La composición química indica qué componentes tiene una muestra y en qué proporción están. Puede describir los elementos de una sustancia o los componentes de una mezcla.
Un «20 %» está incompleto si no aclara su base: masa, cantidad de sustancia o una relación de volúmenes. En estos ejemplos aprenderás a elegir el denominador, calcular las proporciones y distinguir un modelo de una medición.
Los datos hipotéticos se identifican en cada caso. Las cifras de referencia tienen su fuente junto al ejemplo.
Ejemplos de composición química explicados
EJEMPLO 01
Mezcla de cinco sólidos: fracciones molares
Base: 320 mol de componentes
Un modelo de mezcla sólida contiene 60 mol de CaCO₃, 45 mol de Ca(OH)₂, 100 mol de CaO, 80 mol de SiO₂ y 35 mol de CaSO₄. Calculamos la composición global suponiendo que no hay reacción durante el cálculo.
Componente
n (mol)
x y % molar
CaCO₃
60
0,1875 · 18,75 %
Ca(OH)₂
45
0,140625 · 14,06 %
CaO
100
0,3125 · 31,25 %
SiO₂
80
0,25 · 25,00 %
CaSO₄
35
0,109375 · 10,94 %
Sumamos: 60 + 45 + 100 + 80 + 35 = 320 mol.
Dividimos cada cantidad entre 320: x(CaCO₃) = 60/320 = 0,1875.
Multiplicamos por 100 para obtener el porcentaje molar. Por ejemplo, 0,1875 × 100 = 18,75 %.
Las fracciones exactas suman 1. Los porcentajes de la tabla, redondeados a dos decimales, suman 100,00 %.
En estos sólidos, mol se refiere a unidades de fórmula. Es una composición global: una porción pequeña de polvo puede no ser representativa si sus componentes se segregan.
Para calcular, usamos una composición redondeada de 78,08 % de N₂, 20,95 % de O₂, 0,93 % de Ar y 0,04 % de otros gases. La última categoría agrupa gases minoritarios; no es una medición actual del CO₂.
En una base de 100 mol, los porcentajes molares dan directamente 78,08 mol de N₂, 20,95 mol de O₂, 0,93 mol de Ar y 0,04 mol de otros gases.
La comprobación es 78,08 + 20,95 + 0,93 + 0,04 = 100 mol.
Nitrógeno y oxígeno se escriben N₂ y O₂. En gases aproximadamente ideales, el porcentaje molar coincide con el volumétrico a la misma temperatura y presión.
Supongamos una formulación con 1,30 % de sucralosa, 49,35 % de dextrosa y 49,35 % de maltodextrina en masa. No describe todos los edulcorantes ni una marca concreta.
En 100 g de producto corresponden 1,30 g, 49,35 g y 49,35 g, respectivamente.
En un envase de 20 g: sucralosa = 0,013 × 20 = 0,260 g; dextrosa = 9,870 g; maltodextrina = 9,870 g.
Las masas del envase suman 20,000 g.
Se expresa una proporción de ingredientes por masa. No se convierte directamente en fracción molar: la maltodextrina es una distribución de cadenas, no una sustancia con una única masa molar.
Un ejercicio define 60 % CH₄, 16 % C₂H₆, 10 % C₃H₈ y 14 % C₄H₁₀ en cantidad de sustancia. Es un modelo para practicar; el gas natural real varía y contiene principalmente metano, además de otros componentes.
No debe usarse esta distribución como composición típica del gas de suministro. Un informe real debe identificar la muestra, su estado y la base del análisis.
Consideremos, solo para el cálculo, un gas licuado del petróleo con 65 % de butano y 35 % de propano en masa. Las proporciones comerciales no son universales.
Para 10 kg de mezcla líquida: butano = 0,65 × 10 = 6,5 kg; propano = 0,35 × 10 = 3,5 kg.
La suma es 10 kg. Estas cifras no son porcentajes molares.
La composición del vapor sobre el líquido puede ser diferente de la del líquido. Deben indicarse la fase y las condiciones de la muestra.
Un análisis simplificado asigna 84 % a C, 14 % a H, 1,8 % a S y 0,2 % a N. Son elementos presentes en las sustancias del petróleo, no cuatro sustancias puras separadas.
En 2 kg de esta muestra idealizada: C = 1,680 kg; H = 0,280 kg; S = 0,036 kg; N = 0,004 kg.
Total: 1,680 + 0,280 + 0,036 + 0,004 = 2,000 kg.
