introducción a la estequiometría

QUMICA Y AMBIEMTE QUI-070

Material intelectual: Dra. Carolina Paipa

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Estequiometra:

Es el estudio cuantitativo de

reactivos y productos en una

reaccin qumica.

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Proceso en el cual una sustancia (o ms

sustancias) cambia(n) para formar una o ms

sustancias nuevas.

En los cambios qumicos podemos distinguir:

sustancias que intervienen en el cambio, que

llamaremos reactantes y las que se forman

como efecto del cambio, que denominaremos

productos.

Reaccin Qumica

Tipos de reacciones

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Escritura de ecuaciones qumicas

La ecuacin qumica debe contener:

CaO + CO2

Todos los productos

D

Las condiciones de la reaccin

CaCO3

Todos los reactivos

El estado fsico de las sustancias

(s) (s) (g)

Una ecuacin qumica usa los smbolos qumicos para mostrar lo que sucede durante una reaccin qumica

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Smbolos usados en una ecuacin qumica:

+ se usa entre dos frmulas para indicar la presencia de varios reactivos o de varios productos.

se llama flecha de reaccin y separa los reactivos de los productos. Indica que la combinacin de los reactivos produce.

la doble flecha indica que la reaccin puede ocurrir en ambas direcciones.

la flecha hacia abajo indica la formacin de un precipitado que cae por gravedad al fondo del vaso de reaccin.

(ac) indica que el reactivo o el producto se encuentra en solucin acuosa.

Catalizador, generalmente se coloca encima de la flecha de reaccin y nos indica que para que se lleve a cabo la reaccin se necesita un catalizador.

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Por ejemplo, el hidrgeno gas (H2) puede

reaccionar con oxgeno gas (O2) para dar agua

(H2O). La reaccin qumica para este cambio se

escribe:

El '+' se lee como reacciona con y la flecha significa produce.

H2(g) + O2(g) H2O(l)


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Qu le ocurre a la materia cuando sufre una reaccin qumica?

Segn la ley de la conservacin de la masa los

tomos no se crean, ni se destruyen durante

una reaccin qumica. Por lo tanto una reaccin

qumica ha de tener el mismo nmero de tomos

de cada elemento a ambos lados de la flecha. Se

dice entonces que la reaccin est balanceada.


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Tres maneras de representar la reaccin de H2 con O2 para formar H2O

Dos molculas de hidrgeno Una molcula de oxgeno Dos molculas de agua

reactivos productos


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Los nmeros al lado de las frmulas son los coeficientes estequiomtricos (el coeficiente 1 se omite).

Esta ecuacin nos informa que 2 molculas de H2 reacciona con una molcula de O2 y forman 2 molculas de agua.

2H2(g) + O2(g) 2H2O(l)

Reactivos Productos


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Para obtener esta igualdad, se han ideado varios

mtodos, veremos principalmente dos:

1) el mtodo del tanteo, y

2) el mtodo algebraico.

1. Ajuste por el mtodo del tanteo. Consiste en comparar uno a uno los distintos elementos que participan en la reaccin.

Balanceo de ecuaciones qumicas

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Ejemplo. Mtodo tanteo

El clorato de potasio, KClO3, por calentamiento se descompone para formar cloruro de potasio, KCl, y oxgeno, O2.

1. Se escribe la reaccin:

2

3 O KCl KClO

2. Se compara el nmero de tomos de cada elemento: Reactivos Productos

K 1 1

Cl 1 1

O 3 2

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3. El nmero de tomos de oxgeno debemos balancear, multiplicando por 2 y 3, respectivamente:

23 3O KCl 2KClO

4. El nmero de tomos de potasio y cloro en los productos se multiplican por 2 y queda la reaccin balanceada.

23 3O 2KCl 2KClO

Reactivos Productos

K 2 1

Cl 2 1

O 6 6

Ejemplo. Mtodo tanteo

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Ajuste por el mtodo algebraico. Es preferible

aplicar este mtodo a situaciones ms complejas que

la anterior; consiste en representar los coeficientes

por las letras a, b, c, ... y plantear un sistema de

ecuaciones cuya solucin dar los valores de a, b, c,

... buscados.

