Estequiometria

Introducción

El estudio de la naturaleza cuantitativa de las fórmulas químicas y las reacciones químicas es conocida como estequiometria. A finales del siglo XVlll Antoine Lavoisier observó que la masa total de todas las sustancias presentes después de una reacción química es igual a la masa total antes de la reacción. Esta observación, conocida como ley de la conservación de la masa, es una de las leyes fundamentales del cambio químico. Con el advenimiento de la teoría atómica, los químicos comenzaron a entender las bases de esta ley: los átomos no se crean ni se destruyen durante ninguna reacción química. La misma colección de átomos está presente antes y después de una reacción. Los cambios que ocurren durante cualquier reacción sólo implican un reacomodo de los átomos.

La estequiometria es una herramienta indispensable en química y por lo tanto de la ingeniería química, una vez analizados los diversos tipos de reacciones se pueden estudiar los aspectos cuantitativos de las mismas ( la cantidad en las que estas reacciones forman productos), es decir; trata de los cambios matemáticos de fórmula molecular a fórmula- gramos, de fórmula-gramos a fórmula molecular, y de cuantitativamente, se requiera aplicar el conocimiento e las masas molares y el concepto de mol, éste se basa en el hecho de que los coeficientes estequiométricos en una ecuación química se interpretan como el numero de moles de moléculas de cada sustancia presentes en un sistema reaccionante. Problemas tan diversos como medir la concentración de ozono en la atmósfera, determinar el rendimiento potencial de oro e una mena o la evaluación de diferentes procesos para convertir carbón en combustibles gaseosos implican aspectos de estequiometria.

Principio

Una reacción química se produce cuando hay una modificación en la identidad química de las sustancias intervinientes; esto significa que no es posible identificar a las mismas sustancias antes y después de producirse la reacción química, los reactivos se consumen para dar lugar a los productos.

A escala microscópica una reacción química se produce por la colisión de las partículas que intervienen ya sean moléculas, átomos o iones, aunque puede producirse también por el choque de algunos átomos o moléculas con otros tipos de partículas, tales como electrones o fotones. Este choque provoca que las uniones que existían previamente entre los átomos se rompan y se facilite que se formen nuevas uniones. Es decir que, a escala atómica, es un reordenamiento de los enlaces entre los átomos que intervienen. Este reordenamiento se produce por desplazamientos de electrones: unos enlaces se rompen y otros se forman, sin embargo los átomos implicados no desaparecen, ni se crean nuevos átomos. Esto es lo que se conoce como ley de conservación de la masa, e implica los dos principios siguientes:

• El número total de átomos antes y después de la reacción química no cambia.

• El número de átomos de cada tipo es igual antes y después de la reacción.

Ecuación química

Una ecuación química es una representación escrita de una reacción química. Se basa en el uso de símbolos químicos que identifican a los átomos que intervienen y como se encuentran agrupados antes y después de la reacción.

Esto explica que se tienen dos oxígenos o moléculas de oxígeno, dos hidrógenos y una molécula de agua

Subíndices

Los subíndices indican la atomicidad, es decir la cantidad de átomos de cada tipo que forma cada agrupación de átomos (molécula). Así el primer grupo arriba representado, indica a una molécula que está formada por 2 átomos de oxígeno, el segundo a dos moléculas formadas por 2 átomos de hidrógeno, y el tercero representa a un grupo de dos moléculas formadas por 2 átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, es decir dos moléculas de agua.

Coeficiente estequiométrico

Es un número que funciona en cierta forma como un multiplicador indicando el número de moléculas de un determinado tipo que participa en una ecuación química dada.

Balance de materia

Se dice que una ecuación química se encuentra ajustada, equilibrada o balanceada cuando respeta la ley de conservación de la materia, según la cual la cantidad de átomos de cada elemento debe ser igual del lado de los reactivos (antes de la flecha) y en lado de los productos de la reacción (después de la flecha).

Para balancear una ecuación, se deben ajustar los coeficientes, y no los subíndices. Esto es así porque cada tipo de molécula tiene siempre la misma composición, es decir se encuentra siempre formada por la misma cantidad de átomos, si modificamos los subíndices estamos nombrando a sustancias diferentes.

Balanceo por tanteo

El método de tanteo se basa simplemente en modificar los coeficientes de uno y otro lado de la ecuación hasta que se cumplan las condiciones de balance de masa. No es un método rígido, aunque tiene una serie de delineamientos principales que pueden facilitar el encontrar rápidamente la condición de igualdad.

• Se comienza igualando el elemento que participa con mayor estado de oxidación en valor absoluto.

• Se continúa ordenadamente por los elementos que participan con menor estado de oxidación

• Si la ecuación contiene oxígeno, conviene balancear el oxígeno en segunda instancia.

• Si la ecuación contiene hidrógeno, conviene balancear el hidrógeno en última instancia.

Balanceo por método algebraico

El método algebraico se basa en el planteamiento de un sistema de ecuaciones en la cual los coeficientes estequiométricos participan como incógnitas, procediendo luego despejar estas incógnitas. Es posible sin embargo que muchas veces queden planteados sistemas de ecuaciones con más incógnitas que ecuaciones, en esos casos la solución se halla igualando uno cualquiera de los coeficientes a 1 y luego despejando el resto en relación a él. Finalmente se multiplican todos los coeficientes por un número de modo tal de encontrar la menor relación posible entre coeficientes enteros.

Mol

El mol (símbolo: mol) es la unidad con que se mide la cantidad de sustancia, una de las siete magnitudes físicas fundamentales del Sistema Internacional de Unidades.

Dada cualquier sustancia (elemento o compuesto químico) y

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