principio de este artículo, utilizamos cloruro de calcio principalmente para evitar la formación de hielo en las carreteras, especialmente a temperaturas muy bajas. El cloruro de calcio tiene un punto de congelación mucho más bajo que el cloruro de sodio cuando se disuelve en agua. Las soluciones descongelantes de cloruro de sodio, NaCl, solo funcionan a temperaturas de hasta aproximadamente 15 °F. Sin embargo, las soluciones de cloruro de calcio, CaCl2, funcionan a temperaturas tan bajas como -25 °F. ¡Esa es una diferencia de 40 grados! No solo eso, a temperaturas bajo cero donde ambas soluciones funcionan, el cloruro de calcio derrite el hielo más rápido que el cloruro de sodio. Esto evita que se vuelva a congelar a medida que las temperaturas continúan bajando.

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Los científicos explican que una de las razones por las que el cloruro de calcio es más eficaz y tiene un punto de congelación en solución más bajo que el cloruro de sodio se relaciona con la cantidad de iones en cada compuesto. Cada molécula de cloruro de sodio, NaCl, se descompone en dos iones: un ion sodio, Na+, y un ion cloruro, Cl-. Sin embargo, cada molécula de cloruro de calcio se descompone en tres iones: un ión de calcio, Ca2+, y dos iones de cloruro, Cl-. Cuantos más iones disponibles floten en la solución, mayor será la alteración en el lugar donde se produciría la congelación del agua. Además, cuando el cloruro de calcio se disuelve en agua, lo hace de forma exotérmica, desprendiendo una cantidad importante de calor. Se puede ver fácilmente que debido a estas propiedades químicas, el cloruro de calcio es muy eficaz, especialmente en situaciones que involucran hielo.

También utilizamos soluciones concentradas de cloruro de calcio para suprimir el polvo en caminos de tierra y en zonas urbanas. Es muy eficaz en esta función porque es altamente higroscópico, es decir, tiene una atracción muy fuerte por el agua. Puede extraer eficazmente agua del aire y de las soluciones. Al extraer agua del aire, una solución de cloruro de calcio puede mantener la superficie de un camino de tierra o grava lo suficientemente húmeda para evitar que vuele polvo.

Para proporcionar las enormes cantidades de cloruro de calcio que utilizamos, el compuesto debe obtenerse de forma natural o fabricarse. Producimos gran parte del cloruro de calcio que se utiliza en América del Norte a partir de salmueras naturales. Estas soluciones saladas, que se encuentran dentro de las formaciones de arenisca, deben purificarse ya que contienen múltiples sales. El cloruro de calcio también se puede producir mediante reacciones químicas que involucran carbonato de calcio o piedra caliza.

El cloruro de calcio combina un catión cargado positivamente con un anión cargado negativamente para producir una sal unida iónicamente. Tiene una masa molar de 110,98 gramos por mol. El siguiente cuadro compara el cloruro de calcio con algunas sales similares. Cada compuesto de la tabla combina cationes de metales alcalinos o alcalinotérreos con aniones de haluros. Los aniones de los metales alcalinos del grupo 1 se unen con un solo haluro. Los aniones de los metales alcalinotérreos del grupo 2 se unen con dos haluros.

El cloruro de calcio es un compuesto químico versátil con una amplia variedad de usos. Poblaciones de todo el mundo utilizan esta increíble sal para todo tipo de propósitos, desde conservar alimentos hasta fabricar bienes materiales. Los expertos predicen que la demanda de cloruro de calcio aumentará en los próximos años, especialmente en relación con el tratamiento de carreteras, las operaciones mineras y la industria petrolera. Debido a que el cloruro de calcio puede derivarse de la piedra caliza mediante procesos químicos, no dependemos de obtenerlo de salmueras naturales. Quizás encontremos aún más formas de utilizar este químico higroscópico para mejorar nuestro mundo.

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