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Ejemplo: Mtodo algebraico

Cuando el FeS2 reacciona con O2 los productos son Fe2O3 y SO2.

a FeS2 + b O2 c Fe2O3 + d SO2

1. Se escribe la reaccin con los coeficientes literales:

2. Se escriben las ecuaciones algebraicas para cada elemento:

Fe : a = 2c

S : 2a = d

O : 2b = 3c + 2d

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3 se opta por una letra de tal forma que todos los coeficientes estn en funcin de una de ellas:

a = a

b =11a/4

c =a/2

d = 2a

4 se le asigna el valor 4 a la letra que se us como

funcin, a , para que los coeficientes queden

nmeros enteros. La reaccin queda igualada.

4 FeS2 + 11 O2 2 Fe2O3 + 8 SO2

Fe : a = 2c

S : 2a = d

O : 2b = 3c + 2d

4

11

2

8

Ejemplo: Mtodo algebraico

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1. Escriba la frmula(s) correcta para los reactivos en el lado izquierdo y la frmula(s) correcta para el producto(s) en el lado derecho de la ecuacin.

El etano reacciona con el oxgeno para formar dixido de carbono y agua

C2H6 + O2 CO2 + H2O

2. Cambie los nmeros delante de las frmulas (los coeficientes) para hacer el nmero de tomos de cada elemento el mismo en ambos lados de la ecuacin. No cambie los subndices.

2C2H6 NO C4H12 r a

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3. Empiece balanceando esos elementos que aparecen slo en un reactivo y un producto.

C2H6 + O2 CO2 + H2O empiece con C o H pero no O

2 carbonos en la izquierda

1 carbono en la derecha

multiplicar CO2 por 2

C2H6 + O2 2CO2 + H2O

6 hidrgenos en la izquierda

2 hidrgenos en la derecha

multiplicar H2O por 3

C2H6 + O2 2CO2 + 3H2O


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4. Balancee esos elementos que aparecen en dos o ms reactivos o productos.

2 oxgenos en la izquierda

4 oxgenos (2x2)

C2H6 + O2 2CO2 + 3H2O

+ 3 oxgenos (3x1)

multiplicar O2 por 7 2

= 7 oxgenos en la derecha

C2H6 + O2 2CO2 + 3H2O 7 2

quite la fraccin multiplique ambos lados por 2

2C2H6 + 7O2 4CO2 + 6H2O


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5. Verifique para asegurarse de que tiene el mismo nmero de cada tipo de tomo en ambos lados de la ecuacin.

2C2H6 + 7O2 4CO2 + 6H2O

Reactivos Productos

4 C

12 H

14 O

4 C

12 H

14 O

4 C (2 x 2) 4 C

12 H (2 x 6) 12 H (6 x 2)

14 O (7 x 2) 14 O (4 x 2 + 6)


1) H2O + N2O5 HNO3

2) HCl + Zn ZnCl2 + H2

3) KClO4 KCl + O2

4) SO2 + O2 SO3

5) Cl2 + HI I2 + HCl

Balancee cada una de las siguientes ecuaciones qumicas por el mtodo del Tanteo

Balancee cada una de las siguientes ecuaciones qumicas por el mtodo Algebraico

1) FeS2 + O2 SO2 + Fe2O3

2) HCl + KMnO4 KCl + MnCl2 + H2O + Cl2

3) Cu + HNO3 Cu(NO3)2 + NO + H2O

4) PbS + HNO3 Pb(NO3)2 + NO + S + H2O

5) K4Fe(CN)6 + KMnO4 + HCl KCl + FeCl3 + MnCl2 + CO2

+ NO + H2O

Informacin cuantitativa a partir de ecuaciones balanceadas.

