ESTEQUIOMETRÍA
CAMBIOS QUÍMICOS
El estudio de las transformaciones químicas permitió esclarecer la teoría atómica y las leyes de combinación de la química , posibilitando predecir las cant de sustancia que toman parte del cambio químico
ESTADO INICIAL ------------------------------- ESTADO FINAL
Sust.
Reactantes
Sust. Productos
TRANSFORMACIÓN
La representación simbólica de una transformación se obtiene con una ecuación química, en a cual un conjunto de símbolos y fórmulas representan los cambio
Al describir un experimento químico se debe especificar las fórmulas de las sustancias químicas, es estado de agregación en el que se encuentran, si son compuestos disueltos en agua y las condiciones de reacción.
Antoine Lavoisier
(padre de la química actual)
1785 ley relacionada con la conservación de la masa. "en un sistema aislado, la masa total en el sistema durante una reacción química permanece CTE. Es decir, la masa consumida de los reactivos es igual a la de los productos obtenidos. Nada se pierde, todo se transforma"
Por esta ley las ecuaciones químicas deben estar "balanceadas" (deben tener la misma cant de materia de cada lado)
TRANSFORMACIÓN QUÍMICA= Proceso o cambio químico que tiene asociado un estado inicial, un estado final y condiciones específicas para que se produzca
FENÓMENO QUÍMICO= Transformación química cuyo cambio es perceptible por algún sentido
REACCIÓN QUÍMICA= Cambio químico en el cual especies o reactantes se transforman en otras sustancias químicas llamadas productos. Pueden ocurrir cambios en la estructura molecular de las sustancias involucradas, pueden cambiar sus enlaces ,etc
ECUACIÓN QUÍMICA= Representación de una transformación química
Todo fenómeno químico es siempre una transformación química pero no viceversa
ECUACIONES QUÍMICAS
A + B ------> C + D
Donde A y B son los reactantes y C y D los productos
Los reactantes son las sustancias que se modifican y los productos las sustancias formadas
Es la representación simbólica convencional de una reacción química, contas de dos miembros separados por una flecha que indica el sentido de la reacción
Debe haber la misma cant de cada elemento de cada lado
Los números que se anteponen (en grande) a las fórmulas químicas (elementos) se llaman "coeficientes estequiométricos"
Al balancear una ecuación química se aplica la ley de conservación de la masa porque existe el mismo número de átomos de cada elemento en cada lado de la ecuación química
No se pueden modificar las atomicidades pero se pueden agregar coeficientes estequiométricos
BALANCE DE ECUACIONES QUÍMICAS
MÉTODO ITERATIVO (PRUEBA Y ERROR)
Igualar cant de átomos del elemento que aparece una sola vez en el reactante y el producto, en caso de que varios cumplan con esto también el que tenga mayor atomicidad
MÉTODO ALGEBRAICO
En caso de que una letra de igual a una fracción se deben multiplicar todos los resultados por su denominador para obtener números enteros
Reemplazar los resultados en la ecuación química como coeficientes estequiométricos (respetando la letra en donde van)
Resolver las ecuaciones (al obtener el valor de b lo reemplazas en otra ecuación y asi)
La letra que se repita en más ecuaciones se igualará a 1
Armar una ecuación por cada elemento
Asignarle una lera a cada sustancia (A,B,C,D)
En caso de que se indiquen condiciones específicas (estado de agregación, Tº, presión) ponerlos en el resultado s=sólido l=líquido g=gas ac=acuoso col=precipitado coliodal
REACCIONES QUÍMICAS DE INTERÉS
REACCIONES QUÍMICAS QUE TRANSVURREN SIN CAMBIO EN EL NÚMERO DE OXIDACIÓN DE LAS ESPECIES (ÁTOMOS, IONES Y/O MOLÉCULAS)
Antes y después de la transformación química las especies (elementos) tienen el mismo número de oxidación, es decir, a cada lado de la ecuación química cada elemento tiene la misma oxidación cumpliendo siempre con el principio de electroneutralidad
CaCO3 ------> CaO + CO2
REACCIONES QUÍMICAS QUE TRANSCURREN CON CABIO EN EL NÚMERO DE OXIDACIÓN DE ALGUNAS ESPECIES
Todas, algunas o solo una especie cambia su número de oxidación de un lado al otro de la ecuación química
2Hg + O2 ------> 2HgO
REACCIONES DE FORMACIÓN O DE SÍNTESIS DEL PRODUCTO
Transformaciones que parten de elementos y forman un dado compuesto
LA CUNTIFICACIÓN DEL CAMBIO QUÍMIO Y SUS APLICACIONES
ESTEQUIOMETRÍA 1792 palabra empleada por Jeremias Richter