El petróleo real puede contener oxígeno, metales y otros componentes. Este modelo no sustituye un análisis ni indica qué moléculas hay: muestras distintas pueden compartir porcentajes elementales.
Agua regia: una proporción inicial no es la composición final
Relación volumétrica de disoluciones
La descripción convencional del agua regia menciona una relación 3:1 entre los volúmenes iniciales de disoluciones concentradas de ácido clorhídrico y ácido nítrico.
Dentro de la suma de esos volúmenes iniciales, las participaciones son 3/4 = 75 % y 1/4 = 25 %.
Eso no significa que la mezcla final contenga 75 % en masa de HCl puro y 25 % de HNO₃ puro: ambas disoluciones contienen agua y reaccionan entre sí.
Es una mezcla corrosiva que desprende gases tóxicos. Aquí se interpreta una proporción documental, no se propone una preparación experimental.
Una tabla clásica del USGS permite comparar abundancias medias de elementos en la corteza. Los valores siguientes proceden de esa estimación; no describen cualquier roca ni toda la Tierra.
Elemento
% en masa
Oxígeno, O
46,60
Silicio, Si
27,72
Aluminio, Al
8,13
Hierro, Fe
5,00
Calcio, Ca
3,63
Sodio, Na
2,83
Potasio, K
2,59
Magnesio, Mg
2,09
Titanio, Ti
0,44
Demás elementos, por diferencia
0,97
Los nueve elementos enumerados suman 99,03 %. El complemento calculado hasta 100 % es 0,97 % para los demás.
El oxígeno forma parte principalmente de compuestos minerales: 46,60 % de O no significa 46,60 % de gas O₂ atrapado.
Las estimaciones cambian con el modelo geológico y el tipo de corteza. Se utiliza esta tabla como referencia identificada, no como análisis de una muestra.
Tomemos agua de mar con aproximadamente 3,5 % de sales en masa y 96,5 % de agua. La salinidad real varía; este modelo sirve para interpretar una proporción.
En 1 kg de agua de mar: sales = 0,035 × 1000 = 35 g; agua = 965 g.
En 200 g de la misma muestra: sales = 7 g y agua = 193 g.
Las sales disueltas aportan iones como Na⁺, Cl⁻, Mg²⁺, SO₄²⁻, Ca²⁺ y K⁺, junto con componentes minoritarios de estroncio, boro, flúor y bromo. No son metales o gases elementales flotando en el agua.
Un perfil de ácidos grasos no equivale a un porcentaje de ácidos libres en la botella. El COI expresa esta composición mediante sus ésteres metílicos analizados por cromatografía (% m/m).
Componente del perfil
Intervalo o límite (%)
Oleico
55,00–85,00
Linoleico
2,50–21,00
Palmítico
7,00–20,00
Esteárico
0,50–5,00
Palmitoleico
0,30–3,50
Linolénico
≤ 1,00; véase la aclaración
Los intervalos corresponden a componentes por separado. No se suman todos los mínimos ni todos los máximos para construir una muestra.
La proporción de ácido oleico en ese perfil tampoco es la acidez libre del aceite.
Límite general de linolénico: ≤ 1,00 %. La norma contempla una excepción condicionada hasta 1,40 % para determinados aceites vírgenes comestibles; comprobar el perfil no basta por sí solo para certificar categoría o autenticidad.
Un estudio de 2023 describe una manteca de cacao desodorizada con POP 26,68 %, POS 45,36 % y SOS 19,87 % en su perfil de triacilglicéridos. Es un resultado de esa muestra, no una distribución obligatoria.
La suma de los tres valores publicados es 91,91 % del perfil. El complemento aritmético es 8,09 %.
P representa un residuo palmitoilo; O, oleoilo; S, estearoilo. POP tiene P en las posiciones 1 y 3 y O en la 2; POS tiene P, O y S; SOS tiene S, O y S.
POS y SOS también se escriben POSt y StOSt cuando St abrevia estearoilo. Son triglicéridos, no ácidos grasos libres. Los demás componentes deben identificarse mediante análisis, distinguiendo también entre esas dos familias.
En H₂O hay dos átomos de H por cada O. Para calcular masas usamos H = 1,008 y O = 15,999 g/mol de átomos, valores redondeados para el ejercicio.
M(H₂O) = 2 × 1,008 + 15,999 = 18,015 g/mol.
% H = (2,016/18,015) × 100 ≈ 11,19 %.
