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Unidad Didactica de Estequiometria

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Magalis Clarke

on 15 May 2014

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Transcript of Unidad Didactica de Estequiometria

¿Qué es Estequiometría?
Es la medición de las cantidades de reactivos y productos en una reacción química, tiene sus bases en 4 leyes conocidas como leyes pondérales, y son:
Leyes Ponderales
Reacciones Químicas y Estequiometría
En la descomposición de los alimentos, o en la combustión de la gasolina en los automóviles, se encuentran presentas las reacciones químicas. Los cambios químicos que experimenta la materia, ya sea en forma natural o provocada por causas externas, se pueden presentar mediante ecuaciones químicas.
Dos moléculas de octano (C8H18) reaccionan con 25 moléculas de oxigeno. Para producir 16 moléculas de bióxido de carbono y 18 moléculas de agua.
Se define al mol como la cantidad de una sustancia que contiene unidades elementales así:
El Mol
Estequiometría
Conversiones Molares
Un factor de conversión es una relación que se deduce de la igualdad entre las unidades: Se usa de la manera siguiente:
Los cálculos estequiométricos se utilizan de manera rutinaria en el análisis químico y durante la producción de todas las sustancias químicas que utiliza la industria o se venden a los consumidores, permiten determinar las cantidades de las sustancias que participan en las reacciones químicas.
Se puede establecer una serie de pasos para calcular la cantidad estequiométricas de un reactivo o producto en cualquier reacción química, son importar si los datos o las incógnitas están en gramos, moles o litros.
Ecuaciones Químicas y Cálculos Estequiométricos
Composición Porcentual
Los porcentajes calculados se conocen como composición porcentual. El porcentaje en masa de un elemento presente en un compuesto en partículas equivale al número de gramos del elemento presente en 100 g del compuesto.
Relación entre el Porcentaje y las Formulas Mínima y Molecular
Si se conoce los porcentajes de los elementos que constituyen una sustancia, se puede determinar su formula.
Los químicos han establecido dos tipos de formula: empírica y molecular. La formula empírica se obtiene con base en la composición porcentual, la formula molecular, generalmente, es un múltiplo de números enteros de la formula empírica.
Mediante análisis se determino que una sustancia presente en el vinagre contiene 40.0% de carbono, 6.67% de hidrógeno y 53.3% de oxigeno. Tiene una masa molar de 60.0 g/mol. Determina las formulas empíricas y molecular de la sustancia.
Ejemplo
Divide la masa molar de las sustancias entre la masa molar de la formula Empírica para determinar el número de veces que la masa de la formula empírica está contenida en la masa molar de la sustancia.
Las leyes ponderales son aquellas que rigen el comportamiento de la materia en los cambios químicos, en función de la masa de las sustancias que participan.
Ley de la Conservación de la Masa
Respaldada por el trabajo del científico Antoine Lavoisier, esta ley sostiene que la materia (la masa) no puede crearse o destruirse durante una reacción química, sino solo transformarse o sufrir cambios de forma. Es decir, que la cantidad de materia al inicio y al final de una reacción permanece constante
Ejemplo:
De acuerdo a la ley de la conservación de la masa, la masa de los reactantes debe ser igual a la masa de los productos.
Ley de las Proporciones Definidas o Constantes
Ley de la proporción constante, propuesta por Joseph Louis Proust, establece que en toda reacción química los reactantes y productos se combinan manteniendo sus mol o masas en una proporción constante o definida.
Ejemplo­:
Ley de las Proporciones Múltiples
Afirmada por el trabajo científico de John Dalton, esta ley se aplica a compuestos diferentes que se conforman de los mismos elementos. La ley afirma que cuando existe la combinación de elementos en más de una proporción para formar diferentes compuestos, la relación entre las masas de uno de los elementos que reacciona con una misma masa de otro elemento se expresa en números enteros pequeños.
Ejemplo:
El carbono y el oxígeno forman dos compuestos comunes que son el dióxido de carbono (CO2) y el monóxido de carbono (CO). El cuadro muestra las relaciones entre los compuestos, así:
Al comparar la relación entre las masas de oxígeno que reaccionan con una misma masa de carbono (12g), se obtiene que esta proporción es de 32g O: 16g O, lo que es igual a 2:1 ó 2 (un número entero pequeño).
Ley de las Proporciones Recíprocas
Propuesta por Richter Wenzel; las masas de los dos elementos que reaccionan con la misma masa de un tercer elemento, también pueden reaccionar entre sí:
Como la masa del cloro es la misma en ambas ecuaciones, de acuerdo con la ley de las proporciones recíprocas, las masas de hidrógeno y sodio pueden combinarse entre sí:
Toda reacción química debe cumplir con la ley de la conservación de la masa. La combustión de la gasolina compuesta principalmente por octano (C8H18) es:
