Estequiometría
Primero medio - Actividad N° 57

 

 

1.- ¿Cómo se debe ajustar una ecuación química?

Antes de establecer cualquier relación estequiométrica entre los reactantes y productos de una reacción química, es necesario balancear la ecuación, para así cumplir con la ley de conservación de la materia, la cual establece que la masa de los reactantes debe ser igual a la masa de los productos.

Hay dos métodos para poder balancear una ecuación, el método por tanteo y el método algebraico.

 

1.1- El método por tanteo

Trata de colocar diferentes coeficientes estequiométricos hasta lograr igualar el número de átomos de cada elemento en ambos lados de la ecuación.

Por ejemplo, para poder balancear la siguiente ecuación, utilizando el método por tanteo, deben seguirse los siguientes pasos:

N2  +  H2  →  NH3

- En primer lugar, se debe verificar si la ecuación está balanceada. Para ello, es necesario contar la cantidad de átomos de cada elemento que hay en los reactivos y compararla con la cantidad de átomos de cada elemento que hay en los productos. 

 

estequiometria.jpg (577×103)

La ecuación no está balanceada:

 

-  Posteriormente, se deben balancear los elementos metálicos. En este caso, no hay elementos de este tipo, por lo que se puede pasar al siguiente paso.

- Luego, es necesario balancear los elementos no metálicos:

 

N2  +  H2  →  2NH3

 

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La ecuación, aún no está balanceada:

 

- Se deben balancear los átomos de hidrógeno. En este caso, para que hayan 6 y considerando que el subíndice del hidrógeno es 2, lo más cómodo es poner como coeficiente estequiométrico un 3

 

N2  +  3H2  →  2NH3

 

-  En el caso que hayan oxígenos se deben balancear.

- Finalmente, se debe verificar si la reacción está balanceada, contando los átomos de cada elemento en reactantes y productos.

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La reacción está balanceada

 

El método por tanteo, es un método sencillo, práctico e ideal para trabajar con ecuaciones cortas, sin embargo, al aumentar el número de reactantes y productos es complicado poder manejarlo.

 

1.2- El método algebraico

Para balancear ecuaciones, es un método matemático que consiste en asignar incógnitas a cada una de las especies presentes en la reacción, estableciendo ecuaciones a partir de la cantidad de átomos y despejándolas para encontrar los respectivos coeficientes estequiométricos.

Para aplicar este método, se deben seguir los siguientes pasos:

- En primer lugar, hay que asignar una incógnita, sobre cada especie presente en la ecuación

- Multiplicar la incógnita, por la cantidad de átomos de cada elemento para establecer cada ecuación. La flecha equivale al signo igual de la ecuación

- Al plantear las ecuaciones, se debe asignar un valor arbitrario a una de las incógnitas, que por lo general es 1 o 2, para poder despejar el resto de las incógnitas

- Al tener el valor de cada una de las incógnitas, se debe simplificar cada una de ellas, si es posible.

Por ejemplo, para balancear la siguiente ecuación, a través del método algebraico, se debe tener en consideración lo siguiente:

 

C6H12O6  +  O2  →  CO2  +  H2O

 

- En primer lugar, se debe asignar incógnitas , sobre cada una de las especies de la ecuación:

 

estequiometria_3.jpg (310×72)

 

- Luego, se deben multiplicar la cantidad de átomos de cada elemento por la incógnita asignada, para establecer las distintas ecuaciones. La flecha corresponde al signo igual de la ecuación:

C: 6A = C

H: 12A = 2D

O: 6A + 2B = 2C + D

- Se debe asignar un valor arbitrario a una de las incógnitas, para poder despejar el resto de ellas. En este caso, se le asignará el valor 1 a la incógnita A:

A = 1
 

6 (1) = C
C = 6
 

12 (1) = 2D
D = 6
 

6 (1) + 2B = 2 (6) + 6
6 + 2B = 18
2B = 12
B = 6

 

- Ahora, es posible asignar los valores encontrados, a cada especie:

 

C6H12O6  +  6O2  →  6CO2  + 6H2O

 

- No es posible simplificar los valores obtenidos, por lo cual, quedan de la misma manera.

El método algebraico sirve para cualquier ecuación química, además es más práctica y más exacta, sin embargo, en algunos casos las ecuaciones obtenidos son complejas, teniendo varias incógnitas, requiriendo de gran habilidad y conocimiento matemático, sin aplicar, conceptos químicos. 

 

2.- ¿Qué magnitudes se aplican en la química?

Dentro de las unidades utilizadas en la química, es posible encontrar las magnitudes atómicas, y las magnitudes molares.

Las magnitudes atómicas, incluyen a la masa atómica y el mol, expresado a través del número de Avogadro.

Cuando se habla de masa atómica, se hace referencia a la unidad de medida denominada unidad de masa atómica o u.m.a, que corresponde a la doceava parte de la masa de un átomo de carbono-12.

Es posible determinar la masa atómica de dos formas, la primera es mirándola directamente en la tabla periódica:

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También, sabiendo los isótopos de cada elemento, y la abundancia de cada uno de ellos en la naturaleza, es posible calcular su masa atómica:

Por ejemplo, los isótopos de N son: N-14 (99,63%) y N-15 (0,37%)

 

estequiometria_5.jpg (259×81)

 

Para poder establecer el número aproximado de partículas que hay en una cierta cantidad de sustancia, se utiliza el concepto de mol, que expresa la cantidad de materia, y que corresponde a la cantidad de sustancia que contiene tantos átomos, moléculas o iones como átomos hay en 0,012 Kg de carbono-12.

