Estequiometria

7.- ESTEQUIOMETRIA

La parte de la química que trata los cálculos de masa o volumen de las sustancias que intervienen en las ecuaciones químicas, recibe el nombre de estequiometría, dicho en otra forma, la estequiometría estudia la composición de las sustancias en masa o en volumen. La composición de las sustancias químicas es un concepto muy importante en química, y debido a que los átomos son tan pequeños, los químicos trabajan en el laboratorio con grandes cantidades de átomos, llamada mol, la cual contiene un número específico de unidades. Las fórmulas de los refrescos, cosméticos, medicamentos, etc., son secretos de empresa; pequeñas alteraciones en la formulación pueden ocasionar grandes pérdidas o demandas legales contra ésta.

7.1 REACCIONES QUIMICAS Y ECUACIONES QUIMICAS

Se producen reacciones químicas cuando las sustancias sufren cambios fundamentales de identidad; y las ecuaciones químicas sirven para representar, de forma simbólica, lo que ocurre durante la reacción.

Los reactivos o materiales de partida se muestran en el lado izquierdo de la ecuación separados por un signo + los productos se indican en el lado derecho de la ecuación. Una flecha → que se lee como o produce, separa los reactivos de los productos. Ejemplo: la reacción de la glucosa con oxígeno produce dióxido de carbono y agua. Es decir:

C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O

glucosa más oxígeno produce dióxido de más agua

carbono

REACTIVOS PRODUCTOS

7.2 LEYES FUNDAMENTALES

Las combinaciones de la materia se efectúan según las leyes fijas a las que podemos dividir en dos grandes grupos: ponderales o de los pesos (masas), y volumétricas o de los volúmenes. Las relaciones de masa y/o volumen entre los reactivos y los productos en los cambios químicos son de gran interés, pues permiten determinar que cantidad de un reactivo se necesita para combinar una cantidad dada de otro reactivo; qué cantidad de producto se formará de una cantidad de otro reactivo y qué cantidad de producto se formará de una cantidad específica de reactivo.

A continuación se describen las leyes fundamentales:

1. Ley de la conservación de la materia (masa): Esta ley se menciono con anterioridad, sin embargo se ha enunciado de diversas maneras, una de ellas indica que en cantidades ponderables en toda reacción o proceso químico”la masa total de las sustancias que intervienen, permanece invariable antes y después del fenómeno”. Esta ley afecta la forma como deben escribirse las ecuaciones químicas. El número de átomos de cada elemento debe ser igual en ambos miembros de la ecuación química. Balancear una ecuación significa encontrar la igualdad entre los dos miembros de la misma. Hay que tomar en cuenta que los coeficientes afectan a todos los subíndices de los átomos y que estos subíndices nunca deberán alterarse.

Ejemplo:

Azufre más oxígeno reaccionan y producen dióxido de azufre:

S + O2 → SO2

Se dice que la ecuación esta balanceada, ya que la cantidad de materia que hay en los reactivos es igual a la cantidad de materia de los productos.

Los coeficientes de una ecuación balanceada dan las cantidades relativas (en moles) de los reactivos y productos.

Cuando se detecta que la ecuación química no esta balanceada, es decir: el número de átomos de cada elemento que existe en ambos miembros de la ecuación (reactivos y productos) no es igual, será necesario balancear por tanteo la reacción.

Para balancear por tanteo no existe técnica alguna, debe hacerse por prueba y error, sin embargo se recomienda seguir los siguientes pasos:

Paso 1: Balancear los elementos metálicos involucrados en la reacción.

Paso 2: Balancear los elementos no-metálicos involucrados en la reacción.

Paso 3: Balancear los hidrógenos involucrados en la reacción.

Paso 4: Balancear los oxígenos involucrados en la reacción.

Paso 5: Se comprueban todos los elementos, mismo número de átomos en reactantes y productos.

Paso 6: Se repite el procedimiento con un número mayor, en el mismo orden hasta que todos los elementos estén igualados.

Ejercicios resueltos:

 Balancear por tanteo la siguiente ecuación química: C2H2 + O2 → CO2 + H2O

Resultado:

No existe elemento metálico dentro la reacción, entonces se procede a igualar los átomos del carbono, en reactantes se tienen 2 átomos de C y en los productos uno solamente, por lo tanto es necesario poner un 2 de coeficiente en el dióxido de carbono. Es decir:

C2H2 + O2 → 2CO2 + H2O

Los hidrógenos ya están balanceados, entonces únicamente faltan los oxígenos. Se observa que hay 2 átomos de oxígeno en los reactantes, mientras que en los productos existen 5. Al tener un número impar en los oxígenos se indicaría en número fraccionado y no en números enteros, entonces debido a que no se pudo balancear es necesario iniciar el procedimiento.

Inicialmente intentamos balancear la ecuación con una molécula de C2H2, por lo que se debemos probar ahora con 2. Es decir 2C2H2 + O2 → CO2 + H2O

Se observa que existen 4 átomos de C en los reactantes por lo tanto habrá que poner un coeficiente igual a 4 en donde se encuentre el carbono en los productos (CO2):

2C2H2 + O2 → 4CO2 + H2O

Para los hidrógenos existen 4 en los reactantes y 2 en los productos, debemos de poner un coeficiente igual a 2 en la molécula de agua, para igual los hidrógenos:

2C2H2 + O2 → 4CO2 + 2H2O

El oxígeno es el único que nos falta por balancear, en los reactantes hay 2 y en los productos 10, entonces se necesita un coeficiente igual a 5 en el oxígeno diatómico (reactante):

2C2H2 + 5O2 → 4CO2 + 2H2O

Finalmente el número de átomos involucrados en los reactantes son iguales al número de átomos involucrados en los productos, la ecuación se encuentra balanceada.

7.4 NUMERO DE AVOGADRO

Indica el número de átomos exactamente igual a 12 gramos del núclido de carbono 12 (12C).

Es el número de moléculas que existen en un mol, su valor es igual a 6,022 x 1023.

NOTA IMPORTANTE: El procedimiento general para interconvertir masa y número de unidades

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