Un mol de átomos de carbono contiene átomos de carbono.
Un mol de moléculas de dióxido de carbono contiene moléculas de dióxido de carbono.
Un mol de cualquier sustancia contiene partículas unitarias de esa sustancia.
La palabra mol nada tiene que ver con moléculas; mol deriva del latín moles, que significa montón o pila. El mol es la conexión entre el mundo de la macroescala y la nanoescala, el mol es que siempre contiene el mismo número de partículas:
1 mol = partículas
Masa Molar
La masa molar es la masa en gramos de un mol de una sustancia; se representa con las unidades de gramos sobre mol (g/mol). Para todos los elementos, la masa molar es la masa en gramos numéricamente igual al peso atómico del elemento en unidades de masa atómica.
Volumen Molar
El volumen molar es el volumen que ocupa un mol de un gas en condiciones TPN. TPN significa temperatura y presión normales, valores normales una temperatura de 273 K (grados kelvin) y 1 atm (una atmósfera) de presión.
Masa Formula
La masa formula es la suma de las masas atómicas expresada en unidades de masa atómica de los elementos indicados en la formula. En ocasiones se usa el término masa molecular para indicar que el compuesto existe como molecular, masa formula cuando el compuesto es iónico.
Ejemplo:
¿Cuántos moles y cuántos átomos de hierro hay en una varilla de este metal que pesa 10 gramos?
Solución:
En base a la tabla periódica la masa molar del hierro es 55.847 g/mol por lo tanto la masa de un mol de hierro es 55.847 g
Partiendo de estos datos puedes convertir la masa de la varilla a moles de la forma siguiente:
Una vez determinados los moles de Fe, y recordando utilizar el número de Avogadro, puedes calcular el número de átomos de Fe:
Pasos para resolver problemas de estequiometría a partir de una ecuación química:
Paso 1
Escribir la ecuación química balanceada con las formulas o los símbolos correctos de los reactivos y productos.
Paso 2
Determina las masas molares de las sustancias que intervienen en el cálculo.
Paso 3
Convertir a moles la cantidad de sustancia conocida A.
Paso 4
Convertir los moles determinados de la sustancia conocida A a moles de las sustancias desconocidas B. Hacer uso de la relación estequiométrica correcta, tomada de la ecuación balanceada.
Paso 5
Convertir los moles determinados de la sustancia desconocida B a las unidades solicitadas.
Para calcular el porcentaje en masa de un elemento que forma parte de un compuesto partiendo de la formula, se requiere:
Determinar la masa de un mol de la sustancia (masa molar).
Dividir la masa del elemento presente en un mol de la sustancia entre la masa.
Multiplicar el cociente obtenido por 100.
La operación matemática es:
Ejemplo:
El geraniol (C10H18O) es una sustancia que reconfiere el olor característico a las rosas. Con base en la formula molecular calcula su composición porcentual en masa.
 Determina la masa molar de geraniol:
Divide la masa de cada elemento entre la masa de 1 mol de geraniol y multiplica por 100.
Porcentaje de C:
Porcentaje de H:
Porcentaje de O:
Formula Empírica ó Mínima
Proporciona la mínima relación de números enteros de los átomos de un elemento presentes en un compuesto.
La formula empírica se puede determinar si se conoce el numero de gramos de cada elemento que se combinan para formar un compuesto en particular.
Formula Molecular ó Verdadera
Proporciona el número real de átomos de cada elemento presente en una molécula.
La formula molecular se determina a partir de la formula empírica, la composición porcentual y se necesita conocer la masa molar del compuesto.
Solución
Convierte a gramos los porcentajes de cada elemento
Convierte a moles los gramos de cada elemento
Divide los moles calculados de cada elemento entre el valor más pequeño para determinar el conjunto de números enteros mínimos de la formula empírica.
Resultado:
Reactivo Limitante
Al reactivo que se agota en su totalidad en una reacción química se le llama reactivo limitante, porque la cantidad de este reactivo limita la cantidad de un nuevo producto que se puede formar.
Ejemplo:
El metanol o alcohol metílico (CH3OH) se produce, a nivel comercial, mediante la reacción de monóxido de carbono (CO) con hidrógeno H2 Gaseoso a temperatura y presión elevadas. Para 72 Kg. de CO que reaccionan con 5.50 Kg. de H2 determina el reactivo limitante. La ecuación química de la reacción es:
Solución:
Convierte a gramos los kilogramos de cada sustancia:
Convierte a moles los gramos de cada sustancia
Calcula los moles necesarios de cada sustancia para reaccionar con los moles de que se parte en la reacción. Considera las relaciones estequiométricas de la ecuación:
Observa que la cantidad de moles de H2, que se requiere (5141.0) es más de la cantidad que se tiene (2728.1). En este caso el H2 es el reactivo limitante.
Puedes convertir a kilogramo los moles obtenidos de cada sustancia para tener una mejor comparación de las cantidades:
Resultado:
Reactivo limitante: Hidrógeno. Cantidad de que se parte, 5.50 Kg Cantidad que se requiere, 10.36 Kg
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