Embed Size (px)
Citation preview
CURSO DE INTRODUCCION
EN QUIMICA GENERAL
Dpto Quiacutemica Orgaacutenica
Escuela Teacutecnica Superior de Ingenieros Industriales
Universidad de Valladolid
23062008 1
alex-cosmoshotmailcom
Nomenclatura
estequiometriaEstequiometriacutea en elementos y compuestos
Caacutelculos en estequiometriacutea
Formulacioacuten y NomenclaturaQuiacutemica Inorgaacutenica
Los compuestos no son fruto de combinaciones al azar de los elementos de la Tabla Perioacutedica sino que son el
resultado de la combinacioacuten en una determinadas proporciones de elementos que guardan entre siacute una ciertaldquoafinidadrdquo Estas limitaciones vienen prefijadas por la capacidad de combinacioacuten o valencia de los elementos que a suvez es funcioacuten de la estructura electroacutenica de los aacutetomos implicados
1 Sustancias simples Tutorial
2 Nuacutemeros de oxidacioacuten Tutorial Ejercicios
3 Combinaciones binarias del oxiacutegeno Tutorial Ejercicios
4 Combinaciones binarias del hidroacutegeno Tutorial Ejercicios
5 Otras combinaciones binarias Tutorial Ejercicios
6 Aacutecidos oxiaacutecidos Tutorial Ejercicios
7 Sales Tutorial Ejercicios
8 Hidroacutexidos Tutorial Ejercicios
9 Cationes y aniones Tutorial Ejercicios
10 Peroacutexidos y peroxiaacutecidos Tutorial Ejercicios
regresar
Sustancias simplesSon aquellas que estaacuten constituidas por aacutetomos de un solo elemento En ellas las moleacuteculasestaacuten formadas por aacutetomos ideacutenticos En general muchos elementos que son gases suelen encontrarse en forma diatoacutemica (N2 O2 H2 etc)Otro fenoacutemeno curioso es que ciertos elementos (azufre foacutesforo etc) se presentan a veces en
agrupaciones de distinto nuacutemero de aacutetomos estas agrupaciones se denominan formas alotroacutepicas Veamos algunos ejemplos
H2 Hidroacutegeno N2 Nitroacutegeno
F2 Fluacuteor O2 Oxiacutegeno
Cl2 Cloro O3 Ozono
Br2 Bromo S8 Azufre λ
I2 Yodo P4 Foacutesforo blanco
Estados de oxidacioacuten (1)
Los estados de oxidacioacuten maacutes usuales de los diferentes elementos de la Tabla Perioacutedica son
Grupo IA Alcalinos
LiNaKRbCsFr
+I
Grupo IIA Alcalino-Teacuterreos
BeMgCaSrBaRa
+II
Grupo IA Alcalinos
LiNaKRbCsFr
+I
Grupo IIA Alcalino-Teacuterreos
BeMgCaSrBaRa
+II
Grupo IIIA
Grupo VA
NPAsSbBi
+V +IV +III +II +I -III+III+III+III +I+III +I
Grupo VIA
OSSeTePo
-II+VI +IV +II -II+VI +IV +II -II+VI +IV +II -II+IV+II
Grupo VIIA
FClBrI
-I+VII +V +III +I -I+VII +V +III +I -I+VII +V +III +I -I
Combinaciones binarias del OxiacutegenoDeben nombrarse como oacutexidos tanto las combinaciones de oxiacutegeno con metales como con no metalesPara formularlos se escribe siempre a la izquierda el elemento maacutes electropositivo intercambiaacutendose los nuacutemeros de oxidacioacuten del oxiacutegeno (-2) y del otro elemento
Algunos ejemplos son
Li2O Oacutexido de litio FeO Oacutexido de hierro (II)
Cu2O Oacutexido de cobre (I) MgO Oacutexido de magnesio
Cr2O3 Oacutexido de cromo (III) CaO Oacutexido de calcio
Al2O3 Oacutexido de aluminio PbO2 Oacutexido de plomo (IV)
SiO2 Oacutexido de silicio N2O3 Oacutexido de nitroacutegeno (III)
N2O Oacutexido de nitroacutegeno (I) Cl2O5 Oacutexido de cloro (V)
Combinaciones binarias del HidroacutegenoLos compuestos derivados de la combinacioacuten del hidroacutegeno con los restantes elementos son muy dispares dada la peculiaridad del hidroacutegeno (puede ceder faacutecilmente su uacutenico electroacuten pero tambieacuten captar un electroacuten de otro aacutetomo para adquirir la estructura electroacutenica del helio) Las combinaciones del hidroacutegeno con metales se denominan hidruros algunos ejemplos son
LiH Hidruro de litio AlH3 Hidruro de aluminio
NaH Hidruro de sodio GaH3 Hidruro de galio
KH Hidruro de potasio GeH4 Hidruro de germanio
CsH Hidruro de cesio SnH4 Hidruro de estantildeo
BeH2 Hidruro de berilio PbH4 Hidruro de plomo(IV)
MgH2 Hidruro de magnesio CuH2 Hidruro de cobre(II)
CaH2 Hidruro de calcio NiH3 Hidruro de niquel (III)
Las combinaciones binarias del hidroacutegeno con oxiacutegeno nitroacutegeno foacutesforo arseacutenico antimonio carbono y silicio tienen nombres comunes
H2O Agua Amoniacuteaco
PH3 Fosfina
SbH3
SiH4 Silano CH4
Arsina
Metano
NH3
AsH3Estibina
Las combinaciones del hidroacutegeno con F Cl Br I S Se y Se se denominan hidraacutecidos debido a que tales compuestos al disolverse en agua dan disoluciones aacutecidas
Foacutermula Nombre sistemaacutetico (en disolucioacuten acuosa)
HF Fluoruro de hidroacutegeno Aacutecido fluorhiacutedrico
HCl Cloruro de hidroacutegeno Aacutecido clorhiacutedrico
HBr Bromuro de hidroacutegeno Aacutecido bromhiacutedrico
HI Yoduro de hidroacutegeno Aacutecido yodhiacutedrico
H2SSulfuro de hidroacutegeno Aacutecido sulfhiacutedrico
H2Se Seleniuro de hidroacutegeno Aacutecido selenhiacutedrico
H2Te Telururo de hidroacutegeno Aacutecido telurhiacutedrico
Otras combinaciones binariasLas combinaciones binarias que no sean ni oacutexidos ni hidruros son las formadas por no metales con metales Para formularlos se escribe a la izquierda el siacutembolo del metal por ser el elemento maacutes electropositivo Para nombrarlos se le antildeade al nombre del no metal el sufijo ndashuro Algunos ejemplos son
CaF2 Fluoruro de calcio
FeCl2 Cloruro de hierro(II)
FeCl3 Cloruro de hierro(III)
CuBr Bromuro de cobre(I)
CuBr2 Bromuro de cobre(II)
AlI3 Yoduro de aluminio
MnS Sulfuro de manganeso(II)
MnS2 Sulfuro de manganeso(IV)
V2S5 Sulfuro de vanadio(V)
Mg3N2 Nitruro de magnesio
Ni2Si Siliciuro de niquel(II)
CrB Boruro de cromo(III)
Diapositiva 3
Aacutecidos oxoaacutecidosSon compuestos capaces de ceder protones que contienen oxiacutegeno en la moleacutecula Presentan la foacutermula general
HaXbOc
en donde X es normalmente un no metal aunque a veces puede ser tambieacuten un metal de transicioacuten con un estado de oxidacioacuten elevado Para nombrar los oxoaacutecidos utilizaremos la nomenclatura tradicional con los sufijos ndashoso e ndashico nomenclatura que estaacute admitida por la IUPAC
Oxoaacutecidos del grupo de los haloacutegenos
Los haloacutegenos que forman oxoaacutecidos son cloro bromo y yodo En los tres casos los nuacutemeros de oxidacioacuten pueden ser +I +III +V y +VII Al tener maacutes de dos estados de oxidacioacuten junto a las terminaciones ndashoso e ndashico utilizaremos los prefijos hipondash (que quiere decir menos que) y perndash (que significa superior) tendremos asiacute los siguientes oxoaacutecidos
HClO Aacutecido hipocloroso
HClO2 Aacutecido cloroso
HClO3 Aacutecido cloacuterico HClO4 Aacutecido percloacuterico
HBrO Aacutecido hipobromoso
HBrO2 Aacutecido bromoso
HBrO3 Aacutecido broacutemico HBrO4 Aacutecido perbroacutemico
HIO3 Aacutecido yoacutedico HIO4 Aacutecido peryoacutedico
siguiente
Oxoaacutecidos del grupo VIADe los oxoaacutecidos de azufre selenio y teluro los maacutes representativos son aquellos en los que el nuacutemero de oxidacioacuten es +IV y +VI Para estos aacutecidos se utilizan los sufijos ndashoso e ndashico
H2SO3 Aacutecido sulfuroso H2SO4 Aacutecido sulfuacuterico
H2SeO3 Aacutecido selenioso H2SeO4 Aacutecido seleacutenico
H2TeO3 Aacutecido teluroso H2TeO4 Aacutecido teluacuterico
Oxoaacutecidos del grupo VA
Los aacutecidos maacutes comunes del nitroacutegeno son el aacutecido nitroso y el aacutecido niacutetrico en los que el nitroacutegeno presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III y +V respectivamente
HNO2 Aacutecido nitroso HNO3 Aacutecido niacutetrico
Los aacutecidos de foacutesforo maacutes comunes son el fosfoacutenico (antes llamado fosforoso en el que el foacutesforo presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III) y el fosfoacuterico (nuacutemero de oxidacioacuten +V) Ambos aacutecidos son en realidad ortoaacutecidos es decir contienen tres moleacuteculas de agua en su formacioacuten
P2O3+ 3H2O = H6 P2O6 = H3PO3 Aacutecido fosfoacutenico
P2O5+ 3H2O = H6 P2O8 = H3PO4 Aacutecido fosfoacuterico
No es necesario utilizar los teacuterminos ortofosfoacutenico y ortofosfoacuterico
Oxoaacutecidos del carbono y del silicio
El estado de oxidacioacuten en ambos casos es de +IV Los maacutes comunes son
H2CO3 Aacutecido carboacutenico
H4SiO4 Aacutecido ortosiliacutecico
HidroacutexidosEn este apartado vamos a ver unos compuestos formados por la combinacioacuten del anioacuten hidroxilo (OH-) con diversos cationes metaacutelicos El modo de nombrar estos hidroacutexidos es
LiOH Hidroacutexido de litio
Ba(OH)2 Hidroacutexido de bario
Fe(OH)2 Hidroacutexido de hierro (II)
Fe(OH)3 Hidroacutexido de hierro (III)
Cr(OH)2 Hidroacutexido de hierro (III)
NH4(OH) Hidroacutexido de amonio
Cationes y Aniones
CationesCuando un aacutetomo pierde electrones (los electrones de sus orbitales maacutes externos tambieacuten llamados electrones de valencia) adquiere como es loacutegico una carga positiva netaPara nombrar estas ldquoespecies quiacutemicasrdquo basta anteponer la palabra catioacuten o ion al nombre del elemento
En los casos en que el aacutetomo puede adoptar distintos estados de oxidacioacuten se indica entre pareacutentesis Algunos ejemplos son
H+ Ioacuten hidroacutegeno Li+ Ioacuten litio
Cu+ Ioacuten cobre (I) Cu+2 Ioacuten cobre (II)
Fe+2 Ioacuten hierro (II) Fe+3 Ioacuten hierro (III)
Sn+2 Ioacuten estantildeo (II) Pb+4 Ioacuten plomo (IV)
Hay bastantes compuestos ndashcomo por ejemplo el amoniacuteacondash que disponen de electrones libres no compartidos Estos compuestos se unen al catioacuten hidroacutegeno para dar una especie cargada positivamente Para nombrar estas especies cargadas debe antildeadirse la terminacioacuten ndashonio tal como se ve en los siguientes ejemplos
NH4+ Ioacuten amonio
PH4+ Ioacuten fosfonio
AsH4+ Ioacuten arsonio
H3O+ Ioacuten oxonio
Aniones
Se llaman aniones a las ldquoespecies quiacutemicasrdquo cargadas negativamente Los aniones maacutes simples son los monoatoacutemicos que proceden de la ganancia de uno o maacutes electrones por un elemento electronegativoPara nombrar los iones monoatoacutemicos se utiliza la terminacioacuten ndashuro como en los siguientes ejemplos
Hndash Ioacuten hidruro
Sndash2 Ioacuten sulfuro
Fndash Ioacuten fluoruro
Sendash2 Ioacuten seleniuro
Clndash Ioacuten cloruro
Nndash3 Ioacuten nitruro
Brndash Ioacuten bromuro
Pndash3 Ioacuten fosfuro
Indash Ioacuten yoduro Asndash3 Ioacuten arseniuro
Los aniones poliatoacutemicos se pueden considerar como provenientes de otras moleacuteculas por peacuterdida de uno o maacutes iones hidroacutegeno El ion de este tipo maacutes usual y sencillo es el ion hidroxilo (OHndash) que procede de la peacuterdida de un ion hidroacutegeno del aguaSin embargo la gran mayoriacutea de los aniones poliatoacutemicos proceden ndasho se puede considerar que procedenndash de un aacutecido que ha perdido o cedido sus hidroacutegenosPara nombrar estos aniones se utilizan los sufijos ndashito y ndashato seguacuten que el aacutecido de procedencia termine en ndashoso o en ndashico respectivamente
HClO Aacutecido hipocloroso
ClOndash Ioacuten hipoclorito
H2SO3 Aacutecido sulfuroso
SO3ndash2 Ioacuten sulfito
HClO3 Aacutecido cloacuterico ClO3ndash Ioacuten clorato
HClO4 Aacutecido percloacuterico
ClO4ndash Ioacuten perclorato
H2SO4 Aacutecido sulfurico
SO4ndash2 Ioacuten sulfato
A menudo para ldquoconstruirrdquo el nombre del anioacuten no se reemplazan simplemente las terminaciones oso-ico por ito-ato sino que la raiacutez del nombre se contrae Por ejemplo no se dice iones sulfurito y sulfurato sino iones sulfito y sulfato
Peroacutexidos y PeroxiaacutecidosLa formacioacuten de estos compuestos se debe a la posibilidad que tiene el oxiacutegeno de enlazarse consigo mismo para formar el grupo peroacutexido
Este grupo da lugar a compuestos como
H2O2 Peroacutexido de hidroacutegeno
Li2O2 Peroacutexido de litio
Na2O2 Peroacutexido de sodio
BaO2 Peroacutexido de bario
CuO2 Peroacutexido de cobre (II)
ZnO2 Peroacutexido de ZincEsta agrupacioacuten peroxo (ndashOndashOndash) se puede presentar tambieacuten en ciertos aacutecidos que se denominan peroxoaacutecidos
Estequiometriacutea Ecuaciones quiacutemicas
Reaccioacuten quiacutemica y ecuaciones quiacutemicasUna Reaccioacuten quiacutemica es un proceso en el cual una sustancia (o sustancias) desaparece para formar una o maacutes sustancias nuevasLas ecuaciones quiacutemicas son el modo de representar a las reacciones quiacutemicasPor ejemplo el hidroacutegeno gas (H2) puede reaccionar con oxiacutegeno gas(O2) para dar agua (H20) La ecuacioacuten quiacutemica para esta reaccioacuten se escribe
El + se lee como reacciona conLa flecha significa produceLas foacutermulas quiacutemicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivosA la derecha de la flecha estaacuten las formulas quiacutemicas de las sustancias producidas denominadas productosLos nuacutemeros al lado de las formulas son los coeficientes (el coeficiente 1 se omite)
Estequiometriacutea de la reaccioacuten quiacutemica
Ahora estudiaremos la estequiometriacutea es decir la medicioacuten de los elementos)Las transformaciones que ocurren en una reaccioacuten quimica se rigen por la Ley de la conservacioacuten de la masa Los aacutetomos no se crean ni se destruyen durante una reaccioacuten quiacutemicaEntonces el mismo conjunto de aacutetomos estaacute presente antes durante y despueacutes de la reaccioacuten Los cambios que ocurren en una reaccioacuten quiacutemica simplemente consisten en una reordenacioacuten de los aacutetomosPor lo tanto una ecuacioacuten quiacutemica ha de tener el mismo nuacutemero de aacutetomos de cada elemento a ambos lados de la flecha Se dice entonces que la ecuacioacuten estaacute balanceada
2H2 + O2 2H2O
Reactivos Productos
4H y 2O = 4H + 2O
Pasos que son necesarios para escribir una reaccioacuten ajustada
1) Se determina cuales son los reactivos y los productos2) Se escribe una ecuacioacuten no ajustada usando las foacutermulas de los reactivos y de los productos3) Se ajusta la reaccioacuten determinando los coeficientes que nos dan nuacutemeros iguales de cada tipo de aacutetomo en cada lado de la flecha de reaccioacuten generalmente nuacutemeros enteros
Ejemplo 1
Consideremos la reaccioacuten de combustioacuten del metano gaseoso (CH4) en aire
Paso 1Sabemos que en esta reaccioacuten se consume (O2) y produce agua (H2O) y dioacutexido de carbono (CO2)
Luegolos reactivos son CH4 y O2 ylos productos son H2O y CO2
Paso 2
la ecuacioacuten quiacutemica sin ajustar seraacute
Paso 3 Ahora contamos los aacutetomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos
Entoncesuna moleacutecula de metano reacciona con dos moleacuteculas de oxiacutegeno para producir dos moleacuteculas agua y una moleacutecula de dioacutexido de carbono
Ejemplo 2
Ecuacioacuten balanceada
Ecuacioacuten balanceada
Ejemplo 3
Ajustar primero la moleacutecula mayor
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Formulacioacuten y NomenclaturaQuiacutemica Inorgaacutenica
Los compuestos no son fruto de combinaciones al azar de los elementos de la Tabla Perioacutedica sino que son el
resultado de la combinacioacuten en una determinadas proporciones de elementos que guardan entre siacute una ciertaldquoafinidadrdquo Estas limitaciones vienen prefijadas por la capacidad de combinacioacuten o valencia de los elementos que a suvez es funcioacuten de la estructura electroacutenica de los aacutetomos implicados
1 Sustancias simples Tutorial
2 Nuacutemeros de oxidacioacuten Tutorial Ejercicios
3 Combinaciones binarias del oxiacutegeno Tutorial Ejercicios
4 Combinaciones binarias del hidroacutegeno Tutorial Ejercicios
5 Otras combinaciones binarias Tutorial Ejercicios
6 Aacutecidos oxiaacutecidos Tutorial Ejercicios
7 Sales Tutorial Ejercicios
8 Hidroacutexidos Tutorial Ejercicios
9 Cationes y aniones Tutorial Ejercicios
10 Peroacutexidos y peroxiaacutecidos Tutorial Ejercicios
regresar
Sustancias simplesSon aquellas que estaacuten constituidas por aacutetomos de un solo elemento En ellas las moleacuteculasestaacuten formadas por aacutetomos ideacutenticos En general muchos elementos que son gases suelen encontrarse en forma diatoacutemica (N2 O2 H2 etc)Otro fenoacutemeno curioso es que ciertos elementos (azufre foacutesforo etc) se presentan a veces en
agrupaciones de distinto nuacutemero de aacutetomos estas agrupaciones se denominan formas alotroacutepicas Veamos algunos ejemplos
H2 Hidroacutegeno N2 Nitroacutegeno
F2 Fluacuteor O2 Oxiacutegeno
Cl2 Cloro O3 Ozono
Br2 Bromo S8 Azufre λ
I2 Yodo P4 Foacutesforo blanco
Estados de oxidacioacuten (1)
Los estados de oxidacioacuten maacutes usuales de los diferentes elementos de la Tabla Perioacutedica son
Grupo IA Alcalinos
LiNaKRbCsFr
+I
Grupo IIA Alcalino-Teacuterreos
BeMgCaSrBaRa
+II
Grupo IA Alcalinos
LiNaKRbCsFr
+I
Grupo IIA Alcalino-Teacuterreos
BeMgCaSrBaRa
+II
Grupo IIIA
Grupo VA
NPAsSbBi
+V +IV +III +II +I -III+III+III+III +I+III +I
Grupo VIA
OSSeTePo
-II+VI +IV +II -II+VI +IV +II -II+VI +IV +II -II+IV+II
Grupo VIIA
FClBrI
-I+VII +V +III +I -I+VII +V +III +I -I+VII +V +III +I -I
Combinaciones binarias del OxiacutegenoDeben nombrarse como oacutexidos tanto las combinaciones de oxiacutegeno con metales como con no metalesPara formularlos se escribe siempre a la izquierda el elemento maacutes electropositivo intercambiaacutendose los nuacutemeros de oxidacioacuten del oxiacutegeno (-2) y del otro elemento
Algunos ejemplos son
Li2O Oacutexido de litio FeO Oacutexido de hierro (II)
Cu2O Oacutexido de cobre (I) MgO Oacutexido de magnesio
Cr2O3 Oacutexido de cromo (III) CaO Oacutexido de calcio
Al2O3 Oacutexido de aluminio PbO2 Oacutexido de plomo (IV)
SiO2 Oacutexido de silicio N2O3 Oacutexido de nitroacutegeno (III)
N2O Oacutexido de nitroacutegeno (I) Cl2O5 Oacutexido de cloro (V)
Combinaciones binarias del HidroacutegenoLos compuestos derivados de la combinacioacuten del hidroacutegeno con los restantes elementos son muy dispares dada la peculiaridad del hidroacutegeno (puede ceder faacutecilmente su uacutenico electroacuten pero tambieacuten captar un electroacuten de otro aacutetomo para adquirir la estructura electroacutenica del helio) Las combinaciones del hidroacutegeno con metales se denominan hidruros algunos ejemplos son
LiH Hidruro de litio AlH3 Hidruro de aluminio
NaH Hidruro de sodio GaH3 Hidruro de galio
KH Hidruro de potasio GeH4 Hidruro de germanio
CsH Hidruro de cesio SnH4 Hidruro de estantildeo
BeH2 Hidruro de berilio PbH4 Hidruro de plomo(IV)
MgH2 Hidruro de magnesio CuH2 Hidruro de cobre(II)
CaH2 Hidruro de calcio NiH3 Hidruro de niquel (III)
Las combinaciones binarias del hidroacutegeno con oxiacutegeno nitroacutegeno foacutesforo arseacutenico antimonio carbono y silicio tienen nombres comunes
H2O Agua Amoniacuteaco
PH3 Fosfina
SbH3
SiH4 Silano CH4
Arsina
Metano
NH3
AsH3Estibina
Las combinaciones del hidroacutegeno con F Cl Br I S Se y Se se denominan hidraacutecidos debido a que tales compuestos al disolverse en agua dan disoluciones aacutecidas
Foacutermula Nombre sistemaacutetico (en disolucioacuten acuosa)
HF Fluoruro de hidroacutegeno Aacutecido fluorhiacutedrico
HCl Cloruro de hidroacutegeno Aacutecido clorhiacutedrico
HBr Bromuro de hidroacutegeno Aacutecido bromhiacutedrico
HI Yoduro de hidroacutegeno Aacutecido yodhiacutedrico
H2SSulfuro de hidroacutegeno Aacutecido sulfhiacutedrico
H2Se Seleniuro de hidroacutegeno Aacutecido selenhiacutedrico
H2Te Telururo de hidroacutegeno Aacutecido telurhiacutedrico
Otras combinaciones binariasLas combinaciones binarias que no sean ni oacutexidos ni hidruros son las formadas por no metales con metales Para formularlos se escribe a la izquierda el siacutembolo del metal por ser el elemento maacutes electropositivo Para nombrarlos se le antildeade al nombre del no metal el sufijo ndashuro Algunos ejemplos son
CaF2 Fluoruro de calcio
FeCl2 Cloruro de hierro(II)
FeCl3 Cloruro de hierro(III)
CuBr Bromuro de cobre(I)
CuBr2 Bromuro de cobre(II)
AlI3 Yoduro de aluminio
MnS Sulfuro de manganeso(II)
MnS2 Sulfuro de manganeso(IV)
V2S5 Sulfuro de vanadio(V)
Mg3N2 Nitruro de magnesio
Ni2Si Siliciuro de niquel(II)
CrB Boruro de cromo(III)
Diapositiva 3
Aacutecidos oxoaacutecidosSon compuestos capaces de ceder protones que contienen oxiacutegeno en la moleacutecula Presentan la foacutermula general
HaXbOc
en donde X es normalmente un no metal aunque a veces puede ser tambieacuten un metal de transicioacuten con un estado de oxidacioacuten elevado Para nombrar los oxoaacutecidos utilizaremos la nomenclatura tradicional con los sufijos ndashoso e ndashico nomenclatura que estaacute admitida por la IUPAC
Oxoaacutecidos del grupo de los haloacutegenos
Los haloacutegenos que forman oxoaacutecidos son cloro bromo y yodo En los tres casos los nuacutemeros de oxidacioacuten pueden ser +I +III +V y +VII Al tener maacutes de dos estados de oxidacioacuten junto a las terminaciones ndashoso e ndashico utilizaremos los prefijos hipondash (que quiere decir menos que) y perndash (que significa superior) tendremos asiacute los siguientes oxoaacutecidos
HClO Aacutecido hipocloroso
HClO2 Aacutecido cloroso
HClO3 Aacutecido cloacuterico HClO4 Aacutecido percloacuterico
HBrO Aacutecido hipobromoso
HBrO2 Aacutecido bromoso
HBrO3 Aacutecido broacutemico HBrO4 Aacutecido perbroacutemico
HIO3 Aacutecido yoacutedico HIO4 Aacutecido peryoacutedico
siguiente
Oxoaacutecidos del grupo VIADe los oxoaacutecidos de azufre selenio y teluro los maacutes representativos son aquellos en los que el nuacutemero de oxidacioacuten es +IV y +VI Para estos aacutecidos se utilizan los sufijos ndashoso e ndashico
H2SO3 Aacutecido sulfuroso H2SO4 Aacutecido sulfuacuterico
H2SeO3 Aacutecido selenioso H2SeO4 Aacutecido seleacutenico
H2TeO3 Aacutecido teluroso H2TeO4 Aacutecido teluacuterico
Oxoaacutecidos del grupo VA
Los aacutecidos maacutes comunes del nitroacutegeno son el aacutecido nitroso y el aacutecido niacutetrico en los que el nitroacutegeno presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III y +V respectivamente