% O = (15,999/18,015) × 100 ≈ 88,81 %.
Dos de cada tres átomos son H, pero eso no significa 66,67 % de hidrógeno en masa. Como sustancia pura, el agua tiene x(H₂O) = 1 si se considera H₂O como único componente del modelo.
Primero define la muestra y los componentes: pueden ser sustancias, elementos o familias de compuestos. No mezcles esos niveles en una misma suma; contar agua y además todo su oxígeno como componentes separados duplicaría parte de la muestra.
Fracción molar o de cantidad de sustancia
xᵢ = nᵢ / Σnⱼ
% molar = 100 × xᵢ
nᵢ es la cantidad del componente y Σnⱼ es la suma de las cantidades de todos los componentes. El mol mide cantidad de sustancia, no masa. Debe especificarse si se cuentan moléculas, átomos, iones o unidades de fórmula. IUPAC · BIPM.
Fracción en masa
wᵢ = mᵢ / m total
% m/m = 100 × wᵢ
Ambas masas deben estar en la misma unidad. Para convertir a una base molar, calcula nᵢ = mᵢ/Mᵢ para cada componente y después divide entre la suma de moles. Definición de fracción másica.
Volúmenes y otras concentraciones
Una relación de volúmenes iniciales no siempre utiliza el volumen final como denominador: los volúmenes pueden cambiar al mezclar y una reacción puede alterar la composición. En % m/v se indican gramos de soluto por 100 mL de disolución final. En molaridad se usan moles de soluto por litro de disolución. Son bases diferentes; una no se convierte en otra sin los datos necesarios.
Comprobación y muestreo
Las fracciones molares o másicas de todos los componentes están entre 0 y 1, incluidos los extremos, y suman 1. Sus porcentajes suman 100 %.
Conserva decimales durante el cálculo y redondea al presentar. Una pequeña diferencia por redondeo debe distinguirse de un componente omitido.
Una mezcla de partículas sólidas puede segregarse. La composición del lote no garantiza que cualquier porción diminuta tenga la misma composición.
Los coeficientes de una ecuación química indican relaciones estequiométricas, no la composición efectiva de cualquier muestra. Puede haber reactivos en exceso o sustancias ajenas a la reacción.
Comprueba lo aprendido
1. Una mezcla tiene 3 mol de N₂ y 1 mol de O₂. ¿Cuáles son sus porcentajes molares?
Ver respuesta
Hay 4 mol en total: x(N₂) = 3/4 = 0,75 y x(O₂) = 1/4 = 0,25. Son 75 % y 25 % molares.
2. Una disolución contiene 8 g de soluto y 92 g de agua. ¿Es 8 % m/m?
Ver respuesta
Sí. La masa total es 100 g y 8/100 × 100 = 8 %. Dividir entre 92 g daría una relación soluto/disolvente, no el porcentaje en masa de la disolución.
3. ¿Cuánto O₂ hay en 500 mol del modelo de aire seco usado aquí?
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0,2095 × 500 = 104,75 mol de O₂. Se emplea la fracción 0,2095, no el número 20,95.
4. Tres componentes se declaran como 20 %, 30 % y 45 % en masa. ¿Está completo el informe?
Ver respuesta
No, suman 95 %. Falta identificar un 5 % o aclarar el error. No hay que normalizar automáticamente los datos para ocultar una fracción no medida.
5. ¿Cuántos miligramos corresponden a 4 ppm en masa en una muestra de 2 kg?
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4 ppm en masa = 4 mg/kg; 4 × 2 = 8 mg.
6. ¿Toda cucharada de una mezcla de polvos tiene las mismas fracciones que el lote?
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No necesariamente. Los granos pueden segregarse por tamaño o densidad. Para atribuir la composición global a una porción hace falta muestreo representativo; una fracción molar no prueba homogeneidad.
Errores frecuentes
Escribir porcentajes sin base. 35 % en masa de propano no equivale necesariamente a 35 % molar.
Multiplicar por el porcentaje sin dividir entre 100. Para obtener una parte, utiliza 0,21 en lugar de 21 cuando el dato sea 21 %.
Dividir entre el disolvente. La fracción másica usa la masa total de la mezcla.
Confundir composición elemental con sustancias libres. El oxígeno de una roca suele estar enlazado en minerales.
Tomar un modelo como valor universal. Combustibles, alimentos y muestras naturales varían.
Sumar límites de intervalos analíticos. Los máximos permitidos de diferentes componentes no describen una misma muestra.