Cmo leer las ecuaciones qumicas

2 Mg + O2 2 MgO

2 tomos Mg + 1 molcula O2 produce 2 molculas de MgO

2 moles Mg + 1 mol O2 produce 2 moles de MgO

48.6 gramos Mg + 32.0 gramos O2 produce 80.6 g de MgO

2 gramos de Mg + 1 gramo de O2 produce 2 g de MgO

NO ES

Clculos en una ecuacin qumica

La estequiometra estudia las relaciones cuantitativas entre

las masas, los volmenes y el nmero de moles de las

sustancias reactantes y de los productos de la reaccin.

Para inferir esta informacin cuantitativa debe recordar que

toda las ecuaciones qumicas cumplen la Ley de

conservacin de la masa y la energa

Relaciones de masa de las ecuaciones

4 Fe + 3 O2 2 Fe2O3

Los coeficientes de una ecuacin qumica representan el nmero de

molculas o el nmero de moles de reactivos y productos. As, 4 moles de Fe reaccionan con 3 moles de O2 para dar 2 moles de Fe2O3.

- Dichos coeficientes en una ecuacin ajustada pueden emplearse como factores de conversin para calcular la cantidad de producto formada o la de reactivo consumida.

- Ejemplo: Cuantos moles de Fe2O3 se producirn a a partir de

4 moles de Fe? 2 moles de Fe? 8 moles de Fe? 1 mol de Fe?

2 1 4 0.5


8 mol Al2(SO4)3 x 3 mol de H2SO4

1 mol Al2(SO4)3

= 24 mol de H2SO4

2. Cuntos moles de H2O se obtendrn a partir de 156 g de Al(OH)3 ?

156 g Al(OH)3 x 1 mol Al(OH)3

78 g Al(OH)3

= 6 mol de H2O 6 mol de H2O

2 mol Al(OH)3

x

Al(OH)3 + H2SO4 H2O + Al2(SO4)3

1. Cuntos moles de H2SO4 se necesitan para producir 8.0 moles de Al2(SO4)3?

2 3 6

3. Cuntos grs de Al(OH)3 reaccionarn con 59 g de H2SO4?

59 g H2SO4 x 1 mol H2SO4

98 g H2SO4

= 31 g Al(OH)3

2 mol Al(OH)3

3 mol H2SO4

x

2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 6 H2O + Al2(SO4)3

78 g Al(OH)3

1 mol Al(OH)3

x


Reactivo limitante: Clculos estequiomtricos para la

determinacin del reactivo limitante y en exceso, rendimiento terico.

Reactivo limitante

Es la sustancia que se halla en

menor cantidad y se consume

totalmente en la reaccin,

determinando la cantidad mxima

de producto a obtenerse.

Reactivo en exceso

Es la sustancia que se halla en

mayor cantidad, de tal forma que

parte de esta no reacciona.

Al llevar a cabo una reaccin qumica, los reactivos pueden

estar o no en la proporcin exacta que determinan sus coeficientes

estequiomtricos.

Si se parte de una mezcla de productos que no es la

estequiomtrica, entonces el que se halla en menor cantidad se

denomina reactivo limitante, pues la reaccin slo tendr lugar hasta

que se consuma ste, quedando el otro (u otros) reactivo en exceso.

2H2(g) + O2(g) 2H2O(l)

Reactivo limitante

RENDIMIENTO TERICO: Cantidad de producto que, segn los clculos, se forma cuando reacciona todo el reactivo limitante

RENDIMIENTO REAL o EXPERIMENTAL: Cantidad de producto que realmente se forma en la reaccin.

Porqu difieren?

- No reacciona todo el reactivo

- El reactivo est hidratado

- Se dan reacciones secundarias no deseadas

Rendimiento real

Rendimiento terico x 100 = % RENDIMIENTO

Rendimiento porcentual

El carburo de calcio, CaC2, reacciona con agua para formar hidrxido de calcio y el gas inflamable etino (C2H2). Esta reaccin fue en un tiempo utilizada para luces de bicicletas debido a que los reactivos son fcilmente transportables.

a) Cul es el reactivo limitante cuando 100 g de agua reaccionan con 100 g de carburo de calcio?

b) Qu masa de etino puede producirse?

c) Qu masa de reactivo en exceso permanece despus de completada la reaccin?

Ejercicio

introducción a la estequiometría

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