HNO2 Aacutecido nitroso HNO3 Aacutecido niacutetrico
Los aacutecidos de foacutesforo maacutes comunes son el fosfoacutenico (antes llamado fosforoso en el que el foacutesforo presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III) y el fosfoacuterico (nuacutemero de oxidacioacuten +V) Ambos aacutecidos son en realidad ortoaacutecidos es decir contienen tres moleacuteculas de agua en su formacioacuten
P2O3+ 3H2O = H6 P2O6 = H3PO3 Aacutecido fosfoacutenico
P2O5+ 3H2O = H6 P2O8 = H3PO4 Aacutecido fosfoacuterico
No es necesario utilizar los teacuterminos ortofosfoacutenico y ortofosfoacuterico
Oxoaacutecidos del carbono y del silicio
El estado de oxidacioacuten en ambos casos es de +IV Los maacutes comunes son
H2CO3 Aacutecido carboacutenico
H4SiO4 Aacutecido ortosiliacutecico
HidroacutexidosEn este apartado vamos a ver unos compuestos formados por la combinacioacuten del anioacuten hidroxilo (OH-) con diversos cationes metaacutelicos El modo de nombrar estos hidroacutexidos es
LiOH Hidroacutexido de litio
Ba(OH)2 Hidroacutexido de bario
Fe(OH)2 Hidroacutexido de hierro (II)
Fe(OH)3 Hidroacutexido de hierro (III)
Cr(OH)2 Hidroacutexido de hierro (III)
NH4(OH) Hidroacutexido de amonio
Cationes y Aniones
CationesCuando un aacutetomo pierde electrones (los electrones de sus orbitales maacutes externos tambieacuten llamados electrones de valencia) adquiere como es loacutegico una carga positiva netaPara nombrar estas ldquoespecies quiacutemicasrdquo basta anteponer la palabra catioacuten o ion al nombre del elemento
En los casos en que el aacutetomo puede adoptar distintos estados de oxidacioacuten se indica entre pareacutentesis Algunos ejemplos son
H+ Ioacuten hidroacutegeno Li+ Ioacuten litio
Cu+ Ioacuten cobre (I) Cu+2 Ioacuten cobre (II)
Fe+2 Ioacuten hierro (II) Fe+3 Ioacuten hierro (III)
Sn+2 Ioacuten estantildeo (II) Pb+4 Ioacuten plomo (IV)
Hay bastantes compuestos ndashcomo por ejemplo el amoniacuteacondash que disponen de electrones libres no compartidos Estos compuestos se unen al catioacuten hidroacutegeno para dar una especie cargada positivamente Para nombrar estas especies cargadas debe antildeadirse la terminacioacuten ndashonio tal como se ve en los siguientes ejemplos
NH4+ Ioacuten amonio
PH4+ Ioacuten fosfonio
AsH4+ Ioacuten arsonio
H3O+ Ioacuten oxonio
Aniones
Se llaman aniones a las ldquoespecies quiacutemicasrdquo cargadas negativamente Los aniones maacutes simples son los monoatoacutemicos que proceden de la ganancia de uno o maacutes electrones por un elemento electronegativoPara nombrar los iones monoatoacutemicos se utiliza la terminacioacuten ndashuro como en los siguientes ejemplos
Hndash Ioacuten hidruro
Sndash2 Ioacuten sulfuro
Fndash Ioacuten fluoruro
Sendash2 Ioacuten seleniuro
Clndash Ioacuten cloruro
Nndash3 Ioacuten nitruro
Brndash Ioacuten bromuro
Pndash3 Ioacuten fosfuro
Indash Ioacuten yoduro Asndash3 Ioacuten arseniuro
Los aniones poliatoacutemicos se pueden considerar como provenientes de otras moleacuteculas por peacuterdida de uno o maacutes iones hidroacutegeno El ion de este tipo maacutes usual y sencillo es el ion hidroxilo (OHndash) que procede de la peacuterdida de un ion hidroacutegeno del aguaSin embargo la gran mayoriacutea de los aniones poliatoacutemicos proceden ndasho se puede considerar que procedenndash de un aacutecido que ha perdido o cedido sus hidroacutegenosPara nombrar estos aniones se utilizan los sufijos ndashito y ndashato seguacuten que el aacutecido de procedencia termine en ndashoso o en ndashico respectivamente
HClO Aacutecido hipocloroso
ClOndash Ioacuten hipoclorito
H2SO3 Aacutecido sulfuroso
SO3ndash2 Ioacuten sulfito
HClO3 Aacutecido cloacuterico ClO3ndash Ioacuten clorato
HClO4 Aacutecido percloacuterico
ClO4ndash Ioacuten perclorato
H2SO4 Aacutecido sulfurico
SO4ndash2 Ioacuten sulfato
A menudo para ldquoconstruirrdquo el nombre del anioacuten no se reemplazan simplemente las terminaciones oso-ico por ito-ato sino que la raiacutez del nombre se contrae Por ejemplo no se dice iones sulfurito y sulfurato sino iones sulfito y sulfato
Peroacutexidos y PeroxiaacutecidosLa formacioacuten de estos compuestos se debe a la posibilidad que tiene el oxiacutegeno de enlazarse consigo mismo para formar el grupo peroacutexido
Este grupo da lugar a compuestos como
H2O2 Peroacutexido de hidroacutegeno
Li2O2 Peroacutexido de litio
Na2O2 Peroacutexido de sodio
BaO2 Peroacutexido de bario
CuO2 Peroacutexido de cobre (II)
ZnO2 Peroacutexido de ZincEsta agrupacioacuten peroxo (ndashOndashOndash) se puede presentar tambieacuten en ciertos aacutecidos que se denominan peroxoaacutecidos
Estequiometriacutea Ecuaciones quiacutemicas
Reaccioacuten quiacutemica y ecuaciones quiacutemicasUna Reaccioacuten quiacutemica es un proceso en el cual una sustancia (o sustancias) desaparece para formar una o maacutes sustancias nuevasLas ecuaciones quiacutemicas son el modo de representar a las reacciones quiacutemicasPor ejemplo el hidroacutegeno gas (H2) puede reaccionar con oxiacutegeno gas(O2) para dar agua (H20) La ecuacioacuten quiacutemica para esta reaccioacuten se escribe
El + se lee como reacciona conLa flecha significa produceLas foacutermulas quiacutemicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivosA la derecha de la flecha estaacuten las formulas quiacutemicas de las sustancias producidas denominadas productosLos nuacutemeros al lado de las formulas son los coeficientes (el coeficiente 1 se omite)
Estequiometriacutea de la reaccioacuten quiacutemica
Ahora estudiaremos la estequiometriacutea es decir la medicioacuten de los elementos)Las transformaciones que ocurren en una reaccioacuten quimica se rigen por la Ley de la conservacioacuten de la masa Los aacutetomos no se crean ni se destruyen durante una reaccioacuten quiacutemicaEntonces el mismo conjunto de aacutetomos estaacute presente antes durante y despueacutes de la reaccioacuten Los cambios que ocurren en una reaccioacuten quiacutemica simplemente consisten en una reordenacioacuten de los aacutetomosPor lo tanto una ecuacioacuten quiacutemica ha de tener el mismo nuacutemero de aacutetomos de cada elemento a ambos lados de la flecha Se dice entonces que la ecuacioacuten estaacute balanceada
2H2 + O2 2H2O
Reactivos Productos
4H y 2O = 4H + 2O
Pasos que son necesarios para escribir una reaccioacuten ajustada
1) Se determina cuales son los reactivos y los productos2) Se escribe una ecuacioacuten no ajustada usando las foacutermulas de los reactivos y de los productos3) Se ajusta la reaccioacuten determinando los coeficientes que nos dan nuacutemeros iguales de cada tipo de aacutetomo en cada lado de la flecha de reaccioacuten generalmente nuacutemeros enteros
Ejemplo 1
Consideremos la reaccioacuten de combustioacuten del metano gaseoso (CH4) en aire
Paso 1Sabemos que en esta reaccioacuten se consume (O2) y produce agua (H2O) y dioacutexido de carbono (CO2)
Luegolos reactivos son CH4 y O2 ylos productos son H2O y CO2
Paso 2
la ecuacioacuten quiacutemica sin ajustar seraacute
Paso 3 Ahora contamos los aacutetomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos
Entoncesuna moleacutecula de metano reacciona con dos moleacuteculas de oxiacutegeno para producir dos moleacuteculas agua y una moleacutecula de dioacutexido de carbono
Ejemplo 2
Ecuacioacuten balanceada
Ecuacioacuten balanceada
Ejemplo 3
Ajustar primero la moleacutecula mayor
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Sustancias simplesSon aquellas que estaacuten constituidas por aacutetomos de un solo elemento En ellas las moleacuteculasestaacuten formadas por aacutetomos ideacutenticos En general muchos elementos que son gases suelen encontrarse en forma diatoacutemica (N2 O2 H2 etc)Otro fenoacutemeno curioso es que ciertos elementos (azufre foacutesforo etc) se presentan a veces en
agrupaciones de distinto nuacutemero de aacutetomos estas agrupaciones se denominan formas alotroacutepicas Veamos algunos ejemplos
H2 Hidroacutegeno N2 Nitroacutegeno
F2 Fluacuteor O2 Oxiacutegeno
Cl2 Cloro O3 Ozono
Br2 Bromo S8 Azufre λ
I2 Yodo P4 Foacutesforo blanco
Estados de oxidacioacuten (1)
Los estados de oxidacioacuten maacutes usuales de los diferentes elementos de la Tabla Perioacutedica son
Grupo IA Alcalinos
LiNaKRbCsFr
+I
Grupo IIA Alcalino-Teacuterreos
BeMgCaSrBaRa
+II
Grupo IA Alcalinos
LiNaKRbCsFr
+I
Grupo IIA Alcalino-Teacuterreos
BeMgCaSrBaRa
+II
Grupo IIIA
Grupo VA
NPAsSbBi
+V +IV +III +II +I -III+III+III+III +I+III +I
Grupo VIA
OSSeTePo
-II+VI +IV +II -II+VI +IV +II -II+VI +IV +II -II+IV+II
Grupo VIIA
FClBrI
-I+VII +V +III +I -I+VII +V +III +I -I+VII +V +III +I -I
Combinaciones binarias del OxiacutegenoDeben nombrarse como oacutexidos tanto las combinaciones de oxiacutegeno con metales como con no metalesPara formularlos se escribe siempre a la izquierda el elemento maacutes electropositivo intercambiaacutendose los nuacutemeros de oxidacioacuten del oxiacutegeno (-2) y del otro elemento
Algunos ejemplos son
Li2O Oacutexido de litio FeO Oacutexido de hierro (II)
Cu2O Oacutexido de cobre (I) MgO Oacutexido de magnesio
Cr2O3 Oacutexido de cromo (III) CaO Oacutexido de calcio
Al2O3 Oacutexido de aluminio PbO2 Oacutexido de plomo (IV)
SiO2 Oacutexido de silicio N2O3 Oacutexido de nitroacutegeno (III)
N2O Oacutexido de nitroacutegeno (I) Cl2O5 Oacutexido de cloro (V)
Combinaciones binarias del HidroacutegenoLos compuestos derivados de la combinacioacuten del hidroacutegeno con los restantes elementos son muy dispares dada la peculiaridad del hidroacutegeno (puede ceder faacutecilmente su uacutenico electroacuten pero tambieacuten captar un electroacuten de otro aacutetomo para adquirir la estructura electroacutenica del helio) Las combinaciones del hidroacutegeno con metales se denominan hidruros algunos ejemplos son
LiH Hidruro de litio AlH3 Hidruro de aluminio
NaH Hidruro de sodio GaH3 Hidruro de galio
KH Hidruro de potasio GeH4 Hidruro de germanio
CsH Hidruro de cesio SnH4 Hidruro de estantildeo
BeH2 Hidruro de berilio PbH4 Hidruro de plomo(IV)
MgH2 Hidruro de magnesio CuH2 Hidruro de cobre(II)
CaH2 Hidruro de calcio NiH3 Hidruro de niquel (III)
Las combinaciones binarias del hidroacutegeno con oxiacutegeno nitroacutegeno foacutesforo arseacutenico antimonio carbono y silicio tienen nombres comunes
H2O Agua Amoniacuteaco
PH3 Fosfina
SbH3
SiH4 Silano CH4
Arsina
Metano
NH3
AsH3Estibina
Las combinaciones del hidroacutegeno con F Cl Br I S Se y Se se denominan hidraacutecidos debido a que tales compuestos al disolverse en agua dan disoluciones aacutecidas
Foacutermula Nombre sistemaacutetico (en disolucioacuten acuosa)
HF Fluoruro de hidroacutegeno Aacutecido fluorhiacutedrico
HCl Cloruro de hidroacutegeno Aacutecido clorhiacutedrico
HBr Bromuro de hidroacutegeno Aacutecido bromhiacutedrico
HI Yoduro de hidroacutegeno Aacutecido yodhiacutedrico
H2SSulfuro de hidroacutegeno Aacutecido sulfhiacutedrico
H2Se Seleniuro de hidroacutegeno Aacutecido selenhiacutedrico
H2Te Telururo de hidroacutegeno Aacutecido telurhiacutedrico
Otras combinaciones binariasLas combinaciones binarias que no sean ni oacutexidos ni hidruros son las formadas por no metales con metales Para formularlos se escribe a la izquierda el siacutembolo del metal por ser el elemento maacutes electropositivo Para nombrarlos se le antildeade al nombre del no metal el sufijo ndashuro Algunos ejemplos son
CaF2 Fluoruro de calcio
FeCl2 Cloruro de hierro(II)
FeCl3 Cloruro de hierro(III)
CuBr Bromuro de cobre(I)
CuBr2 Bromuro de cobre(II)
AlI3 Yoduro de aluminio
MnS Sulfuro de manganeso(II)
MnS2 Sulfuro de manganeso(IV)
V2S5 Sulfuro de vanadio(V)
Mg3N2 Nitruro de magnesio
Ni2Si Siliciuro de niquel(II)
CrB Boruro de cromo(III)
Diapositiva 3
Aacutecidos oxoaacutecidosSon compuestos capaces de ceder protones que contienen oxiacutegeno en la moleacutecula Presentan la foacutermula general
HaXbOc
en donde X es normalmente un no metal aunque a veces puede ser tambieacuten un metal de transicioacuten con un estado de oxidacioacuten elevado Para nombrar los oxoaacutecidos utilizaremos la nomenclatura tradicional con los sufijos ndashoso e ndashico nomenclatura que estaacute admitida por la IUPAC
Oxoaacutecidos del grupo de los haloacutegenos
Los haloacutegenos que forman oxoaacutecidos son cloro bromo y yodo En los tres casos los nuacutemeros de oxidacioacuten pueden ser +I +III +V y +VII Al tener maacutes de dos estados de oxidacioacuten junto a las terminaciones ndashoso e ndashico utilizaremos los prefijos hipondash (que quiere decir menos que) y perndash (que significa superior) tendremos asiacute los siguientes oxoaacutecidos
HClO Aacutecido hipocloroso
HClO2 Aacutecido cloroso
HClO3 Aacutecido cloacuterico HClO4 Aacutecido percloacuterico
HBrO Aacutecido hipobromoso
HBrO2 Aacutecido bromoso
HBrO3 Aacutecido broacutemico HBrO4 Aacutecido perbroacutemico
HIO3 Aacutecido yoacutedico HIO4 Aacutecido peryoacutedico
siguiente
Oxoaacutecidos del grupo VIADe los oxoaacutecidos de azufre selenio y teluro los maacutes representativos son aquellos en los que el nuacutemero de oxidacioacuten es +IV y +VI Para estos aacutecidos se utilizan los sufijos ndashoso e ndashico
H2SO3 Aacutecido sulfuroso H2SO4 Aacutecido sulfuacuterico
H2SeO3 Aacutecido selenioso H2SeO4 Aacutecido seleacutenico
H2TeO3 Aacutecido teluroso H2TeO4 Aacutecido teluacuterico
Oxoaacutecidos del grupo VA
Los aacutecidos maacutes comunes del nitroacutegeno son el aacutecido nitroso y el aacutecido niacutetrico en los que el nitroacutegeno presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III y +V respectivamente
HNO2 Aacutecido nitroso HNO3 Aacutecido niacutetrico
Los aacutecidos de foacutesforo maacutes comunes son el fosfoacutenico (antes llamado fosforoso en el que el foacutesforo presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III) y el fosfoacuterico (nuacutemero de oxidacioacuten +V) Ambos aacutecidos son en realidad ortoaacutecidos es decir contienen tres moleacuteculas de agua en su formacioacuten
P2O3+ 3H2O = H6 P2O6 = H3PO3 Aacutecido fosfoacutenico
P2O5+ 3H2O = H6 P2O8 = H3PO4 Aacutecido fosfoacuterico
No es necesario utilizar los teacuterminos ortofosfoacutenico y ortofosfoacuterico
Oxoaacutecidos del carbono y del silicio
El estado de oxidacioacuten en ambos casos es de +IV Los maacutes comunes son
H2CO3 Aacutecido carboacutenico
H4SiO4 Aacutecido ortosiliacutecico
HidroacutexidosEn este apartado vamos a ver unos compuestos formados por la combinacioacuten del anioacuten hidroxilo (OH-) con diversos cationes metaacutelicos El modo de nombrar estos hidroacutexidos es
LiOH Hidroacutexido de litio
Ba(OH)2 Hidroacutexido de bario
Fe(OH)2 Hidroacutexido de hierro (II)
Fe(OH)3 Hidroacutexido de hierro (III)
Cr(OH)2 Hidroacutexido de hierro (III)
NH4(OH) Hidroacutexido de amonio
Cationes y Aniones
CationesCuando un aacutetomo pierde electrones (los electrones de sus orbitales maacutes externos tambieacuten llamados electrones de valencia) adquiere como es loacutegico una carga positiva netaPara nombrar estas ldquoespecies quiacutemicasrdquo basta anteponer la palabra catioacuten o ion al nombre del elemento
En los casos en que el aacutetomo puede adoptar distintos estados de oxidacioacuten se indica entre pareacutentesis Algunos ejemplos son
H+ Ioacuten hidroacutegeno Li+ Ioacuten litio
Cu+ Ioacuten cobre (I) Cu+2 Ioacuten cobre (II)
Fe+2 Ioacuten hierro (II) Fe+3 Ioacuten hierro (III)
Sn+2 Ioacuten estantildeo (II) Pb+4 Ioacuten plomo (IV)
Hay bastantes compuestos ndashcomo por ejemplo el amoniacuteacondash que disponen de electrones libres no compartidos Estos compuestos se unen al catioacuten hidroacutegeno para dar una especie cargada positivamente Para nombrar estas especies cargadas debe antildeadirse la terminacioacuten ndashonio tal como se ve en los siguientes ejemplos
NH4+ Ioacuten amonio
PH4+ Ioacuten fosfonio
AsH4+ Ioacuten arsonio
H3O+ Ioacuten oxonio
Aniones
Se llaman aniones a las ldquoespecies quiacutemicasrdquo cargadas negativamente Los aniones maacutes simples son los monoatoacutemicos que proceden de la ganancia de uno o maacutes electrones por un elemento electronegativoPara nombrar los iones monoatoacutemicos se utiliza la terminacioacuten ndashuro como en los siguientes ejemplos
Hndash Ioacuten hidruro
Sndash2 Ioacuten sulfuro
Fndash Ioacuten fluoruro
Sendash2 Ioacuten seleniuro
Clndash Ioacuten cloruro
Nndash3 Ioacuten nitruro
Brndash Ioacuten bromuro
Pndash3 Ioacuten fosfuro
Indash Ioacuten yoduro Asndash3 Ioacuten arseniuro
Los aniones poliatoacutemicos se pueden considerar como provenientes de otras moleacuteculas por peacuterdida de uno o maacutes iones hidroacutegeno El ion de este tipo maacutes usual y sencillo es el ion hidroxilo (OHndash) que procede de la peacuterdida de un ion hidroacutegeno del aguaSin embargo la gran mayoriacutea de los aniones poliatoacutemicos proceden ndasho se puede considerar que procedenndash de un aacutecido que ha perdido o cedido sus hidroacutegenosPara nombrar estos aniones se utilizan los sufijos ndashito y ndashato seguacuten que el aacutecido de procedencia termine en ndashoso o en ndashico respectivamente
HClO Aacutecido hipocloroso
ClOndash Ioacuten hipoclorito
H2SO3 Aacutecido sulfuroso
SO3ndash2 Ioacuten sulfito
HClO3 Aacutecido cloacuterico ClO3ndash Ioacuten clorato
HClO4 Aacutecido percloacuterico
ClO4ndash Ioacuten perclorato
H2SO4 Aacutecido sulfurico
SO4ndash2 Ioacuten sulfato
A menudo para ldquoconstruirrdquo el nombre del anioacuten no se reemplazan simplemente las terminaciones oso-ico por ito-ato sino que la raiacutez del nombre se contrae Por ejemplo no se dice iones sulfurito y sulfurato sino iones sulfito y sulfato
Peroacutexidos y PeroxiaacutecidosLa formacioacuten de estos compuestos se debe a la posibilidad que tiene el oxiacutegeno de enlazarse consigo mismo para formar el grupo peroacutexido
Este grupo da lugar a compuestos como
H2O2 Peroacutexido de hidroacutegeno
Li2O2 Peroacutexido de litio
Na2O2 Peroacutexido de sodio
BaO2 Peroacutexido de bario
CuO2 Peroacutexido de cobre (II)
ZnO2 Peroacutexido de ZincEsta agrupacioacuten peroxo (ndashOndashOndash) se puede presentar tambieacuten en ciertos aacutecidos que se denominan peroxoaacutecidos
Estequiometriacutea Ecuaciones quiacutemicas
Reaccioacuten quiacutemica y ecuaciones quiacutemicasUna Reaccioacuten quiacutemica es un proceso en el cual una sustancia (o sustancias) desaparece para formar una o maacutes sustancias nuevasLas ecuaciones quiacutemicas son el modo de representar a las reacciones quiacutemicasPor ejemplo el hidroacutegeno gas (H2) puede reaccionar con oxiacutegeno gas(O2) para dar agua (H20) La ecuacioacuten quiacutemica para esta reaccioacuten se escribe
El + se lee como reacciona conLa flecha significa produceLas foacutermulas quiacutemicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivosA la derecha de la flecha estaacuten las formulas quiacutemicas de las sustancias producidas denominadas productosLos nuacutemeros al lado de las formulas son los coeficientes (el coeficiente 1 se omite)
Estequiometriacutea de la reaccioacuten quiacutemica
Ahora estudiaremos la estequiometriacutea es decir la medicioacuten de los elementos)Las transformaciones que ocurren en una reaccioacuten quimica se rigen por la Ley de la conservacioacuten de la masa Los aacutetomos no se crean ni se destruyen durante una reaccioacuten quiacutemicaEntonces el mismo conjunto de aacutetomos estaacute presente antes durante y despueacutes de la reaccioacuten Los cambios que ocurren en una reaccioacuten quiacutemica simplemente consisten en una reordenacioacuten de los aacutetomosPor lo tanto una ecuacioacuten quiacutemica ha de tener el mismo nuacutemero de aacutetomos de cada elemento a ambos lados de la flecha Se dice entonces que la ecuacioacuten estaacute balanceada
2H2 + O2 2H2O
Reactivos Productos
4H y 2O = 4H + 2O
Pasos que son necesarios para escribir una reaccioacuten ajustada
1) Se determina cuales son los reactivos y los productos2) Se escribe una ecuacioacuten no ajustada usando las foacutermulas de los reactivos y de los productos3) Se ajusta la reaccioacuten determinando los coeficientes que nos dan nuacutemeros iguales de cada tipo de aacutetomo en cada lado de la flecha de reaccioacuten generalmente nuacutemeros enteros
Ejemplo 1
Consideremos la reaccioacuten de combustioacuten del metano gaseoso (CH4) en aire
Paso 1Sabemos que en esta reaccioacuten se consume (O2) y produce agua (H2O) y dioacutexido de carbono (CO2)
Luegolos reactivos son CH4 y O2 ylos productos son H2O y CO2
Paso 2
la ecuacioacuten quiacutemica sin ajustar seraacute
Paso 3 Ahora contamos los aacutetomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos
Entoncesuna moleacutecula de metano reacciona con dos moleacuteculas de oxiacutegeno para producir dos moleacuteculas agua y una moleacutecula de dioacutexido de carbono
Ejemplo 2
Ecuacioacuten balanceada
Ecuacioacuten balanceada
Ejemplo 3
Ajustar primero la moleacutecula mayor
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Estados de oxidacioacuten (1)
Los estados de oxidacioacuten maacutes usuales de los diferentes elementos de la Tabla Perioacutedica son
Grupo IA Alcalinos
LiNaKRbCsFr
+I
Grupo IIA Alcalino-Teacuterreos
BeMgCaSrBaRa
+II
Grupo IA Alcalinos
LiNaKRbCsFr
+I
Grupo IIA Alcalino-Teacuterreos
BeMgCaSrBaRa
+II
Grupo IIIA
Grupo VA
NPAsSbBi
+V +IV +III +II +I -III+III+III+III +I+III +I
Grupo VIA
OSSeTePo
-II+VI +IV +II -II+VI +IV +II -II+VI +IV +II -II+IV+II
Grupo VIIA
FClBrI
-I+VII +V +III +I -I+VII +V +III +I -I+VII +V +III +I -I
Combinaciones binarias del OxiacutegenoDeben nombrarse como oacutexidos tanto las combinaciones de oxiacutegeno con metales como con no metalesPara formularlos se escribe siempre a la izquierda el elemento maacutes electropositivo intercambiaacutendose los nuacutemeros de oxidacioacuten del oxiacutegeno (-2) y del otro elemento
Algunos ejemplos son
Li2O Oacutexido de litio FeO Oacutexido de hierro (II)
Cu2O Oacutexido de cobre (I) MgO Oacutexido de magnesio