Rama de la ciencia que establece las relaciones funcionales cualitativas y cuantitativas en las transformaciones químicas. Actualmente designa los aspectos cuantitativos de la información que se obtiene a partir de las múltiples relaciones entre símbolos, relaciones de combinación, fórmulas, atomicidades, coeficientes y ecuaciones
Al estudiar las reacciones químicas es importante tratar de efectuar relaciones cuantitativas a través de ellas (determinar que cant de un reactante se necesita para obtener una cant determinada de producto, que cant de producto se obtiene si tengo una cant limitada de uno de los reactantes, que pasa si tengo exceso de un reactante en un sistema, etc)
RECURSOS ALTERNATIVOS PARA RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS
Supongamos que la nafta está compuesta únicamente por isooctano (C8H18) y queremos saber cuantos g de O reaccionan en la combustión de 100 g de isooctano
OPCIÓN 1
Convertir la masa atómica en moles
Plantear las relaciones molares a través de la ecuación química balanceada
Poner los estados de agregación de los reactantes y productos
Convertir los moles a la unidad pedida (gramos, moléculas, etc)
Escribir y balancear la ecuación química
1 y 2) C8H18 + O2 ----> 8 CO2 + 9 H2O
2 C8H18 (l) + 25 O2 (g) ---- 16 CO2 (g) + 18 H20 (l)
3) Masa molecular de C8H18= 12,01. 8 + 1 .18= 114,2 uma
Masa molar de C8H18= 114,2 g
Número de moles de C8H18 en 100 g= 114,2 / 100= 0,8757 mol
4) Relación estequiométrica=
2 moles C8H18 ------ 25 moles O2
0,8757 moles C8H18 ------ x= 10,95 moles O2
5) 1 mol de O2 ----- 32 g O2
10,95 moles de O2 -------- x= 350,4 g de O2
EN 100 g DE C8H18 REACCIONAN 350,4 g DE O2
OPCIÓN 2
Poner los estados de agregación de los reactantes y productos
Identificar los datos y la incognita del problema
Escribir y balancear la ecuación química
Plantear las relaciones molares (en g, moléculas, etc) según los datos y la incognita del problema
1 y 2) C8H18 + O2 ----> 8 CO2 + 9 H2O
2 C8H18 (l) + 25 O2 (g) ---- 16 CO2 (g) + 18 H20 (l)
3) DATOS: 100 g de combustible
INCOGNITA: g de O molecular consumido por 100 h de combustible
4) Masa molecular de C8H18= 12,01 . 8 + 1 .18= 114,2 uma
Masa mlar de C8H18= 114,2 g
Masa molar de O2= 32 g
2 moles . 114.2 g/mol de C8H18 -------- 25 moles . 32 g/mol de O2
100 g de C8H18 -------- X= 350,3 g de O2
REACTIVO LIMITANTE
Es la sustancia que se consume completamente en la reacción determinando7limitando la cant de producto que se forma
La masa de uno de los reactivos no cumple con exactamente con la relación estequiométrica
Zn (s) + H2SO4 (ac) ------> ZnSO4 (ac) +H2 (g)
1 mol
65,4 g
1 mol
98,0 g
1 mol
161,4 g
1 mol
2,0 g
Para saber cual reactivo es el limitante y cual está en exceso hay que comparar la relación molar de los reactivos
Número de moles de Zn en el problema: 7,00 g / 65,4 g . mol= 0,107
Número de moles de H2SO4 en el problema: 40,0 g / 98,0 g . mol= 0,408
Relación estequiométrica: n Zn / n H2SO4=1/1
Relación real del problema: 0,107 / 0,408= 0,262
Relación estequiométrica 2: n H2SO4 / n Zn=1/1
Relación real del problema: 0,408 / 0,107= 3,813
Como se puede ver en los resultados el que se encuentra en menor proporción es el Zn (la relación Zn/H2SO4 dio un número menor a H2SO4/Zn)
¿Qué sucede si se hacen reaccionar 7,0 g de Zn con 40,0 g de H2SO4?
Para saber que masa de H2SO está en exceso se hace:
0,408 - 0,107 = 0,301 mol
1 mol de H2SO4 -------- 98,0 g de H2SO4
O,301 mol de H2SO4 --------X= 29,5 g de H2SO4
Quedaron sin reaccionar 29,5 g H2SO4
Para saber cuanto producto se formo se hace:
1 mol de Zn ------- 161,4 g de ZnSO4
o,107 mol de Zn ------- x= 17,3 g de ZnSO4
Los cálculos estequiométricos se deben hacer tomando como base el reactivo limitante
No modificar atomicidades !!! ⚠
Al balancera una ecuación química estoy diciendo las relaciones en peso de los elementos para formar determinada cantidad de producto
Se plantean relaciones directas de cantidades (átomos, moléculas, moles) no masas con los coeficientes estequiométricos
<----Lavoisier
CONSEJO: hacer los paso usando moles y al final pasarlo a g si es necesario
Si no sabemos cual es reactivo limitante también se puede hacer una regla de tres:
1 mol Zn ---- 1 mol H2SO4
0,107 mol Zn ----- x= 0,107 mol H2SO4
1 mol H2SO4 ---- 1 mol Zn
0,408 mol H2SO4 -----x= 0,408 mol Zn
Está en exceso el H2SO4 porque no tengo la cantidad de Zn que necesito