Estequiometría: La Aritmética Química

Estequiometría:

la aritmética química

“Nada en la vida debe ser temido, solamente comprendido

[…] es hora de comprender más para temer

menos”

Marie Curie

Capítulo 7

Para comprender las manifestaciones vitales más elementales en organismos

unicelulares, así como las más complejas que se estudian actualmente

para la obtención de nuevos materiales, es fundamental el

conocimiento de las transformaciones químicas que se producen. Por

eso es necesario conocer qué sustancias se combinan, cuáles se forman

y también la cantidad que interviene de cada una de ellas (fig. 1).

Ecuaciones químicas

Las ecuaciones químicas, que simbolizan los cambios en la materia,

son muy útiles tanto a nivel de investigación como de producción porque

mediante ellas se logra comunicar cuáles son las transformaciones

que se producen.

Por ejemplo, si en el laboratorio de una industria farmacéutica se

debe obtener un determinado medicamento y se dispone de las sustancias

necesarias, posiblemente los químicos se planteen alguna de estas

interrogantes: ¿qué cantidad de cada reactivo se necesitará para obtener

cierta cantidad de medicamento? o ¿cuánto medicamento se podrá obtener

a partir de los reactivos disponibles? Fig. 1.

El término estequiometria proviene

del griego

ESTEQUIO METRÍA

“stoicheion” “metrón”

elemento medida

Designa la rama de la química

que estudia las relaciones cuantitativas

entre los reactivos y

productos en los procesos químicos.

Química • 4º año - 1º B.D. Estequiometría: la aritmética química • Capítulo 7 77

Para dar respuesta a estas y a otras preguntas se recurre a las ecuaciones

químicas que aportan información de las sustancias que intervienen

en dos aspectos:

- cualitativo: indica cuáles reaccionan y cuáles se producen

- cuantitativo: expresa las proporciones entre ellas

A partir de esta información es posible realizar cálculos estequiométricos.

Se denomina estequiometría al estudio de estos cálculos.

Puede decirse que la estequiometria es la “aritmética química”.

El estudio estequiométrico de los procesos químicos permite, entre

numerosas posibilidades, realizar predicciones cuantitativas acerca de

las cantidades de reactivos necesarias para obtener determinadas cantidades

de productos. Los químicos realizan estos cálculos cuando ponen

en marcha un proceso industrial, cuando estudian la conveniencia

de tal o cual combustible, cuando analizan la composición de muestras

o determinan las fórmulas de los compuestos, entre otras tantas

aplicaciones.

Consideremos, por ejemplo, la combustión completa del hidrocarburo

octano, C8H18 (fig. 2). Es posible escribir la siguiente expresión

para ese proceso empleando las fórmulas de las sustancias que intervienen

en el mismo.

C8H18 + O2 CO2 + H2O

En el transcurso de las transformaciones químicas la masa se conserva

como consecuencia de la conservación de los elementos. Por lo

tanto, es razonable pensar que el número de átomos de cada elemento

debe ser el mismo antes y después del cambio.

Para expresar la igualdad del número de átomos de todos los elementos

intervinientes se procede a “balancear” o “igualar” la expresión;

se utilizan números denominados coeficientes estequiométricos. En

este caso, si se coloca un 2 delante de C8H18 y un 16 delante de CO2 se

igualan los átomos de carbono simbolizados en esas fórmulas químicas;

luego un 18 antes de la fórmula H2O para igualar los átomos de hidrógeno

y finalmente, escribiendo 25 antes de la fórmula O2 se igualan los

átomos del elemento oxígeno.

Resulta así la ecuación química de combustión del octano (fig. 3).

2 C8H18 + 25 O2 16 CO2 + 18 H2O

A nivel de partículas, se puede interpretar que en este proceso 2 moléculas

de octano reaccionan con 25 moléculas de dioxígeno; se forman

16 moléculas de dióxido de carbono y 18 moléculas de agua.

Fig. 2. La nafta está compuesta por una

mezcla de hidrocarburos, siendo el octano,

C8H18, uno de ellos.

Fig. 3.

El uso del término ecuación en

química tiene un significado distinto

al que se emplea en matemática.

En este caso no representa

una igualdad ya que las

sustancias de partida poseen

propiedades características diferentes

de las que se forman.

Algo de historia...

Jeremías Benjamín Richter (1762-

1807), químico alemán. En 1792

enunció los principios de la estequiometría:

«La estequiometría es la ciencia que

mide las proporciones cuantitativas

o relaciones de masa de los elementos

químicos que están implicados».

(en una reacción química).

78 Capítulo 7 • Estequiometría: la aritmética química Química • 4º año - 1º B.D.

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2 C8H18 + 25 O2 16 CO2 + 18 H2O

2 moléculas 25 moléculas 16 moléculas 18 moléculas

de octano de dioxígeno de dióxido de agua

de carbono

Sin embargo, esta expresión se puede complementar con más información,

como el estado físico de las sustancias que intervienen:

2 C8H18(l) + 25 O2(g) 16 CO2(g) + 18 H2O(l)

En este caso es necesario recurrir a la magnitud cantidad de sustancia

realizando la interpretación cuantitativa en moles; por lo tanto los

coeficientes estequiométricos permiten establecer la proporción molar

en que se combinan los reactivos y se forman los productos.

En este ejemplo: dos moles de octano líquido reaccionan con veinticinco

moles de dioxígeno gaseoso; se forman dieciséis moles de dióxido

de carbono gaseoso y dieciocho moles de agua en estado líquido.

2 C8H18(l) + 25 O2(g) 16 CO2(g) + 18 H2O(l)

2mol 25mol 16mol 18 mol

de octano de dioxígeno de dióxido de de agua

líquido gaseoso carbono gaseoso líquida

Analicemos otro ejemplo, la formación del óxido de aluminio

(Al2O3) que se produce cuando reacciona el aluminio con dioxígeno

gaseoso.

Es posible escribir la siguiente expresión para describir ese proceso,

empleando las fórmulas de las sustancias que intervienen en el mismo:

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