 

Amadeus Avogadro, en base a lo anterior, estableció que en un mol de cualquier sustancia siempre hay el mismo número de partículas, determinándose posteriormente, que hice número, que se conoce como Número de Avogadro, equivale a 6,022 x 1023 átomos, moléculas o iones. 

Por otro lado, cuando se habla de magnitudes molares, se hace alusión a la masa molar, el concepto de mol y el volumen molar.

La masa molar, corresponde a la suma de las masas atómicas de cada uno de los elementos que forman un determinado compuesto, expresada en gramos/mol.

 

estequiometria_6.jpg (541×175)

 

Por otro lado, para determinar la cantidad de materia o mol, es necesario aplicar la siguiente fórmula:

 

estequiometria_7.jpg (129×72)

Donde n corresponde a la cantidad de materia, m es la masa expresada en gramos, y μ corresponde a la masa molar de la especie.

Finalmente, el volumen molar, es el volumen que ocupa un mol de cualquier gas en condiciones normales de presión y temperatura. Este volumen siempre será igual a 22,4 L a 0°C y 1 atm de presión

 

A través del siguiente esquema, es posible realizar una conversión entre las diferentes magnitudes:

estequiometria_8.jpg (497×267)

 

 

3.- ¿Qué es la estequiometría?

La estequiometría corresponde a un área de la química dedicada a estudiar las relaciones cuantitativas entre reactantes y productos durante el transcurso de una reacción química. Es decir, la estequiometría estudia las cantidades de cada reactante que participa en una reacción y la cantidad de productos que se formarán.

Por ejemplo, para poder resolver el siguiente problema, es necesario seguir los siguientes pasos:

La combustión del gas metano (CH4) en presencia de oxigeno O2 produce dióxido de carbono (CO2) y agua H2O. ¿Cuántos moles de CO2 se obtienen a partir de 3,125 moles de CH4?

- En primer lugar, se debe considerar que el CH4 y O2 son los reactantes, CO2 y H2O son los productos. Entonces se debe plantear la ecuación ajustada que da cuenta del proceso:

CH4  + 2O2  →  CO2  +  2H2O

- Luego, se debe tener claridad que se está preguntando, y en este caso corresponde a los moles de CO2 que se producen a partir de 3,125 moles de CH4.

- Sabiendo a partir de la ecuación que 1 mol de CH4 produce 1 mol de CO2, se puede decir que:

1 mol de CH4                      1 mol de CO2

     =

3,125 mol de CH4                X mol de CO2

X = 3,125 mol de CO2

 

Cuando al hacer reaccionar dos o más reactantes, uno de ellos está en mayor cantidad que los otros, es posible determinar un reactivo limitante y uno en exceso.

 

El reactivo limitante es aquel reactivo que está en menor proporción a la necesaria –y que por tanto se agotará durante el transcurso de una reacción. Y entonces, el reactivo en exceso, será el reactante que está en mayor proporción a la necesaria –y que por tanto sobra y queda sin reaccionar.

 

Por ejemplo, para analizar la siguiente interrogante, se debe tener en consideración lo siguiente:

 

El dióxido de azufre (SO2) uno de los contaminantes de la atmósfera por la combustión de compuestos que contienen azufre reacciona con el oxígeno convirtiéndose finalmente en ácido sulfúrico (H2SO4), según la siguiente ecuación.

En primer lugar, se sabe que:

2SO2(g)      +     O2(g)      +     2H2O(l)       →    2H2SO4(ac)

 

Mol:                                                  5                    7                   8

C.E:                                                  2                    1                   2

 

Recordar que el C.E corresponde al coeficiente estequiométrico, que es el número de moléculas que hay de cada compuesto, a partir de la ecuación.

- Con estos datos, se debe calcular el factor estequiométrico (F.E), que corresponde a la relación entre el número de moles y el coeficiente estequiométrico (C.E). Quién tenga el factor estequiométrico menor, será el reactivo limitante.

 

2SO2(g)      +     O2(g)      +     2H2O(l)       →    2H2SO4(ac)

F.E:                                              2,5                   7                   4

 

- Quién presenta el menor factor estequiométrico es el SO2, por lo tanto es el reactivo limitante, mientras que el O2 y el H2O corresponden a reactivos en exceso. En base al reactivo limitante, posteriormente, deben realizarse las relaciones estequiométricas correspondientes. 

 

4.- ¿Qué indica el rendimiento de una reacción?

El rendimiento de una reacción corresponde a la cantidad de producto que se forma una vez finalizada una reacción química.

Hay varios tipos de rendimiento, está el rendimiento teórico, el rendimiento real y el porcentaje de rendimiento.

El rendimiento teórico, corresponde a la cantidad de producto, que según los cálculos, se forma cuando reacciona todo el reactivo limitante.

El rendimiento real, corresponde a la cantidad de producto, que realmente se formó en la reacción, una vez finalizado el proceso.

Por lo general, estos dos rendimientos difieren entre sí, lo que se puede deber a que no reaccione el reactivo, el reactivo o el producto se encuentre hidratado, ocurran reacciones secundarias no deseadas, uno de los productos sea un gas, haya una pérdida de las sustancias durante el trasvasije, entre otras.

Finalmente, el porcentaje de rendimiento, representa la relación entre el rendimiento real y el teórico, lo que se determina, aplicando la siguiente fórmula:

 

estequiometria_9.jpg (486×72)

 

Un porcentaje de rendimiento cercano al 100%, indica que la reacción se llevó a cabo de buena manera, y que la cantidad de producto obtenido experimentalmente, es muy similar a lo que se esperaba en los cálculos.

 


 

Creado por Portal Educativo. Fecha: 2017-03-21. Se autoriza uso citando www.portaleducativo.net. Prohibido su uso con fines comerciales.
 
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