La masa molecular ( m ) es la masa de una molécula dada: se mide en daltons (Da o u). [1] [2] Diferentes moléculas del mismo compuesto pueden tener diferentes masas moleculares porque contienen diferentes isótopos de un elemento. La cantidad relativa de masa molecular relativa, según la define la IUPAC , es la relación entre la masa de una molécula y la unidad de masa atómica unificada (también conocida como dalton) y no tiene unidades. La masa molecular y la masa molecular relativa son distintas pero relacionadas con la masa molar . La masa molar se define como la masa de una sustancia dada dividida por la cantidad de una sustancia.y se expresa en g / mol. La masa molar suele ser la cifra más apropiada cuando se trata de cantidades macroscópicas (pesables) de una sustancia.
La definición de peso molecular es sinónimo de masa molecular; sin embargo, en la práctica común, también es muy variable, al igual que las unidades que se utilizan junto con él. Muchas fuentes preparatorias comunes usan g / mol y lo definen efectivamente como sinónimo de masa molar, mientras que las fuentes más autorizadas usan Da o u y alinean su definición más estrechamente con la masa molecular. Incluso cuando el peso molecular se usa con las unidades Da o u, frecuentemente es como un promedio ponderado similar a la masa molar pero con diferentes unidades. En biología molecular, el peso de las macromoléculas se denomina peso molecular y se expresa en kDa, aunque el valor numérico suele ser aproximado y representativo de un promedio.
Los términos masa molecular , peso molecular y masa molar a menudo se usan indistintamente en áreas de la ciencia donde distinguir entre ellos no es útil. En otras áreas de la ciencia, la distinción es crucial. La masa molecular se usa más comúnmente cuando se refiere a la masa de una molécula única o específica bien definida y con menos frecuencia que el peso molecular cuando se refiere a un promedio ponderado de una muestra. Antes de la redefinición de 2019 de las unidades base del SI, las cantidades expresadas en daltons (Da o u) eran, por definición, numéricamente equivalentes a cantidades idénticas expresadas en unidades g / mol y, por lo tanto, eran estrictamente numéricamente intercambiables. Después de la redefinición de participaciones del 20 de mayo de 2019, esta relación es solo casi equivalente.
La masa molecular de moléculas de tamaño pequeño a mediano, medida por espectrometría de masas, puede usarse para determinar la composición de elementos en la molécula. Las masas moleculares de las macromoléculas, como las proteínas, también se pueden determinar mediante espectrometría de masas; sin embargo, los métodos basados en la viscosidad y la dispersión de la luz también se utilizan para determinar la masa molecular cuando no se dispone de datos cristalográficos o espectrométricos de masas.
Cálculo
Las masas moleculares se calculan a partir de las masas atómicas de cada nucleido presente en la molécula, mientras que las masas molares se calculan a partir de los pesos atómicos estándar [3] de cada elemento . El peso atómico estándar tiene en cuenta la distribución isotópica del elemento en una muestra dada (generalmente se asume que es "normal"). Por ejemplo, el agua tiene una masa molar de 18.0153 (3) g / mol, pero las moléculas de agua individuales tienen masas moleculares que oscilan entre 18.010 564 6863 (15) Da ( 1 H
216 O) y 22.027 7364 (9) Da ( 2 H
218 O).
Las masas atómicas y moleculares suelen expresarse en dalton, que se define en relación con la masa del isótopo 12 C (carbono 12), que por definición [4] es igual a 12 Da. Por ejemplo, la masa molar y la masa molecular del metano , cuya fórmula molecular es CH 4 , se calculan respectivamente de la siguiente manera:
Masa molar o peso molecular de CH 4 | |||
---|---|---|---|
Peso atómico estándar | Número | Masa molar total (g / mol) o peso molecular (Da o g / mol) | |
C | 12.011 | 1 | 12.011 |
H | 1.008 | 4 | 4.032 |
CH 4 | 16.043 | ||
Masa molecular de 12 C 1 H 4 | |||
Masa de nucleidos | Número | Masa molecular total (Da o u) | |
12 C | 12.00 | 1 | 12.00 |
1 hora | 1,007825 | 4 | 4.0313 |
CH 4 | 16.0313 |
El término definido más formalmente es "masa molecular relativa". Los valores relativos de masa atómica y molecular tal como se definen son adimensionales . Sin embargo, el adjetivo 'relativo' se omite en la práctica ya que se asume universalmente que las masas atómicas y moleculares son relativas a la masa de 12 C. Además, la "unidad" Dalton se usa en la práctica común. La masa de 1 mol de sustancia se designa como masa molar . Por definición, la masa molar tiene unidades de gramos por mol .
En el ejemplo anterior, el peso atómico estándar del carbono es 12,011 g / mol, no 12,00 g / mol. Esto se debe a que el carbono natural es una mezcla de los isótopos 12 C, 13 C y 14 C que tienen masas de 12 Da, 13,003355 Da y 14,003242 Da respectivamente. Además, la proporción de isótopos varía entre muestras, por lo que 12,011 g / mol es un valor promedio en diferentes lugares de la tierra. Por el contrario, hay menos variación en el hidrógeno de origen natural, por lo que el peso atómico estándar tiene menos variación. La precisión de la masa molar está limitada por el peso atómico estándar de varianza más alta, en este ejemplo el del carbono. Esta incertidumbre no es la misma que la incertidumbre en la masa molecular, que refleja la varianza (error) en la medición, no la varianza natural en las abundancias isotópicas en todo el mundo. En la espectrometría de masas de alta resolución, los isotopómeros de masa 12 C 1 H 4 y 13 C 1 H 4 se observan como moléculas distintas, con masas moleculares de aproximadamente 16.031 Da y 17.035 Da, respectivamente. La intensidad de los picos de espectrometría de masas es proporcional a las abundancias isotópicas en las especies moleculares. También se puede observar 12 C 2 H 1 H 3 con una masa molecular de 17 Da.