Cr2O3 Oacutexido de cromo (III) CaO Oacutexido de calcio
Al2O3 Oacutexido de aluminio PbO2 Oacutexido de plomo (IV)
SiO2 Oacutexido de silicio N2O3 Oacutexido de nitroacutegeno (III)
N2O Oacutexido de nitroacutegeno (I) Cl2O5 Oacutexido de cloro (V)
Combinaciones binarias del HidroacutegenoLos compuestos derivados de la combinacioacuten del hidroacutegeno con los restantes elementos son muy dispares dada la peculiaridad del hidroacutegeno (puede ceder faacutecilmente su uacutenico electroacuten pero tambieacuten captar un electroacuten de otro aacutetomo para adquirir la estructura electroacutenica del helio) Las combinaciones del hidroacutegeno con metales se denominan hidruros algunos ejemplos son
LiH Hidruro de litio AlH3 Hidruro de aluminio
NaH Hidruro de sodio GaH3 Hidruro de galio
KH Hidruro de potasio GeH4 Hidruro de germanio
CsH Hidruro de cesio SnH4 Hidruro de estantildeo
BeH2 Hidruro de berilio PbH4 Hidruro de plomo(IV)
MgH2 Hidruro de magnesio CuH2 Hidruro de cobre(II)
CaH2 Hidruro de calcio NiH3 Hidruro de niquel (III)
Las combinaciones binarias del hidroacutegeno con oxiacutegeno nitroacutegeno foacutesforo arseacutenico antimonio carbono y silicio tienen nombres comunes
H2O Agua Amoniacuteaco
PH3 Fosfina
SbH3
SiH4 Silano CH4
Arsina
Metano
NH3
AsH3Estibina
Las combinaciones del hidroacutegeno con F Cl Br I S Se y Se se denominan hidraacutecidos debido a que tales compuestos al disolverse en agua dan disoluciones aacutecidas
Foacutermula Nombre sistemaacutetico (en disolucioacuten acuosa)
HF Fluoruro de hidroacutegeno Aacutecido fluorhiacutedrico
HCl Cloruro de hidroacutegeno Aacutecido clorhiacutedrico
HBr Bromuro de hidroacutegeno Aacutecido bromhiacutedrico
HI Yoduro de hidroacutegeno Aacutecido yodhiacutedrico
H2SSulfuro de hidroacutegeno Aacutecido sulfhiacutedrico
H2Se Seleniuro de hidroacutegeno Aacutecido selenhiacutedrico
H2Te Telururo de hidroacutegeno Aacutecido telurhiacutedrico
Otras combinaciones binariasLas combinaciones binarias que no sean ni oacutexidos ni hidruros son las formadas por no metales con metales Para formularlos se escribe a la izquierda el siacutembolo del metal por ser el elemento maacutes electropositivo Para nombrarlos se le antildeade al nombre del no metal el sufijo ndashuro Algunos ejemplos son
CaF2 Fluoruro de calcio
FeCl2 Cloruro de hierro(II)
FeCl3 Cloruro de hierro(III)
CuBr Bromuro de cobre(I)
CuBr2 Bromuro de cobre(II)
AlI3 Yoduro de aluminio
MnS Sulfuro de manganeso(II)
MnS2 Sulfuro de manganeso(IV)
V2S5 Sulfuro de vanadio(V)
Mg3N2 Nitruro de magnesio
Ni2Si Siliciuro de niquel(II)
CrB Boruro de cromo(III)
Diapositiva 3
Aacutecidos oxoaacutecidosSon compuestos capaces de ceder protones que contienen oxiacutegeno en la moleacutecula Presentan la foacutermula general
HaXbOc
en donde X es normalmente un no metal aunque a veces puede ser tambieacuten un metal de transicioacuten con un estado de oxidacioacuten elevado Para nombrar los oxoaacutecidos utilizaremos la nomenclatura tradicional con los sufijos ndashoso e ndashico nomenclatura que estaacute admitida por la IUPAC
Oxoaacutecidos del grupo de los haloacutegenos
Los haloacutegenos que forman oxoaacutecidos son cloro bromo y yodo En los tres casos los nuacutemeros de oxidacioacuten pueden ser +I +III +V y +VII Al tener maacutes de dos estados de oxidacioacuten junto a las terminaciones ndashoso e ndashico utilizaremos los prefijos hipondash (que quiere decir menos que) y perndash (que significa superior) tendremos asiacute los siguientes oxoaacutecidos
HClO Aacutecido hipocloroso
HClO2 Aacutecido cloroso
HClO3 Aacutecido cloacuterico HClO4 Aacutecido percloacuterico
HBrO Aacutecido hipobromoso
HBrO2 Aacutecido bromoso
HBrO3 Aacutecido broacutemico HBrO4 Aacutecido perbroacutemico
HIO3 Aacutecido yoacutedico HIO4 Aacutecido peryoacutedico
siguiente
Oxoaacutecidos del grupo VIADe los oxoaacutecidos de azufre selenio y teluro los maacutes representativos son aquellos en los que el nuacutemero de oxidacioacuten es +IV y +VI Para estos aacutecidos se utilizan los sufijos ndashoso e ndashico
H2SO3 Aacutecido sulfuroso H2SO4 Aacutecido sulfuacuterico
H2SeO3 Aacutecido selenioso H2SeO4 Aacutecido seleacutenico
H2TeO3 Aacutecido teluroso H2TeO4 Aacutecido teluacuterico
Oxoaacutecidos del grupo VA
Los aacutecidos maacutes comunes del nitroacutegeno son el aacutecido nitroso y el aacutecido niacutetrico en los que el nitroacutegeno presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III y +V respectivamente
HNO2 Aacutecido nitroso HNO3 Aacutecido niacutetrico
Los aacutecidos de foacutesforo maacutes comunes son el fosfoacutenico (antes llamado fosforoso en el que el foacutesforo presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III) y el fosfoacuterico (nuacutemero de oxidacioacuten +V) Ambos aacutecidos son en realidad ortoaacutecidos es decir contienen tres moleacuteculas de agua en su formacioacuten
P2O3+ 3H2O = H6 P2O6 = H3PO3 Aacutecido fosfoacutenico
P2O5+ 3H2O = H6 P2O8 = H3PO4 Aacutecido fosfoacuterico
No es necesario utilizar los teacuterminos ortofosfoacutenico y ortofosfoacuterico
Oxoaacutecidos del carbono y del silicio
El estado de oxidacioacuten en ambos casos es de +IV Los maacutes comunes son
H2CO3 Aacutecido carboacutenico
H4SiO4 Aacutecido ortosiliacutecico
HidroacutexidosEn este apartado vamos a ver unos compuestos formados por la combinacioacuten del anioacuten hidroxilo (OH-) con diversos cationes metaacutelicos El modo de nombrar estos hidroacutexidos es
LiOH Hidroacutexido de litio
Ba(OH)2 Hidroacutexido de bario
Fe(OH)2 Hidroacutexido de hierro (II)
Fe(OH)3 Hidroacutexido de hierro (III)
Cr(OH)2 Hidroacutexido de hierro (III)
NH4(OH) Hidroacutexido de amonio
Cationes y Aniones
CationesCuando un aacutetomo pierde electrones (los electrones de sus orbitales maacutes externos tambieacuten llamados electrones de valencia) adquiere como es loacutegico una carga positiva netaPara nombrar estas ldquoespecies quiacutemicasrdquo basta anteponer la palabra catioacuten o ion al nombre del elemento
En los casos en que el aacutetomo puede adoptar distintos estados de oxidacioacuten se indica entre pareacutentesis Algunos ejemplos son
H+ Ioacuten hidroacutegeno Li+ Ioacuten litio
Cu+ Ioacuten cobre (I) Cu+2 Ioacuten cobre (II)
Fe+2 Ioacuten hierro (II) Fe+3 Ioacuten hierro (III)
Sn+2 Ioacuten estantildeo (II) Pb+4 Ioacuten plomo (IV)
Hay bastantes compuestos ndashcomo por ejemplo el amoniacuteacondash que disponen de electrones libres no compartidos Estos compuestos se unen al catioacuten hidroacutegeno para dar una especie cargada positivamente Para nombrar estas especies cargadas debe antildeadirse la terminacioacuten ndashonio tal como se ve en los siguientes ejemplos
NH4+ Ioacuten amonio
PH4+ Ioacuten fosfonio
AsH4+ Ioacuten arsonio
H3O+ Ioacuten oxonio
Aniones
Se llaman aniones a las ldquoespecies quiacutemicasrdquo cargadas negativamente Los aniones maacutes simples son los monoatoacutemicos que proceden de la ganancia de uno o maacutes electrones por un elemento electronegativoPara nombrar los iones monoatoacutemicos se utiliza la terminacioacuten ndashuro como en los siguientes ejemplos
Hndash Ioacuten hidruro
Sndash2 Ioacuten sulfuro
Fndash Ioacuten fluoruro
Sendash2 Ioacuten seleniuro
Clndash Ioacuten cloruro
Nndash3 Ioacuten nitruro
Brndash Ioacuten bromuro
Pndash3 Ioacuten fosfuro
Indash Ioacuten yoduro Asndash3 Ioacuten arseniuro
Los aniones poliatoacutemicos se pueden considerar como provenientes de otras moleacuteculas por peacuterdida de uno o maacutes iones hidroacutegeno El ion de este tipo maacutes usual y sencillo es el ion hidroxilo (OHndash) que procede de la peacuterdida de un ion hidroacutegeno del aguaSin embargo la gran mayoriacutea de los aniones poliatoacutemicos proceden ndasho se puede considerar que procedenndash de un aacutecido que ha perdido o cedido sus hidroacutegenosPara nombrar estos aniones se utilizan los sufijos ndashito y ndashato seguacuten que el aacutecido de procedencia termine en ndashoso o en ndashico respectivamente
HClO Aacutecido hipocloroso
ClOndash Ioacuten hipoclorito
H2SO3 Aacutecido sulfuroso
SO3ndash2 Ioacuten sulfito
HClO3 Aacutecido cloacuterico ClO3ndash Ioacuten clorato
HClO4 Aacutecido percloacuterico
ClO4ndash Ioacuten perclorato
H2SO4 Aacutecido sulfurico
SO4ndash2 Ioacuten sulfato
A menudo para ldquoconstruirrdquo el nombre del anioacuten no se reemplazan simplemente las terminaciones oso-ico por ito-ato sino que la raiacutez del nombre se contrae Por ejemplo no se dice iones sulfurito y sulfurato sino iones sulfito y sulfato
Peroacutexidos y PeroxiaacutecidosLa formacioacuten de estos compuestos se debe a la posibilidad que tiene el oxiacutegeno de enlazarse consigo mismo para formar el grupo peroacutexido
Este grupo da lugar a compuestos como
H2O2 Peroacutexido de hidroacutegeno
Li2O2 Peroacutexido de litio
Na2O2 Peroacutexido de sodio
BaO2 Peroacutexido de bario
CuO2 Peroacutexido de cobre (II)
ZnO2 Peroacutexido de ZincEsta agrupacioacuten peroxo (ndashOndashOndash) se puede presentar tambieacuten en ciertos aacutecidos que se denominan peroxoaacutecidos
Estequiometriacutea Ecuaciones quiacutemicas
Reaccioacuten quiacutemica y ecuaciones quiacutemicasUna Reaccioacuten quiacutemica es un proceso en el cual una sustancia (o sustancias) desaparece para formar una o maacutes sustancias nuevasLas ecuaciones quiacutemicas son el modo de representar a las reacciones quiacutemicasPor ejemplo el hidroacutegeno gas (H2) puede reaccionar con oxiacutegeno gas(O2) para dar agua (H20) La ecuacioacuten quiacutemica para esta reaccioacuten se escribe
El + se lee como reacciona conLa flecha significa produceLas foacutermulas quiacutemicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivosA la derecha de la flecha estaacuten las formulas quiacutemicas de las sustancias producidas denominadas productosLos nuacutemeros al lado de las formulas son los coeficientes (el coeficiente 1 se omite)
Estequiometriacutea de la reaccioacuten quiacutemica
Ahora estudiaremos la estequiometriacutea es decir la medicioacuten de los elementos)Las transformaciones que ocurren en una reaccioacuten quimica se rigen por la Ley de la conservacioacuten de la masa Los aacutetomos no se crean ni se destruyen durante una reaccioacuten quiacutemicaEntonces el mismo conjunto de aacutetomos estaacute presente antes durante y despueacutes de la reaccioacuten Los cambios que ocurren en una reaccioacuten quiacutemica simplemente consisten en una reordenacioacuten de los aacutetomosPor lo tanto una ecuacioacuten quiacutemica ha de tener el mismo nuacutemero de aacutetomos de cada elemento a ambos lados de la flecha Se dice entonces que la ecuacioacuten estaacute balanceada
2H2 + O2 2H2O
Reactivos Productos
4H y 2O = 4H + 2O
Pasos que son necesarios para escribir una reaccioacuten ajustada
1) Se determina cuales son los reactivos y los productos2) Se escribe una ecuacioacuten no ajustada usando las foacutermulas de los reactivos y de los productos3) Se ajusta la reaccioacuten determinando los coeficientes que nos dan nuacutemeros iguales de cada tipo de aacutetomo en cada lado de la flecha de reaccioacuten generalmente nuacutemeros enteros
Ejemplo 1
Consideremos la reaccioacuten de combustioacuten del metano gaseoso (CH4) en aire
Paso 1Sabemos que en esta reaccioacuten se consume (O2) y produce agua (H2O) y dioacutexido de carbono (CO2)
Luegolos reactivos son CH4 y O2 ylos productos son H2O y CO2
Paso 2
la ecuacioacuten quiacutemica sin ajustar seraacute
Paso 3 Ahora contamos los aacutetomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos
Entoncesuna moleacutecula de metano reacciona con dos moleacuteculas de oxiacutegeno para producir dos moleacuteculas agua y una moleacutecula de dioacutexido de carbono
Ejemplo 2
Ecuacioacuten balanceada
Ecuacioacuten balanceada
Ejemplo 3
Ajustar primero la moleacutecula mayor
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Grupo IA Alcalinos
LiNaKRbCsFr
+I
Grupo IIA Alcalino-Teacuterreos
BeMgCaSrBaRa
+II
Grupo IIIA
Grupo VA
NPAsSbBi
+V +IV +III +II +I -III+III+III+III +I+III +I
Grupo VIA
OSSeTePo
-II+VI +IV +II -II+VI +IV +II -II+VI +IV +II -II+IV+II
Grupo VIIA
FClBrI
-I+VII +V +III +I -I+VII +V +III +I -I+VII +V +III +I -I
Combinaciones binarias del OxiacutegenoDeben nombrarse como oacutexidos tanto las combinaciones de oxiacutegeno con metales como con no metalesPara formularlos se escribe siempre a la izquierda el elemento maacutes electropositivo intercambiaacutendose los nuacutemeros de oxidacioacuten del oxiacutegeno (-2) y del otro elemento
Algunos ejemplos son
Li2O Oacutexido de litio FeO Oacutexido de hierro (II)
Cu2O Oacutexido de cobre (I) MgO Oacutexido de magnesio
Cr2O3 Oacutexido de cromo (III) CaO Oacutexido de calcio
Al2O3 Oacutexido de aluminio PbO2 Oacutexido de plomo (IV)
SiO2 Oacutexido de silicio N2O3 Oacutexido de nitroacutegeno (III)
N2O Oacutexido de nitroacutegeno (I) Cl2O5 Oacutexido de cloro (V)
Combinaciones binarias del HidroacutegenoLos compuestos derivados de la combinacioacuten del hidroacutegeno con los restantes elementos son muy dispares dada la peculiaridad del hidroacutegeno (puede ceder faacutecilmente su uacutenico electroacuten pero tambieacuten captar un electroacuten de otro aacutetomo para adquirir la estructura electroacutenica del helio) Las combinaciones del hidroacutegeno con metales se denominan hidruros algunos ejemplos son
LiH Hidruro de litio AlH3 Hidruro de aluminio
NaH Hidruro de sodio GaH3 Hidruro de galio
KH Hidruro de potasio GeH4 Hidruro de germanio
CsH Hidruro de cesio SnH4 Hidruro de estantildeo
BeH2 Hidruro de berilio PbH4 Hidruro de plomo(IV)
MgH2 Hidruro de magnesio CuH2 Hidruro de cobre(II)
CaH2 Hidruro de calcio NiH3 Hidruro de niquel (III)
Las combinaciones binarias del hidroacutegeno con oxiacutegeno nitroacutegeno foacutesforo arseacutenico antimonio carbono y silicio tienen nombres comunes
H2O Agua Amoniacuteaco
PH3 Fosfina
SbH3
SiH4 Silano CH4
Arsina
Metano
NH3
AsH3Estibina
Las combinaciones del hidroacutegeno con F Cl Br I S Se y Se se denominan hidraacutecidos debido a que tales compuestos al disolverse en agua dan disoluciones aacutecidas
Foacutermula Nombre sistemaacutetico (en disolucioacuten acuosa)
HF Fluoruro de hidroacutegeno Aacutecido fluorhiacutedrico
HCl Cloruro de hidroacutegeno Aacutecido clorhiacutedrico
HBr Bromuro de hidroacutegeno Aacutecido bromhiacutedrico
HI Yoduro de hidroacutegeno Aacutecido yodhiacutedrico
H2SSulfuro de hidroacutegeno Aacutecido sulfhiacutedrico
H2Se Seleniuro de hidroacutegeno Aacutecido selenhiacutedrico
H2Te Telururo de hidroacutegeno Aacutecido telurhiacutedrico
Otras combinaciones binariasLas combinaciones binarias que no sean ni oacutexidos ni hidruros son las formadas por no metales con metales Para formularlos se escribe a la izquierda el siacutembolo del metal por ser el elemento maacutes electropositivo Para nombrarlos se le antildeade al nombre del no metal el sufijo ndashuro Algunos ejemplos son
CaF2 Fluoruro de calcio
FeCl2 Cloruro de hierro(II)
FeCl3 Cloruro de hierro(III)
CuBr Bromuro de cobre(I)
CuBr2 Bromuro de cobre(II)
AlI3 Yoduro de aluminio
MnS Sulfuro de manganeso(II)
MnS2 Sulfuro de manganeso(IV)
V2S5 Sulfuro de vanadio(V)
Mg3N2 Nitruro de magnesio
Ni2Si Siliciuro de niquel(II)
CrB Boruro de cromo(III)
Diapositiva 3
Aacutecidos oxoaacutecidosSon compuestos capaces de ceder protones que contienen oxiacutegeno en la moleacutecula Presentan la foacutermula general
HaXbOc
en donde X es normalmente un no metal aunque a veces puede ser tambieacuten un metal de transicioacuten con un estado de oxidacioacuten elevado Para nombrar los oxoaacutecidos utilizaremos la nomenclatura tradicional con los sufijos ndashoso e ndashico nomenclatura que estaacute admitida por la IUPAC
Oxoaacutecidos del grupo de los haloacutegenos
Los haloacutegenos que forman oxoaacutecidos son cloro bromo y yodo En los tres casos los nuacutemeros de oxidacioacuten pueden ser +I +III +V y +VII Al tener maacutes de dos estados de oxidacioacuten junto a las terminaciones ndashoso e ndashico utilizaremos los prefijos hipondash (que quiere decir menos que) y perndash (que significa superior) tendremos asiacute los siguientes oxoaacutecidos
HClO Aacutecido hipocloroso
HClO2 Aacutecido cloroso
HClO3 Aacutecido cloacuterico HClO4 Aacutecido percloacuterico
HBrO Aacutecido hipobromoso
HBrO2 Aacutecido bromoso
HBrO3 Aacutecido broacutemico HBrO4 Aacutecido perbroacutemico
HIO3 Aacutecido yoacutedico HIO4 Aacutecido peryoacutedico
siguiente
Oxoaacutecidos del grupo VIADe los oxoaacutecidos de azufre selenio y teluro los maacutes representativos son aquellos en los que el nuacutemero de oxidacioacuten es +IV y +VI Para estos aacutecidos se utilizan los sufijos ndashoso e ndashico
H2SO3 Aacutecido sulfuroso H2SO4 Aacutecido sulfuacuterico
H2SeO3 Aacutecido selenioso H2SeO4 Aacutecido seleacutenico
H2TeO3 Aacutecido teluroso H2TeO4 Aacutecido teluacuterico
Oxoaacutecidos del grupo VA
Los aacutecidos maacutes comunes del nitroacutegeno son el aacutecido nitroso y el aacutecido niacutetrico en los que el nitroacutegeno presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III y +V respectivamente
HNO2 Aacutecido nitroso HNO3 Aacutecido niacutetrico
Los aacutecidos de foacutesforo maacutes comunes son el fosfoacutenico (antes llamado fosforoso en el que el foacutesforo presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III) y el fosfoacuterico (nuacutemero de oxidacioacuten +V) Ambos aacutecidos son en realidad ortoaacutecidos es decir contienen tres moleacuteculas de agua en su formacioacuten
P2O3+ 3H2O = H6 P2O6 = H3PO3 Aacutecido fosfoacutenico
P2O5+ 3H2O = H6 P2O8 = H3PO4 Aacutecido fosfoacuterico
No es necesario utilizar los teacuterminos ortofosfoacutenico y ortofosfoacuterico
Oxoaacutecidos del carbono y del silicio
El estado de oxidacioacuten en ambos casos es de +IV Los maacutes comunes son
H2CO3 Aacutecido carboacutenico
H4SiO4 Aacutecido ortosiliacutecico
HidroacutexidosEn este apartado vamos a ver unos compuestos formados por la combinacioacuten del anioacuten hidroxilo (OH-) con diversos cationes metaacutelicos El modo de nombrar estos hidroacutexidos es
LiOH Hidroacutexido de litio
Ba(OH)2 Hidroacutexido de bario
Fe(OH)2 Hidroacutexido de hierro (II)
Fe(OH)3 Hidroacutexido de hierro (III)
Cr(OH)2 Hidroacutexido de hierro (III)
NH4(OH) Hidroacutexido de amonio
Cationes y Aniones
CationesCuando un aacutetomo pierde electrones (los electrones de sus orbitales maacutes externos tambieacuten llamados electrones de valencia) adquiere como es loacutegico una carga positiva netaPara nombrar estas ldquoespecies quiacutemicasrdquo basta anteponer la palabra catioacuten o ion al nombre del elemento
En los casos en que el aacutetomo puede adoptar distintos estados de oxidacioacuten se indica entre pareacutentesis Algunos ejemplos son
H+ Ioacuten hidroacutegeno Li+ Ioacuten litio
Cu+ Ioacuten cobre (I) Cu+2 Ioacuten cobre (II)
Fe+2 Ioacuten hierro (II) Fe+3 Ioacuten hierro (III)
Sn+2 Ioacuten estantildeo (II) Pb+4 Ioacuten plomo (IV)
Hay bastantes compuestos ndashcomo por ejemplo el amoniacuteacondash que disponen de electrones libres no compartidos Estos compuestos se unen al catioacuten hidroacutegeno para dar una especie cargada positivamente Para nombrar estas especies cargadas debe antildeadirse la terminacioacuten ndashonio tal como se ve en los siguientes ejemplos
NH4+ Ioacuten amonio
PH4+ Ioacuten fosfonio
AsH4+ Ioacuten arsonio
H3O+ Ioacuten oxonio
Aniones
Se llaman aniones a las ldquoespecies quiacutemicasrdquo cargadas negativamente Los aniones maacutes simples son los monoatoacutemicos que proceden de la ganancia de uno o maacutes electrones por un elemento electronegativoPara nombrar los iones monoatoacutemicos se utiliza la terminacioacuten ndashuro como en los siguientes ejemplos
Hndash Ioacuten hidruro
Sndash2 Ioacuten sulfuro
Fndash Ioacuten fluoruro
Sendash2 Ioacuten seleniuro
Clndash Ioacuten cloruro
Nndash3 Ioacuten nitruro
Brndash Ioacuten bromuro
Pndash3 Ioacuten fosfuro
Indash Ioacuten yoduro Asndash3 Ioacuten arseniuro
Los aniones poliatoacutemicos se pueden considerar como provenientes de otras moleacuteculas por peacuterdida de uno o maacutes iones hidroacutegeno El ion de este tipo maacutes usual y sencillo es el ion hidroxilo (OHndash) que procede de la peacuterdida de un ion hidroacutegeno del aguaSin embargo la gran mayoriacutea de los aniones poliatoacutemicos proceden ndasho se puede considerar que procedenndash de un aacutecido que ha perdido o cedido sus hidroacutegenosPara nombrar estos aniones se utilizan los sufijos ndashito y ndashato seguacuten que el aacutecido de procedencia termine en ndashoso o en ndashico respectivamente
HClO Aacutecido hipocloroso
ClOndash Ioacuten hipoclorito
H2SO3 Aacutecido sulfuroso
SO3ndash2 Ioacuten sulfito
HClO3 Aacutecido cloacuterico ClO3ndash Ioacuten clorato
HClO4 Aacutecido percloacuterico
ClO4ndash Ioacuten perclorato
H2SO4 Aacutecido sulfurico
SO4ndash2 Ioacuten sulfato
A menudo para ldquoconstruirrdquo el nombre del anioacuten no se reemplazan simplemente las terminaciones oso-ico por ito-ato sino que la raiacutez del nombre se contrae Por ejemplo no se dice iones sulfurito y sulfurato sino iones sulfito y sulfato
Peroacutexidos y PeroxiaacutecidosLa formacioacuten de estos compuestos se debe a la posibilidad que tiene el oxiacutegeno de enlazarse consigo mismo para formar el grupo peroacutexido
Este grupo da lugar a compuestos como
H2O2 Peroacutexido de hidroacutegeno
Li2O2 Peroacutexido de litio
Na2O2 Peroacutexido de sodio
BaO2 Peroacutexido de bario
CuO2 Peroacutexido de cobre (II)
ZnO2 Peroacutexido de ZincEsta agrupacioacuten peroxo (ndashOndashOndash) se puede presentar tambieacuten en ciertos aacutecidos que se denominan peroxoaacutecidos
Estequiometriacutea Ecuaciones quiacutemicas
Reaccioacuten quiacutemica y ecuaciones quiacutemicasUna Reaccioacuten quiacutemica es un proceso en el cual una sustancia (o sustancias) desaparece para formar una o maacutes sustancias nuevasLas ecuaciones quiacutemicas son el modo de representar a las reacciones quiacutemicasPor ejemplo el hidroacutegeno gas (H2) puede reaccionar con oxiacutegeno gas(O2) para dar agua (H20) La ecuacioacuten quiacutemica para esta reaccioacuten se escribe
El + se lee como reacciona conLa flecha significa produceLas foacutermulas quiacutemicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivosA la derecha de la flecha estaacuten las formulas quiacutemicas de las sustancias producidas denominadas productosLos nuacutemeros al lado de las formulas son los coeficientes (el coeficiente 1 se omite)
Estequiometriacutea de la reaccioacuten quiacutemica
Ahora estudiaremos la estequiometriacutea es decir la medicioacuten de los elementos)Las transformaciones que ocurren en una reaccioacuten quimica se rigen por la Ley de la conservacioacuten de la masa Los aacutetomos no se crean ni se destruyen durante una reaccioacuten quiacutemicaEntonces el mismo conjunto de aacutetomos estaacute presente antes durante y despueacutes de la reaccioacuten Los cambios que ocurren en una reaccioacuten quiacutemica simplemente consisten en una reordenacioacuten de los aacutetomosPor lo tanto una ecuacioacuten quiacutemica ha de tener el mismo nuacutemero de aacutetomos de cada elemento a ambos lados de la flecha Se dice entonces que la ecuacioacuten estaacute balanceada
2H2 + O2 2H2O
Reactivos Productos
4H y 2O = 4H + 2O
Pasos que son necesarios para escribir una reaccioacuten ajustada
1) Se determina cuales son los reactivos y los productos2) Se escribe una ecuacioacuten no ajustada usando las foacutermulas de los reactivos y de los productos3) Se ajusta la reaccioacuten determinando los coeficientes que nos dan nuacutemeros iguales de cada tipo de aacutetomo en cada lado de la flecha de reaccioacuten generalmente nuacutemeros enteros
Ejemplo 1
Consideremos la reaccioacuten de combustioacuten del metano gaseoso (CH4) en aire
Paso 1Sabemos que en esta reaccioacuten se consume (O2) y produce agua (H2O) y dioacutexido de carbono (CO2)
Luegolos reactivos son CH4 y O2 ylos productos son H2O y CO2
Paso 2
la ecuacioacuten quiacutemica sin ajustar seraacute
Paso 3 Ahora contamos los aacutetomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos
Entoncesuna moleacutecula de metano reacciona con dos moleacuteculas de oxiacutegeno para producir dos moleacuteculas agua y una moleacutecula de dioacutexido de carbono
Ejemplo 2
Ecuacioacuten balanceada
Ecuacioacuten balanceada
Ejemplo 3
Ajustar primero la moleacutecula mayor
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Grupo VA
NPAsSbBi
+V +IV +III +II +I -III+III+III+III +I+III +I
Grupo VIA
OSSeTePo
-II+VI +IV +II -II+VI +IV +II -II+VI +IV +II -II+IV+II
Grupo VIIA
FClBrI
-I+VII +V +III +I -I+VII +V +III +I -I+VII +V +III +I -I
Combinaciones binarias del OxiacutegenoDeben nombrarse como oacutexidos tanto las combinaciones de oxiacutegeno con metales como con no metalesPara formularlos se escribe siempre a la izquierda el elemento maacutes electropositivo intercambiaacutendose los nuacutemeros de oxidacioacuten del oxiacutegeno (-2) y del otro elemento
Algunos ejemplos son
Li2O Oacutexido de litio FeO Oacutexido de hierro (II)
Cu2O Oacutexido de cobre (I) MgO Oacutexido de magnesio
Cr2O3 Oacutexido de cromo (III) CaO Oacutexido de calcio
Al2O3 Oacutexido de aluminio PbO2 Oacutexido de plomo (IV)
SiO2 Oacutexido de silicio N2O3 Oacutexido de nitroacutegeno (III)
N2O Oacutexido de nitroacutegeno (I) Cl2O5 Oacutexido de cloro (V)
Combinaciones binarias del HidroacutegenoLos compuestos derivados de la combinacioacuten del hidroacutegeno con los restantes elementos son muy dispares dada la peculiaridad del hidroacutegeno (puede ceder faacutecilmente su uacutenico electroacuten pero tambieacuten captar un electroacuten de otro aacutetomo para adquirir la estructura electroacutenica del helio) Las combinaciones del hidroacutegeno con metales se denominan hidruros algunos ejemplos son
LiH Hidruro de litio AlH3 Hidruro de aluminio
NaH Hidruro de sodio GaH3 Hidruro de galio
KH Hidruro de potasio GeH4 Hidruro de germanio
CsH Hidruro de cesio SnH4 Hidruro de estantildeo
BeH2 Hidruro de berilio PbH4 Hidruro de plomo(IV)
MgH2 Hidruro de magnesio CuH2 Hidruro de cobre(II)
CaH2 Hidruro de calcio NiH3 Hidruro de niquel (III)
Las combinaciones binarias del hidroacutegeno con oxiacutegeno nitroacutegeno foacutesforo arseacutenico antimonio carbono y silicio tienen nombres comunes
H2O Agua Amoniacuteaco
PH3 Fosfina
SbH3
SiH4 Silano CH4
Arsina
Metano
NH3
AsH3Estibina
Las combinaciones del hidroacutegeno con F Cl Br I S Se y Se se denominan hidraacutecidos debido a que tales compuestos al disolverse en agua dan disoluciones aacutecidas
Foacutermula Nombre sistemaacutetico (en disolucioacuten acuosa)
HF Fluoruro de hidroacutegeno Aacutecido fluorhiacutedrico
HCl Cloruro de hidroacutegeno Aacutecido clorhiacutedrico
HBr Bromuro de hidroacutegeno Aacutecido bromhiacutedrico
HI Yoduro de hidroacutegeno Aacutecido yodhiacutedrico
H2SSulfuro de hidroacutegeno Aacutecido sulfhiacutedrico
H2Se Seleniuro de hidroacutegeno Aacutecido selenhiacutedrico
H2Te Telururo de hidroacutegeno Aacutecido telurhiacutedrico
Otras combinaciones binariasLas combinaciones binarias que no sean ni oacutexidos ni hidruros son las formadas por no metales con metales Para formularlos se escribe a la izquierda el siacutembolo del metal por ser el elemento maacutes electropositivo Para nombrarlos se le antildeade al nombre del no metal el sufijo ndashuro Algunos ejemplos son
CaF2 Fluoruro de calcio
FeCl2 Cloruro de hierro(II)
FeCl3 Cloruro de hierro(III)
CuBr Bromuro de cobre(I)
CuBr2 Bromuro de cobre(II)
AlI3 Yoduro de aluminio
MnS Sulfuro de manganeso(II)
MnS2 Sulfuro de manganeso(IV)
V2S5 Sulfuro de vanadio(V)
Mg3N2 Nitruro de magnesio
Ni2Si Siliciuro de niquel(II)
CrB Boruro de cromo(III)
Diapositiva 3
Aacutecidos oxoaacutecidosSon compuestos capaces de ceder protones que contienen oxiacutegeno en la moleacutecula Presentan la foacutermula general
HaXbOc
en donde X es normalmente un no metal aunque a veces puede ser tambieacuten un metal de transicioacuten con un estado de oxidacioacuten elevado Para nombrar los oxoaacutecidos utilizaremos la nomenclatura tradicional con los sufijos ndashoso e ndashico nomenclatura que estaacute admitida por la IUPAC
Oxoaacutecidos del grupo de los haloacutegenos
Los haloacutegenos que forman oxoaacutecidos son cloro bromo y yodo En los tres casos los nuacutemeros de oxidacioacuten pueden ser +I +III +V y +VII Al tener maacutes de dos estados de oxidacioacuten junto a las terminaciones ndashoso e ndashico utilizaremos los prefijos hipondash (que quiere decir menos que) y perndash (que significa superior) tendremos asiacute los siguientes oxoaacutecidos
HClO Aacutecido hipocloroso
HClO2 Aacutecido cloroso
HClO3 Aacutecido cloacuterico HClO4 Aacutecido percloacuterico
HBrO Aacutecido hipobromoso
HBrO2 Aacutecido bromoso
HBrO3 Aacutecido broacutemico HBrO4 Aacutecido perbroacutemico
HIO3 Aacutecido yoacutedico HIO4 Aacutecido peryoacutedico
siguiente
Oxoaacutecidos del grupo VIADe los oxoaacutecidos de azufre selenio y teluro los maacutes representativos son aquellos en los que el nuacutemero de oxidacioacuten es +IV y +VI Para estos aacutecidos se utilizan los sufijos ndashoso e ndashico
H2SO3 Aacutecido sulfuroso H2SO4 Aacutecido sulfuacuterico
H2SeO3 Aacutecido selenioso H2SeO4 Aacutecido seleacutenico
H2TeO3 Aacutecido teluroso H2TeO4 Aacutecido teluacuterico
Oxoaacutecidos del grupo VA
Los aacutecidos maacutes comunes del nitroacutegeno son el aacutecido nitroso y el aacutecido niacutetrico en los que el nitroacutegeno presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III y +V respectivamente
HNO2 Aacutecido nitroso HNO3 Aacutecido niacutetrico
Los aacutecidos de foacutesforo maacutes comunes son el fosfoacutenico (antes llamado fosforoso en el que el foacutesforo presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III) y el fosfoacuterico (nuacutemero de oxidacioacuten +V) Ambos aacutecidos son en realidad ortoaacutecidos es decir contienen tres moleacuteculas de agua en su formacioacuten
P2O3+ 3H2O = H6 P2O6 = H3PO3 Aacutecido fosfoacutenico
P2O5+ 3H2O = H6 P2O8 = H3PO4 Aacutecido fosfoacuterico
No es necesario utilizar los teacuterminos ortofosfoacutenico y ortofosfoacuterico
Oxoaacutecidos del carbono y del silicio
El estado de oxidacioacuten en ambos casos es de +IV Los maacutes comunes son
H2CO3 Aacutecido carboacutenico
H4SiO4 Aacutecido ortosiliacutecico
HidroacutexidosEn este apartado vamos a ver unos compuestos formados por la combinacioacuten del anioacuten hidroxilo (OH-) con diversos cationes metaacutelicos El modo de nombrar estos hidroacutexidos es
LiOH Hidroacutexido de litio
Ba(OH)2 Hidroacutexido de bario
Fe(OH)2 Hidroacutexido de hierro (II)
Fe(OH)3 Hidroacutexido de hierro (III)
Cr(OH)2 Hidroacutexido de hierro (III)
NH4(OH) Hidroacutexido de amonio
Cationes y Aniones
CationesCuando un aacutetomo pierde electrones (los electrones de sus orbitales maacutes externos tambieacuten llamados electrones de valencia) adquiere como es loacutegico una carga positiva netaPara nombrar estas ldquoespecies quiacutemicasrdquo basta anteponer la palabra catioacuten o ion al nombre del elemento
En los casos en que el aacutetomo puede adoptar distintos estados de oxidacioacuten se indica entre pareacutentesis Algunos ejemplos son
H+ Ioacuten hidroacutegeno Li+ Ioacuten litio
Cu+ Ioacuten cobre (I) Cu+2 Ioacuten cobre (II)
Fe+2 Ioacuten hierro (II) Fe+3 Ioacuten hierro (III)
Sn+2 Ioacuten estantildeo (II) Pb+4 Ioacuten plomo (IV)
Hay bastantes compuestos ndashcomo por ejemplo el amoniacuteacondash que disponen de electrones libres no compartidos Estos compuestos se unen al catioacuten hidroacutegeno para dar una especie cargada positivamente Para nombrar estas especies cargadas debe antildeadirse la terminacioacuten ndashonio tal como se ve en los siguientes ejemplos
NH4+ Ioacuten amonio
PH4+ Ioacuten fosfonio
AsH4+ Ioacuten arsonio
H3O+ Ioacuten oxonio
Aniones
Se llaman aniones a las ldquoespecies quiacutemicasrdquo cargadas negativamente Los aniones maacutes simples son los monoatoacutemicos que proceden de la ganancia de uno o maacutes electrones por un elemento electronegativoPara nombrar los iones monoatoacutemicos se utiliza la terminacioacuten ndashuro como en los siguientes ejemplos
Hndash Ioacuten hidruro
Sndash2 Ioacuten sulfuro
Fndash Ioacuten fluoruro
Sendash2 Ioacuten seleniuro
Clndash Ioacuten cloruro
Nndash3 Ioacuten nitruro
Brndash Ioacuten bromuro
Pndash3 Ioacuten fosfuro
Indash Ioacuten yoduro Asndash3 Ioacuten arseniuro
Los aniones poliatoacutemicos se pueden considerar como provenientes de otras moleacuteculas por peacuterdida de uno o maacutes iones hidroacutegeno El ion de este tipo maacutes usual y sencillo es el ion hidroxilo (OHndash) que procede de la peacuterdida de un ion hidroacutegeno del aguaSin embargo la gran mayoriacutea de los aniones poliatoacutemicos proceden ndasho se puede considerar que procedenndash de un aacutecido que ha perdido o cedido sus hidroacutegenosPara nombrar estos aniones se utilizan los sufijos ndashito y ndashato seguacuten que el aacutecido de procedencia termine en ndashoso o en ndashico respectivamente
HClO Aacutecido hipocloroso
ClOndash Ioacuten hipoclorito
H2SO3 Aacutecido sulfuroso
SO3ndash2 Ioacuten sulfito
HClO3 Aacutecido cloacuterico ClO3ndash Ioacuten clorato
HClO4 Aacutecido percloacuterico
ClO4ndash Ioacuten perclorato
H2SO4 Aacutecido sulfurico
SO4ndash2 Ioacuten sulfato
A menudo para ldquoconstruirrdquo el nombre del anioacuten no se reemplazan simplemente las terminaciones oso-ico por ito-ato sino que la raiacutez del nombre se contrae Por ejemplo no se dice iones sulfurito y sulfurato sino iones sulfito y sulfato
Peroacutexidos y PeroxiaacutecidosLa formacioacuten de estos compuestos se debe a la posibilidad que tiene el oxiacutegeno de enlazarse consigo mismo para formar el grupo peroacutexido
Este grupo da lugar a compuestos como
H2O2 Peroacutexido de hidroacutegeno
Li2O2 Peroacutexido de litio
Na2O2 Peroacutexido de sodio
BaO2 Peroacutexido de bario
CuO2 Peroacutexido de cobre (II)
ZnO2 Peroacutexido de ZincEsta agrupacioacuten peroxo (ndashOndashOndash) se puede presentar tambieacuten en ciertos aacutecidos que se denominan peroxoaacutecidos
Estequiometriacutea Ecuaciones quiacutemicas
Reaccioacuten quiacutemica y ecuaciones quiacutemicasUna Reaccioacuten quiacutemica es un proceso en el cual una sustancia (o sustancias) desaparece para formar una o maacutes sustancias nuevasLas ecuaciones quiacutemicas son el modo de representar a las reacciones quiacutemicasPor ejemplo el hidroacutegeno gas (H2) puede reaccionar con oxiacutegeno gas(O2) para dar agua (H20) La ecuacioacuten quiacutemica para esta reaccioacuten se escribe
El + se lee como reacciona conLa flecha significa produceLas foacutermulas quiacutemicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivosA la derecha de la flecha estaacuten las formulas quiacutemicas de las sustancias producidas denominadas productosLos nuacutemeros al lado de las formulas son los coeficientes (el coeficiente 1 se omite)
Estequiometriacutea de la reaccioacuten quiacutemica
Ahora estudiaremos la estequiometriacutea es decir la medicioacuten de los elementos)Las transformaciones que ocurren en una reaccioacuten quimica se rigen por la Ley de la conservacioacuten de la masa Los aacutetomos no se crean ni se destruyen durante una reaccioacuten quiacutemicaEntonces el mismo conjunto de aacutetomos estaacute presente antes durante y despueacutes de la reaccioacuten Los cambios que ocurren en una reaccioacuten quiacutemica simplemente consisten en una reordenacioacuten de los aacutetomosPor lo tanto una ecuacioacuten quiacutemica ha de tener el mismo nuacutemero de aacutetomos de cada elemento a ambos lados de la flecha Se dice entonces que la ecuacioacuten estaacute balanceada
2H2 + O2 2H2O
Reactivos Productos
4H y 2O = 4H + 2O
Pasos que son necesarios para escribir una reaccioacuten ajustada
1) Se determina cuales son los reactivos y los productos2) Se escribe una ecuacioacuten no ajustada usando las foacutermulas de los reactivos y de los productos3) Se ajusta la reaccioacuten determinando los coeficientes que nos dan nuacutemeros iguales de cada tipo de aacutetomo en cada lado de la flecha de reaccioacuten generalmente nuacutemeros enteros
Ejemplo 1
Consideremos la reaccioacuten de combustioacuten del metano gaseoso (CH4) en aire
Paso 1Sabemos que en esta reaccioacuten se consume (O2) y produce agua (H2O) y dioacutexido de carbono (CO2)
Luegolos reactivos son CH4 y O2 ylos productos son H2O y CO2
Paso 2
la ecuacioacuten quiacutemica sin ajustar seraacute
Paso 3 Ahora contamos los aacutetomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos
Entoncesuna moleacutecula de metano reacciona con dos moleacuteculas de oxiacutegeno para producir dos moleacuteculas agua y una moleacutecula de dioacutexido de carbono
Ejemplo 2
Ecuacioacuten balanceada
Ecuacioacuten balanceada
Ejemplo 3
Ajustar primero la moleacutecula mayor
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Combinaciones binarias del OxiacutegenoDeben nombrarse como oacutexidos tanto las combinaciones de oxiacutegeno con metales como con no metalesPara formularlos se escribe siempre a la izquierda el elemento maacutes electropositivo intercambiaacutendose los nuacutemeros de oxidacioacuten del oxiacutegeno (-2) y del otro elemento
Algunos ejemplos son
Li2O Oacutexido de litio FeO Oacutexido de hierro (II)
Cu2O Oacutexido de cobre (I) MgO Oacutexido de magnesio
Cr2O3 Oacutexido de cromo (III) CaO Oacutexido de calcio
Al2O3 Oacutexido de aluminio PbO2 Oacutexido de plomo (IV)
SiO2 Oacutexido de silicio N2O3 Oacutexido de nitroacutegeno (III)
N2O Oacutexido de nitroacutegeno (I) Cl2O5 Oacutexido de cloro (V)
Combinaciones binarias del HidroacutegenoLos compuestos derivados de la combinacioacuten del hidroacutegeno con los restantes elementos son muy dispares dada la peculiaridad del hidroacutegeno (puede ceder faacutecilmente su uacutenico electroacuten pero tambieacuten captar un electroacuten de otro aacutetomo para adquirir la estructura electroacutenica del helio) Las combinaciones del hidroacutegeno con metales se denominan hidruros algunos ejemplos son
LiH Hidruro de litio AlH3 Hidruro de aluminio
NaH Hidruro de sodio GaH3 Hidruro de galio
KH Hidruro de potasio GeH4 Hidruro de germanio
CsH Hidruro de cesio SnH4 Hidruro de estantildeo
BeH2 Hidruro de berilio PbH4 Hidruro de plomo(IV)
MgH2 Hidruro de magnesio CuH2 Hidruro de cobre(II)
CaH2 Hidruro de calcio NiH3 Hidruro de niquel (III)
Las combinaciones binarias del hidroacutegeno con oxiacutegeno nitroacutegeno foacutesforo arseacutenico antimonio carbono y silicio tienen nombres comunes
H2O Agua Amoniacuteaco
PH3 Fosfina
SbH3
SiH4 Silano CH4
Arsina
Metano
NH3
AsH3Estibina
Las combinaciones del hidroacutegeno con F Cl Br I S Se y Se se denominan hidraacutecidos debido a que tales compuestos al disolverse en agua dan disoluciones aacutecidas
Foacutermula Nombre sistemaacutetico (en disolucioacuten acuosa)
HF Fluoruro de hidroacutegeno Aacutecido fluorhiacutedrico
HCl Cloruro de hidroacutegeno Aacutecido clorhiacutedrico
HBr Bromuro de hidroacutegeno Aacutecido bromhiacutedrico
HI Yoduro de hidroacutegeno Aacutecido yodhiacutedrico
H2SSulfuro de hidroacutegeno Aacutecido sulfhiacutedrico
H2Se Seleniuro de hidroacutegeno Aacutecido selenhiacutedrico
H2Te Telururo de hidroacutegeno Aacutecido telurhiacutedrico
Otras combinaciones binariasLas combinaciones binarias que no sean ni oacutexidos ni hidruros son las formadas por no metales con metales Para formularlos se escribe a la izquierda el siacutembolo del metal por ser el elemento maacutes electropositivo Para nombrarlos se le antildeade al nombre del no metal el sufijo ndashuro Algunos ejemplos son
CaF2 Fluoruro de calcio
FeCl2 Cloruro de hierro(II)
FeCl3 Cloruro de hierro(III)
CuBr Bromuro de cobre(I)
CuBr2 Bromuro de cobre(II)
AlI3 Yoduro de aluminio
MnS Sulfuro de manganeso(II)
MnS2 Sulfuro de manganeso(IV)
V2S5 Sulfuro de vanadio(V)
Mg3N2 Nitruro de magnesio
Ni2Si Siliciuro de niquel(II)
CrB Boruro de cromo(III)
Diapositiva 3
Aacutecidos oxoaacutecidosSon compuestos capaces de ceder protones que contienen oxiacutegeno en la moleacutecula Presentan la foacutermula general
HaXbOc
en donde X es normalmente un no metal aunque a veces puede ser tambieacuten un metal de transicioacuten con un estado de oxidacioacuten elevado Para nombrar los oxoaacutecidos utilizaremos la nomenclatura tradicional con los sufijos ndashoso e ndashico nomenclatura que estaacute admitida por la IUPAC
Oxoaacutecidos del grupo de los haloacutegenos
Los haloacutegenos que forman oxoaacutecidos son cloro bromo y yodo En los tres casos los nuacutemeros de oxidacioacuten pueden ser +I +III +V y +VII Al tener maacutes de dos estados de oxidacioacuten junto a las terminaciones ndashoso e ndashico utilizaremos los prefijos hipondash (que quiere decir menos que) y perndash (que significa superior) tendremos asiacute los siguientes oxoaacutecidos
HClO Aacutecido hipocloroso
HClO2 Aacutecido cloroso
HClO3 Aacutecido cloacuterico HClO4 Aacutecido percloacuterico
HBrO Aacutecido hipobromoso
HBrO2 Aacutecido bromoso
HBrO3 Aacutecido broacutemico HBrO4 Aacutecido perbroacutemico
HIO3 Aacutecido yoacutedico HIO4 Aacutecido peryoacutedico
siguiente
Oxoaacutecidos del grupo VIADe los oxoaacutecidos de azufre selenio y teluro los maacutes representativos son aquellos en los que el nuacutemero de oxidacioacuten es +IV y +VI Para estos aacutecidos se utilizan los sufijos ndashoso e ndashico
H2SO3 Aacutecido sulfuroso H2SO4 Aacutecido sulfuacuterico
H2SeO3 Aacutecido selenioso H2SeO4 Aacutecido seleacutenico
H2TeO3 Aacutecido teluroso H2TeO4 Aacutecido teluacuterico
Oxoaacutecidos del grupo VA
Los aacutecidos maacutes comunes del nitroacutegeno son el aacutecido nitroso y el aacutecido niacutetrico en los que el nitroacutegeno presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III y +V respectivamente
HNO2 Aacutecido nitroso HNO3 Aacutecido niacutetrico
Los aacutecidos de foacutesforo maacutes comunes son el fosfoacutenico (antes llamado fosforoso en el que el foacutesforo presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III) y el fosfoacuterico (nuacutemero de oxidacioacuten +V) Ambos aacutecidos son en realidad ortoaacutecidos es decir contienen tres moleacuteculas de agua en su formacioacuten
P2O3+ 3H2O = H6 P2O6 = H3PO3 Aacutecido fosfoacutenico
P2O5+ 3H2O = H6 P2O8 = H3PO4 Aacutecido fosfoacuterico
No es necesario utilizar los teacuterminos ortofosfoacutenico y ortofosfoacuterico
Oxoaacutecidos del carbono y del silicio
El estado de oxidacioacuten en ambos casos es de +IV Los maacutes comunes son
H2CO3 Aacutecido carboacutenico
H4SiO4 Aacutecido ortosiliacutecico
HidroacutexidosEn este apartado vamos a ver unos compuestos formados por la combinacioacuten del anioacuten hidroxilo (OH-) con diversos cationes metaacutelicos El modo de nombrar estos hidroacutexidos es
LiOH Hidroacutexido de litio
Ba(OH)2 Hidroacutexido de bario
Fe(OH)2 Hidroacutexido de hierro (II)
Fe(OH)3 Hidroacutexido de hierro (III)
Cr(OH)2 Hidroacutexido de hierro (III)
NH4(OH) Hidroacutexido de amonio
Cationes y Aniones
CationesCuando un aacutetomo pierde electrones (los electrones de sus orbitales maacutes externos tambieacuten llamados electrones de valencia) adquiere como es loacutegico una carga positiva netaPara nombrar estas ldquoespecies quiacutemicasrdquo basta anteponer la palabra catioacuten o ion al nombre del elemento
En los casos en que el aacutetomo puede adoptar distintos estados de oxidacioacuten se indica entre pareacutentesis Algunos ejemplos son
H+ Ioacuten hidroacutegeno Li+ Ioacuten litio
Cu+ Ioacuten cobre (I) Cu+2 Ioacuten cobre (II)
Fe+2 Ioacuten hierro (II) Fe+3 Ioacuten hierro (III)
Sn+2 Ioacuten estantildeo (II) Pb+4 Ioacuten plomo (IV)
Hay bastantes compuestos ndashcomo por ejemplo el amoniacuteacondash que disponen de electrones libres no compartidos Estos compuestos se unen al catioacuten hidroacutegeno para dar una especie cargada positivamente Para nombrar estas especies cargadas debe antildeadirse la terminacioacuten ndashonio tal como se ve en los siguientes ejemplos
NH4+ Ioacuten amonio
PH4+ Ioacuten fosfonio
AsH4+ Ioacuten arsonio
H3O+ Ioacuten oxonio
Aniones
Se llaman aniones a las ldquoespecies quiacutemicasrdquo cargadas negativamente Los aniones maacutes simples son los monoatoacutemicos que proceden de la ganancia de uno o maacutes electrones por un elemento electronegativoPara nombrar los iones monoatoacutemicos se utiliza la terminacioacuten ndashuro como en los siguientes ejemplos
Hndash Ioacuten hidruro
Sndash2 Ioacuten sulfuro
Fndash Ioacuten fluoruro
Sendash2 Ioacuten seleniuro
Clndash Ioacuten cloruro
Nndash3 Ioacuten nitruro
Brndash Ioacuten bromuro
Pndash3 Ioacuten fosfuro
Indash Ioacuten yoduro Asndash3 Ioacuten arseniuro
Los aniones poliatoacutemicos se pueden considerar como provenientes de otras moleacuteculas por peacuterdida de uno o maacutes iones hidroacutegeno El ion de este tipo maacutes usual y sencillo es el ion hidroxilo (OHndash) que procede de la peacuterdida de un ion hidroacutegeno del aguaSin embargo la gran mayoriacutea de los aniones poliatoacutemicos proceden ndasho se puede considerar que procedenndash de un aacutecido que ha perdido o cedido sus hidroacutegenosPara nombrar estos aniones se utilizan los sufijos ndashito y ndashato seguacuten que el aacutecido de procedencia termine en ndashoso o en ndashico respectivamente
HClO Aacutecido hipocloroso
ClOndash Ioacuten hipoclorito
H2SO3 Aacutecido sulfuroso
SO3ndash2 Ioacuten sulfito
HClO3 Aacutecido cloacuterico ClO3ndash Ioacuten clorato
HClO4 Aacutecido percloacuterico
ClO4ndash Ioacuten perclorato
H2SO4 Aacutecido sulfurico
SO4ndash2 Ioacuten sulfato
A menudo para ldquoconstruirrdquo el nombre del anioacuten no se reemplazan simplemente las terminaciones oso-ico por ito-ato sino que la raiacutez del nombre se contrae Por ejemplo no se dice iones sulfurito y sulfurato sino iones sulfito y sulfato
Peroacutexidos y PeroxiaacutecidosLa formacioacuten de estos compuestos se debe a la posibilidad que tiene el oxiacutegeno de enlazarse consigo mismo para formar el grupo peroacutexido
Este grupo da lugar a compuestos como
H2O2 Peroacutexido de hidroacutegeno
Li2O2 Peroacutexido de litio
Na2O2 Peroacutexido de sodio
BaO2 Peroacutexido de bario
CuO2 Peroacutexido de cobre (II)
ZnO2 Peroacutexido de ZincEsta agrupacioacuten peroxo (ndashOndashOndash) se puede presentar tambieacuten en ciertos aacutecidos que se denominan peroxoaacutecidos
Estequiometriacutea Ecuaciones quiacutemicas
Reaccioacuten quiacutemica y ecuaciones quiacutemicasUna Reaccioacuten quiacutemica es un proceso en el cual una sustancia (o sustancias) desaparece para formar una o maacutes sustancias nuevasLas ecuaciones quiacutemicas son el modo de representar a las reacciones quiacutemicasPor ejemplo el hidroacutegeno gas (H2) puede reaccionar con oxiacutegeno gas(O2) para dar agua (H20) La ecuacioacuten quiacutemica para esta reaccioacuten se escribe
El + se lee como reacciona conLa flecha significa produceLas foacutermulas quiacutemicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivosA la derecha de la flecha estaacuten las formulas quiacutemicas de las sustancias producidas denominadas productosLos nuacutemeros al lado de las formulas son los coeficientes (el coeficiente 1 se omite)
Estequiometriacutea de la reaccioacuten quiacutemica
Ahora estudiaremos la estequiometriacutea es decir la medicioacuten de los elementos)Las transformaciones que ocurren en una reaccioacuten quimica se rigen por la Ley de la conservacioacuten de la masa Los aacutetomos no se crean ni se destruyen durante una reaccioacuten quiacutemicaEntonces el mismo conjunto de aacutetomos estaacute presente antes durante y despueacutes de la reaccioacuten Los cambios que ocurren en una reaccioacuten quiacutemica simplemente consisten en una reordenacioacuten de los aacutetomosPor lo tanto una ecuacioacuten quiacutemica ha de tener el mismo nuacutemero de aacutetomos de cada elemento a ambos lados de la flecha Se dice entonces que la ecuacioacuten estaacute balanceada
2H2 + O2 2H2O
Reactivos Productos
4H y 2O = 4H + 2O
Pasos que son necesarios para escribir una reaccioacuten ajustada
1) Se determina cuales son los reactivos y los productos2) Se escribe una ecuacioacuten no ajustada usando las foacutermulas de los reactivos y de los productos3) Se ajusta la reaccioacuten determinando los coeficientes que nos dan nuacutemeros iguales de cada tipo de aacutetomo en cada lado de la flecha de reaccioacuten generalmente nuacutemeros enteros
Ejemplo 1
Consideremos la reaccioacuten de combustioacuten del metano gaseoso (CH4) en aire
Paso 1Sabemos que en esta reaccioacuten se consume (O2) y produce agua (H2O) y dioacutexido de carbono (CO2)
Luegolos reactivos son CH4 y O2 ylos productos son H2O y CO2
Paso 2
la ecuacioacuten quiacutemica sin ajustar seraacute
Paso 3 Ahora contamos los aacutetomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos
Entoncesuna moleacutecula de metano reacciona con dos moleacuteculas de oxiacutegeno para producir dos moleacuteculas agua y una moleacutecula de dioacutexido de carbono
Ejemplo 2
Ecuacioacuten balanceada
Ecuacioacuten balanceada
Ejemplo 3
Ajustar primero la moleacutecula mayor
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Combinaciones binarias del HidroacutegenoLos compuestos derivados de la combinacioacuten del hidroacutegeno con los restantes elementos son muy dispares dada la peculiaridad del hidroacutegeno (puede ceder faacutecilmente su uacutenico electroacuten pero tambieacuten captar un electroacuten de otro aacutetomo para adquirir la estructura electroacutenica del helio) Las combinaciones del hidroacutegeno con metales se denominan hidruros algunos ejemplos son
LiH Hidruro de litio AlH3 Hidruro de aluminio
NaH Hidruro de sodio GaH3 Hidruro de galio
KH Hidruro de potasio GeH4 Hidruro de germanio
CsH Hidruro de cesio SnH4 Hidruro de estantildeo
BeH2 Hidruro de berilio PbH4 Hidruro de plomo(IV)
MgH2 Hidruro de magnesio CuH2 Hidruro de cobre(II)
CaH2 Hidruro de calcio NiH3 Hidruro de niquel (III)
Las combinaciones binarias del hidroacutegeno con oxiacutegeno nitroacutegeno foacutesforo arseacutenico antimonio carbono y silicio tienen nombres comunes
H2O Agua Amoniacuteaco
PH3 Fosfina
SbH3
SiH4 Silano CH4
Arsina
Metano
NH3
AsH3Estibina
Las combinaciones del hidroacutegeno con F Cl Br I S Se y Se se denominan hidraacutecidos debido a que tales compuestos al disolverse en agua dan disoluciones aacutecidas
Foacutermula Nombre sistemaacutetico (en disolucioacuten acuosa)
HF Fluoruro de hidroacutegeno Aacutecido fluorhiacutedrico
HCl Cloruro de hidroacutegeno Aacutecido clorhiacutedrico
HBr Bromuro de hidroacutegeno Aacutecido bromhiacutedrico
HI Yoduro de hidroacutegeno Aacutecido yodhiacutedrico
H2SSulfuro de hidroacutegeno Aacutecido sulfhiacutedrico
H2Se Seleniuro de hidroacutegeno Aacutecido selenhiacutedrico
H2Te Telururo de hidroacutegeno Aacutecido telurhiacutedrico
Otras combinaciones binariasLas combinaciones binarias que no sean ni oacutexidos ni hidruros son las formadas por no metales con metales Para formularlos se escribe a la izquierda el siacutembolo del metal por ser el elemento maacutes electropositivo Para nombrarlos se le antildeade al nombre del no metal el sufijo ndashuro Algunos ejemplos son
CaF2 Fluoruro de calcio
FeCl2 Cloruro de hierro(II)
FeCl3 Cloruro de hierro(III)
CuBr Bromuro de cobre(I)
CuBr2 Bromuro de cobre(II)
AlI3 Yoduro de aluminio
MnS Sulfuro de manganeso(II)
MnS2 Sulfuro de manganeso(IV)
V2S5 Sulfuro de vanadio(V)
Mg3N2 Nitruro de magnesio
Ni2Si Siliciuro de niquel(II)
CrB Boruro de cromo(III)
Diapositiva 3
Aacutecidos oxoaacutecidosSon compuestos capaces de ceder protones que contienen oxiacutegeno en la moleacutecula Presentan la foacutermula general
HaXbOc
en donde X es normalmente un no metal aunque a veces puede ser tambieacuten un metal de transicioacuten con un estado de oxidacioacuten elevado Para nombrar los oxoaacutecidos utilizaremos la nomenclatura tradicional con los sufijos ndashoso e ndashico nomenclatura que estaacute admitida por la IUPAC
Oxoaacutecidos del grupo de los haloacutegenos
Los haloacutegenos que forman oxoaacutecidos son cloro bromo y yodo En los tres casos los nuacutemeros de oxidacioacuten pueden ser +I +III +V y +VII Al tener maacutes de dos estados de oxidacioacuten junto a las terminaciones ndashoso e ndashico utilizaremos los prefijos hipondash (que quiere decir menos que) y perndash (que significa superior) tendremos asiacute los siguientes oxoaacutecidos
HClO Aacutecido hipocloroso
HClO2 Aacutecido cloroso
HClO3 Aacutecido cloacuterico HClO4 Aacutecido percloacuterico
HBrO Aacutecido hipobromoso
HBrO2 Aacutecido bromoso
HBrO3 Aacutecido broacutemico HBrO4 Aacutecido perbroacutemico
HIO3 Aacutecido yoacutedico HIO4 Aacutecido peryoacutedico
siguiente
Oxoaacutecidos del grupo VIADe los oxoaacutecidos de azufre selenio y teluro los maacutes representativos son aquellos en los que el nuacutemero de oxidacioacuten es +IV y +VI Para estos aacutecidos se utilizan los sufijos ndashoso e ndashico
H2SO3 Aacutecido sulfuroso H2SO4 Aacutecido sulfuacuterico
H2SeO3 Aacutecido selenioso H2SeO4 Aacutecido seleacutenico
H2TeO3 Aacutecido teluroso H2TeO4 Aacutecido teluacuterico
Oxoaacutecidos del grupo VA
Los aacutecidos maacutes comunes del nitroacutegeno son el aacutecido nitroso y el aacutecido niacutetrico en los que el nitroacutegeno presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III y +V respectivamente
HNO2 Aacutecido nitroso HNO3 Aacutecido niacutetrico
Los aacutecidos de foacutesforo maacutes comunes son el fosfoacutenico (antes llamado fosforoso en el que el foacutesforo presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III) y el fosfoacuterico (nuacutemero de oxidacioacuten +V) Ambos aacutecidos son en realidad ortoaacutecidos es decir contienen tres moleacuteculas de agua en su formacioacuten
P2O3+ 3H2O = H6 P2O6 = H3PO3 Aacutecido fosfoacutenico
P2O5+ 3H2O = H6 P2O8 = H3PO4 Aacutecido fosfoacuterico
No es necesario utilizar los teacuterminos ortofosfoacutenico y ortofosfoacuterico
Oxoaacutecidos del carbono y del silicio
El estado de oxidacioacuten en ambos casos es de +IV Los maacutes comunes son
H2CO3 Aacutecido carboacutenico
H4SiO4 Aacutecido ortosiliacutecico
HidroacutexidosEn este apartado vamos a ver unos compuestos formados por la combinacioacuten del anioacuten hidroxilo (OH-) con diversos cationes metaacutelicos El modo de nombrar estos hidroacutexidos es
LiOH Hidroacutexido de litio
Ba(OH)2 Hidroacutexido de bario
Fe(OH)2 Hidroacutexido de hierro (II)
Fe(OH)3 Hidroacutexido de hierro (III)
Cr(OH)2 Hidroacutexido de hierro (III)
NH4(OH) Hidroacutexido de amonio
Cationes y Aniones
CationesCuando un aacutetomo pierde electrones (los electrones de sus orbitales maacutes externos tambieacuten llamados electrones de valencia) adquiere como es loacutegico una carga positiva netaPara nombrar estas ldquoespecies quiacutemicasrdquo basta anteponer la palabra catioacuten o ion al nombre del elemento
En los casos en que el aacutetomo puede adoptar distintos estados de oxidacioacuten se indica entre pareacutentesis Algunos ejemplos son
H+ Ioacuten hidroacutegeno Li+ Ioacuten litio
Cu+ Ioacuten cobre (I) Cu+2 Ioacuten cobre (II)
Fe+2 Ioacuten hierro (II) Fe+3 Ioacuten hierro (III)
Sn+2 Ioacuten estantildeo (II) Pb+4 Ioacuten plomo (IV)
Hay bastantes compuestos ndashcomo por ejemplo el amoniacuteacondash que disponen de electrones libres no compartidos Estos compuestos se unen al catioacuten hidroacutegeno para dar una especie cargada positivamente Para nombrar estas especies cargadas debe antildeadirse la terminacioacuten ndashonio tal como se ve en los siguientes ejemplos
NH4+ Ioacuten amonio
PH4+ Ioacuten fosfonio
AsH4+ Ioacuten arsonio
H3O+ Ioacuten oxonio
Aniones
Se llaman aniones a las ldquoespecies quiacutemicasrdquo cargadas negativamente Los aniones maacutes simples son los monoatoacutemicos que proceden de la ganancia de uno o maacutes electrones por un elemento electronegativoPara nombrar los iones monoatoacutemicos se utiliza la terminacioacuten ndashuro como en los siguientes ejemplos
Hndash Ioacuten hidruro
Sndash2 Ioacuten sulfuro
Fndash Ioacuten fluoruro
Sendash2 Ioacuten seleniuro
Clndash Ioacuten cloruro
Nndash3 Ioacuten nitruro
Brndash Ioacuten bromuro
Pndash3 Ioacuten fosfuro
Indash Ioacuten yoduro Asndash3 Ioacuten arseniuro
Los aniones poliatoacutemicos se pueden considerar como provenientes de otras moleacuteculas por peacuterdida de uno o maacutes iones hidroacutegeno El ion de este tipo maacutes usual y sencillo es el ion hidroxilo (OHndash) que procede de la peacuterdida de un ion hidroacutegeno del aguaSin embargo la gran mayoriacutea de los aniones poliatoacutemicos proceden ndasho se puede considerar que procedenndash de un aacutecido que ha perdido o cedido sus hidroacutegenosPara nombrar estos aniones se utilizan los sufijos ndashito y ndashato seguacuten que el aacutecido de procedencia termine en ndashoso o en ndashico respectivamente
HClO Aacutecido hipocloroso
ClOndash Ioacuten hipoclorito
H2SO3 Aacutecido sulfuroso
SO3ndash2 Ioacuten sulfito
HClO3 Aacutecido cloacuterico ClO3ndash Ioacuten clorato
HClO4 Aacutecido percloacuterico
ClO4ndash Ioacuten perclorato
H2SO4 Aacutecido sulfurico
SO4ndash2 Ioacuten sulfato
A menudo para ldquoconstruirrdquo el nombre del anioacuten no se reemplazan simplemente las terminaciones oso-ico por ito-ato sino que la raiacutez del nombre se contrae Por ejemplo no se dice iones sulfurito y sulfurato sino iones sulfito y sulfato
Peroacutexidos y PeroxiaacutecidosLa formacioacuten de estos compuestos se debe a la posibilidad que tiene el oxiacutegeno de enlazarse consigo mismo para formar el grupo peroacutexido
Este grupo da lugar a compuestos como
H2O2 Peroacutexido de hidroacutegeno
Li2O2 Peroacutexido de litio
Na2O2 Peroacutexido de sodio
BaO2 Peroacutexido de bario
CuO2 Peroacutexido de cobre (II)
ZnO2 Peroacutexido de ZincEsta agrupacioacuten peroxo (ndashOndashOndash) se puede presentar tambieacuten en ciertos aacutecidos que se denominan peroxoaacutecidos
Estequiometriacutea Ecuaciones quiacutemicas
Reaccioacuten quiacutemica y ecuaciones quiacutemicasUna Reaccioacuten quiacutemica es un proceso en el cual una sustancia (o sustancias) desaparece para formar una o maacutes sustancias nuevasLas ecuaciones quiacutemicas son el modo de representar a las reacciones quiacutemicasPor ejemplo el hidroacutegeno gas (H2) puede reaccionar con oxiacutegeno gas(O2) para dar agua (H20) La ecuacioacuten quiacutemica para esta reaccioacuten se escribe
El + se lee como reacciona conLa flecha significa produceLas foacutermulas quiacutemicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivosA la derecha de la flecha estaacuten las formulas quiacutemicas de las sustancias producidas denominadas productosLos nuacutemeros al lado de las formulas son los coeficientes (el coeficiente 1 se omite)
Estequiometriacutea de la reaccioacuten quiacutemica
Ahora estudiaremos la estequiometriacutea es decir la medicioacuten de los elementos)Las transformaciones que ocurren en una reaccioacuten quimica se rigen por la Ley de la conservacioacuten de la masa Los aacutetomos no se crean ni se destruyen durante una reaccioacuten quiacutemicaEntonces el mismo conjunto de aacutetomos estaacute presente antes durante y despueacutes de la reaccioacuten Los cambios que ocurren en una reaccioacuten quiacutemica simplemente consisten en una reordenacioacuten de los aacutetomosPor lo tanto una ecuacioacuten quiacutemica ha de tener el mismo nuacutemero de aacutetomos de cada elemento a ambos lados de la flecha Se dice entonces que la ecuacioacuten estaacute balanceada
2H2 + O2 2H2O
Reactivos Productos
4H y 2O = 4H + 2O
Pasos que son necesarios para escribir una reaccioacuten ajustada
1) Se determina cuales son los reactivos y los productos2) Se escribe una ecuacioacuten no ajustada usando las foacutermulas de los reactivos y de los productos3) Se ajusta la reaccioacuten determinando los coeficientes que nos dan nuacutemeros iguales de cada tipo de aacutetomo en cada lado de la flecha de reaccioacuten generalmente nuacutemeros enteros
Ejemplo 1
Consideremos la reaccioacuten de combustioacuten del metano gaseoso (CH4) en aire
Paso 1Sabemos que en esta reaccioacuten se consume (O2) y produce agua (H2O) y dioacutexido de carbono (CO2)
Luegolos reactivos son CH4 y O2 ylos productos son H2O y CO2
Paso 2
la ecuacioacuten quiacutemica sin ajustar seraacute
Paso 3 Ahora contamos los aacutetomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos
Entoncesuna moleacutecula de metano reacciona con dos moleacuteculas de oxiacutegeno para producir dos moleacuteculas agua y una moleacutecula de dioacutexido de carbono
Ejemplo 2
Ecuacioacuten balanceada
Ecuacioacuten balanceada
Ejemplo 3
Ajustar primero la moleacutecula mayor
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Las combinaciones binarias del hidroacutegeno con oxiacutegeno nitroacutegeno foacutesforo arseacutenico antimonio carbono y silicio tienen nombres comunes
H2O Agua Amoniacuteaco
PH3 Fosfina
SbH3
SiH4 Silano CH4
Arsina
Metano
NH3
AsH3Estibina
Las combinaciones del hidroacutegeno con F Cl Br I S Se y Se se denominan hidraacutecidos debido a que tales compuestos al disolverse en agua dan disoluciones aacutecidas
Foacutermula Nombre sistemaacutetico (en disolucioacuten acuosa)
HF Fluoruro de hidroacutegeno Aacutecido fluorhiacutedrico
HCl Cloruro de hidroacutegeno Aacutecido clorhiacutedrico
HBr Bromuro de hidroacutegeno Aacutecido bromhiacutedrico
HI Yoduro de hidroacutegeno Aacutecido yodhiacutedrico
H2SSulfuro de hidroacutegeno Aacutecido sulfhiacutedrico
H2Se Seleniuro de hidroacutegeno Aacutecido selenhiacutedrico
H2Te Telururo de hidroacutegeno Aacutecido telurhiacutedrico
Otras combinaciones binariasLas combinaciones binarias que no sean ni oacutexidos ni hidruros son las formadas por no metales con metales Para formularlos se escribe a la izquierda el siacutembolo del metal por ser el elemento maacutes electropositivo Para nombrarlos se le antildeade al nombre del no metal el sufijo ndashuro Algunos ejemplos son
CaF2 Fluoruro de calcio
FeCl2 Cloruro de hierro(II)
FeCl3 Cloruro de hierro(III)
CuBr Bromuro de cobre(I)
CuBr2 Bromuro de cobre(II)
AlI3 Yoduro de aluminio
MnS Sulfuro de manganeso(II)
MnS2 Sulfuro de manganeso(IV)
V2S5 Sulfuro de vanadio(V)
Mg3N2 Nitruro de magnesio
Ni2Si Siliciuro de niquel(II)
CrB Boruro de cromo(III)
Diapositiva 3
Aacutecidos oxoaacutecidosSon compuestos capaces de ceder protones que contienen oxiacutegeno en la moleacutecula Presentan la foacutermula general
HaXbOc
en donde X es normalmente un no metal aunque a veces puede ser tambieacuten un metal de transicioacuten con un estado de oxidacioacuten elevado Para nombrar los oxoaacutecidos utilizaremos la nomenclatura tradicional con los sufijos ndashoso e ndashico nomenclatura que estaacute admitida por la IUPAC
Oxoaacutecidos del grupo de los haloacutegenos
Los haloacutegenos que forman oxoaacutecidos son cloro bromo y yodo En los tres casos los nuacutemeros de oxidacioacuten pueden ser +I +III +V y +VII Al tener maacutes de dos estados de oxidacioacuten junto a las terminaciones ndashoso e ndashico utilizaremos los prefijos hipondash (que quiere decir menos que) y perndash (que significa superior) tendremos asiacute los siguientes oxoaacutecidos
HClO Aacutecido hipocloroso
HClO2 Aacutecido cloroso
HClO3 Aacutecido cloacuterico HClO4 Aacutecido percloacuterico
HBrO Aacutecido hipobromoso
HBrO2 Aacutecido bromoso
HBrO3 Aacutecido broacutemico HBrO4 Aacutecido perbroacutemico
HIO3 Aacutecido yoacutedico HIO4 Aacutecido peryoacutedico
siguiente
Oxoaacutecidos del grupo VIADe los oxoaacutecidos de azufre selenio y teluro los maacutes representativos son aquellos en los que el nuacutemero de oxidacioacuten es +IV y +VI Para estos aacutecidos se utilizan los sufijos ndashoso e ndashico
H2SO3 Aacutecido sulfuroso H2SO4 Aacutecido sulfuacuterico
H2SeO3 Aacutecido selenioso H2SeO4 Aacutecido seleacutenico
H2TeO3 Aacutecido teluroso H2TeO4 Aacutecido teluacuterico
Oxoaacutecidos del grupo VA
Los aacutecidos maacutes comunes del nitroacutegeno son el aacutecido nitroso y el aacutecido niacutetrico en los que el nitroacutegeno presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III y +V respectivamente
HNO2 Aacutecido nitroso HNO3 Aacutecido niacutetrico
Los aacutecidos de foacutesforo maacutes comunes son el fosfoacutenico (antes llamado fosforoso en el que el foacutesforo presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III) y el fosfoacuterico (nuacutemero de oxidacioacuten +V) Ambos aacutecidos son en realidad ortoaacutecidos es decir contienen tres moleacuteculas de agua en su formacioacuten
P2O3+ 3H2O = H6 P2O6 = H3PO3 Aacutecido fosfoacutenico
P2O5+ 3H2O = H6 P2O8 = H3PO4 Aacutecido fosfoacuterico
No es necesario utilizar los teacuterminos ortofosfoacutenico y ortofosfoacuterico
Oxoaacutecidos del carbono y del silicio
El estado de oxidacioacuten en ambos casos es de +IV Los maacutes comunes son
H2CO3 Aacutecido carboacutenico
H4SiO4 Aacutecido ortosiliacutecico
HidroacutexidosEn este apartado vamos a ver unos compuestos formados por la combinacioacuten del anioacuten hidroxilo (OH-) con diversos cationes metaacutelicos El modo de nombrar estos hidroacutexidos es
LiOH Hidroacutexido de litio
Ba(OH)2 Hidroacutexido de bario
Fe(OH)2 Hidroacutexido de hierro (II)
Fe(OH)3 Hidroacutexido de hierro (III)
Cr(OH)2 Hidroacutexido de hierro (III)
NH4(OH) Hidroacutexido de amonio
Cationes y Aniones
CationesCuando un aacutetomo pierde electrones (los electrones de sus orbitales maacutes externos tambieacuten llamados electrones de valencia) adquiere como es loacutegico una carga positiva netaPara nombrar estas ldquoespecies quiacutemicasrdquo basta anteponer la palabra catioacuten o ion al nombre del elemento
En los casos en que el aacutetomo puede adoptar distintos estados de oxidacioacuten se indica entre pareacutentesis Algunos ejemplos son
H+ Ioacuten hidroacutegeno Li+ Ioacuten litio
Cu+ Ioacuten cobre (I) Cu+2 Ioacuten cobre (II)
Fe+2 Ioacuten hierro (II) Fe+3 Ioacuten hierro (III)
Sn+2 Ioacuten estantildeo (II) Pb+4 Ioacuten plomo (IV)
Hay bastantes compuestos ndashcomo por ejemplo el amoniacuteacondash que disponen de electrones libres no compartidos Estos compuestos se unen al catioacuten hidroacutegeno para dar una especie cargada positivamente Para nombrar estas especies cargadas debe antildeadirse la terminacioacuten ndashonio tal como se ve en los siguientes ejemplos
NH4+ Ioacuten amonio
PH4+ Ioacuten fosfonio
AsH4+ Ioacuten arsonio
H3O+ Ioacuten oxonio
Aniones
Se llaman aniones a las ldquoespecies quiacutemicasrdquo cargadas negativamente Los aniones maacutes simples son los monoatoacutemicos que proceden de la ganancia de uno o maacutes electrones por un elemento electronegativoPara nombrar los iones monoatoacutemicos se utiliza la terminacioacuten ndashuro como en los siguientes ejemplos
Hndash Ioacuten hidruro
Sndash2 Ioacuten sulfuro
Fndash Ioacuten fluoruro
Sendash2 Ioacuten seleniuro
Clndash Ioacuten cloruro
Nndash3 Ioacuten nitruro
Brndash Ioacuten bromuro
Pndash3 Ioacuten fosfuro
Indash Ioacuten yoduro Asndash3 Ioacuten arseniuro
Los aniones poliatoacutemicos se pueden considerar como provenientes de otras moleacuteculas por peacuterdida de uno o maacutes iones hidroacutegeno El ion de este tipo maacutes usual y sencillo es el ion hidroxilo (OHndash) que procede de la peacuterdida de un ion hidroacutegeno del aguaSin embargo la gran mayoriacutea de los aniones poliatoacutemicos proceden ndasho se puede considerar que procedenndash de un aacutecido que ha perdido o cedido sus hidroacutegenosPara nombrar estos aniones se utilizan los sufijos ndashito y ndashato seguacuten que el aacutecido de procedencia termine en ndashoso o en ndashico respectivamente
HClO Aacutecido hipocloroso
ClOndash Ioacuten hipoclorito
H2SO3 Aacutecido sulfuroso
SO3ndash2 Ioacuten sulfito
HClO3 Aacutecido cloacuterico ClO3ndash Ioacuten clorato
HClO4 Aacutecido percloacuterico
ClO4ndash Ioacuten perclorato
H2SO4 Aacutecido sulfurico
SO4ndash2 Ioacuten sulfato
A menudo para ldquoconstruirrdquo el nombre del anioacuten no se reemplazan simplemente las terminaciones oso-ico por ito-ato sino que la raiacutez del nombre se contrae Por ejemplo no se dice iones sulfurito y sulfurato sino iones sulfito y sulfato
Peroacutexidos y PeroxiaacutecidosLa formacioacuten de estos compuestos se debe a la posibilidad que tiene el oxiacutegeno de enlazarse consigo mismo para formar el grupo peroacutexido
Este grupo da lugar a compuestos como
H2O2 Peroacutexido de hidroacutegeno
Li2O2 Peroacutexido de litio
Na2O2 Peroacutexido de sodio
BaO2 Peroacutexido de bario
CuO2 Peroacutexido de cobre (II)
ZnO2 Peroacutexido de ZincEsta agrupacioacuten peroxo (ndashOndashOndash) se puede presentar tambieacuten en ciertos aacutecidos que se denominan peroxoaacutecidos
Estequiometriacutea Ecuaciones quiacutemicas
Reaccioacuten quiacutemica y ecuaciones quiacutemicasUna Reaccioacuten quiacutemica es un proceso en el cual una sustancia (o sustancias) desaparece para formar una o maacutes sustancias nuevasLas ecuaciones quiacutemicas son el modo de representar a las reacciones quiacutemicasPor ejemplo el hidroacutegeno gas (H2) puede reaccionar con oxiacutegeno gas(O2) para dar agua (H20) La ecuacioacuten quiacutemica para esta reaccioacuten se escribe
El + se lee como reacciona conLa flecha significa produceLas foacutermulas quiacutemicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivosA la derecha de la flecha estaacuten las formulas quiacutemicas de las sustancias producidas denominadas productosLos nuacutemeros al lado de las formulas son los coeficientes (el coeficiente 1 se omite)
Estequiometriacutea de la reaccioacuten quiacutemica
Ahora estudiaremos la estequiometriacutea es decir la medicioacuten de los elementos)Las transformaciones que ocurren en una reaccioacuten quimica se rigen por la Ley de la conservacioacuten de la masa Los aacutetomos no se crean ni se destruyen durante una reaccioacuten quiacutemicaEntonces el mismo conjunto de aacutetomos estaacute presente antes durante y despueacutes de la reaccioacuten Los cambios que ocurren en una reaccioacuten quiacutemica simplemente consisten en una reordenacioacuten de los aacutetomosPor lo tanto una ecuacioacuten quiacutemica ha de tener el mismo nuacutemero de aacutetomos de cada elemento a ambos lados de la flecha Se dice entonces que la ecuacioacuten estaacute balanceada
2H2 + O2 2H2O
Reactivos Productos
4H y 2O = 4H + 2O
Pasos que son necesarios para escribir una reaccioacuten ajustada
1) Se determina cuales son los reactivos y los productos2) Se escribe una ecuacioacuten no ajustada usando las foacutermulas de los reactivos y de los productos3) Se ajusta la reaccioacuten determinando los coeficientes que nos dan nuacutemeros iguales de cada tipo de aacutetomo en cada lado de la flecha de reaccioacuten generalmente nuacutemeros enteros
Ejemplo 1
Consideremos la reaccioacuten de combustioacuten del metano gaseoso (CH4) en aire
Paso 1Sabemos que en esta reaccioacuten se consume (O2) y produce agua (H2O) y dioacutexido de carbono (CO2)
Luegolos reactivos son CH4 y O2 ylos productos son H2O y CO2
Paso 2
la ecuacioacuten quiacutemica sin ajustar seraacute
Paso 3 Ahora contamos los aacutetomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos
Entoncesuna moleacutecula de metano reacciona con dos moleacuteculas de oxiacutegeno para producir dos moleacuteculas agua y una moleacutecula de dioacutexido de carbono
Ejemplo 2
Ecuacioacuten balanceada
Ecuacioacuten balanceada
Ejemplo 3
Ajustar primero la moleacutecula mayor
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Otras combinaciones binariasLas combinaciones binarias que no sean ni oacutexidos ni hidruros son las formadas por no metales con metales Para formularlos se escribe a la izquierda el siacutembolo del metal por ser el elemento maacutes electropositivo Para nombrarlos se le antildeade al nombre del no metal el sufijo ndashuro Algunos ejemplos son
CaF2 Fluoruro de calcio
FeCl2 Cloruro de hierro(II)
FeCl3 Cloruro de hierro(III)
CuBr Bromuro de cobre(I)
CuBr2 Bromuro de cobre(II)
AlI3 Yoduro de aluminio
MnS Sulfuro de manganeso(II)
MnS2 Sulfuro de manganeso(IV)
V2S5 Sulfuro de vanadio(V)
Mg3N2 Nitruro de magnesio
Ni2Si Siliciuro de niquel(II)
CrB Boruro de cromo(III)
Diapositiva 3
Aacutecidos oxoaacutecidosSon compuestos capaces de ceder protones que contienen oxiacutegeno en la moleacutecula Presentan la foacutermula general
HaXbOc
en donde X es normalmente un no metal aunque a veces puede ser tambieacuten un metal de transicioacuten con un estado de oxidacioacuten elevado Para nombrar los oxoaacutecidos utilizaremos la nomenclatura tradicional con los sufijos ndashoso e ndashico nomenclatura que estaacute admitida por la IUPAC
Oxoaacutecidos del grupo de los haloacutegenos
Los haloacutegenos que forman oxoaacutecidos son cloro bromo y yodo En los tres casos los nuacutemeros de oxidacioacuten pueden ser +I +III +V y +VII Al tener maacutes de dos estados de oxidacioacuten junto a las terminaciones ndashoso e ndashico utilizaremos los prefijos hipondash (que quiere decir menos que) y perndash (que significa superior) tendremos asiacute los siguientes oxoaacutecidos
HClO Aacutecido hipocloroso
HClO2 Aacutecido cloroso
HClO3 Aacutecido cloacuterico HClO4 Aacutecido percloacuterico
HBrO Aacutecido hipobromoso
HBrO2 Aacutecido bromoso
HBrO3 Aacutecido broacutemico HBrO4 Aacutecido perbroacutemico
HIO3 Aacutecido yoacutedico HIO4 Aacutecido peryoacutedico
siguiente
Oxoaacutecidos del grupo VIADe los oxoaacutecidos de azufre selenio y teluro los maacutes representativos son aquellos en los que el nuacutemero de oxidacioacuten es +IV y +VI Para estos aacutecidos se utilizan los sufijos ndashoso e ndashico
H2SO3 Aacutecido sulfuroso H2SO4 Aacutecido sulfuacuterico
H2SeO3 Aacutecido selenioso H2SeO4 Aacutecido seleacutenico
H2TeO3 Aacutecido teluroso H2TeO4 Aacutecido teluacuterico
Oxoaacutecidos del grupo VA
Los aacutecidos maacutes comunes del nitroacutegeno son el aacutecido nitroso y el aacutecido niacutetrico en los que el nitroacutegeno presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III y +V respectivamente
HNO2 Aacutecido nitroso HNO3 Aacutecido niacutetrico
Los aacutecidos de foacutesforo maacutes comunes son el fosfoacutenico (antes llamado fosforoso en el que el foacutesforo presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III) y el fosfoacuterico (nuacutemero de oxidacioacuten +V) Ambos aacutecidos son en realidad ortoaacutecidos es decir contienen tres moleacuteculas de agua en su formacioacuten
P2O3+ 3H2O = H6 P2O6 = H3PO3 Aacutecido fosfoacutenico
P2O5+ 3H2O = H6 P2O8 = H3PO4 Aacutecido fosfoacuterico
No es necesario utilizar los teacuterminos ortofosfoacutenico y ortofosfoacuterico
Oxoaacutecidos del carbono y del silicio
El estado de oxidacioacuten en ambos casos es de +IV Los maacutes comunes son
H2CO3 Aacutecido carboacutenico
H4SiO4 Aacutecido ortosiliacutecico
HidroacutexidosEn este apartado vamos a ver unos compuestos formados por la combinacioacuten del anioacuten hidroxilo (OH-) con diversos cationes metaacutelicos El modo de nombrar estos hidroacutexidos es
LiOH Hidroacutexido de litio
Ba(OH)2 Hidroacutexido de bario
Fe(OH)2 Hidroacutexido de hierro (II)
Fe(OH)3 Hidroacutexido de hierro (III)
Cr(OH)2 Hidroacutexido de hierro (III)
NH4(OH) Hidroacutexido de amonio
Cationes y Aniones
CationesCuando un aacutetomo pierde electrones (los electrones de sus orbitales maacutes externos tambieacuten llamados electrones de valencia) adquiere como es loacutegico una carga positiva netaPara nombrar estas ldquoespecies quiacutemicasrdquo basta anteponer la palabra catioacuten o ion al nombre del elemento
En los casos en que el aacutetomo puede adoptar distintos estados de oxidacioacuten se indica entre pareacutentesis Algunos ejemplos son
H+ Ioacuten hidroacutegeno Li+ Ioacuten litio
Cu+ Ioacuten cobre (I) Cu+2 Ioacuten cobre (II)
Fe+2 Ioacuten hierro (II) Fe+3 Ioacuten hierro (III)
Sn+2 Ioacuten estantildeo (II) Pb+4 Ioacuten plomo (IV)
Hay bastantes compuestos ndashcomo por ejemplo el amoniacuteacondash que disponen de electrones libres no compartidos Estos compuestos se unen al catioacuten hidroacutegeno para dar una especie cargada positivamente Para nombrar estas especies cargadas debe antildeadirse la terminacioacuten ndashonio tal como se ve en los siguientes ejemplos
NH4+ Ioacuten amonio
PH4+ Ioacuten fosfonio
AsH4+ Ioacuten arsonio
H3O+ Ioacuten oxonio
Aniones
Se llaman aniones a las ldquoespecies quiacutemicasrdquo cargadas negativamente Los aniones maacutes simples son los monoatoacutemicos que proceden de la ganancia de uno o maacutes electrones por un elemento electronegativoPara nombrar los iones monoatoacutemicos se utiliza la terminacioacuten ndashuro como en los siguientes ejemplos
Hndash Ioacuten hidruro
Sndash2 Ioacuten sulfuro
Fndash Ioacuten fluoruro
Sendash2 Ioacuten seleniuro
Clndash Ioacuten cloruro
Nndash3 Ioacuten nitruro
Brndash Ioacuten bromuro
Pndash3 Ioacuten fosfuro
Indash Ioacuten yoduro Asndash3 Ioacuten arseniuro
Los aniones poliatoacutemicos se pueden considerar como provenientes de otras moleacuteculas por peacuterdida de uno o maacutes iones hidroacutegeno El ion de este tipo maacutes usual y sencillo es el ion hidroxilo (OHndash) que procede de la peacuterdida de un ion hidroacutegeno del aguaSin embargo la gran mayoriacutea de los aniones poliatoacutemicos proceden ndasho se puede considerar que procedenndash de un aacutecido que ha perdido o cedido sus hidroacutegenosPara nombrar estos aniones se utilizan los sufijos ndashito y ndashato seguacuten que el aacutecido de procedencia termine en ndashoso o en ndashico respectivamente
HClO Aacutecido hipocloroso
ClOndash Ioacuten hipoclorito
H2SO3 Aacutecido sulfuroso
SO3ndash2 Ioacuten sulfito
HClO3 Aacutecido cloacuterico ClO3ndash Ioacuten clorato
HClO4 Aacutecido percloacuterico
ClO4ndash Ioacuten perclorato
H2SO4 Aacutecido sulfurico
SO4ndash2 Ioacuten sulfato
A menudo para ldquoconstruirrdquo el nombre del anioacuten no se reemplazan simplemente las terminaciones oso-ico por ito-ato sino que la raiacutez del nombre se contrae Por ejemplo no se dice iones sulfurito y sulfurato sino iones sulfito y sulfato
Peroacutexidos y PeroxiaacutecidosLa formacioacuten de estos compuestos se debe a la posibilidad que tiene el oxiacutegeno de enlazarse consigo mismo para formar el grupo peroacutexido
Este grupo da lugar a compuestos como
H2O2 Peroacutexido de hidroacutegeno
Li2O2 Peroacutexido de litio
Na2O2 Peroacutexido de sodio
BaO2 Peroacutexido de bario
CuO2 Peroacutexido de cobre (II)
ZnO2 Peroacutexido de ZincEsta agrupacioacuten peroxo (ndashOndashOndash) se puede presentar tambieacuten en ciertos aacutecidos que se denominan peroxoaacutecidos
Estequiometriacutea Ecuaciones quiacutemicas
Reaccioacuten quiacutemica y ecuaciones quiacutemicasUna Reaccioacuten quiacutemica es un proceso en el cual una sustancia (o sustancias) desaparece para formar una o maacutes sustancias nuevasLas ecuaciones quiacutemicas son el modo de representar a las reacciones quiacutemicasPor ejemplo el hidroacutegeno gas (H2) puede reaccionar con oxiacutegeno gas(O2) para dar agua (H20) La ecuacioacuten quiacutemica para esta reaccioacuten se escribe
El + se lee como reacciona conLa flecha significa produceLas foacutermulas quiacutemicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivosA la derecha de la flecha estaacuten las formulas quiacutemicas de las sustancias producidas denominadas productosLos nuacutemeros al lado de las formulas son los coeficientes (el coeficiente 1 se omite)
Estequiometriacutea de la reaccioacuten quiacutemica
Ahora estudiaremos la estequiometriacutea es decir la medicioacuten de los elementos)Las transformaciones que ocurren en una reaccioacuten quimica se rigen por la Ley de la conservacioacuten de la masa Los aacutetomos no se crean ni se destruyen durante una reaccioacuten quiacutemicaEntonces el mismo conjunto de aacutetomos estaacute presente antes durante y despueacutes de la reaccioacuten Los cambios que ocurren en una reaccioacuten quiacutemica simplemente consisten en una reordenacioacuten de los aacutetomosPor lo tanto una ecuacioacuten quiacutemica ha de tener el mismo nuacutemero de aacutetomos de cada elemento a ambos lados de la flecha Se dice entonces que la ecuacioacuten estaacute balanceada
2H2 + O2 2H2O
Reactivos Productos
4H y 2O = 4H + 2O
Pasos que son necesarios para escribir una reaccioacuten ajustada
1) Se determina cuales son los reactivos y los productos2) Se escribe una ecuacioacuten no ajustada usando las foacutermulas de los reactivos y de los productos3) Se ajusta la reaccioacuten determinando los coeficientes que nos dan nuacutemeros iguales de cada tipo de aacutetomo en cada lado de la flecha de reaccioacuten generalmente nuacutemeros enteros
Ejemplo 1
Consideremos la reaccioacuten de combustioacuten del metano gaseoso (CH4) en aire
Paso 1Sabemos que en esta reaccioacuten se consume (O2) y produce agua (H2O) y dioacutexido de carbono (CO2)
Luegolos reactivos son CH4 y O2 ylos productos son H2O y CO2
Paso 2
la ecuacioacuten quiacutemica sin ajustar seraacute
Paso 3 Ahora contamos los aacutetomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos
Entoncesuna moleacutecula de metano reacciona con dos moleacuteculas de oxiacutegeno para producir dos moleacuteculas agua y una moleacutecula de dioacutexido de carbono
Ejemplo 2
Ecuacioacuten balanceada
Ecuacioacuten balanceada
Ejemplo 3
Ajustar primero la moleacutecula mayor
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Aacutecidos oxoaacutecidosSon compuestos capaces de ceder protones que contienen oxiacutegeno en la moleacutecula Presentan la foacutermula general
HaXbOc
en donde X es normalmente un no metal aunque a veces puede ser tambieacuten un metal de transicioacuten con un estado de oxidacioacuten elevado Para nombrar los oxoaacutecidos utilizaremos la nomenclatura tradicional con los sufijos ndashoso e ndashico nomenclatura que estaacute admitida por la IUPAC
Oxoaacutecidos del grupo de los haloacutegenos
Los haloacutegenos que forman oxoaacutecidos son cloro bromo y yodo En los tres casos los nuacutemeros de oxidacioacuten pueden ser +I +III +V y +VII Al tener maacutes de dos estados de oxidacioacuten junto a las terminaciones ndashoso e ndashico utilizaremos los prefijos hipondash (que quiere decir menos que) y perndash (que significa superior) tendremos asiacute los siguientes oxoaacutecidos
HClO Aacutecido hipocloroso
HClO2 Aacutecido cloroso
HClO3 Aacutecido cloacuterico HClO4 Aacutecido percloacuterico
HBrO Aacutecido hipobromoso
HBrO2 Aacutecido bromoso
HBrO3 Aacutecido broacutemico HBrO4 Aacutecido perbroacutemico
HIO3 Aacutecido yoacutedico HIO4 Aacutecido peryoacutedico
siguiente
Oxoaacutecidos del grupo VIADe los oxoaacutecidos de azufre selenio y teluro los maacutes representativos son aquellos en los que el nuacutemero de oxidacioacuten es +IV y +VI Para estos aacutecidos se utilizan los sufijos ndashoso e ndashico
H2SO3 Aacutecido sulfuroso H2SO4 Aacutecido sulfuacuterico
H2SeO3 Aacutecido selenioso H2SeO4 Aacutecido seleacutenico
H2TeO3 Aacutecido teluroso H2TeO4 Aacutecido teluacuterico
Oxoaacutecidos del grupo VA
Los aacutecidos maacutes comunes del nitroacutegeno son el aacutecido nitroso y el aacutecido niacutetrico en los que el nitroacutegeno presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III y +V respectivamente
HNO2 Aacutecido nitroso HNO3 Aacutecido niacutetrico
Los aacutecidos de foacutesforo maacutes comunes son el fosfoacutenico (antes llamado fosforoso en el que el foacutesforo presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III) y el fosfoacuterico (nuacutemero de oxidacioacuten +V) Ambos aacutecidos son en realidad ortoaacutecidos es decir contienen tres moleacuteculas de agua en su formacioacuten
P2O3+ 3H2O = H6 P2O6 = H3PO3 Aacutecido fosfoacutenico
P2O5+ 3H2O = H6 P2O8 = H3PO4 Aacutecido fosfoacuterico
No es necesario utilizar los teacuterminos ortofosfoacutenico y ortofosfoacuterico
Oxoaacutecidos del carbono y del silicio
El estado de oxidacioacuten en ambos casos es de +IV Los maacutes comunes son
H2CO3 Aacutecido carboacutenico
H4SiO4 Aacutecido ortosiliacutecico
HidroacutexidosEn este apartado vamos a ver unos compuestos formados por la combinacioacuten del anioacuten hidroxilo (OH-) con diversos cationes metaacutelicos El modo de nombrar estos hidroacutexidos es
LiOH Hidroacutexido de litio
Ba(OH)2 Hidroacutexido de bario
Fe(OH)2 Hidroacutexido de hierro (II)
Fe(OH)3 Hidroacutexido de hierro (III)
Cr(OH)2 Hidroacutexido de hierro (III)
NH4(OH) Hidroacutexido de amonio
Cationes y Aniones
CationesCuando un aacutetomo pierde electrones (los electrones de sus orbitales maacutes externos tambieacuten llamados electrones de valencia) adquiere como es loacutegico una carga positiva netaPara nombrar estas ldquoespecies quiacutemicasrdquo basta anteponer la palabra catioacuten o ion al nombre del elemento
En los casos en que el aacutetomo puede adoptar distintos estados de oxidacioacuten se indica entre pareacutentesis Algunos ejemplos son
H+ Ioacuten hidroacutegeno Li+ Ioacuten litio
Cu+ Ioacuten cobre (I) Cu+2 Ioacuten cobre (II)
Fe+2 Ioacuten hierro (II) Fe+3 Ioacuten hierro (III)
Sn+2 Ioacuten estantildeo (II) Pb+4 Ioacuten plomo (IV)
Hay bastantes compuestos ndashcomo por ejemplo el amoniacuteacondash que disponen de electrones libres no compartidos Estos compuestos se unen al catioacuten hidroacutegeno para dar una especie cargada positivamente Para nombrar estas especies cargadas debe antildeadirse la terminacioacuten ndashonio tal como se ve en los siguientes ejemplos
NH4+ Ioacuten amonio
PH4+ Ioacuten fosfonio
AsH4+ Ioacuten arsonio
H3O+ Ioacuten oxonio
Aniones
Se llaman aniones a las ldquoespecies quiacutemicasrdquo cargadas negativamente Los aniones maacutes simples son los monoatoacutemicos que proceden de la ganancia de uno o maacutes electrones por un elemento electronegativoPara nombrar los iones monoatoacutemicos se utiliza la terminacioacuten ndashuro como en los siguientes ejemplos
Hndash Ioacuten hidruro
Sndash2 Ioacuten sulfuro
Fndash Ioacuten fluoruro
Sendash2 Ioacuten seleniuro
Clndash Ioacuten cloruro
Nndash3 Ioacuten nitruro
Brndash Ioacuten bromuro
Pndash3 Ioacuten fosfuro
Indash Ioacuten yoduro Asndash3 Ioacuten arseniuro
Los aniones poliatoacutemicos se pueden considerar como provenientes de otras moleacuteculas por peacuterdida de uno o maacutes iones hidroacutegeno El ion de este tipo maacutes usual y sencillo es el ion hidroxilo (OHndash) que procede de la peacuterdida de un ion hidroacutegeno del aguaSin embargo la gran mayoriacutea de los aniones poliatoacutemicos proceden ndasho se puede considerar que procedenndash de un aacutecido que ha perdido o cedido sus hidroacutegenosPara nombrar estos aniones se utilizan los sufijos ndashito y ndashato seguacuten que el aacutecido de procedencia termine en ndashoso o en ndashico respectivamente
HClO Aacutecido hipocloroso
ClOndash Ioacuten hipoclorito
H2SO3 Aacutecido sulfuroso
SO3ndash2 Ioacuten sulfito
HClO3 Aacutecido cloacuterico ClO3ndash Ioacuten clorato
HClO4 Aacutecido percloacuterico
ClO4ndash Ioacuten perclorato
H2SO4 Aacutecido sulfurico
SO4ndash2 Ioacuten sulfato
