Cálculos Estequiométricos

Cálculos Estequiométricos

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La estequiometría es el estudio cuantitativo de reactivos y/o productos involucrados en una reacción química.

Reacción química: Es una representación sencilla de un proceso en el cual una o varias sustancias (reactivos) se transforman para formar uno o más compuestos nuevos (productos).

Las reacciones químicas se representan mediante ecuaciones químicas. Por ejemplo el hidrógeno gas (H2) puede reaccionar con oxígeno gas(O2) para dar agua(H20). La ecuación química para esta reacción se escribe:

El '+' se lee como “reacciona con” y la flecha significa “produce”. Las fórmulas químicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivos. A la derecha de la flecha están las formulas químicas de las sustancias producidas denominadas productos de la reacción. Los números al lado de las formulas son los coeficientes estequiométricos ( el coeficiente 1 se omite generalmente).

¿Qué le ocurre a la materia cuando ocurre una reacción química?

Según la ley de la conservación de la masa, los átomos (materia) ni se crean, ni se destruyen, durante una reacción química, solo se transforman. Por lo tanto una ecuación química ha de tener el mismo número de átomos de cada elemento a ambos lados de la flecha. Se dice entonces que la ecuación está balanceada y por tanto antes de realizar cualquier calculo se debe BALANCEAR LA REACCION QUIMICA

Balanceo de las ecuaciones químicas:

1. Determinar los reactivos y los productos de la reacción química

2. Escribir la ecuación química reactivos ® productos

3. Balancear la ecuación química usando algún método para ello:

a) Tanteo

b) Oxido-Reducción

c) Ion-electrón

d) Algebraico

Ejemplo:

Consideremos la combustión del gas butano (C4H10) en el aire. Esta reacción consume oxígeno (O2) y produce agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2). Podemos entonces escribir la ecuación química:

Ahora contamos el número de átomos de cada elemento en reactivos y productos:

El carbono y el hidrógeno aparecen en un compuesto de los reactivos y en otro de los productos. Hay cuatro veces más de átomos decarbono en los reactivos que en los productos y cinco veces más hidrógeno en los reactivos que en los productos. Podemos arreglar esto cuadriplicando el número de moléculas de dióxido de carbono y quintuplicando el número de moléculas de agua:

Ahora que ya están balanceados los átomos de carbono e hidrógeno, falta ajustar los átomos de oxígeno. Ya que hay dos átomos en los reactivos y 13 en los productos bastaría con multiplicar por el coeficiente 13/2.

Generalmente se utilizan como coeficientes estequimétricos números enteros en cada uno de los reactivos y productos, así que tenemos que multiplicar la ecuación por 2.

Ahora ya tenemos la ecuación balanceada y se puede leer como: dos moléculas de butano reaccionan con trece moléculas de oxígeno produciendo diez moléculas de agua y ocho moléculas de dióxido de carbono; y/o también se lee de la siguiente manera: dos moles de butano reaccionan con 13 moles de oxigeno para generar 10 moles de agua y 8 moles de dióxido de carbono. La interpretación en moléculas se prefiere en el ámbito microscópico (átomos, moléculas, etc) y en macroscópico (moles, mmoles, gramos) se prefiere una interpretación en moles.

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El estado físico de los reactivos y productos puede indicarse mediante los símbolos (g), (l) y (s), para indicar los estados gaseoso, líquido y sólido, respectivamente.

Por ejemplo: 2CO(g) + O2(g) ® 2CO2(g)

2HgO(s) ® 2Hg(l) + O2(g)

Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua, se escribe:

NaCl(s) NaCl(ac)

dónde ac significa disolución acuosa. Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso físico-químico de disolver una sustancia en agua, muchas ocasiones no se pone para simplificar. El conocimiento del estado físico de los reactivos y productos es muy útil en el laboratorio. Por ejemplo, cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma el sólido de bromuro de plata (AgBr).

KBr(ac) + AgNO3(ac) ® KNO3(ac) + AgBr(s)

Si no se indican los estados físicos de los reactivos y productos, una persona no informada podría tratar de realizar la reacción al mezclar KBr sólido con AgNO3 sólido, que reaccionan muy lentamente o no reaccionan. En química analítica se prefieren utilizar las reacciones iónicas, debido a que el estudiante esta familiarizado con les especies en solución (iones, moléculas, etc), por lo tanto ala reacción anterior se expresa:

Br + Ag+  AgBr(s)

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Reactivos limitantes

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Un concepto importante en los cálculos estequimétricos es determinar el reactivo limitante para ello supongamos que estamos preparando el almuerzo para un grupo de escolares: un sándwich de jamón y queso. Para preparar un sándwich necesitaremos dos rebanadas de pan de caja, una rebanada de jamón y otra de queso. Hay 50 rebanadas de pan, 35 de queso y 19 de jamón. La ecuación que se presenta para la preparación del Sándwich es:

2 Pan + 1 Jamón + 1 Queso  1 Sándwich

inicial 50 19 35 0

limitante 50

necesitan 50 25 25

Resta 0 -6 10

La tabla anterior indica que si consideramos limitante al pan, se necesitan 25 rebanadas de jamón (solo se tienen 19) y 25 de queso (se tienen 35), en consecuencia no puede ser el limitante debido a que faltarían rebanadas de jamón para acabar (limitar) la totalidad del pan.

Si ahora consideramos como limitante el jamón, la tabla seria la siguiente:

2 Pan + 1 Jamón + 1 Queso  Sándwich

inicial 50 19 35 0

limitante 19

necesitan 38 19 19

resta 12 0 16 19

La tabla anterior indica que si consideramos limitante al jamón, se necesitan 38 rebanadas de pan (se tienen 50) y 19 de queso (se tienen 35), el jamón debe ser el limitante debido se termina totalmente (limita) la cantidad de sándwich sin necesidad de requerir tener mas pan o queso, es decir existe una cantidad suficiente para cubrir esta demanda. Podremos preparar 19 sándwich ni uno más porque no hay más jamón. Para corroborar lo anterior se

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