Determinación
Espectrometría de masas
En espectrometría de masas, la masa molecular de una molécula pequeña generalmente se informa como la masa monoisotópica , es decir, la masa de la molécula que contiene solo el isótopo más común de cada elemento. Tenga en cuenta que esto también difiere sutilmente de la masa molecular en que la elección de isótopos está definida y, por lo tanto, es una sola masa molecular específica de las muchas posibilidades. Las masas utilizadas para calcular la masa molecular monoisotópica se encuentran en una tabla de masas isotópicas y no se encuentran en una tabla periódica típica. La masa molecular promedio se usa a menudo para moléculas más grandes, ya que es poco probable que las moléculas con muchos átomos estén compuestas exclusivamente por el isótopo más abundante de cada elemento. Se puede calcular una masa molecular promedio teórica utilizando los pesos atómicos estándar que se encuentran en una tabla periódica típica, ya que es probable que haya una distribución estadística de átomos que representan los isótopos en toda la molécula. Sin embargo, la masa molecular promedio de una muestra suele diferir sustancialmente de ésta, ya que el promedio de una sola muestra no es lo mismo que el promedio de muchas muestras distribuidas geográficamente.
Métodos hidrodinámicos
En una primera aproximación, la base para la determinación de la masa molecular según las relaciones de Mark-Houwink [5] es el hecho de que la viscosidad intrínseca de las soluciones (o suspensiones ) de macromoléculas depende de la proporción volumétrica de las partículas dispersas en un disolvente particular. Específicamente, el tamaño hidrodinámico relacionado con la masa molecular depende de un factor de conversión, que describe la forma de una molécula en particular. Esto permite describir la masa molecular aparente a partir de una variedad de técnicas sensibles a los efectos hidrodinámicos, que incluyen DLS , SEC (también conocido como GPC cuando el eluyente es un solvente orgánico), viscosimetría y espectroscopía de resonancia magnética nuclear ordenada por difusión (DOSY). [6] El tamaño hidrodinámico aparente se puede utilizar para aproximar la masa molecular utilizando una serie de patrones específicos de macromoléculas. [7] Como esto requiere calibración, con frecuencia se describe como un método de determinación de masa molecular "relativa".
Dispersión de luz estática
También es posible determinar la masa molecular absoluta directamente a partir de la dispersión de la luz, tradicionalmente utilizando el método Zimm . Esto se puede lograr mediante la dispersión de luz estática clásica o mediante detectores de dispersión de luz de múltiples ángulos . Las masas moleculares determinadas por este método no requieren calibración, de ahí el término "absoluto". La única medición externa requerida es el incremento del índice de refracción , que describe el cambio en el índice de refracción con la concentración.
Ver también
- Peso atómico estándar
- Número de masa
- Masa molar absoluta
- Método Dumas de determinación del peso molecular
- Distribución de masa molar
- Dalton (unidad)
Referencias
- ^ Oficina internacional de pesos y medidas (2006), El sistema internacional de unidades (SI) (PDF) (8ª ed.), P. 126, ISBN 92-822-2213-6, archivado (PDF) desde el original el 14 de agosto de 2017
- ^ Mohr, Peter J .; Taylor, Barry N .; Newell, David B. (2011). "Valores recomendados de CODATA de las constantes físicas fundamentales: 2010" .Base de datos desarrollada por J. Baker, M. Douma y S. Kotochigova. Instituto Nacional de Estándares y Tecnología , Gaithersburg, MD 20899.
- ^ "Pesos atómicos y composiciones isotópicas para todos los elementos" . NIST . Consultado el 14 de octubre de 2007 .
- ^ Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (1980). "Pesos atómicos de los elementos 1979" (PDF) . Pure Appl. Chem. 52 (10): 2349–84. doi : 10.1351 / pac198052102349 .
- ^ Paul, Hiemenz C. y Lodge P. Timothy. Química de polímeros. Segunda ed. Boca Ratón: CRC P, 2007. 336, 338–339.
- ^ Johnson Jr., CS (1999). "Espectroscopia de resonancia magnética nuclear ordenada por difusión: principios y aplicaciones". Progresos en espectroscopia de resonancia magnética nuclear . 34 : 203-256. doi : 10.1016 / S0079-6565 (99) 00003-5 .
- ^ Neufeld, R .; Stalke, D. (2015). "Determinación precisa del peso molecular de moléculas pequeñas a través de DOSY-NMR mediante el uso de curvas de calibración externas con coeficientes de difusión normalizados" (PDF) . Chem. Sci. 6 : 3354–3364. doi : 10.1039 / C5SC00670H . PMC 5656982 . PMID 29142693 .
enlaces externos
- Una aplicación gratuita de Android para el cálculo del peso molecular y recíproco de cualquier fórmula química
- Add-In de estequiometría para Microsoft Excel para el cálculo de pesos moleculares, coeficientes de reacción y estequiometría.