A menudo para ldquoconstruirrdquo el nombre del anioacuten no se reemplazan simplemente las terminaciones oso-ico por ito-ato sino que la raiacutez del nombre se contrae Por ejemplo no se dice iones sulfurito y sulfurato sino iones sulfito y sulfato
Peroacutexidos y PeroxiaacutecidosLa formacioacuten de estos compuestos se debe a la posibilidad que tiene el oxiacutegeno de enlazarse consigo mismo para formar el grupo peroacutexido
Este grupo da lugar a compuestos como
H2O2 Peroacutexido de hidroacutegeno
Li2O2 Peroacutexido de litio
Na2O2 Peroacutexido de sodio
BaO2 Peroacutexido de bario
CuO2 Peroacutexido de cobre (II)
ZnO2 Peroacutexido de ZincEsta agrupacioacuten peroxo (ndashOndashOndash) se puede presentar tambieacuten en ciertos aacutecidos que se denominan peroxoaacutecidos
Estequiometriacutea Ecuaciones quiacutemicas
Reaccioacuten quiacutemica y ecuaciones quiacutemicasUna Reaccioacuten quiacutemica es un proceso en el cual una sustancia (o sustancias) desaparece para formar una o maacutes sustancias nuevasLas ecuaciones quiacutemicas son el modo de representar a las reacciones quiacutemicasPor ejemplo el hidroacutegeno gas (H2) puede reaccionar con oxiacutegeno gas(O2) para dar agua (H20) La ecuacioacuten quiacutemica para esta reaccioacuten se escribe
El + se lee como reacciona conLa flecha significa produceLas foacutermulas quiacutemicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivosA la derecha de la flecha estaacuten las formulas quiacutemicas de las sustancias producidas denominadas productosLos nuacutemeros al lado de las formulas son los coeficientes (el coeficiente 1 se omite)
Estequiometriacutea de la reaccioacuten quiacutemica
Ahora estudiaremos la estequiometriacutea es decir la medicioacuten de los elementos)Las transformaciones que ocurren en una reaccioacuten quimica se rigen por la Ley de la conservacioacuten de la masa Los aacutetomos no se crean ni se destruyen durante una reaccioacuten quiacutemicaEntonces el mismo conjunto de aacutetomos estaacute presente antes durante y despueacutes de la reaccioacuten Los cambios que ocurren en una reaccioacuten quiacutemica simplemente consisten en una reordenacioacuten de los aacutetomosPor lo tanto una ecuacioacuten quiacutemica ha de tener el mismo nuacutemero de aacutetomos de cada elemento a ambos lados de la flecha Se dice entonces que la ecuacioacuten estaacute balanceada
2H2 + O2 2H2O
Reactivos Productos
4H y 2O = 4H + 2O
Pasos que son necesarios para escribir una reaccioacuten ajustada
1) Se determina cuales son los reactivos y los productos2) Se escribe una ecuacioacuten no ajustada usando las foacutermulas de los reactivos y de los productos3) Se ajusta la reaccioacuten determinando los coeficientes que nos dan nuacutemeros iguales de cada tipo de aacutetomo en cada lado de la flecha de reaccioacuten generalmente nuacutemeros enteros
Ejemplo 1
Consideremos la reaccioacuten de combustioacuten del metano gaseoso (CH4) en aire
Paso 1Sabemos que en esta reaccioacuten se consume (O2) y produce agua (H2O) y dioacutexido de carbono (CO2)
Luegolos reactivos son CH4 y O2 ylos productos son H2O y CO2
Paso 2
la ecuacioacuten quiacutemica sin ajustar seraacute
Paso 3 Ahora contamos los aacutetomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos
Entoncesuna moleacutecula de metano reacciona con dos moleacuteculas de oxiacutegeno para producir dos moleacuteculas agua y una moleacutecula de dioacutexido de carbono
Ejemplo 2
Ecuacioacuten balanceada
Ecuacioacuten balanceada
Ejemplo 3
Ajustar primero la moleacutecula mayor
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Oxoaacutecidos del grupo de los haloacutegenos
Los haloacutegenos que forman oxoaacutecidos son cloro bromo y yodo En los tres casos los nuacutemeros de oxidacioacuten pueden ser +I +III +V y +VII Al tener maacutes de dos estados de oxidacioacuten junto a las terminaciones ndashoso e ndashico utilizaremos los prefijos hipondash (que quiere decir menos que) y perndash (que significa superior) tendremos asiacute los siguientes oxoaacutecidos
HClO Aacutecido hipocloroso
HClO2 Aacutecido cloroso
HClO3 Aacutecido cloacuterico HClO4 Aacutecido percloacuterico
HBrO Aacutecido hipobromoso
HBrO2 Aacutecido bromoso
HBrO3 Aacutecido broacutemico HBrO4 Aacutecido perbroacutemico
HIO3 Aacutecido yoacutedico HIO4 Aacutecido peryoacutedico
siguiente
Oxoaacutecidos del grupo VIADe los oxoaacutecidos de azufre selenio y teluro los maacutes representativos son aquellos en los que el nuacutemero de oxidacioacuten es +IV y +VI Para estos aacutecidos se utilizan los sufijos ndashoso e ndashico
H2SO3 Aacutecido sulfuroso H2SO4 Aacutecido sulfuacuterico
H2SeO3 Aacutecido selenioso H2SeO4 Aacutecido seleacutenico
H2TeO3 Aacutecido teluroso H2TeO4 Aacutecido teluacuterico
Oxoaacutecidos del grupo VA
Los aacutecidos maacutes comunes del nitroacutegeno son el aacutecido nitroso y el aacutecido niacutetrico en los que el nitroacutegeno presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III y +V respectivamente
HNO2 Aacutecido nitroso HNO3 Aacutecido niacutetrico
Los aacutecidos de foacutesforo maacutes comunes son el fosfoacutenico (antes llamado fosforoso en el que el foacutesforo presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III) y el fosfoacuterico (nuacutemero de oxidacioacuten +V) Ambos aacutecidos son en realidad ortoaacutecidos es decir contienen tres moleacuteculas de agua en su formacioacuten
P2O3+ 3H2O = H6 P2O6 = H3PO3 Aacutecido fosfoacutenico
P2O5+ 3H2O = H6 P2O8 = H3PO4 Aacutecido fosfoacuterico
No es necesario utilizar los teacuterminos ortofosfoacutenico y ortofosfoacuterico
Oxoaacutecidos del carbono y del silicio
El estado de oxidacioacuten en ambos casos es de +IV Los maacutes comunes son
H2CO3 Aacutecido carboacutenico
H4SiO4 Aacutecido ortosiliacutecico
HidroacutexidosEn este apartado vamos a ver unos compuestos formados por la combinacioacuten del anioacuten hidroxilo (OH-) con diversos cationes metaacutelicos El modo de nombrar estos hidroacutexidos es
LiOH Hidroacutexido de litio
Ba(OH)2 Hidroacutexido de bario
Fe(OH)2 Hidroacutexido de hierro (II)
Fe(OH)3 Hidroacutexido de hierro (III)
Cr(OH)2 Hidroacutexido de hierro (III)
NH4(OH) Hidroacutexido de amonio
Cationes y Aniones
CationesCuando un aacutetomo pierde electrones (los electrones de sus orbitales maacutes externos tambieacuten llamados electrones de valencia) adquiere como es loacutegico una carga positiva netaPara nombrar estas ldquoespecies quiacutemicasrdquo basta anteponer la palabra catioacuten o ion al nombre del elemento
En los casos en que el aacutetomo puede adoptar distintos estados de oxidacioacuten se indica entre pareacutentesis Algunos ejemplos son
H+ Ioacuten hidroacutegeno Li+ Ioacuten litio
Cu+ Ioacuten cobre (I) Cu+2 Ioacuten cobre (II)
Fe+2 Ioacuten hierro (II) Fe+3 Ioacuten hierro (III)
Sn+2 Ioacuten estantildeo (II) Pb+4 Ioacuten plomo (IV)
Hay bastantes compuestos ndashcomo por ejemplo el amoniacuteacondash que disponen de electrones libres no compartidos Estos compuestos se unen al catioacuten hidroacutegeno para dar una especie cargada positivamente Para nombrar estas especies cargadas debe antildeadirse la terminacioacuten ndashonio tal como se ve en los siguientes ejemplos
NH4+ Ioacuten amonio
PH4+ Ioacuten fosfonio
AsH4+ Ioacuten arsonio
H3O+ Ioacuten oxonio
Aniones
Se llaman aniones a las ldquoespecies quiacutemicasrdquo cargadas negativamente Los aniones maacutes simples son los monoatoacutemicos que proceden de la ganancia de uno o maacutes electrones por un elemento electronegativoPara nombrar los iones monoatoacutemicos se utiliza la terminacioacuten ndashuro como en los siguientes ejemplos
Hndash Ioacuten hidruro
Sndash2 Ioacuten sulfuro
Fndash Ioacuten fluoruro
Sendash2 Ioacuten seleniuro
Clndash Ioacuten cloruro
Nndash3 Ioacuten nitruro
Brndash Ioacuten bromuro
Pndash3 Ioacuten fosfuro
Indash Ioacuten yoduro Asndash3 Ioacuten arseniuro
Los aniones poliatoacutemicos se pueden considerar como provenientes de otras moleacuteculas por peacuterdida de uno o maacutes iones hidroacutegeno El ion de este tipo maacutes usual y sencillo es el ion hidroxilo (OHndash) que procede de la peacuterdida de un ion hidroacutegeno del aguaSin embargo la gran mayoriacutea de los aniones poliatoacutemicos proceden ndasho se puede considerar que procedenndash de un aacutecido que ha perdido o cedido sus hidroacutegenosPara nombrar estos aniones se utilizan los sufijos ndashito y ndashato seguacuten que el aacutecido de procedencia termine en ndashoso o en ndashico respectivamente
HClO Aacutecido hipocloroso
ClOndash Ioacuten hipoclorito
H2SO3 Aacutecido sulfuroso
SO3ndash2 Ioacuten sulfito
HClO3 Aacutecido cloacuterico ClO3ndash Ioacuten clorato
HClO4 Aacutecido percloacuterico
ClO4ndash Ioacuten perclorato
H2SO4 Aacutecido sulfurico
SO4ndash2 Ioacuten sulfato
A menudo para ldquoconstruirrdquo el nombre del anioacuten no se reemplazan simplemente las terminaciones oso-ico por ito-ato sino que la raiacutez del nombre se contrae Por ejemplo no se dice iones sulfurito y sulfurato sino iones sulfito y sulfato
Peroacutexidos y PeroxiaacutecidosLa formacioacuten de estos compuestos se debe a la posibilidad que tiene el oxiacutegeno de enlazarse consigo mismo para formar el grupo peroacutexido
Este grupo da lugar a compuestos como
H2O2 Peroacutexido de hidroacutegeno
Li2O2 Peroacutexido de litio
Na2O2 Peroacutexido de sodio
BaO2 Peroacutexido de bario
CuO2 Peroacutexido de cobre (II)
ZnO2 Peroacutexido de ZincEsta agrupacioacuten peroxo (ndashOndashOndash) se puede presentar tambieacuten en ciertos aacutecidos que se denominan peroxoaacutecidos
Estequiometriacutea Ecuaciones quiacutemicas
Reaccioacuten quiacutemica y ecuaciones quiacutemicasUna Reaccioacuten quiacutemica es un proceso en el cual una sustancia (o sustancias) desaparece para formar una o maacutes sustancias nuevasLas ecuaciones quiacutemicas son el modo de representar a las reacciones quiacutemicasPor ejemplo el hidroacutegeno gas (H2) puede reaccionar con oxiacutegeno gas(O2) para dar agua (H20) La ecuacioacuten quiacutemica para esta reaccioacuten se escribe
El + se lee como reacciona conLa flecha significa produceLas foacutermulas quiacutemicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivosA la derecha de la flecha estaacuten las formulas quiacutemicas de las sustancias producidas denominadas productosLos nuacutemeros al lado de las formulas son los coeficientes (el coeficiente 1 se omite)
Estequiometriacutea de la reaccioacuten quiacutemica
Ahora estudiaremos la estequiometriacutea es decir la medicioacuten de los elementos)Las transformaciones que ocurren en una reaccioacuten quimica se rigen por la Ley de la conservacioacuten de la masa Los aacutetomos no se crean ni se destruyen durante una reaccioacuten quiacutemicaEntonces el mismo conjunto de aacutetomos estaacute presente antes durante y despueacutes de la reaccioacuten Los cambios que ocurren en una reaccioacuten quiacutemica simplemente consisten en una reordenacioacuten de los aacutetomosPor lo tanto una ecuacioacuten quiacutemica ha de tener el mismo nuacutemero de aacutetomos de cada elemento a ambos lados de la flecha Se dice entonces que la ecuacioacuten estaacute balanceada
2H2 + O2 2H2O
Reactivos Productos
4H y 2O = 4H + 2O
Pasos que son necesarios para escribir una reaccioacuten ajustada
1) Se determina cuales son los reactivos y los productos2) Se escribe una ecuacioacuten no ajustada usando las foacutermulas de los reactivos y de los productos3) Se ajusta la reaccioacuten determinando los coeficientes que nos dan nuacutemeros iguales de cada tipo de aacutetomo en cada lado de la flecha de reaccioacuten generalmente nuacutemeros enteros
Ejemplo 1
Consideremos la reaccioacuten de combustioacuten del metano gaseoso (CH4) en aire
Paso 1Sabemos que en esta reaccioacuten se consume (O2) y produce agua (H2O) y dioacutexido de carbono (CO2)
Luegolos reactivos son CH4 y O2 ylos productos son H2O y CO2
Paso 2
la ecuacioacuten quiacutemica sin ajustar seraacute
Paso 3 Ahora contamos los aacutetomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos
Entoncesuna moleacutecula de metano reacciona con dos moleacuteculas de oxiacutegeno para producir dos moleacuteculas agua y una moleacutecula de dioacutexido de carbono
Ejemplo 2
Ecuacioacuten balanceada
Ecuacioacuten balanceada
Ejemplo 3
Ajustar primero la moleacutecula mayor
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Oxoaacutecidos del grupo VIADe los oxoaacutecidos de azufre selenio y teluro los maacutes representativos son aquellos en los que el nuacutemero de oxidacioacuten es +IV y +VI Para estos aacutecidos se utilizan los sufijos ndashoso e ndashico
H2SO3 Aacutecido sulfuroso H2SO4 Aacutecido sulfuacuterico
H2SeO3 Aacutecido selenioso H2SeO4 Aacutecido seleacutenico
H2TeO3 Aacutecido teluroso H2TeO4 Aacutecido teluacuterico
Oxoaacutecidos del grupo VA
Los aacutecidos maacutes comunes del nitroacutegeno son el aacutecido nitroso y el aacutecido niacutetrico en los que el nitroacutegeno presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III y +V respectivamente
HNO2 Aacutecido nitroso HNO3 Aacutecido niacutetrico
Los aacutecidos de foacutesforo maacutes comunes son el fosfoacutenico (antes llamado fosforoso en el que el foacutesforo presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III) y el fosfoacuterico (nuacutemero de oxidacioacuten +V) Ambos aacutecidos son en realidad ortoaacutecidos es decir contienen tres moleacuteculas de agua en su formacioacuten
P2O3+ 3H2O = H6 P2O6 = H3PO3 Aacutecido fosfoacutenico
P2O5+ 3H2O = H6 P2O8 = H3PO4 Aacutecido fosfoacuterico
No es necesario utilizar los teacuterminos ortofosfoacutenico y ortofosfoacuterico
Oxoaacutecidos del carbono y del silicio
El estado de oxidacioacuten en ambos casos es de +IV Los maacutes comunes son
H2CO3 Aacutecido carboacutenico
H4SiO4 Aacutecido ortosiliacutecico
HidroacutexidosEn este apartado vamos a ver unos compuestos formados por la combinacioacuten del anioacuten hidroxilo (OH-) con diversos cationes metaacutelicos El modo de nombrar estos hidroacutexidos es
LiOH Hidroacutexido de litio
Ba(OH)2 Hidroacutexido de bario
Fe(OH)2 Hidroacutexido de hierro (II)
Fe(OH)3 Hidroacutexido de hierro (III)
Cr(OH)2 Hidroacutexido de hierro (III)
NH4(OH) Hidroacutexido de amonio
Cationes y Aniones
CationesCuando un aacutetomo pierde electrones (los electrones de sus orbitales maacutes externos tambieacuten llamados electrones de valencia) adquiere como es loacutegico una carga positiva netaPara nombrar estas ldquoespecies quiacutemicasrdquo basta anteponer la palabra catioacuten o ion al nombre del elemento
En los casos en que el aacutetomo puede adoptar distintos estados de oxidacioacuten se indica entre pareacutentesis Algunos ejemplos son
H+ Ioacuten hidroacutegeno Li+ Ioacuten litio
Cu+ Ioacuten cobre (I) Cu+2 Ioacuten cobre (II)
Fe+2 Ioacuten hierro (II) Fe+3 Ioacuten hierro (III)
Sn+2 Ioacuten estantildeo (II) Pb+4 Ioacuten plomo (IV)
Hay bastantes compuestos ndashcomo por ejemplo el amoniacuteacondash que disponen de electrones libres no compartidos Estos compuestos se unen al catioacuten hidroacutegeno para dar una especie cargada positivamente Para nombrar estas especies cargadas debe antildeadirse la terminacioacuten ndashonio tal como se ve en los siguientes ejemplos
NH4+ Ioacuten amonio
PH4+ Ioacuten fosfonio
AsH4+ Ioacuten arsonio
H3O+ Ioacuten oxonio
Aniones
Se llaman aniones a las ldquoespecies quiacutemicasrdquo cargadas negativamente Los aniones maacutes simples son los monoatoacutemicos que proceden de la ganancia de uno o maacutes electrones por un elemento electronegativoPara nombrar los iones monoatoacutemicos se utiliza la terminacioacuten ndashuro como en los siguientes ejemplos
Hndash Ioacuten hidruro
Sndash2 Ioacuten sulfuro
Fndash Ioacuten fluoruro
Sendash2 Ioacuten seleniuro
Clndash Ioacuten cloruro
Nndash3 Ioacuten nitruro
Brndash Ioacuten bromuro
Pndash3 Ioacuten fosfuro
Indash Ioacuten yoduro Asndash3 Ioacuten arseniuro
Los aniones poliatoacutemicos se pueden considerar como provenientes de otras moleacuteculas por peacuterdida de uno o maacutes iones hidroacutegeno El ion de este tipo maacutes usual y sencillo es el ion hidroxilo (OHndash) que procede de la peacuterdida de un ion hidroacutegeno del aguaSin embargo la gran mayoriacutea de los aniones poliatoacutemicos proceden ndasho se puede considerar que procedenndash de un aacutecido que ha perdido o cedido sus hidroacutegenosPara nombrar estos aniones se utilizan los sufijos ndashito y ndashato seguacuten que el aacutecido de procedencia termine en ndashoso o en ndashico respectivamente
HClO Aacutecido hipocloroso
ClOndash Ioacuten hipoclorito
H2SO3 Aacutecido sulfuroso
SO3ndash2 Ioacuten sulfito
HClO3 Aacutecido cloacuterico ClO3ndash Ioacuten clorato
HClO4 Aacutecido percloacuterico
ClO4ndash Ioacuten perclorato
H2SO4 Aacutecido sulfurico
SO4ndash2 Ioacuten sulfato
A menudo para ldquoconstruirrdquo el nombre del anioacuten no se reemplazan simplemente las terminaciones oso-ico por ito-ato sino que la raiacutez del nombre se contrae Por ejemplo no se dice iones sulfurito y sulfurato sino iones sulfito y sulfato
Peroacutexidos y PeroxiaacutecidosLa formacioacuten de estos compuestos se debe a la posibilidad que tiene el oxiacutegeno de enlazarse consigo mismo para formar el grupo peroacutexido
Este grupo da lugar a compuestos como
H2O2 Peroacutexido de hidroacutegeno
Li2O2 Peroacutexido de litio
Na2O2 Peroacutexido de sodio
BaO2 Peroacutexido de bario
CuO2 Peroacutexido de cobre (II)
ZnO2 Peroacutexido de ZincEsta agrupacioacuten peroxo (ndashOndashOndash) se puede presentar tambieacuten en ciertos aacutecidos que se denominan peroxoaacutecidos
Estequiometriacutea Ecuaciones quiacutemicas
Reaccioacuten quiacutemica y ecuaciones quiacutemicasUna Reaccioacuten quiacutemica es un proceso en el cual una sustancia (o sustancias) desaparece para formar una o maacutes sustancias nuevasLas ecuaciones quiacutemicas son el modo de representar a las reacciones quiacutemicasPor ejemplo el hidroacutegeno gas (H2) puede reaccionar con oxiacutegeno gas(O2) para dar agua (H20) La ecuacioacuten quiacutemica para esta reaccioacuten se escribe
El + se lee como reacciona conLa flecha significa produceLas foacutermulas quiacutemicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivosA la derecha de la flecha estaacuten las formulas quiacutemicas de las sustancias producidas denominadas productosLos nuacutemeros al lado de las formulas son los coeficientes (el coeficiente 1 se omite)
Estequiometriacutea de la reaccioacuten quiacutemica
Ahora estudiaremos la estequiometriacutea es decir la medicioacuten de los elementos)Las transformaciones que ocurren en una reaccioacuten quimica se rigen por la Ley de la conservacioacuten de la masa Los aacutetomos no se crean ni se destruyen durante una reaccioacuten quiacutemicaEntonces el mismo conjunto de aacutetomos estaacute presente antes durante y despueacutes de la reaccioacuten Los cambios que ocurren en una reaccioacuten quiacutemica simplemente consisten en una reordenacioacuten de los aacutetomosPor lo tanto una ecuacioacuten quiacutemica ha de tener el mismo nuacutemero de aacutetomos de cada elemento a ambos lados de la flecha Se dice entonces que la ecuacioacuten estaacute balanceada
2H2 + O2 2H2O
Reactivos Productos
4H y 2O = 4H + 2O
Pasos que son necesarios para escribir una reaccioacuten ajustada
1) Se determina cuales son los reactivos y los productos2) Se escribe una ecuacioacuten no ajustada usando las foacutermulas de los reactivos y de los productos3) Se ajusta la reaccioacuten determinando los coeficientes que nos dan nuacutemeros iguales de cada tipo de aacutetomo en cada lado de la flecha de reaccioacuten generalmente nuacutemeros enteros
Ejemplo 1
Consideremos la reaccioacuten de combustioacuten del metano gaseoso (CH4) en aire
Paso 1Sabemos que en esta reaccioacuten se consume (O2) y produce agua (H2O) y dioacutexido de carbono (CO2)
Luegolos reactivos son CH4 y O2 ylos productos son H2O y CO2
Paso 2
la ecuacioacuten quiacutemica sin ajustar seraacute
Paso 3 Ahora contamos los aacutetomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos
Entoncesuna moleacutecula de metano reacciona con dos moleacuteculas de oxiacutegeno para producir dos moleacuteculas agua y una moleacutecula de dioacutexido de carbono
Ejemplo 2
Ecuacioacuten balanceada
Ecuacioacuten balanceada
Ejemplo 3
Ajustar primero la moleacutecula mayor
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Oxoaacutecidos del grupo VA
Los aacutecidos maacutes comunes del nitroacutegeno son el aacutecido nitroso y el aacutecido niacutetrico en los que el nitroacutegeno presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III y +V respectivamente
HNO2 Aacutecido nitroso HNO3 Aacutecido niacutetrico
Los aacutecidos de foacutesforo maacutes comunes son el fosfoacutenico (antes llamado fosforoso en el que el foacutesforo presenta nuacutemero de oxidacioacuten +III) y el fosfoacuterico (nuacutemero de oxidacioacuten +V) Ambos aacutecidos son en realidad ortoaacutecidos es decir contienen tres moleacuteculas de agua en su formacioacuten
P2O3+ 3H2O = H6 P2O6 = H3PO3 Aacutecido fosfoacutenico
P2O5+ 3H2O = H6 P2O8 = H3PO4 Aacutecido fosfoacuterico
No es necesario utilizar los teacuterminos ortofosfoacutenico y ortofosfoacuterico
Oxoaacutecidos del carbono y del silicio
El estado de oxidacioacuten en ambos casos es de +IV Los maacutes comunes son
H2CO3 Aacutecido carboacutenico
H4SiO4 Aacutecido ortosiliacutecico
HidroacutexidosEn este apartado vamos a ver unos compuestos formados por la combinacioacuten del anioacuten hidroxilo (OH-) con diversos cationes metaacutelicos El modo de nombrar estos hidroacutexidos es
LiOH Hidroacutexido de litio
Ba(OH)2 Hidroacutexido de bario
Fe(OH)2 Hidroacutexido de hierro (II)
Fe(OH)3 Hidroacutexido de hierro (III)
Cr(OH)2 Hidroacutexido de hierro (III)
NH4(OH) Hidroacutexido de amonio
Cationes y Aniones
