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ESTEQUIOMETRÍA BÁSICA

Introducción

El término estequiometría se emplea para designar el cálculo de las cantidades de las sustancias que participan en las reacciones químicas.

Los cálculos estequiométricos se basan en las relaciones fijas de combinación que hay entre las sustancias en las reacciones químicas balanceadas. Estas relaciones están indicadas por los subíndices numéricos que aparecen en las fórmulas y por los coeficientes.

Este tipo de cálculos es muy importante y se utilizan de manera rutinaria en el análisis químico y durante la producción de las sustancias químicas en la industria.

Los cálculos estequiométricos requieren una unidad química que relacione los pesos de los reactantes con los pesos de los productos. Esta unidad química es el mol.

Clases de Compuestos

Un compuesto puede estar formado por iones (compuestos iónicos) o moléculas (compuestos covalentes o moleculares).

IonesUn ion es un átomo que ha perdido o ganado uno o más electrones (en general hasta un máximo de 3) y por lo tanto tiene carga.

Un átomo que ha perdido electrones tiene una carga positiva puesto que el electrón es negativo y es llamado catión.

Se forman en los metales por la pérdida de uno o más electrones de valencia. Esta perdida de electrones es llamada oxidación.

 Un átomo que ha ganado electrones tiene carga negativa y es llamado anión.

Unidad Fórmula

Puesto que la fórmula de un compuesto da el número relativo de átomos de cada elemento presente, representa lo que se llama una unidad fórmula. Una unidad fórmula de un átomo de helio (He), consiste de un átomo de helio. Una unidad fórmula de gas hidrógeno, consiste en una molécula de H2.

Una unidad fórmula de cloruro de sodio, (NaCl) consiste de un ion sodio (Na+) y un ion cloruro (Cl-).

En un compuesto molecular o covalente, los electrones son compartidos por los átomos que conforman el compuesto. La fórmula de un compuesto da el número de cada clase de átomos que conforman la unidad fórmula.

Peso molecular o peso fórmula

El conocimiento de la escala de los pesos atómicos, tal como se encuentran en la tabla periódica, puede ser combinada con la información obtenida de la fórmula de un compuesto. A partir de lo anterior, se puede calcular el peso fórmula (o peso molecular) de un compuesto. Esto se hace considerando el número de átomos de la unidad fórmula del compuesto y los pesos atómicos de los elementos. El término peso fórmula es el término más general, puesto que puede ser utilizado para átomos, iones y compuestos que existen como unidades fórmula.

El término peso molecular, se utiliza frecuentemente para cualquier tipo de compuesto. Considere los siguientes ejemplos en donde se determina el peso fórmula de ciertos compuestos, utilizando el peso atómico como se encuentra en la tabla periódica.

Calcule el peso fórmula de y su porcentaje de composición, es decir el porcentaje de hidrógeno y oxígeno que hay en la molécula:

H2O

Ca(OH)2

Mg(NO3)2

El Mol

Un mol es un número de partículas, tal como lo es una docena, de hecho, al mol se le ha considerado como ”la docena química”. El valor exacto del número de partículas en un mol es un valor muy grande. Se utiliza la letra N para representar este número de partículas. Se puede decir entonces, que así como decimos que hay 12 naranjas en una docena, que hay N átomos en un mol de átomos. Así como hay 12 objetos o cosas, en una docena, hay un número N de partículas en un mol.

Por ejemplo:

Un mol de átomos de sodio contiene N átomos de sodio.

Un mol de iones de sodio (Na+) contiene N iones de sodio.

Un mol de moléculas de agua contiene N moléculas.

Un mol de electrones contiene N electrones.

Tal como fue establecido previamente de que todos los átomos de sodio tenían el mismo promedio de masa, un mol de átomos de sodio tendrá siempre la misma masa, un mol de moléculas de agua tendrá siempre la misma masa.

Así como la masa relativa de los átomos está basada en el promedio del carbono-12, igualmente es el mol. Esto es, el número N es el número de átomos que hay en cierta cantidad constante de carbono-12. Esta cantidad es tomada como el peso atómico del carbono-12 (12.0000) expresado en gramos.

Entonces, el número N es igual al número de átomos que hay exactamente en 12 gramos de carbono-12.

Ahora que ya se definió el mol, consideremos el valor real de N. Se ha encontrado experimentalmente, por difracción de rayos x y otros métodos, que el número de átomos en 12 g exactos de carbono-12 es 6.02 x 1023. Este número es conocido como número de Avogadro.

Así un mol de unidades fórmula contiene 6.02 x 1023 de estas unidades, así sean átomos, moléculas, grupos de iones o lo que sea. La masa de 6.02 x 1023 unidades fórmula (átomos, moléculas, iones, etc.) es por tanto el peso fórmula expresado en gramos.

La masa de un mol de una sustancia en algunas ocasiones se le llama masa molar. El concepto de mol, nos da además una forma de expresar el peso atómico, peso molecular o peso fórmula como gramos por mol (g/mol). Normalmente se usa más el término de peso fórmula, aunque se conozca que la sustancia exista en forma molecular.

Al realizar cálculos es importante tener en claro los siguientes aspectos:

El peso fórmula del átomo de hidrógeno (H) es 1.0079

El peso fórmula de la molécula de hidrógeno (H2) es 2.0158.

Un mol de átomos de H = 1.0079 g

Un mol de moléculas de H2 = 2.0158 g

El peso fórmula del NaCl es 58.5 por lo tanto un mol de NaCl es 58.5 g.

Calcular el número de moles de NaOH en 85.0 gr de NaOH

Solución: El peso fórmula del NaOH es 40.0; por tanto hay 40.0 g en un mol. Entonces, el número de moles en 85.0 g de NaOH se calcula como:

Calcular la masa en gramos de 0.720 moles de Ca3(PO4)2.

Solución: El peso fórmula del Ca3(PO4)2 es 310 g. Entonces la masa de 0.720 moles se calcula como:

Calcular el número de moléculas que hay en 24.5 g de CO2.

Solución:

Calcular la masa en gramos de un átomo de carbono-12.

Solución:

Calcular la masa en kilogramos de 3.25 mmoles de H2O.

Solución:

Calcular el número de átomos de hidrógeno en 0.25 mg de H2.

Solución: