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Estequiometria y soluciones de problemas
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ELABORAR UNA PGINA WEB TITULADA ESTEQUIOMETRA CON LA
FINALIDAD DE UTILIZAR LAS NUEVAS TECNOLOGAS DE INFORMACIN
EN EL APRENDIZAJE DE LOS ESTUDIANTES, EN EL AREA DE QUMICA DE
LA UNIVERSIDAD DE ORIENTE
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RESUMEN
En este mundo de cambios vertiginosos, de lucha constante para adaptarse a las
necesidades que requiere la sociedad, donde las nuevas tecnologas de informacin y
comunicacin (NTIC) estn variando aceleradamente las organizaciones; es necesario que
las Universidades no se queden estticas, sino que por el contrario deben adecuarse
rpidamente a estos requerimientos, a fin de replantear el Arte de Enseanza.
Particularmente la creciente tecnologa en estos nuevos tiempos ha dado paso a nuevos
saberes dispuestos en operaciones hipertextuales y en redes que propician otras lgicas,
otra epistemologa y otra dialctica en el campo educativo. Por otro lado, el proceso de
aprendizaje ha evolucionado en un esfuerzo continuo a travs de los modelos del
conductismo, cognitivismo y reciente el constructivismo en el cual el individuo se siente
libre, construye, crea o inventa realidades. En la elaboracin de esta pgina WEB titulada
Estequiometria se utilizaron un conjunto de estrategias basadas en los referidos modelos
educativos y en las NTIC con la finalidad de mejorar el proceso de aprendizaje de los
estudiantes en la Universidad de Oriente en el tema de estequiometria. Adems ofrece la
posibilidad de extrapolar la Investigacin en la UDO y dems Universidades Pblicas del
pas. En ltima instancia la investigacin adquiere especial significado
terico/epistemolgico una vez revisada una exhaustiva literatura que facilit ampliamente
la construccin del marco conceptual tratado para al abordaje y resolucin de los
problemas planteados en el tema estequiometria y areas afines en el desarrollo de la
carrera profesional del alumno.
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DEDICATORIA
A Dios Todopoderoso
A la Virgen del Valle
Al Santsimo Cristo Del Buen Viaje
Quienes siempre me guan e iluminan. Sin ellos nada sera posible
A Belkis- Rondi- , mi esposa, cuya paciencia, afecto y compresin hicieron posible
desarrollar esta investigacin
A Athina, Atilio, Adhemar, Juan Carlos, Jesus David y Nahirelis: mis hijos, quienes con su
infinita generosidad y amor comprendieron tantas ausencias y sin saberlo me inspiraron y
apoyaron para que este trabajo fuera una realidad.
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AGRADECIMIENTOS
A todos los maestros que da a da luchan por una Educacin Integral, haciendo de este
mundo un lugar mejor.
A todos mis alumnos que participaron en los diferentes cursos de Qumica I y Qumica II.
A la profesora Xiomara Salazar por su disposicin en la revisin, apoyo y sugerencias
acadmicas.
A la profesora Ligia vila, por sus orientaciones, colaboracin en la revisin y lectura de
este trabajo.
A mi madre, Juana Serrano. Una mujer valiente, humilde cuya pasin, perseverancia y
amor me han enseado que nada es imposible.
A la memoria de mi padre, Atilio Martnez Ros y a una amiga de siempre, Petra Celestina
Luna.
A mis hermanos, sobrinos y nietos, con quienes mantengo un vnculo de amistad
incondicional.
Finalmente, y no por ello menos importante, a todas las personas que de una manera u otra
han tocado mi vida a lo largo de mi existencia con su amistad, incondicionalidad,
comprensin y afecto
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INTRODUCCIN
Las concepciones del aprendizaje y de la enseanza estn inmersas en los enfoques que se
tengan de la sociedad, de la naturaleza del ser humano y de la accin pedaggica. De all
que Camperos (1995) afirme que la evaluacin del aprendizaje exige una claridad en el
concepto mismo de aprendizaje.
Interpretando lo expresado por Camperos, el aprendizaje se debe centrar en la
construccin de significados y su relacin con el mundo, mediante construcciones
mentales. Tambin se puede definir como el proceso mediante el cual un sujeto construye
destrezas o habilidades prcticas, incorpora contenidos informativos o adopta nuevas
estrategias de conocimiento y accin.
Ausubel (1983), diferencia entre aprendizaje y enseanza, demostrando que la tarea
esencial de la educacin es conseguir el aprendizaje de carcter significativo; pero que para
hacerlo, es necesario que el nuevo aprendizaje se vincule de manera significativa con los
aprendizajes anteriores. De all que no sean lo mismo los tipos de aprendizaje que las
formas de enseanza, dado que lo primero hacen referencia a las caractersticas
estructurales conseguidas en la asimilacin de una informacin nueva, en tanto que los
otros se preguntan por el mtodo mediante el cual se da la enseanza. El aprendizaje puede
ser, as, significativo o mecnico, segn se relacione sustancial o arbitrariamente con la
estructura cognoscitiva del estudiante; por otra parte, puede asumir las formas de receptivo
o por descubrimiento, segn si se le presentan al estudiante los contenidos en su forma
final o ste tiene que encontrarlos.
La generalidad de este trabajo va estar enmarcada fundamentalmente en el enfoque
constructivista que ha tenido una gran influencia en el campo educativo, en los ltimos
tiempos. Segn Gallego Badillo (1996): Los fundamentos del aprendizaje constructivista
son aquellos que sostienen que el ser humano construye representaciones de s mismo, de
la sociedad y de la naturaleza (p.172)
En general, el constructivismo representa la posicin ms desarrollada y sustentada
de las vanguardias pedaggicas contemporneas y ha alcanzado, segn la expresin de
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Novak, un consenso emergente entre la comunidad pedaggica y la psicologa del mundo
actual. Sin duda el constructivismo pedaggico se sustenta sobre los ms importantes
avances alcanzados a nivel epistemolgico y psicolgico durante el siglo pasado, al
considerar el conocimiento como una construccin del ser humano y no como una copia de
la realidad, al postular el carcter relativo de la verdad y al reconocer que la ciencia
construye hiptesis y no realidades.
El propsito fundamental de esta investigacin es asociar el proceso educativo con
las nuevas tecnologas de informacin y comunicacin (NTIC), las cuales estn
transformando a la sociedad. Cada vez resulta ms difcil encontrarnos con acciones
formativas que no estn apoyadas en diferentes medios tecnolgicos, y ello ocurre
independiente del sistema educativo en el cual nos movamos, y de los contenidos que
estemos llevando a cabo.
Este trabajo de investigacin tiene como finalidad tratar el tema de estequiometra,
haciendo uso de las nuevas tecnologas de informacin - el internet o red de redes de
informacin de alcance global -. Es importante destacar que la estequiometra es una
herramienta fundamental para la compresin en muchos campos de la investigacin tales
como la agricultura, medicina, tecnologa aplicada a la salud, farmacutica, industrias
bioqumicas, la ciencia de los materiales, entre otras
En lo referente al desarrollo del tema de estequiometria y los conceptos
fundamentales que conforman esta unidad es necesario destacar que desde la antigedad el
hombre ha tratado de entender y explicar cmo se producen los fenmenos naturales que se
observan a su alrededor. El desarrollo de la Qumica se impulsa cuando el qumico francs
Antoine Lavoisier (1734 - 1794) introduce la balanza, lo cual permiti que los qumicos
de su poca reconocieran la importancia de las mediciones y la cuantificacin por masas
de las cantidades de reactivos y productos que intervienen en un proceso qumico.
Es de hacer notar que a partir del descubrimiento de la balanza los qumicos
pudieron comprender y explicar la ley de la Conservacin de la Masa; la cual establece
que: los tomos ni se crean ni se destruyen durante cualquier reaccin qumica. Es decir
que, la misma cantidad de tomos que est presente despus de una reaccin qumica, es
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la misma cuando se inicia (todo lo que entra sale). Operacionalmente tambin se puede
definir que: en toda reaccin qumica (ordinaria) la suma de las masas de los reactivos
es igual a la suma de las masas productos.
En el mismo orden de ideas, las reacciones qumicas representan la esencia
fundamental de la vida y el desarrollo de la qumica. Algunas reacciones, por ejemplo las
que acompaan el incendio de un bosque, la explosin de la dinamita, bombas atmicas,
etc. son muy violentas. Otras son menos violentas y ms fciles de estudiar, tales como las
utilizadas en las industrias, campo de medicina, agricultura, quimioterapia, la produccin
de fuentes de energa, alimentos, entre otras.
En sntesis, los conocimientos derivados de la estequiometria y los clculos
estequiomtricos tienen su aplicabilidad en el campo industrial, en la vida diaria y en el
desarrollo cientfico tecnolgico, entre otros.
Finalmente es propicio destacar que este trabajo se enfoca en el desarrollo de los
puntos correspondientes de la estequiometria con base al programa de Qumica I (010-
1814) de la Universidad de Oriente, como: tomo, molcula, mol, nmero de Avogadro,
masas atmicas, masas molares, composicin porcentual o centesimal de un compuesto,
porcentaje de pureza, frmula emprica, frmula molecular, mtodos para determinar las
masas atmicas (Cannizaro, Abundancia Isotrpica, Dulong Petit y masas de
combinacin) reaccin qumica, ecuacin qumica, estequiometria, reactivo limitante,
reactivo en exceso, rendimiento terico, rendimiento prctico, clculos estequiomtricos y
las correlaciones con otros temas del referido programa tales como: leyes Ponderales de la
Qumica, Disoluciones o Soluciones y Gases.
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OBJETIVO GENERAL
Disear una pgina web titulada Estequiometria soportada en el modelo
-------------------------------------------------------------, con el propsito de suministrar nuevas
herramientas metodolgicas y tecnolgicas de informacin, a los estudiantes de la Unidad
de Estudios Bsicos del Ncleo de Anzotegui, de la Universidad de Oriente, para mejorar
su aprendizaje en el rea de qumica.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
a) Manejar las Nuevas Tecnologas de Informacin - Internet con la finalidad de
proporcionar a los estudiantes de la Unidad de Estudios Bsicos del Ncleo de
Anzotegui, de la Universidad de Oriente, herramientas que faciliten resolver
problemas relacionados con la Estequiometria y temas afines.
b) Correlacionar las herramientas bsicas desarrolladas en la pgina web de
Estequiometria con la finalidad de aplicarlas en la resolucin de problemas,
correspondiente a: leyes ponderales de la qumica, disoluciones, gases y otras reas
relacionadas.
c) Cuantificar la importancia de la Estequiometria en los procesos industriales, medio
ambiente y calidad de vida de los seres humanos.
d) Brindar una base terica de estequiometra, para reforzar los conocimientos
desarrollados por el docente en el aula de clases.
e) Motivar a los alumnos a ser autodidactas durante el estudio de estequiometra y otros
temas vinculados a su carrera profesional.
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CAPTULO I
Actualmente vivimos una poca de cambios en las organizaciones. Prez (1999), ha
indicado acertadamente que se trata de un cambio de poca. Estamos pasando de una
sociedad industrial a una sociedad del conocimiento, en la cual se enfatiza la innovacin, la
educacin de calidad y la creatividad, caracterizada por la globalizacin y el predominio
del desarrollo cientfico-tecnolgico.
Drucker (1988), en su ya clsico artculo The coming of New Organization
estudia el impacto de la tecnologa computacional en las organizaciones, destacando
fundamentalmente, cambios acelerados en las Industrias, en el campo financiero, estructura
organizacional, competitividad en los negocios, expansin de la informacin y
comunicacin en el campo educativo, entre otros.
Para los fines de este trabajo se resaltan los avances en las Tecnologas de la
Informacin y la Comunicacin (NTIC) y los cambios en la teora educativa. En efecto,
vivimos la incorporacin de las NTIC en la mayora de los mbitos del conocimiento y del
quehacer humano y ello modificar enormemente la forma como creamos y distribuimos la
informacin. La utilizacin intensiva de estas tecnologas ha ido transformado gran parte
de nuestras organizaciones y actividades. As, ya se habla con toda naturalidad de
comercio electrnico, bibliotecas virtuales, hospitales, laboratorios virtuales, auditabilidad
electrnica, navegacin, aviacin, automovilismo, viajes espaciales y muchos otros. La
educacin no escapa a esta tendencia, se ha establecido la expresin eLearning (Comisin
de las Comunidades Europeas, 2000) y, aunque con rezagos, se estn incorporando cada
vez ms los recursos para estas nuevas tecnologas de informacin. Sin embargo, no existe
equidad en su aplicacin y globalizacin.
Con base en el desarrollo acelerado que han generado estas nuevas tecnologas de
informacin y comunicacin es necesario establecer polticas educativas en nuestro pas
que permitan una verdadera reforma en el sistema educativo. Cambiar y mejorar la realidad
educativa de nuestras instituciones, renovar en el mismo sentido la enseanza, entre otras,
son inquietudes que cobran fuerza, bien sea a travs de la presin social como de la misma
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realidad educativa; as como tambin la necesidad de generar conocimientos que hoy en
da es lo que refuerza el poder de una nacin.
En los procesos educativos, los cambios van desde lo epistemolgico, en el sentido
de la consideracin de nuevas formas de acceder al conocimiento, hasta la evaluacin de
los aprendizajes. Es difcil cambiar la prctica educativa sino se analizan las concepciones
implcitas en ellas y la naturaleza de los problemas concretos que habitualmente nos
plantea. No existe una nica forma de ensear. Adems existen diferentes enfoques o
modelos pedaggicos entre los cuales podemos mencionar: el enfoque conductista,
cognitivo y constructivista.
El enfoque conductista prevaleci durante mucho tiempo con sus correspondientes
implicaciones para la educacin; con l se consider que lo que ocurra en la mente no
poda ser objeto de estudio cientficamente vlido, es decir, le asigna al maestro
reproductor de saberes la funcin de transmitir un saber, al tiempo que el alumno debe
cumplir el papel de receptor de los conocimientos. Ninguno de los dos es considerado
activo en el proceso educativo. En trminos generales se hablaba de la caja negra, la cual
se centraba: en los estmulos de entrada, las respuestas de salida y los reforzamientos
necesarios para aumentar o disminuir la frecuencia de las respuestas. Generalmente se
fundamenta en la transmisin verbal del conocimiento. Es la forma habitual de ensear en
los centros educativos, informa pero no forma, es una educacin vertical, autoritaria,
pasiva, superficial, memorstica y paternalista.
Es necesario dejar atrs este paradigma que supone que los roles del estudiante son:
escuchar, obedecer, recibir contenido en forma de depsito y memorizarlo mecnicamente
para ser evaluado por los exmenes correspondientes.
En cuanto al enfoque cognitivo, sus inicios como corriente pedaggica
contempornea pueden situarse en los trabajos de Piaget (1977), quien propuso una teora
racionalista frente a las tesis empirista de la tabula rasa, caracterizado por su posicin en el
conocimiento cientfico experimental.
Las implicaciones educativas del cognitivismo son impactantes, particularmente en
cuanto a sus aplicaciones inmediatas en el aula escolar, en la solucin de problemas, en los
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procesos de metacognicin, en el pensamiento creativo, en cuanto a los estilos y
dimensiones de aprendizaje, en los diseos instruccionales, en el planteamiento de
escuelas inteligentes, en la aparicin de los nuevos enfoques para ensear a pensar y en
el desarrollo de habilidades de pensamiento entre otros muchos aportes, lo cual deja claro
que la corriente cognitiva est lejos de ser un cuerpo de conocimientos terminado y
completo. Por ser un rea de conocimiento relativamente nueva, da a da se siguen
generando avances sobre el pensamiento humano, a travs del uso del mtodo
experimental. (Cerezo, 2007)
El constructivismo representa la posicin ms desarrollada y sustentada de las
vanguardias pedaggicas contemporneas y ha alcanzado, segn la expresin de Novak
(1991), un consenso emergente entre la comunidad pedaggica y psicolgica en el mundo
actual. Sin duda, el constructivismo pedaggico se sustenta sobre los ms importantes
avances alcanzados a nivel epistemolgico y psicolgico durante el siglo pasado, al
considerar el conocimiento como una construccin del ser humano y no como una copia de
la realidad, al postular el carcter relativo de la verdad y al reconocer que la ciencia
construye hiptesis y no descubre realidades.
Uno de los mayores aportes del constructivismo a nivel epistemolgico es el de
postular el papel activo del sujeto en el proceso de conceptualizacin. En ese orden de
ideas, el constructivismo parte de considerar el conocimiento como un proceso individual,
idiosincrsico personal, singular e irrepetible.
La esencia fundamental de la teora constructivista se fundamenta en la idea de que
el individuo construye su conocimiento, basado en construcciones mentales: creacin de
reglas, modelos esquemas, creatividad, generalizaciones o hiptesis que nos permitan
predecir con cierta precisin qu va a pasar en el futuro.
Este modelo se caracteriza por hacer nfasis en la educacin como un proceso
permanente en donde el individuo va descubriendo, elaborando, reinventando, innovando,
haciendo suyo el conocimiento, organiza las actividades en torno a problemas proyecto
de trabajo relacionado con la participacin de los alumnos y propicia su propio
aprendizaje.
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En el mismo orden de ideas es importante destacar el papel de la informtica en el
campo educativo. Las nuevas tecnologas de la informacin estn cambiando las
organizaciones, y quienes se ocupan de investigar en esta rea estn en una bsqueda
constante de nuevas metodologas a fin de entender los procesos que se estn dando en las
instituciones.
La informtica desempea un papel crucial en la reingeniera de negocios, pero
tambin es muy fcil utilizarla mal. La informtica en el grado ms alto de la tecnologa
moderna, es parte de cualquier esfuerzo de reingeniera, un capacitador esencial porque
permite a las compaas redisear sus procesos. (Hammer, 1995)
En sntesis, la evolucin de la tecnologa informtica, hoy por hoy, tiende a ser ms
clara para el ser humano. Da con da los responsables de las organizaciones ven la
necesidad e importancia de las computadoras en la organizacin de la sociedad. Tambin
es conveniente sealar el papel preponderante de la tecnologa de la informtica en el
contexto educativo.
El internet, tambin llamada la red de redes con alcance global, permite que los
usuarios compartan informacin. Dentro de la Internet, el correo electrnico es lo ms
usual pero no lo nico.
Negroponte (1996) seala que: Nadie sabe cunta gente usa el Internet, porque, ante
todo, es una red de redes. Esto nos da una clara idea del uso del internet como un medio de
comunicacin que cada da se vuelve ms popular. Adems del correo electrnico y el
intercambio de archivo, el internet ofrece una de sus aplicaciones ms interesantes en el
sistema WEB: una red de los servidores conectados al internet que ofrecen pginas de
grficas de informacin, entre otros.
En el campo educativo el uso del Internet es probablemente uno de los ms
interesantes de la red. Con el apoyo de instituciones de educacin superior, organismos
internacionales y gobiernos, la red de redes ha sido beneficiada de manera muy valiosa en
cuanto a la creacin de bases de datos pblicas, el acceso de bibliotecas, centros de
investigacin y universidades de todo el orbe. De esta manera muchos usuarios pueden
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conectarse al conocimiento y constituye una fuente muy valiosa para la actualizacin de
diversas reas de la ciencia.
Una de las herramientas ms utilizadas por las organizaciones es el correo
electrnico. El e-mail ha llegado a ser uno de los procesos de comunicacin ms usuales en
todas las formas de vida, especialmente en las grandes compaas y en instituciones como
universidades y gobiernos. (Rheingold, 1994).
Entre las ventajas que ofrece el correo electrnico es que se puede enviar un
documento y el destinatario puede trabajar sobre l, editarlo y enviarlo de regreso cuantas
veces sea necesario. Tambin, el mismo mensaje se puede enviar a mltiples usuarios. Sin
embargo, uno de los problemas del correo el electrnico es la falta de seguridad de la
informacin, debido a que cualquier persona con conocimiento de las claves personales
puede acceder a los mensajes.
Otra de las ventajas es que la Internet es usada para crear comunidades electrnicas
o virtuales, que se refieren a un conjunto de investigadores en un solo campo, quienes
estn ligados electrnicamente y comparten informacin, instrumentos, software e incluso
capacidades computacionales. Un ejemplo muy claro de este nuevo esquema es el proyecto
del Genoma Humano que est enlazando a cientficos de todo el mundo.
En el campo educativo los aportes de estas nuevas tecnologas colocan a los
investigadores y docentes en un gran reto de elaborar software educativos de dominio
pblico, sistema web, correo electrnico y dems innovaciones, para mejorar el proceso de
enseanza aprendizaje. En este sentido nuestra meta es elaborar una pgina web en el tema
de estequiometria, dirigido a los estudiantes de la Universidad de Oriente.
Es importante sealar que, a pesar del florecimiento de estos nuevos medios de
comunicacin global, muchas sociedades siguen aisladas y dependiendo de las tecnologas
tradicionales, por lo que ahora la sociedad no slo se divide en pobres y ricos, sino
tambin entre los que estn informados y los que no lo estn. Esto ha proporcionado lo
que, hoy por hoy, se ha llamado la sociedad de redes.
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CAPTULO 2
FUNDAMENTOS TERICOS DE ESTEQUIOMETRA
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FUNDAMENTOS TERICOS DE ESTEQUIOMETRA
Los qumicos (puros e industriales) que se dedican a elaborar productos o
sustancias: alimenticios, medicinales, qumicos, naturales, sintticos, entre otros, deben
saber cmo se relacionan las cantidades de las sustancias (reactivos) con el producto que
se desea elaborar. As, como tambin, su grado de pureza, eficacia, calidad de los
productos y su utilidad para los seres humanos, los animales y las plantas; por ejemplo, el
uso de un anticido en los seres humanos requiere cuantificar su eficacia para lo cual es
necesario hacer una serie de experimentos y clculos estequiomtricos para ajustar la dosis
(cantidad) en funcin de la edad y su aplicacin diaria. Para tal efecto se deben conocer
muy bien las reacciones qumicas, ecuaciones qumicas, sus relaciones estequiomtricas
(proveniente de la ecuacin qumica o de cualquier relacin previamente conocida de las
sustancias) y la efectividad de los reactivos que intervienen en la elaboracin del producto
requerido. Por lo tanto, es necesario destacar que para un qumico la calidad de la materia
prima, el rendimiento real o prctico del producto principal (requerido), la calidad y el
costo del mismo, son algunos de los factores que inciden en la manufactura del producto.
Los clculos y las relaciones estequiomtricas, producto de las ecuaciones qumicas
en ciencia y tecnologa, han mostrado las razones por las que, tanto en el laboratorio como
en la industria, el qumico debe estar siempre acompaado por la balanza, por los
instrumentos de medicin y en general por todos aquellos recursos que la ciencia y
tecnologa han desarrollado para controlar y cuantificar los procesos qumicos.
Como se sabe, en la actualidad, la gran parte de la energa que se produce en la
sociedad moderna proviene de reacciones qumicas, tales como: la combustin del carbn
de hulla, de los productos derivados del petrleo, gas natural, gases diatmicos como el
oxgeno y el hidrgeno entre otros, la orimulsin, la obtencin del estado plasmtico y el
hielo cuntico, etc., en las cuales juega un papel muy importante la estequiometra.
En conclusin, la estequiometria no solamente es esencial para el qumico en la
elaboracin de las sustancias requeridas para mejorar las condiciones de vida de los seres
humanos, sino tambin est relacionada ntimamente con la creacin de los seres vivos, por
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ejemplo, la fecundacin del hombre, la cual requiere la cuantificacin de sus respectivos
genes.
La estequiometra es de gran importancia para los procesos qumicos, lo que la hace
una herramienta indispensable, pues nos permite realizar los clculos necesarios para
determinar la masa de cada una de las materias primas que deben mezclarse y reaccionar,
para obtener una masa determinada de producto. Adems, problemas tan diversos, como
por ejemplo, la medicin de la concentracin de ozono en la atmsfera, el control de la
lluvia cida, la determinacin del grado de contaminacin de un ro, la cuantificacin de la
clorofila de una planta, el anlisis bromatolgico de un fruto, etc., comprenden aspectos de
la estequiometria.
A partir del siglo XIX, Dalton retoma las antiguas ideas de Leucipo y de Demcrito
y publica las primeras ideas "modernas" acerca de la existencia y naturaleza de los tomos.
Dalton propuso una teora atmica conformada por una serie de postulados relativos a la naturaleza de la
materia:
1. Los elementos estn formados por partculas discretas, diminutas, e indivisibles
llamadas tomos, que permanecen inalterables en cualquier proceso qumico.
2. Los tomos de un mismo elemento son todos iguales entre s, en masa, tamao y en
cualquier otra propiedad fsica o qumica.
3. En las reacciones qumicas, los tomos ni se crean ni se destruyen, slo cambian su
distribucin.
Es de resaltar que para esa poca algunos de sus postulados no pudieron verificarse o
refutarse experimentalmente, debido a la carencia de equipos sofisticados para realizar las
respectivas demostraciones experimentales. An con sus limitaciones la teora atmica de
Dalton constituye el marco de referencia en los avances cientficos tecnolgicos
Con base en la teora atmica de Dalton, el tomo puede definirse como la
unidad bsica de un elemento que interviene en una combinacin o reaccin qumica,
conservando su identidad.
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Hasta la presente fecha se ha demostrado que los tomos en realidad poseen
estructura interna; es decir, estn formadas por partculas sub-atmicas, llamadas partculas
fundamentales (electrones, protones, neutrones, entre otros).
Experimentalmente se ha determinado que el dimetro de un tomo se encuentra en
un rango de 0.1 a 0.5 nanmetro (1nm = 1 x 10-9
). El tomo de hidrgeno, considerado el
mas pequeo tiene un dimetro aproximadamente de 0.1 nm. Para tener una idea de cun
pequeo es un tomo pinsese en un punto de escritura (), cuyo dimetro es de
aproximadamente 1mm, (1x106 nm) y contiene aproximadamente 10 millones de tomos
de hidrgeno.
Las ideas de los postulados de Dalton sobre la naturaleza de la materia, constituyen
un gran aporte para la comprobacin de las leyes ponderales. Por ejemplo, el tercer
postulado justifica la Ley de la Conservacin de la Masa, debido a que si los tomos pasan
inalterables por los cambios qumicos y no pueden ser creados, ni destruidos, el nmero de
tomos antes y despus de la reaccin ser el mismo. El segundo postulado explica la Ley
de las Proporciones Definidas, puesto que un compuesto puro dado es el resultado de la
combinacin de tomos de dos o ms elementos en una proporcin fija y en vista de que
estos tomos representan una masa, al final resulta que se combinan en una relacin de
masa definida y constante.
Molcula es la parte ms pequea que puede existir en una sustancia o
compuesto y resulta de la unin o yuxtaposicin de dos o ms tomos iguales o
diferentes por medio de fuerzas o enlaces qumicos. Por ejemplo, oxgeno, O2,
nitrgeno, N2, cloro, Cl2, bromo, Br2, hidrgeno, H2, fluor, F2, yodo, I2, entre otros,
(combinacin de tomos iguales) y el cloruro de sodio, NaCl, cido sulfrico, H2SO4,
sulfato de aluminio, Al2(SO4)3, xido frrico, Fe2O3, entre otros (combinacin de tomos
diferentes).
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MASAS ATMICAS
Los cientficos enfrentaron el problema de cmo determinar la masa relativa de los
tomos, debido a que stos son partculas extremadamente pequeas. En primer lugar se
sugiri asignar un valor arbitrario a la masa de un tomo de un elemento que se tom como
patrn referencial para determinar las masas de los tomos de los otros elementos; al
principio se escogi el hidrgeno, porque se consideraba el elemento ms ligero al cual se
le asign una masa atmica de valor la unidad, cuya limitante es su poca combinacin.
Luego se tom el oxgeno, el cual tena mayor capacidad de combinacin que el
hidrgeno, se estim conveniente tomar como patrn referencial al oxgeno, asignndole la
masa atmica exactamente de 16.
Posteriormente con el descubrimiento de los istopos, se seleccion al istopo ms
comn del carbono llamado carbono 12, (seis protones y seis neutrones) como el patrn
referencial para las masas atmicas. En principio, por acuerdo internacional, la masa
atmica se expresa en unidades de masa atmica (uma). A este istopo de referencia se le
asign un valor exactamente igual a 12 veces la unidad de masa atmica. La masa
atmica se define como una masa exactamente igual a un doceavo (1/12) de la masa
del tomo de carbono. Masa de un tomo de carbono = 12.01 u.m.a.
Relacin:
La masa real del tomo de carbono es 1.9927 x 10 -23
g y el valor fsico de 1 uma
es 1.6606 x 10-24
g
sta es la base para determinar de manera indirecta las masas atmicas de los
dems elementos. As, por ejemplo, la masa atmica relativa del sodio equivale a 23 uma,
esto significa que un tomo de sodio es 23 veces ms pesado que la doceava parte del
tomo de carbono 12.
01.12
carbono de tomo de masa u.m.a 1
19
Es importante recordar que la gran mayora de los elementos que estn presentes en
la naturaleza son mezclas de istopos (tomos del mismo elemento cuyos ncleos tienen el
mismo nmero de protones pero diferentes nmeros msicos), esto significa que cuando se
mide la masa atmica de un elemento, se debe establecer la masa promedio de la mezcla
natural de los istopos.
Entonces la masa atmica relativa de un elemento es la masa relativa promedio
de los istopos de tal elemento referido a la masa atmica promedio de los tomos de
carbono 12.
Actualmente, las masas atmicas se determinan mediante el uso de un instrumento
llamado espectrmetro de masas (han demostrado que la gran mayora de los elementos
qumicos presentan diferentes istopos) en lugar de anlisis qumicos.
EL MOL
El termino mol deriva del latn moles, que significa montn, masa o pila. Cuando
utilizamos la palabra " pila " para describir un conjunto de partculas de arena, de
guisantes o de pelotas de ping-pong, las usamos en sentido estrictamente anlogo a como
el qumico utiliza la palabra mol.
Las masas reales de los tomos y las molculas son tan extraordinariamente
pequeas (diminutas) y no existen comnmente instrumentos de medida para realizar con
precisin y exactitud estas medidas, por lo tanto su utilizacin en la vida diaria y en los
clculos estequiomtricos implicara un trabajo muy engorroso, lo que plante a los
investigadores de la poca la necesidad de buscar otras unidades ms adecuadas para
cuantificar las masas de los tomos y molculas. Uno de los investigadores que se destac
en el estudio de la cuantificacin de masas fue el qumico italiano Amadeo Avogadro
(1776 1856) quien crea e introduce una nueva unidad llamada mol, unidad que se utiliza
para describir nmeros iguales de tomos; que se obtiene mediante un conjunto de tcnicas
para cuantificar tomos, con las que se determina un nmero constante fisicoqumico cuyo
valor es 6.023 x 1023
partculas y que recibe el nombre de nmero de Avogadro. El valor
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de este nmero permite convertir gramos en u. m. a y viceversa, de lo cual se deriva la
siguiente relacin:
1 g = 6.023 x 1023
uma ; 1 uma = 1.66 x 10-24
g
Es importante resaltar que el nmero de Avogadro, N, tiene un significado especial
para los qumicos debido a que 6.023 x 1023
tomos de carbono tiene una masa de 12 g de
ese elemento, cuyo valor es aplicable para todos los elementos conocidos hasta el
momento, es decir, que un mol de cualquier sustancia contiene 6.023 x 1023
unidades
(tomos, molculas, iones, electrones, etc.). Por ejemplo, un mol de tomos de nquel, (mol
de Ni) contiene 6.023 x 1023
tomos de nquel.
En sntesis, el nmero de Avogadro se usa para expresar un nmero determinado de
entidades qumicas, como, por ejemplo, tomos, molculas, iones, protones, electrones u
otras partculas. Entonces, un mol es la cantidad de una sustancia que contiene el
nmero de Avogadro (6.023 x 1023
) de partculas.
Es conveniente considerar un mol como un nmero fijo de partculas y no como
una masa fija. Un mol de sustancia siempre contiene el Nmero de Avogadro de partculas,
pero la masa que contiene un mol vara para diferentes sustancias. Por ejemplo, se puede
decir:
Un mol de tomos de nitrgeno, N, contiene 6.023 x 1023
tomos.
Un mol de molculas de nitrgeno, N2, contiene 6.023 x 1023
molculas.
Un mol de iones de nitrgeno, N -, contiene 6.023 x 10
23 iones.
De acuerdo con la definicin de mol tratada anteriormente, la masa atmica se
puede definir como la masa expresada en gramo de un mol de tomos de un elemento
puro contenida en 6.023 x 1023
tomos. Con base en esta definicin, se puede establecer
la siguiente relacin:
1 mol de tomo de masa atmica del elemento 6.023 x 1023
tomos
cualquier elemento en gramo del elemento
Equivale Contiene
Contiene
21
Como se puede observar esta relacin nos permite hacer las conversiones de: mol
de tomo de cualquier elemento a gramo y tomos y viceversa; es decir, todas las posibles
conversiones que indica la relacin.
Nota: Determine las posibles combinaciones que se derivan de la relacin anterior
Por ejemplo, por definicin se sabe que 1 mol de tomo de magnesio, equivale a
24.3 g Mg y que est contenido en 6.023 x 1023
tomos de magnesio. Esta relacin se
puede abreviar de la siguiente manera:
1 mol de tomo Mg 24.3 g 6.023 x 1023
tomos de Mg
Con base a la relacin anterior escriba la relacin de combinacin para cada uno de
los siguientes elementos; Na, Ca, S, Cu, Fe, Al, P, K
Ejemplo 2.1
Cuntos moles de tomos y tomos de aluminio, Al, hay en 80 g de aluminio? La
masa atmica del aluminio es 27.0 g/mol
Respuesta
Condiciones Iniciales Condiciones finales
Masa de Al = 80 g Moles de Al = ?
Masa atmica del Al = 27.0 g/mol tomos de Al =?
Utilizando la siguiente relacin se tiene:
1 mol de tomo Al 27 g Al 6.023 x 1023
tomos Al
Luego se procede a resolver el problema
Moles Al = 2.963 moles
Al g 0.27
Al mol 1 x Al g 80 Al de Moles
contiene equivale
22
tomos Al = 1.784 x 1024
tomos
Masa Molar. La masa molar de una sustancia o compuesto (M), tambin
denominada peso molecular o peso frmula se puede definir como la masa expresada en
gramos de un mol de molculas contenido en 6.023 x 1023
molculas.
Desde el punto operacional la masa molar es la suma de las masas atmicas de
cada uno de los elementos que constituyen la molcula o compuesto multiplicado por
su nmero de tomos correspondiente, los cuales estn contenidos en 6.023 x
1023
molculas. De esta definicin se obtiene la siguiente expresin matemtica:
M = Masa atmica de cada elemento x nmero de tomos correspondiente
Donde:
M = masa molar del compuesto o sustancia
Ejemplo 2.2
Determine la masa molar del carbonato de aluminio, Al2(CO3) 3. Utilice la tabla
peridica de los elementos qumicos, para conocer la masa atmica de los elementos que
conforman al compuesto.
Respuesta
Condiciones iniciales Condiciones finales
Mat Al = 32 g / mol M Al2(CO3) 3 = ?
Mat C = 12 g / mol Mat O = 16 g / mol
Al g 0.27
Al de tomos 10 x 3 6.02 x Al g 80 Al tomos
23
Resuelva los ejercicios 1 hasta 3
23
Aplicando el factor de conversin M = Mat de cada elemento x N de tomos se tiene:
M Al2 (CO3) 3 = (27 g / mol) (2 mol) + (32 g / mol) (3mol) + (16 g / mol) (9 mol)
M Al2(CO3)3 = 234 g/mol
Basndonos en la definicin de mol, masa molar y nmero de Avogadro, se obtiene la
siguiente relacin:
1 mol de molculas masa molar compuesto 6.023x 1023
molculas
de compuesto del compuesto
Por ejemplo, que 1 mol de molculas de carbonato de aluminio, Al2(CO3)3, equivale a
234 g Al2(CO3)3, el cual est contenido en 6.023 x 1023
molculas de Al2(CO3)3.
1 mol de Al2(CO3)3 234 g Al2(CO3)3 6.023 x 1023
molculas Al2(CO3)3
Esta relacin se puede abreviar de la siguiente manera:
1 mol de Al2(CO3)3 234 g Al2(CO3)3 6.023 x 1023
molculas Al2(CO3)3
Ejemplo 2.3
Determinar los moles y gramos de fosfato de calcio, Ca3(PO4)2, que estn contenidos en
5.23 x 1023
molculas de Ca3(PO4)2.
Resuelva el ejercicio 4
24
Respuesta
Condiciones iniciales Condiciones finales
Molculas Ca3(PO4)2 = 5.23 x 1023
Moles Ca3(PO4)2 = ?
Masa molar Ca3(PO4)2 = 310 g Gramos Ca3(PO4)2 = ?
Segn la informacin del problema, se puede plantear la siguiente relacin:
1 mol de Ca3(PO4)2 310 g Ca3(PO4)2 6.023 x 1023
molculas Ca3(PO4)2
De acuerdo a la relacion anterior se tiene:
Mol Ca3(PO4)2 = 0.869 moles
Masa Ca3(PO4)2 = 269.32 g
Informacin: para facilitar los clculos se tomar el valor para el nmero de Avogadro de
6.02x1023
Ejemplo 2.4
Calcular los gramos y molculas de nitrgeno contenidos en 3.24 mol de molculas de
nitrgeno, N2.
243
23
243243
23
243)(POCa molculas 01 x 02.6
)(POCa mol 1 x )(POCa molculas 10 x 5.23 )(POCa Mol
243
23
243243
23
243)(POCa molculas 01 x 02.6
)(POCa g 310 x )(POCa molculas 10 x 5.23 )(POCa Masa
25
Respuesta
Condiciones inciales Condiciones finales
Mol de molculas de N2 = 3.24 moles Masa N2 = ?
Masa molar del N2 = 28 g Molculas N2 = ?
Con base a la informacin suministrada por el problema, se tiene que:
1 mol de molculas N2 28 g N2 6.023 x 1023
molculas N2
Por lo tanto:
Masa N2 = 90.72 g
Molculas N2 = 1.95 x 1024
molculas
COMPOSICIN PORCENTUAL O CENTESIMAL DE UNA SUSTANCIA
Continuamente se descubren en la naturaleza o en los laboratorios miles de nuevos
compuestos, productos de sntesis o procesos qumicos y descubrimientos en el Cosmos.
Uno de los primeros pasos en la caracterizacin o anlisis de un nuevo compuesto es
proceder a identificarlo, para lo cual se requiere: determinar su composicin, es decir, qu
clase de tomos forma ese compuesto, en qu proporcin estn, cmo se unen y su
2
222
N 1
N g 28 x N mol 3.24 N Masa
mol
2
2
23
22N 1
N molculas 10 x 6.02 x N mol 3.24 N Molculas
mol
Resuelva los ejercicios 5 hasta 15
26
frmula qumica. Para determinar qu elementos estn presentes en un compuesto se
realiza un anlisis cualitativo y para calcular la cantidad de cada elemento presente en el
compuesto, un anlisis cuantitativo. Los resultados de estos anlisis se representan
comnmente en composicin porcentual en masa (tambin llamada centesimal). Es la
cantidad expresada en gramos de un elemento contenido en 100 gramos de un
compuesto.
Matemticamente se puede expresar de la siguiente manera:
Donde:
% A = composicin porcentual o centesimal del elemento A
Es de hacer notar que la suma de los porcentajes de los elementos que conforman al
compuesto o sustancia debe ser igual a 100 %; sin embargo, el clculo de este valor
generalmente no da exactamente 100 %, debido a errores personales o de redondeo de los
clculos; por lo que se recomienda utilizar tres o cuatros cifras significativas en este tipo de
clculo.
Existen diferentes formas para determinar la composicin porcentual de un compuesto,
siendo las ms utilizadas las siguientes:
A partir de datos experimentales
La composicin porcentual se puede evaluar a partir de datos experimentales sin conocer la
frmula del compuesto. Si se conoce las masas de cada uno de los elementos que integran
el compuesto; la composicin porcentual se puede determinar mediante la siguiente
relacin o factor de conversin:
Ejemplo 2.5
Calcule la composicin porcentual de un cido orgnico que contiene 4.638 g de carbono,
C; 0.773 g de hidrgeno, H y 3.091 g de oxgeno, O.
100 muestra masa
A masa A % x
100 compuesto masa
elemento masa elementoun de masaen % x
27
Respuesta
Condiciones iniciales Condiciones finales
Masa C = 4.638 g % C = ?
Masa H = 0.773 g % H = ?
Masa O = 3.091 g % O = ?
Una de las formas ms adecuadas para resolver el problema planteado, sera determinar en
primer lugar la masa del cido orgnico que se forma:
Masa de cido orgnico = masa carbono + masa hidrgeno + masa oxigeno
Sustituyendo por sus valores reales se tiene:
Masa de cido orgnico = 4.638 g + 0.773 g + 3.091 g = 8.502 g
Aplicando el factor de conversin respectivo se obtiene:
% C = 54.55
% H = 9.09
% O = 36.36
Por lo tanto, el cido orgnico tiene la siguiente composicin centesimal:
% C : 54.55; % H : 9.09 y % O: 36.36
100 orgnico cido g 8.502
carbono g 4.638 C % x
100 orgnico cido g 8.502
hidrgeno g 0.773 H % x
100 ognico cido g 8.502
oxgeno g 3.091 O % x
Resuelva los ejercicios 16 hasta 20
28
A partir de la frmula del compuesto.
Si se dispone de la frmula del compuesto y las masas atmicas de los elementos que
conforman el compuesto, la composicin porcentual se puede determinar aplicando la
siguiente relacin:
Ejemplo 2.6
La alicina, C6H10S2O es el compuesto responsable del olor caracterstico del ajo.
Determinar la composicin centesimal de la alicina.
Respuesta
Condiciones iniciales Condiciones finales
Mat C = 12.01 g/mol % C = ?
Mat H = 1.008 g/mol % H = ?
Mat O = 16.00 g/mol % O = ?
Mat S = 32.00 g/mol % S = ?
En primer lugar se determina la masa molar de la alicina.
Masa molar C6H10 S2O = 146.14 g/mol
Luego se determina la composicin centesimal del compuesto haciendo, uso de la siguiente
relacin.
Sustituyendo por sus valores reales se tiene:
100 compuesto delmolar masa
compuesto de mol 1en presente elemento del masa elementoun de % x
100 compuestomolar masa
compuesto de mol 1 presente elemento masa elementoun de % x
100 SHC g 162.14
C g 72.06 C %
2106
xO
29
% C = 44.44
% H = 6.22
% S = 39.47
% O = 9.87
Por lo tanto, la alicina tiene la siguiente composicin centesimal:
% C: 44.44 ; % H: 6.22 ; % S: 39.47 y % O: 9.87
PUREZA DE UNA MUESTRA
En la naturaleza existen muy pocas sustancias puras y las que se obtienen en el
laboratorio en su mayora no son completamente puras. Adems, el proceso de purificacin
es muy costoso. Comnmente lo que se hace es provocar la reaccin en su estado natural.
Una sustancia impura es aquella que contiene, adems de su composicin qumica
correspondiente, otras sustancias que no forman parte de su composicin, tales sustancias
se denominan impurezas. Por ejemplo, el cloruro de sodio, NaCl utilizado comnmente
tiene una pureza de un 92,80 % en masa, lo que significa que tiene un total de impurezas
de 7.20 %. En otras palabras se puede afirmar que de 100 g de una muestra impura de
NaCl, 92.80 g corresponde al cloruro de sodio y 7.20 g es de impurezas.
100 SHC g 162.14
O g 16.00 O %
2106
xO
100 SHC g 162.14
H g 10.08 H %
2106
xO
100 SHC g 162.14
S g 64.00 S %
2106
xO
Resuelva el ejercicio 21
30
La pureza y las impurezas en una muestra impura, por lo general, se expresa en
trminos porcentuales (%). Por lo tanto, el porcentaje de pureza se define como los
gramos puros contenidos en 100 g de una muestra impura. Matemticamente se
expresa a travs del siguiente factor:
Ejemplo 2.7
Determine cantidad de sulfato de calcio, CaSO4 y de impurezas contenidas en 456 g de
sulfato de calcio, CaSO4 al 72 % de pureza?.
Respuesta
Condiciones iniciales Condiciones finales
Masa CaSO4 impura = 456 g Masa CaSO4 pura =?
% de pureza = 72 Masa impurezas =?
Masa CaSO4 pura = 328.32 g
Masa impurezas = 127.68 g
Ejemplo 2.8
Qu cantidad de mineral de aluminio al 89 % de pureza contiene 39 g de aluminio, Al?
Respuesta
Condiciones iniciales Condiciones finales
Masa pura Al = 39 g Masa mineral de aluminio = ?
% de pureza = 89
impuro CaSO g 100
puro CaSO g 72 x impuro CaSO g 456 CaSO Masa
4
4
44
Al g 89
Al mineral de g 100 x Al g 39 Al mineral Masa
100 impura muestra de cantidad
pura sustancia de cantidad % xpureza
impuro CaSO g 100
impurezas g 28 x impuro CaSO g 456 impurezas Masa
4
4
31
Masa mineral de aluminio = 43.82 g
FRMULA EMPRICA Y MOLECULAR DE UN COMPUESTO
La frmula emprica de una sustancia nos indica qu elementos estn presentes, as
como tambin el nmero relativo de tomos de cada elemento. Por lo tanto, la frmula
emprica es: La representacin ms sencilla o simple que presenta un compuesto.
Tambin proporciona la mnima relacin de nmeros enteros de los tomos presente
en un compuesto.
La frmula molecular es la frmula verdadera o real y representa la cantidad
total de tomos de cada elemento que hay en una sustancia o compuesto. Puede ser
igual a la frmula emprica o mltiplo de ella. La relacin entre la frmula emprica y la
molecular se puede visualizar en la siguiente tabla N 2.1.
Tabla N 2.1. Relacin entre la frmula emprica y molecular
Sustancia Frmula molecular Relacin (n) Frmula emprica
Perxido de hidrgeno H2O2 2 HO
Glucosa C6H12O6 6 CH2O
Oxgeno O2 2 O
Etileno
Benceno
C2H4
C6H6
2
6
CH
CH
De acuerdo a las definiciones anteriores y a la siguiente tabla se puede concluir que:
Frmula Molecular = (n) x (Frmula Emprica)
Resuelva los ejercicios 22 hasta 25
32
Donde:
n = nmero entero sencillo o coeficiente
Comnmente n se determina mediante la siguiente relacin:
Es de hacer notar que la frmula molecular se puede obtener a partir de la frmula
emprica, previo conocimiento de la masa molar o peso molecular del compuesto.
En trminos generales, para determinar la frmula molecular en funcin de la
emprica, se procede de la siguiente forma:
Por anlisis qumico se determinan los gramos o la composicin centesimal de cada
elemento presente en una cantidad conocida del compuesto.
Se determina el nmero de moles de cada elemento presente en el compuesto.
Luego se determina la frmula emprica del compuesto.
Conocida la frmula emprica y la masa molar del compuesto, se calcula la frmula
molecular.
Ejemplo 2.9
Se analiz un compuesto y se encontr que tena la siguiente composicin porcentual en
masa: 43.4 % de sodio, Na; 11.3 % de carbono, C y 45.3 % oxgeno, O. Cul es la
frmula emprica de este compuesto?
Respuesta
Condiciones iniciales Condiciones finales
% Na = 43.4 Frmula emprica = ?
% C = 11.3
% O = 45.3
emprica frmula la demolar Masa
compuesto del (M)molar Masa n
33
En primer lugar se determina la cantidad en gramos de cada elemento presentes en
100 g del compuesto. El compuesto contiene 43.4 % de sodio (masa), lo que significa que
hay 43.4 g de sodio, 11.3 g de carbono y 45.3 g de oxgeno por cada 100 gramos de
compuesto.
Luego se calcula los moles de cada elemento presentes en el compuesto.
De acuerdo con estos resultados se podra decir que la frmula es
Na1.8870Co.9417O2.8313, pero como las frmulas qumicas generalmente se expresan en
nmeros enteros, se busca a continuacin la proporcin de nmeros enteros sencillos. Para
ello, se divide cada nmero por el ms pequeo de los tres que es 0.9417.
Como se puede observar, este compuesto contiene 2 moles de tomos de Na, 1 mol de
tomos de C y 3 moles de tomos de O; por lo tanto, la frmula emprica del compuesto
es:
Frmula Emprica = Na2CO3
1.8870 Na g 23.00
Na tomos de mol 1 x Na g 43.4 Na tomos Mol
0.9417 C g 12.00
C tomos de mol 1 x C g 11.3 C tomos Mol
2.8313 O g 16.00
O tomos de mol 1 x O g 45.3 O tomos Mol
34
Nota. Generalmente los nmeros relativos de los moles de tomos que se obtienen al
calcular la frmula emprica no dan nmeros enteros; cuando esto ocurre es necesario
convertirlos en nmeros enteros sencillos (si es posible), para tal efecto se utilizan algunas
operaciones matemticas sencillas, tales como dividir las cantidades obtenidas en la menor
cantidad y de no obtenerse un nmero entero sencillo, se procede finalmente a multiplicar
los valores obtenidos anteriormente por un nmero entero sencillo, como se puede
observar en el siguiente ejemplo
Ejemplo 2.10
Se analiz 20 g de una muestra de fosfato de calcio, sustancia qumica que se emplea en
lociones para las manos, que contiene 7.74 g de calcio, Ca, 4.00 g de fsforo, P y 8.26 g
de oxgeno, O. Determine la frmula emprica del fosfato de calcio.
Respuesta
Condiciones iniciales Condiciones finales
Masa Ca = 7.74 g Frmula emprica = ?
Masa P = 4.00 g
Masa O = 8.26 g
Conocida la masa de cada uno de los elementos presentes en la muestra, se procede a
calcular los moles de tomos de cada elemento.
Como se puede observar, los resultados obtenidos no son nmeros enteros sencillos, para
lo cual se procede de la siguiente manera:
0.1935 Ca g 40.00
Ca tomos de mol 1 x Ca g 7.74 Ca tomos de Mol
0.1290 P g 31.00
P tomos de mol 1 x P g 4.00 P tomos de Mol
0.5163 O g 16.00
O tomos de mol 1 x O g 8.26 O tomos de Mol
35
Se divide el nmero de moles de cada elemento, entre la cantidad ms pequea, en este
caso, hay que dividir entre 0.1290
Uno de los valores, 1.5, no es un nmero entero sencillo, para obtener en este caso los
nmeros enteros se multiplica por el dgito 2, obtenindose lo siguiente:
Mol de tomos C = 1.500 x 2 = 3
Mol de tomos P = 1.000 x 2 = 2
Mol de tomos O = 4.000 x 2 = 8
Por lo tanto, la frmula emprica del compuesto es Ca3P2O8
Ejemplo 2.11
Durante la combustin de 3.072 g de un compuesto orgnico que contiene carbono,
hidrgeno, sodio y oxgeno como sus nicos constituyentes, se producen 4.224 g de
dixido de carbono, CO2 y 0.080 moles de agua, H2O. Al tratar 2.563 g del compuesto
orgnico con azufre, S, se producen 1.041 g de sulfuro de sodio, Na2S el cual contiene
41.03 % de azufre. Determine la frmula molecular del compuesto orgnico si 2.916 x
1023
molculas del compuesto pesan 93 g.
1.5 0.1290
mol 0.1935 Ca tomos de Mol
1.00 0.1290
mol 0.1290 P tomos de Mol
4.00 0.1290
mol 0.5163 O tomos de Mol
Resuelva los ejercicios 26 hasta 31
36
0.032 Na g 23.0
Na mol 1 x Na g 0.736 Na tomos de Moles
Respuesta
Condiciones inciales Condiciones finales
Masa del compuesto orgnico = 3.072 g Frmula molecular del compuesto =?
Masa CO2 = 4.224 g
Moles H2O = 0.080 moles
Masa Na2S = 1.041 g (41.03 % S)
A partir de la informacin suministrada por el problema se puede calcular las
cantidades de C, H y de Na, utilizando los factores de conversin correspondientes en
cada caso
Masa C = 1.152 g
Masa H = 0.160 g
Masa Na = 0.736 g
Masa O = 3.072 g - 1.152 g - 0.160 g - 0.736 g = 1.024 g
Ahora podemos calcular el nmero de moles de cada elemento presente en el
compuesto orgnico
CO g 44.0
C g 12.0 x CO g 4.224 C Masa
2
2
OH mol 1
H g 2.0 x OH moles 0.080 H Masa
2
2
SNa g 100.0
Na g 58.97 x
Org. Comp. g 2.563
SNa g 1.041 x Org Comp. g 3.072 Na Masa
2
2
0.096 C g 12.0
C mol 1 x C g 1.152 C tomos de Moles
37
Como los resultados obtenidos no son nmeros enteros sencillos se procede a dividir el
nmero de moles de cada elemento, entre el nmero ms pequeo de los resultados
obtenidos, en este caso, la cantidad menor es 0.032.
La frmula emprica es C3H5NaO2
Conocida la formula emprica del compuesto se determina la Masa molar de la
frmula emprica = 96.0 g/mol
Luego se determina la masa molar del compuesto orgnico, con la informacin
suministrada por el problema.
0.160 H g 1.0
H mol 1 x H g 0.160 H tomos de Moles
0.064 O g 16.0
O mol 1 x O g 1.024 O tomos de Moles
5.0 0.032
mol 0.160 H tomos de Mol
1.0 0.032
mol 0.032 Na tomos de Mol
3.0 0.032
mol 0.096 C tomos de Mol
2.0 0.032
mol 0.064 O tomos de Mol
g 192 Comp. molec. 10 x 2.916
Compuesto g 93.0 x Comp molec.10 x 6.02 Org. Comp.molar Masa
23
23
38
Finalmente se procede a determinar la frmula molecular del compuesto orgnico,
haciendo uso de la siguiente relacin:
Frmula molecular = n x FE
Despejando n se obtiene que:
Sustituyendo nos queda que:
Finalmente la frmula molecular del compuesto orgnico es la siguiente:
Frmula molecular = 2 x (C3H5NaO2)
De donde finalmente se obtiene que:
Frmula Molecular: C6H10Na2O4
MTODOS MS COMUNES PARA LA DETERMINACIN DE LAS MASAS
ATMICAS
La masa de un solo tomo no se ha podido registrar (medir), hasta la presente fecha
por las balanzas ms sofisticadas y sensibles. Sin embargo, se pueden determinar con
mucha precisin las masas de tomos individuales (unidad) con un instrumento llamado
espectrmetro de masa.
2 g 96.0
g 192.0 n
FE demolar Masa
compuesto delmolar Masa n
Resuelva los ejercicios 32 hasta 38
39
La masa de un tomo depende fundamentalmente del nmero que contiene de
electrones, protones y neutrones. Son partculas extremadamente pequeas una partcula
pequea de polvo que puede apreciarse a simple vista contiene 1 x 1016
tomos!
Existen diferentes mtodos para determinar la masa atmica de los elementos
qumicos, siendo los ms comunes los siguientes:
ABUNDANCIA ISOTPICA
Es importante destacar que no todos los tomos de un elemento son idnticos
(aunque coinciden en sus propiedades qumicas), pueden diferir ligeramente en masa. Estas
variedades de tomos en un mismo elemento se denominan Istopos. Los cuales se definen
como tomos de un mismo elemento que tienen igual nmero atmico, (igual nmero
de protones), y diferentes masas. La mayor parte de los elementos que hay en la
naturaleza son mezclas de istopos. Sin embargo, no todos los istopos son estables,
algunos son radiactivos y continuamente se desintegran para formar otros elementos. Por
ejemplo, de los siete istopos conocidos del carbono, slo dos, el carbono 12 y el carbono
13, son estables.
La espectrometra de masas es el mtodo ms exacto y directo para determinar
las masas atmicas y moleculares. Para mayor informacin sobre la utilizacin de este
mtodo consultar Raymond Chang. Quimica. Sptima Edicin. Mc Graw-Hill. Mxico.
pg 74.
El espectrmetro de masas nos da toda la informacin necesaria para calcular la
masa atmica: las masas de los istopos y sus nmeros relativos, o abundancia relativa de
las fracciones. Por lo tanto, antes de calcular la masa atmica promedio de un elemento es
necesario determinar con exactitud la abundancia relativa de sus istopos. La masa atmica
promedio puede calcularse multiplicando la masa atmica de cada istopo por la
abundancia relativa, como se puede observar en la siguiente expresin:
Masa atmica promedio = (Masa isotpica x abundancia relativa isotpica)
40
Sabiendo que la abundancia relativa isotpica viene expresada en porcentaje,
entonces la expresin anterior se puede tambin formular de la siguiente forma:
Masa atmica promedio = (Masa isotpica x fraccin de la abundancia isotpica)
Donde, la fraccin de la abundancia isotpica se obtiene al dividir entre 100 el porcentaje
de la abundancia relativa isotpica
Ejemplo 2.12
En la naturaleza se encuentran tres istopos de magnesio, Mg, que tienen las siguientes
masas isotpicas y abundancias relativas.
Istopo Masa isotpica (u.m.a) Abundancia relativa (%)
Magnesio 24
Magnesio 25
Magnesio 26
23.9924
24.9938
25.9898
78.70
10.13
11.17
Cul es la masa atmica promedio del magnesio?
Respuesta:
El primer paso consiste en convertir la abundancia relativa en fraccin de la
abundancia isotpica, es decir, 78.70 % se convierte en 0.7870, 10.13 % en 0.1013 y
11.17 % en 0.1117.
A continuacin se calcula la masa atmica promedio utilizando la siguiente relacin:
Masa atmica promedio = (Masa isotpica x fraccin de la abundancia isotpica
Finalmente, se sustituyen los valores y por cuestiones de espacio la masa atmica
promedio la vamos abreviar por Mat
Mat Mg = (23.9924 uma) (0.7870) + (24.9938 uma) (0.1013) + (25.9898 uma)(0.1117)
41
La masa atmica promedio del magnesio es = 24.32 uma o 24,32 g/mol
Mat Mg = 24.32 uma
MTODO DE DULONG -- PETIT
El problema de encontrar las masas relativas de los diferentes tomos ocup buena
parte del tiempo a muchos qumicos en el siglo pasado. Una ayuda para la determinacin
de masas atmicas fue propuesta en 1819 por dos franceses Pierre Dulong y Alexis Petit.
Ambos sugirieron que la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura en 1 C a
un tomo de un elemento slido, debera ser independiente del tipo de tomo. En otras
palabras, todos los tomos tenan la misma capacidad calorfica. Puesto que un mol de un
elemento contiene el mismo nmero de tomos, debera ser constante la cantidad de calor
necesaria para elevar la temperatura de un slido en un grado C.
El mtodo de Dulong y Petit es muy limitado y se expresa de una manera sencilla
en funcin de una propiedad llamada calor especfico, el cual se define como la energa (en
caloras) necesaria para elevar en un grado Celsius o grado centgrado la temperatura de un
gramo de una sustancia. Esta magnitud se puede medir con relativa facilidad en el
laboratorio.
Dulong y Petit, despus de realizar un conjunto de experimentos observaron que el
producto del calor especfico de cualquier elemento slido por su masa atmica
aproximada es prcticamente una constante, cuyo valor es aproximadamente de 6.3 cal /
mol C. Matemticamente se puede expresar de la siguiente manera:
Ce x Mat aprox = 6.3 cal / mol C
Despejando la masa atmica aproximada se tiene:
C) g / (cal Ce
C mol / cal 6.3 aprox Mat
Resuelva los ejercicios 39 hasta 44
42
Donde:
Mat aprox = Masa atmica aproximada
Ce = Calor especfico,
El calor especfico se puede expresar de la siguiente forma:
En la tabla siguiente se presentan algunos resultados obtenidos por Dulong y Petit y se
comparan con las masas atmicas actualmente asignadas.
Tabla 2.2 Masas atmicas segn Dulong y Petit
Elemento Ce Masa atmica
(Dulong y Petit)
Masa atmica
(Tabla Peridica)
Aluminio
Galio
Hierro
Nquel
Oro
Platino
0.217
0.091
0.110
0.104
0.029
0.032
25.7
64.5
54.3
59.0
199.0
188.6
27.0
69.7
55.8
58.7
196.9
195.1
La gran ventaja de este mtodo es que proporciona un procedimiento fsico
independiente para poder elegir entre varios posibles valores mltiplos de las masas de
combinacin con el oxgeno (ley de las Proporciones Mltiples y Proporciones
Recprocas). Si consideramos estas deducciones desde un punto de vista moderno,
probablemente, sin darse cuenta de ello, Dulong y Petit haban determinado la primera
magnitud molar. Si las muestras de los distintos metales se eligen de forma que las
cantidades de calor necesarias para elevar sus temperaturas sean iguales (una constante de
6.3 cal / mol C) se deduce como explicacin, que el nmero de tomos contenidos en las
muestras escogidas y sometidas al proceso de vibracin ser el mismo en todas ellas que
las fuerzas que mantengan unidas entre s a los tomos sean aproximadamente de la misma
intensidad. Las teoras modernas corroboran esta idea.
T x m
(cal) Q Ce
43
Ejemplo 2.13
Calcular la masa atmica aproximada de un metal cuyo calor especfico es 0.091 cal /g C
Respuesta
Condiciones iniciales Condiciones finales
Ce.metal = 0.091 cal / g C. Mat aprox del metal = ?
Aplicando la expresin de Dulong - Petit se tiene que:
Sustituyendo en la expresin respectiva los valores se tiene:
Mat aprox metal = 69.23 g / mol
En conclusin, el mtodo de Dulong - Petit permite determinar las masas atmicas
aproximadas de muchos elementos y especialmente los slidos. Es de hacer notar que
utilizando el mtodo de Dulong - Petit, aplicando la definicin de peso equivalente gramo
o masa equivalente gramo y valencia o nmero de oxidacin, se puede determinar la masa
atmica exacta de los elementos.
La masa o peso equivalente de un elemento se define como la cantidad del mismo
que se combina o reemplaza a 1.008 g de hidrgeno, 8.00 g de oxgeno, 35.5 g de cloro,
16 g de azufre o cualquier equivalente qumico conocido. En el caso de sustancias
gaseosas es la cantidad que desplaza a 11.20 L de hidrgeno o 5.60 L de oxgeno en
condiciones normales de presin y temperatura.
Valencia es la capacidad de combinacin de un elemento, lo cual implica que es
nica en un determinado compuesto. Matemticamente se puede expresar de la siguiente
forma:
eequivalent Masa
aproximada atmica Masa Valencia
C g / cal 0.091
C mol / cal 6.3 metalaprox Mat
Ce
C mol / cal 6.3 aprox Mat
44
Nota: El valor de la valencia obtenido por este mtodo es aproximado, por lo que es
necesario ajustarlo al nmero entero ms cercano.
aplicando estas dos definiciones se obtiene finalmente que:
Masa atmica exacta de un elemento = masa equivalente x valencia
Ejemplo 2.14
Un bromuro de oro contiene un 54.89 % en masa de bromo. El calor especfico del oro es
0.029 cal / g C. Determine la masa atmica exacta del oro.
Respuesta
Condiciones iniciales Condiciones finales
Ce.oro = 0.029 cal / g C. Mat exacta del oro = ?
% de bromo = 54.89
Equivalente qumico del bromo = 79.9 g
Aplicando la expresin de Dulong - Petit se tiene que:
Sustituyendo en la expresin anterior los valores respectivos se tiene que:
Mat aprox Au = 217.24 g / mol
Ahora para determinar la masa atmica exacta del oro se requiere calcular la masa
equivalente del oro y la valencia.
Masa equivalente del oro = 65.66 g
C g / cal 0.029
C mol / cal 6.3 Au aprox Mat
Br g 54.89
Au g 45.11Br x g 79.9 Au del eequivalent Masa
Ce
C mol / cal 6.3 aprox Mat
45
Nota: Por cuestin de conveniencia y por la imprecisin del concepto de masa equivalente
gramo, se considera que la masa equivalente gramo est contenida en un mol.
Valencia = 3
Masa atmica exacta del oro = masa equivalente del oro x valencia
Masa atmica exacta del oro = 3 x 65.66 g/mol
Mat exacta Au = 196.98 g/mol
MTODO DE LAS MASAS DE COMBINACIN
La determinacin de las masas atmicas obtenidas experimentalmente por este
mtodo es aceptable. Su cuantificacin depende del grado de pureza de los reactivos o
reaccionantes, los cuales deben tener un alto grado de pureza y tal situacin restringe el
grado de exactitud, adems, las reacciones que se seleccionan cuantitativamente para la
determinacin de las masas atmicas deben producir compuestos de composicin conocida
y definida.
Este mtodo consiste en hacer reaccionar cuantitativamente un elemento de
masa atmica conocida con otro elemento o compuesto de masa atmica desconocida.
Luego se procede a determinar la composicin centesimal o la cantidad de cada uno de
los elementos del producto formado que contenga el elemento o elementos de masas
atmicas desconocidas. Posteriormente se establece la relacin de combinacin
Au del Mequiv
Au delaprox Mat Valencia
3 31.3 mol / g 65.66
mol / g 217.24 Valencia
Resuelva los ejercicios 45 hasta 52
46
correspondiente y finalmente se procede a determinar la masa atmica del elemento o
elementos desconocidos. Por ejemplo, se hace reaccionar un elemento A (masa atmica
conocida) con un elemento B (masa atmica desconocida) para formar el compuesto AB
segn la reaccin:
A + B AB
Calcular la masa atmica de B?
En primer paso se determinan las cantidades de A y B contenidas en el compuesto AB,
segn la informacin suministrada en el problema (Asuma que las masas son conocidas).
Finalmente se plantea la siguiente relacin:
Sustituyendo los datos suministrados en el problema:
Como la relacin del compuesto AB es 1 : 1 se tiene que:
Por lo tanto:
En el supuesto caso que el compuesto formado sea de la forma Ax By (donde se
conocen la masa de A y B y la masa atmica de A) la masa atmica de B se determina
mediante la siguiente relacin:
B atmica Masa
A atmica Masa
B Masa
A Masa
B atmica Masa x (Y)
A atmica Masa x (X)
B Masa
A Masa
47
Despejando la masa atmica de B se tiene que:
Ahora suponiendo que se tiene un compuesto AxByCz donde se conoce la masa de A, B y
C y la masa atmica de A. Determine la masa atmica de B y C
Despejando la masa atmica B, se tiene que:
De acuerdo al mtodo de masa de combinacin se puede plantear la siguiente relacin
estequiomtrica.
Conocida la masa atmica de B se puede determinar la masa atmica de C
Despejando la masa atmica C se tiene:
Es importante recordar que la masa atmica C tambin se puede calcular sin
necesidad de determinar la masa atmica B
B atmica Masa x Y
A atmica Masa x X
B Masa
A Masa
A masa x (Y)
A atmica Masa x B masa x (X) B atmica Masa
A masa x Y
A atmica Masa x B masa x X B atmica Masa
C atmica Masa x Z
A atmica Masa x X
C Masa
A Masa
B masa x Z
B atmica Masa x C masa x Y C atmica Masa
48
Ejemplo 2.15
Un metal A, al combinarse con el oxigeno, forma un xido de frmula A2O3. Este xido
contiene 52.9 % en masa del metal A. Calcule la masa atmica del metal A.
Respuesta
Condiciones iniciales Condiciones finales
% en masa del metal A = 52.9 % Mat A (desconocida) =?
Mat O = 16.0 g / mol de tomos
Para calcular la masa atmica del metal, A se utiliza la siguiente relacin
Despejando masa atmica desconocida (A) se obtiene:
Finalmente, sustituyendo los datos correspondientes se determina la masa atmica de A
Masa atmica A = 26.97 g / mol
Ejemplo 2.16
Calcule la masa atmica de X, Y y Z de un compuesto de frmula X4Y2Z5. Sabiendo que
20 g del compuesto contiene 0.758 g de X y el 20.47 % en masa es de Y. Si 0.25 moles del
compuesto contiene 20 g de Z
Respuesta
Condiciones iniciales Condiciones finales
Masa de compuesto = 20 g Mat X = ?
Masa de X = 0.758 Mat Y = ?
O atmica Masa x O tomo de mol
A atmica Masa x M tomo de mol
O masa
A masa
A tomos de mol x O masa
O atmica Masa x O tomos de mol x M masa A atmica Masa
mol 2 x g 47.10
g 16.0 x mol 3 x g 52.90 A atmica Masa
49
% en masa de Y = 20.47 Mat Z = ?
Masa de Z en 0.25 mol X4Y2Z5. = 20 g
En primer lugar se determina la masa atmica de Z mediante la siguiente relacin y la
informacin suministrada por el problema.
X4Y2Z5. 4 X + 2 Y + 5 Z
Mat Z = 16.0 g / mol
Luego calcula la masa de Z que hay en 20 g de compuesto
Masa Z = 20 g de compuesto 0.758 g de X - 4.094 g de Y = 15.148 g
Masa de Z = 15.148 g
Luego se determina la masa atmica de X mediante la siguiente relacin
X4Y2Z5 4 X + 2 Y + 5 Z
Despejando Mat X nos queda:
Sustituyendo y resolviendo las operaciones indicadas:
Zmol 5
X mol 1 x
X mol 0.25
Zg 20 Mat Z 524
524
ZY
CZY
Zmasa
X masa
Mat Z x moles 5
XMat x moles 4
Zmasa x moles 4
Mat Z x X masa x moles 5 XMat
g 4.094 compuesto de g 100
Y de g 20.47 x compuesto de g 20 Y Masa
50
Mat X = 1.0 g /mol
Finalmente se calcula la masa atmica de Y utilizando la siguiente relacin:
X4Y2Z5 4 X + 2 Y + 5 Z
Donde:
Sustituyendo los valores nos queda
Mat Y = 10.81 g / mol
REACCIONES QUMICAS
En nuestras actividades diarias y la del mundo que nos rodea, continuamente
observamos cambios qumicos, tales como, la fermentacin de sustancias, la combustin
del gas natural, la oxidacin o corrosin de los materiales, procesos naturales y
espontneos, entre otras. Todos estos cambios se conocen como reacciones qumicas.
Las reacciones qumicas siempre implican un cambio por lo general, de una o ms
sustancias a una u otras sustancias diferentes. Es decir, implican el reagrupamiento de
tomos, molculas o iones para formar nuevas sustancias. Es importante saber que en una
Zmasa
Y masa
Mat Z x moles 5
YMat x moles 2
Zmasa x 2moles
Mat Z x Y masa x moles 5 YMat
g 15.148 x moles 2
mol / g 16 x g 4.094 x moles 5 YMat
Resuelva los ejercicios 53 hasta 67
g 15.148 x moles 4
mol / g 16 x g 0.758 x moles 5 XMat
51
reaccin qumica, los tomos no se crean ni se destruyen. En otras palabras, debe haber el
mismo nmero de cada tipo de tomo en los productos y en los reactivos (Ley de la
conservacin de la masa.
Las ecuaciones qumicas se usan para describir esquemticamente las reacciones
qumicas a travs de smbolos y frmulas qumicas y otros trminos. Generalmente
indican las sustancias que reaccionan, llamadas reactivos, las sustancias que se forman,
llamadas productos y otras especificaciones que describiremos a continuacin. Por
ejemplo:
2Al(s) + 6 HCl(ac) 2 AlCl3(ac) + 3 H2(g)
Esquemticamente las reacciones qumicas se representan escribiendo las
sustancias qumicas presentes antes de la reaccin (reactivos) a la izquierda de la flecha y
los que estn presentes despus de la reaccin (productos), a la derecha de la misma. La
flecha ( ) indica la direccin del cambio y se lee "produce" o "reacciona para formar".
Tambin se utiliza para separar los reactivos de los productos. El signo + se utiliza para
separar los elementos y compuestos. Se lee combina o reacciona. Los nmeros 2, 6, 2 y 3
son coeficientes (nmeros enteros) que se escriben ante los elementos y sustancias para
balancear la ecuacin qumica e indica la cantidad de unidades (tomos, molculas, moles,
iones) de cada sustancia que reacciona o se produce.
El conocimiento del estado fsico de los reactivos y los productos es muy til en el
laboratorio, por lo cual se utilizan las abreviaturas g, l, s entre parntesis despus de la
frmula qumica para indicar los estados gaseoso, lquido y slido respectivamente.
Tambin se utiliza el smbolo (ac) que indica solucin acuosa
En determinados casos, cuando las reacciones son lentas, se agrega una sustancia
para acelerar la reaccin qumica, la cual se llama catalizador que se indica encima o
debajo de la flecha y no interviene en la reaccin (formacin de los productos). Tambin
hay sustancias que retardan o desaceleran la reaccin qumica llamadas inhibidores.
52
Es de hacer notar que existen otros trminos o smbolos para indicar la situacin
real de proceso qumico, por ejemplo: (calor), (formacin de precipitado),
(desprendimiento de gas), entre otras.
Toda reaccin qumica va acompaada de absorcin o desprendimiento de energa.
Las reacciones qumicas en las cuales se desprende calor se denominan exotrmicas y se
caracterizan porque los reactivos tienen mayor contenido energtico que los productos; es
decir, una vez que se le suministre la energa a la reaccin, sta se desarrollar liberando
energa, en cambio existen algunas reacciones qumicas que para poder realizarse necesitan
consumir energa durante todo el proceso, estas reacciones se denominan endotrmicas,
el contenido energtico del producto es siempre mayor que los reactivos.
Tabla 2.2. Smbolos o trminos usados comnmente en las ecuaciones qumicas, con su significado
Smbolo o Trmino Significado
Reactivos Sustancias ubicadas en el lado izquierdo de la ecuacin.
Productos Sustancias ubicadas en el lado derecho de la ecuacin
+ Separa sustancia en los reactivos y productos. Se lee
combina
Separa los productos de los reactivos, indica Reaccin
Irreversible y se lee produce
Catalizador. Sustancia que acelera la reaccin qumica.
Subndice (g) o Gas o producto gaseoso
Subndice () Estado lquido
Subndice (s) o Estado slido o un producto que precipita.
Subndice (ac) Solucin acuosa (disuelto en agua)
Reaccin con suministro de calor
Reaccin con suministro de electricidad
pt o
() o ()
pt
53
A primera vista la ecuacin qumica suministra informacin de carcter cualitativo,
es decir nos indica, cules son los reactivos y los productos as como tambin las
caractersticas fsicas, estado fsico de las sustancias, condiciones en que se realiza la
reaccin). Luego de balancear nos proporciona informacin cuantitativa, tales como, las
relaciones de combinacin que comnmente se expresan en moles, gramos, molculas y
tomos, las cuales nos permiten realizar los clculos estequiomtricos. En resumen, una
ecuacin qumica suministra una variedad de informacin cualitativa y cuantitativa
esencial para el clculo de las cantidades de sustancias que intervienen en un proceso
qumico.
En conclusin, una ecuacin qumica balanceada es la herramienta fundamental de
la cual dispone el investigador, qumicos, tcnicos y estudiantes, entre otros, que nos
permiten establecer las relaciones de combinacin entre los reactivos y los productos que
intervienen en un proceso qumico (clculos estequiomtricos directos) o tambin en
relaciones indirectas (clculos estequiomtricos indirectos).
Balanceo de ecuaciones qumicas
Una ecuacin qumica sin balancear no representa en forma vlida y precisa la
reaccin que se produce. Siempre que se tiene una ecuacin es necesario verificar si est
balanceada. El principio fundamental del balanceo es que el nmero total de tomos se
conserva en la reaccin qumica, es decir, que el nmero total de tomos de los reactivos
debe ser igual al nmero total de tomos de los productos (Ley de la conservacin de la
masa).
Para balancear una ecuacin qumica es necesario que est formulada
correctamente. Durante el balanceo de una ecuacin qumica slo se ajustan los
coeficientes (preferiblemente con nmero entero) de cada elemento o compuesto presente
en la reaccin.
En las reacciones sencillas u ordinarias, los coeficientes estequiomtricos se
encuentran por simple inspeccin por lo que se llama tanteo. En las reacciones ms
54
complejas se emplean otros mtodos tales como: el algebraico y el mtodo del ion -
electrn, entre otros.
Las reglas generales para balancear una reaccin qumica pueden resumirse
de la siguiente manera:
Escribir correctamente la ecuacin qumica.
Balancear los metales (si hay) que intervienen en la reaccin qumica.
Balancear los no metales, (si hay) presentes en la ecuacin qumica.
Balancear los tomos de hidrgeno (si hay) presentes en la reaccin.
Finalmente balancear los tomos oxgeno; que generalmente quedan automticamente
balanceados al balancear los tomos de hidrgeno.
Nota: en el supuesto caso de que algunos de los elementos previamente balanceados se
modifiquen al balancear el hidrgeno y oxgeno, debe ajustarse nuevamente, para que la
ecuacin quede correctamente balanceada. Por lo tanto, se recomienda verificar que el
nmero de moles de tomos de los reactivos sean iguales a los moles de tomos de los
productos.
Ejemplo 2.17
Balancear la siguiente ecuacin qumica e indicar las diferentes maneras de
interpretar la ecuacin qumica
Cloruro clcico + Fosfato sdico Fosfato clcico + Cloruro de sodio
Primer paso: Formular la reaccin qumica correctamente
CaCl2(s) + Na3PO4(ac) Ca3(PO4)2(ac) + NaCl(s)
Segundo paso: Balancear los metales que intervienen en la reaccin, en nuestro caso es el
calcio, Ca y el sodio, Na.
3 CaCl2 + Na3PO4 Ca3(PO4)2 + 3 NaCl
Tercer paso: Balancear los no metales, cloro, Cl y fsforo, P
3 CaCl2 + 2 Na3PO4 Ca3(PO4)2 + 6 NaCl
55
Cuarto paso: Balancear los tomos de oxgeno, O, en este caso no es necesario balancear
el oxgeno ya que est balanceado.
3 CaCl2 + 2 Na3PO4 Ca3(PO4)2 + 6 NaCl
Quinto paso: Verificar si los moles totales de tomos de los reactivos son iguales a los
moles totales de tomos de los productos, de ser as la ecuacin qumica esta balanceada:
3 CaCl2 + 2 Na3PO4 Ca3(PO4)2 + 6 NaCl
En trminos generales la informacin cuantitativa proporcionada por esta ecuacin qumica
se puede resumir en la siguiente tabla:
Tabla 2.3 Informacin que se obtiene de la ecuacin qumica balanceada para la
produccin de fosfato clcico mas cloruro de sodio
3 CaCl2
+
2 Na3PO4
Ca3(PO4)2
+
6 NaCl
3 molculas
+
2 molculas
1 molcula
+
6 molculas
3(6.02 1023
)
molculas
+
2(6.02 1023
)
molculas
6.02 1023
molculas
+
6(6.02 1023
)
molculas
3 mol + 2 mol 1 mol + 6 mol
3mol (111g/mol)
+
2 mol (164g/mol)
1 mol (310g/mol)
+
6mol(58.5g/mol)
333 g
+
328 g
310 g
+
351 g
661 g
661 g
Como la sumatoria de las masas de los reactivos es igual a la sumatoria de las masas de los
productos, se concluye que la ecuacin qumica esta correctamente balanceada cumple
con la ley de la conservacin de la masa
Resuelva el ejercicio 68
56
Clculos basados en las reacciones qumicas
Siempre que los qumicos trabajan con reacciones qumicas se formulan preguntas
como: qu cantidad de cada reactivo se requiere para producir la cantidad deseada de
producto?, qu ocurre cuando la cantidad de un reactivo es mayor que la de los otros
reactivos?. La respuesta a estas y otras preguntas se pueden resolver utilizando los clculos
estequiomtricos.
Con frecuencia es necesario calcular la cantidad de una sustancia que se forma o
que se requiere para que reaccione con una cantidad dada de otra sustancia. Aunque se
conocen varios mtodos, el mtodo molar o de relacin molar generalmente es el mas
adecuado para resolver problemas de estequiometria. Tal mtodo es directo y facilita
visualizar y comprender las relaciones de las especies que reaccionan.
La relacin molar es un factor de conversin que permite relacionar el nmero de
moles de una sustancia con el nmero de moles de otras en la ecuacin qumica.
Como los clculos estequiomtricos se utilizan en todos los campos de la qumica,
conviene dominar este mtodo o cualquier otro para la resolucin de problemas.
El mtodo de la relacin molar se basa en tres operaciones bsicas simples:
Si la cantidad de sustancia inicial no est en moles convirtala a moles.
Convierta los moles de reactivos en moles del producto deseado.
Convierta los moles de productos deseado en las unidades especificadas en el
problema.
Ejemplo 2.18
En la siguiente ecuacin qumica. Determinar:
Al2(SO4)3 + Ba(NO3)2 BaSO4 + Al(NO3)3
a) Cuntos moles de sul
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