CationesCuando un aacutetomo pierde electrones (los electrones de sus orbitales maacutes externos tambieacuten llamados electrones de valencia) adquiere como es loacutegico una carga positiva netaPara nombrar estas ldquoespecies quiacutemicasrdquo basta anteponer la palabra catioacuten o ion al nombre del elemento
En los casos en que el aacutetomo puede adoptar distintos estados de oxidacioacuten se indica entre pareacutentesis Algunos ejemplos son
H+ Ioacuten hidroacutegeno Li+ Ioacuten litio
Cu+ Ioacuten cobre (I) Cu+2 Ioacuten cobre (II)
Fe+2 Ioacuten hierro (II) Fe+3 Ioacuten hierro (III)
Sn+2 Ioacuten estantildeo (II) Pb+4 Ioacuten plomo (IV)
Hay bastantes compuestos ndashcomo por ejemplo el amoniacuteacondash que disponen de electrones libres no compartidos Estos compuestos se unen al catioacuten hidroacutegeno para dar una especie cargada positivamente Para nombrar estas especies cargadas debe antildeadirse la terminacioacuten ndashonio tal como se ve en los siguientes ejemplos
NH4+ Ioacuten amonio
PH4+ Ioacuten fosfonio
AsH4+ Ioacuten arsonio
H3O+ Ioacuten oxonio
Aniones
Se llaman aniones a las ldquoespecies quiacutemicasrdquo cargadas negativamente Los aniones maacutes simples son los monoatoacutemicos que proceden de la ganancia de uno o maacutes electrones por un elemento electronegativoPara nombrar los iones monoatoacutemicos se utiliza la terminacioacuten ndashuro como en los siguientes ejemplos
Hndash Ioacuten hidruro
Sndash2 Ioacuten sulfuro
Fndash Ioacuten fluoruro
Sendash2 Ioacuten seleniuro
Clndash Ioacuten cloruro
Nndash3 Ioacuten nitruro
Brndash Ioacuten bromuro
Pndash3 Ioacuten fosfuro
Indash Ioacuten yoduro Asndash3 Ioacuten arseniuro
Los aniones poliatoacutemicos se pueden considerar como provenientes de otras moleacuteculas por peacuterdida de uno o maacutes iones hidroacutegeno El ion de este tipo maacutes usual y sencillo es el ion hidroxilo (OHndash) que procede de la peacuterdida de un ion hidroacutegeno del aguaSin embargo la gran mayoriacutea de los aniones poliatoacutemicos proceden ndasho se puede considerar que procedenndash de un aacutecido que ha perdido o cedido sus hidroacutegenosPara nombrar estos aniones se utilizan los sufijos ndashito y ndashato seguacuten que el aacutecido de procedencia termine en ndashoso o en ndashico respectivamente
HClO Aacutecido hipocloroso
ClOndash Ioacuten hipoclorito
H2SO3 Aacutecido sulfuroso
SO3ndash2 Ioacuten sulfito
HClO3 Aacutecido cloacuterico ClO3ndash Ioacuten clorato
HClO4 Aacutecido percloacuterico
ClO4ndash Ioacuten perclorato
H2SO4 Aacutecido sulfurico
SO4ndash2 Ioacuten sulfato
A menudo para ldquoconstruirrdquo el nombre del anioacuten no se reemplazan simplemente las terminaciones oso-ico por ito-ato sino que la raiacutez del nombre se contrae Por ejemplo no se dice iones sulfurito y sulfurato sino iones sulfito y sulfato
Peroacutexidos y PeroxiaacutecidosLa formacioacuten de estos compuestos se debe a la posibilidad que tiene el oxiacutegeno de enlazarse consigo mismo para formar el grupo peroacutexido
Este grupo da lugar a compuestos como
H2O2 Peroacutexido de hidroacutegeno
Li2O2 Peroacutexido de litio
Na2O2 Peroacutexido de sodio
BaO2 Peroacutexido de bario
CuO2 Peroacutexido de cobre (II)
ZnO2 Peroacutexido de ZincEsta agrupacioacuten peroxo (ndashOndashOndash) se puede presentar tambieacuten en ciertos aacutecidos que se denominan peroxoaacutecidos
Estequiometriacutea Ecuaciones quiacutemicas
Reaccioacuten quiacutemica y ecuaciones quiacutemicasUna Reaccioacuten quiacutemica es un proceso en el cual una sustancia (o sustancias) desaparece para formar una o maacutes sustancias nuevasLas ecuaciones quiacutemicas son el modo de representar a las reacciones quiacutemicasPor ejemplo el hidroacutegeno gas (H2) puede reaccionar con oxiacutegeno gas(O2) para dar agua (H20) La ecuacioacuten quiacutemica para esta reaccioacuten se escribe
El + se lee como reacciona conLa flecha significa produceLas foacutermulas quiacutemicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivosA la derecha de la flecha estaacuten las formulas quiacutemicas de las sustancias producidas denominadas productosLos nuacutemeros al lado de las formulas son los coeficientes (el coeficiente 1 se omite)
Estequiometriacutea de la reaccioacuten quiacutemica
Ahora estudiaremos la estequiometriacutea es decir la medicioacuten de los elementos)Las transformaciones que ocurren en una reaccioacuten quimica se rigen por la Ley de la conservacioacuten de la masa Los aacutetomos no se crean ni se destruyen durante una reaccioacuten quiacutemicaEntonces el mismo conjunto de aacutetomos estaacute presente antes durante y despueacutes de la reaccioacuten Los cambios que ocurren en una reaccioacuten quiacutemica simplemente consisten en una reordenacioacuten de los aacutetomosPor lo tanto una ecuacioacuten quiacutemica ha de tener el mismo nuacutemero de aacutetomos de cada elemento a ambos lados de la flecha Se dice entonces que la ecuacioacuten estaacute balanceada
2H2 + O2 2H2O
Reactivos Productos
4H y 2O = 4H + 2O
Pasos que son necesarios para escribir una reaccioacuten ajustada
1) Se determina cuales son los reactivos y los productos2) Se escribe una ecuacioacuten no ajustada usando las foacutermulas de los reactivos y de los productos3) Se ajusta la reaccioacuten determinando los coeficientes que nos dan nuacutemeros iguales de cada tipo de aacutetomo en cada lado de la flecha de reaccioacuten generalmente nuacutemeros enteros
Ejemplo 1
Consideremos la reaccioacuten de combustioacuten del metano gaseoso (CH4) en aire
Paso 1Sabemos que en esta reaccioacuten se consume (O2) y produce agua (H2O) y dioacutexido de carbono (CO2)
Luegolos reactivos son CH4 y O2 ylos productos son H2O y CO2
Paso 2
la ecuacioacuten quiacutemica sin ajustar seraacute
Paso 3 Ahora contamos los aacutetomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos
Entoncesuna moleacutecula de metano reacciona con dos moleacuteculas de oxiacutegeno para producir dos moleacuteculas agua y una moleacutecula de dioacutexido de carbono
Ejemplo 2
Ecuacioacuten balanceada
Ecuacioacuten balanceada
Ejemplo 3
Ajustar primero la moleacutecula mayor
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Oxoaacutecidos del carbono y del silicio
El estado de oxidacioacuten en ambos casos es de +IV Los maacutes comunes son
H2CO3 Aacutecido carboacutenico
H4SiO4 Aacutecido ortosiliacutecico
HidroacutexidosEn este apartado vamos a ver unos compuestos formados por la combinacioacuten del anioacuten hidroxilo (OH-) con diversos cationes metaacutelicos El modo de nombrar estos hidroacutexidos es
LiOH Hidroacutexido de litio
Ba(OH)2 Hidroacutexido de bario
Fe(OH)2 Hidroacutexido de hierro (II)
Fe(OH)3 Hidroacutexido de hierro (III)
Cr(OH)2 Hidroacutexido de hierro (III)
NH4(OH) Hidroacutexido de amonio
Cationes y Aniones
CationesCuando un aacutetomo pierde electrones (los electrones de sus orbitales maacutes externos tambieacuten llamados electrones de valencia) adquiere como es loacutegico una carga positiva netaPara nombrar estas ldquoespecies quiacutemicasrdquo basta anteponer la palabra catioacuten o ion al nombre del elemento
En los casos en que el aacutetomo puede adoptar distintos estados de oxidacioacuten se indica entre pareacutentesis Algunos ejemplos son
H+ Ioacuten hidroacutegeno Li+ Ioacuten litio
Cu+ Ioacuten cobre (I) Cu+2 Ioacuten cobre (II)
Fe+2 Ioacuten hierro (II) Fe+3 Ioacuten hierro (III)
Sn+2 Ioacuten estantildeo (II) Pb+4 Ioacuten plomo (IV)
Hay bastantes compuestos ndashcomo por ejemplo el amoniacuteacondash que disponen de electrones libres no compartidos Estos compuestos se unen al catioacuten hidroacutegeno para dar una especie cargada positivamente Para nombrar estas especies cargadas debe antildeadirse la terminacioacuten ndashonio tal como se ve en los siguientes ejemplos
NH4+ Ioacuten amonio
PH4+ Ioacuten fosfonio
AsH4+ Ioacuten arsonio
H3O+ Ioacuten oxonio
Aniones
Se llaman aniones a las ldquoespecies quiacutemicasrdquo cargadas negativamente Los aniones maacutes simples son los monoatoacutemicos que proceden de la ganancia de uno o maacutes electrones por un elemento electronegativoPara nombrar los iones monoatoacutemicos se utiliza la terminacioacuten ndashuro como en los siguientes ejemplos
Hndash Ioacuten hidruro
Sndash2 Ioacuten sulfuro
Fndash Ioacuten fluoruro
Sendash2 Ioacuten seleniuro
Clndash Ioacuten cloruro
Nndash3 Ioacuten nitruro
Brndash Ioacuten bromuro
Pndash3 Ioacuten fosfuro
Indash Ioacuten yoduro Asndash3 Ioacuten arseniuro
Los aniones poliatoacutemicos se pueden considerar como provenientes de otras moleacuteculas por peacuterdida de uno o maacutes iones hidroacutegeno El ion de este tipo maacutes usual y sencillo es el ion hidroxilo (OHndash) que procede de la peacuterdida de un ion hidroacutegeno del aguaSin embargo la gran mayoriacutea de los aniones poliatoacutemicos proceden ndasho se puede considerar que procedenndash de un aacutecido que ha perdido o cedido sus hidroacutegenosPara nombrar estos aniones se utilizan los sufijos ndashito y ndashato seguacuten que el aacutecido de procedencia termine en ndashoso o en ndashico respectivamente
HClO Aacutecido hipocloroso
ClOndash Ioacuten hipoclorito
H2SO3 Aacutecido sulfuroso
SO3ndash2 Ioacuten sulfito
HClO3 Aacutecido cloacuterico ClO3ndash Ioacuten clorato
HClO4 Aacutecido percloacuterico
ClO4ndash Ioacuten perclorato
H2SO4 Aacutecido sulfurico
SO4ndash2 Ioacuten sulfato
A menudo para ldquoconstruirrdquo el nombre del anioacuten no se reemplazan simplemente las terminaciones oso-ico por ito-ato sino que la raiacutez del nombre se contrae Por ejemplo no se dice iones sulfurito y sulfurato sino iones sulfito y sulfato
Peroacutexidos y PeroxiaacutecidosLa formacioacuten de estos compuestos se debe a la posibilidad que tiene el oxiacutegeno de enlazarse consigo mismo para formar el grupo peroacutexido
Este grupo da lugar a compuestos como
H2O2 Peroacutexido de hidroacutegeno
Li2O2 Peroacutexido de litio
Na2O2 Peroacutexido de sodio
BaO2 Peroacutexido de bario
CuO2 Peroacutexido de cobre (II)
ZnO2 Peroacutexido de ZincEsta agrupacioacuten peroxo (ndashOndashOndash) se puede presentar tambieacuten en ciertos aacutecidos que se denominan peroxoaacutecidos
Estequiometriacutea Ecuaciones quiacutemicas
Reaccioacuten quiacutemica y ecuaciones quiacutemicasUna Reaccioacuten quiacutemica es un proceso en el cual una sustancia (o sustancias) desaparece para formar una o maacutes sustancias nuevasLas ecuaciones quiacutemicas son el modo de representar a las reacciones quiacutemicasPor ejemplo el hidroacutegeno gas (H2) puede reaccionar con oxiacutegeno gas(O2) para dar agua (H20) La ecuacioacuten quiacutemica para esta reaccioacuten se escribe
El + se lee como reacciona conLa flecha significa produceLas foacutermulas quiacutemicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivosA la derecha de la flecha estaacuten las formulas quiacutemicas de las sustancias producidas denominadas productosLos nuacutemeros al lado de las formulas son los coeficientes (el coeficiente 1 se omite)
Estequiometriacutea de la reaccioacuten quiacutemica
Ahora estudiaremos la estequiometriacutea es decir la medicioacuten de los elementos)Las transformaciones que ocurren en una reaccioacuten quimica se rigen por la Ley de la conservacioacuten de la masa Los aacutetomos no se crean ni se destruyen durante una reaccioacuten quiacutemicaEntonces el mismo conjunto de aacutetomos estaacute presente antes durante y despueacutes de la reaccioacuten Los cambios que ocurren en una reaccioacuten quiacutemica simplemente consisten en una reordenacioacuten de los aacutetomosPor lo tanto una ecuacioacuten quiacutemica ha de tener el mismo nuacutemero de aacutetomos de cada elemento a ambos lados de la flecha Se dice entonces que la ecuacioacuten estaacute balanceada
2H2 + O2 2H2O
Reactivos Productos
4H y 2O = 4H + 2O
Pasos que son necesarios para escribir una reaccioacuten ajustada
1) Se determina cuales son los reactivos y los productos2) Se escribe una ecuacioacuten no ajustada usando las foacutermulas de los reactivos y de los productos3) Se ajusta la reaccioacuten determinando los coeficientes que nos dan nuacutemeros iguales de cada tipo de aacutetomo en cada lado de la flecha de reaccioacuten generalmente nuacutemeros enteros
Ejemplo 1
Consideremos la reaccioacuten de combustioacuten del metano gaseoso (CH4) en aire
Paso 1Sabemos que en esta reaccioacuten se consume (O2) y produce agua (H2O) y dioacutexido de carbono (CO2)
Luegolos reactivos son CH4 y O2 ylos productos son H2O y CO2
Paso 2
la ecuacioacuten quiacutemica sin ajustar seraacute
Paso 3 Ahora contamos los aacutetomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos
Entoncesuna moleacutecula de metano reacciona con dos moleacuteculas de oxiacutegeno para producir dos moleacuteculas agua y una moleacutecula de dioacutexido de carbono
Ejemplo 2
Ecuacioacuten balanceada
Ecuacioacuten balanceada
Ejemplo 3
Ajustar primero la moleacutecula mayor
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
HidroacutexidosEn este apartado vamos a ver unos compuestos formados por la combinacioacuten del anioacuten hidroxilo (OH-) con diversos cationes metaacutelicos El modo de nombrar estos hidroacutexidos es
LiOH Hidroacutexido de litio
Ba(OH)2 Hidroacutexido de bario
Fe(OH)2 Hidroacutexido de hierro (II)
Fe(OH)3 Hidroacutexido de hierro (III)
Cr(OH)2 Hidroacutexido de hierro (III)
NH4(OH) Hidroacutexido de amonio
Cationes y Aniones
CationesCuando un aacutetomo pierde electrones (los electrones de sus orbitales maacutes externos tambieacuten llamados electrones de valencia) adquiere como es loacutegico una carga positiva netaPara nombrar estas ldquoespecies quiacutemicasrdquo basta anteponer la palabra catioacuten o ion al nombre del elemento
En los casos en que el aacutetomo puede adoptar distintos estados de oxidacioacuten se indica entre pareacutentesis Algunos ejemplos son
H+ Ioacuten hidroacutegeno Li+ Ioacuten litio
Cu+ Ioacuten cobre (I) Cu+2 Ioacuten cobre (II)
Fe+2 Ioacuten hierro (II) Fe+3 Ioacuten hierro (III)
Sn+2 Ioacuten estantildeo (II) Pb+4 Ioacuten plomo (IV)
Hay bastantes compuestos ndashcomo por ejemplo el amoniacuteacondash que disponen de electrones libres no compartidos Estos compuestos se unen al catioacuten hidroacutegeno para dar una especie cargada positivamente Para nombrar estas especies cargadas debe antildeadirse la terminacioacuten ndashonio tal como se ve en los siguientes ejemplos
NH4+ Ioacuten amonio
PH4+ Ioacuten fosfonio
AsH4+ Ioacuten arsonio
H3O+ Ioacuten oxonio
Aniones
Se llaman aniones a las ldquoespecies quiacutemicasrdquo cargadas negativamente Los aniones maacutes simples son los monoatoacutemicos que proceden de la ganancia de uno o maacutes electrones por un elemento electronegativoPara nombrar los iones monoatoacutemicos se utiliza la terminacioacuten ndashuro como en los siguientes ejemplos
Hndash Ioacuten hidruro
Sndash2 Ioacuten sulfuro
Fndash Ioacuten fluoruro
Sendash2 Ioacuten seleniuro
Clndash Ioacuten cloruro
Nndash3 Ioacuten nitruro
Brndash Ioacuten bromuro
Pndash3 Ioacuten fosfuro
Indash Ioacuten yoduro Asndash3 Ioacuten arseniuro
Los aniones poliatoacutemicos se pueden considerar como provenientes de otras moleacuteculas por peacuterdida de uno o maacutes iones hidroacutegeno El ion de este tipo maacutes usual y sencillo es el ion hidroxilo (OHndash) que procede de la peacuterdida de un ion hidroacutegeno del aguaSin embargo la gran mayoriacutea de los aniones poliatoacutemicos proceden ndasho se puede considerar que procedenndash de un aacutecido que ha perdido o cedido sus hidroacutegenosPara nombrar estos aniones se utilizan los sufijos ndashito y ndashato seguacuten que el aacutecido de procedencia termine en ndashoso o en ndashico respectivamente
HClO Aacutecido hipocloroso
ClOndash Ioacuten hipoclorito
H2SO3 Aacutecido sulfuroso
SO3ndash2 Ioacuten sulfito
HClO3 Aacutecido cloacuterico ClO3ndash Ioacuten clorato
HClO4 Aacutecido percloacuterico
ClO4ndash Ioacuten perclorato
H2SO4 Aacutecido sulfurico
SO4ndash2 Ioacuten sulfato
A menudo para ldquoconstruirrdquo el nombre del anioacuten no se reemplazan simplemente las terminaciones oso-ico por ito-ato sino que la raiacutez del nombre se contrae Por ejemplo no se dice iones sulfurito y sulfurato sino iones sulfito y sulfato
Peroacutexidos y PeroxiaacutecidosLa formacioacuten de estos compuestos se debe a la posibilidad que tiene el oxiacutegeno de enlazarse consigo mismo para formar el grupo peroacutexido
Este grupo da lugar a compuestos como
H2O2 Peroacutexido de hidroacutegeno
Li2O2 Peroacutexido de litio
Na2O2 Peroacutexido de sodio
BaO2 Peroacutexido de bario
CuO2 Peroacutexido de cobre (II)
ZnO2 Peroacutexido de ZincEsta agrupacioacuten peroxo (ndashOndashOndash) se puede presentar tambieacuten en ciertos aacutecidos que se denominan peroxoaacutecidos
Estequiometriacutea Ecuaciones quiacutemicas
Reaccioacuten quiacutemica y ecuaciones quiacutemicasUna Reaccioacuten quiacutemica es un proceso en el cual una sustancia (o sustancias) desaparece para formar una o maacutes sustancias nuevasLas ecuaciones quiacutemicas son el modo de representar a las reacciones quiacutemicasPor ejemplo el hidroacutegeno gas (H2) puede reaccionar con oxiacutegeno gas(O2) para dar agua (H20) La ecuacioacuten quiacutemica para esta reaccioacuten se escribe
El + se lee como reacciona conLa flecha significa produceLas foacutermulas quiacutemicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivosA la derecha de la flecha estaacuten las formulas quiacutemicas de las sustancias producidas denominadas productosLos nuacutemeros al lado de las formulas son los coeficientes (el coeficiente 1 se omite)
Estequiometriacutea de la reaccioacuten quiacutemica
Ahora estudiaremos la estequiometriacutea es decir la medicioacuten de los elementos)Las transformaciones que ocurren en una reaccioacuten quimica se rigen por la Ley de la conservacioacuten de la masa Los aacutetomos no se crean ni se destruyen durante una reaccioacuten quiacutemicaEntonces el mismo conjunto de aacutetomos estaacute presente antes durante y despueacutes de la reaccioacuten Los cambios que ocurren en una reaccioacuten quiacutemica simplemente consisten en una reordenacioacuten de los aacutetomosPor lo tanto una ecuacioacuten quiacutemica ha de tener el mismo nuacutemero de aacutetomos de cada elemento a ambos lados de la flecha Se dice entonces que la ecuacioacuten estaacute balanceada
2H2 + O2 2H2O
Reactivos Productos
4H y 2O = 4H + 2O
Pasos que son necesarios para escribir una reaccioacuten ajustada
1) Se determina cuales son los reactivos y los productos2) Se escribe una ecuacioacuten no ajustada usando las foacutermulas de los reactivos y de los productos3) Se ajusta la reaccioacuten determinando los coeficientes que nos dan nuacutemeros iguales de cada tipo de aacutetomo en cada lado de la flecha de reaccioacuten generalmente nuacutemeros enteros
Ejemplo 1
Consideremos la reaccioacuten de combustioacuten del metano gaseoso (CH4) en aire
Paso 1Sabemos que en esta reaccioacuten se consume (O2) y produce agua (H2O) y dioacutexido de carbono (CO2)
Luegolos reactivos son CH4 y O2 ylos productos son H2O y CO2
Paso 2
la ecuacioacuten quiacutemica sin ajustar seraacute
Paso 3 Ahora contamos los aacutetomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos
Entoncesuna moleacutecula de metano reacciona con dos moleacuteculas de oxiacutegeno para producir dos moleacuteculas agua y una moleacutecula de dioacutexido de carbono
Ejemplo 2
Ecuacioacuten balanceada
Ecuacioacuten balanceada
Ejemplo 3
Ajustar primero la moleacutecula mayor
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Cationes y Aniones
CationesCuando un aacutetomo pierde electrones (los electrones de sus orbitales maacutes externos tambieacuten llamados electrones de valencia) adquiere como es loacutegico una carga positiva netaPara nombrar estas ldquoespecies quiacutemicasrdquo basta anteponer la palabra catioacuten o ion al nombre del elemento
En los casos en que el aacutetomo puede adoptar distintos estados de oxidacioacuten se indica entre pareacutentesis Algunos ejemplos son
H+ Ioacuten hidroacutegeno Li+ Ioacuten litio
Cu+ Ioacuten cobre (I) Cu+2 Ioacuten cobre (II)
Fe+2 Ioacuten hierro (II) Fe+3 Ioacuten hierro (III)
Sn+2 Ioacuten estantildeo (II) Pb+4 Ioacuten plomo (IV)
Hay bastantes compuestos ndashcomo por ejemplo el amoniacuteacondash que disponen de electrones libres no compartidos Estos compuestos se unen al catioacuten hidroacutegeno para dar una especie cargada positivamente Para nombrar estas especies cargadas debe antildeadirse la terminacioacuten ndashonio tal como se ve en los siguientes ejemplos
NH4+ Ioacuten amonio
PH4+ Ioacuten fosfonio
AsH4+ Ioacuten arsonio
H3O+ Ioacuten oxonio
Aniones
Se llaman aniones a las ldquoespecies quiacutemicasrdquo cargadas negativamente Los aniones maacutes simples son los monoatoacutemicos que proceden de la ganancia de uno o maacutes electrones por un elemento electronegativoPara nombrar los iones monoatoacutemicos se utiliza la terminacioacuten ndashuro como en los siguientes ejemplos
Hndash Ioacuten hidruro
Sndash2 Ioacuten sulfuro
Fndash Ioacuten fluoruro
Sendash2 Ioacuten seleniuro
Clndash Ioacuten cloruro
Nndash3 Ioacuten nitruro
Brndash Ioacuten bromuro
Pndash3 Ioacuten fosfuro
Indash Ioacuten yoduro Asndash3 Ioacuten arseniuro
Los aniones poliatoacutemicos se pueden considerar como provenientes de otras moleacuteculas por peacuterdida de uno o maacutes iones hidroacutegeno El ion de este tipo maacutes usual y sencillo es el ion hidroxilo (OHndash) que procede de la peacuterdida de un ion hidroacutegeno del aguaSin embargo la gran mayoriacutea de los aniones poliatoacutemicos proceden ndasho se puede considerar que procedenndash de un aacutecido que ha perdido o cedido sus hidroacutegenosPara nombrar estos aniones se utilizan los sufijos ndashito y ndashato seguacuten que el aacutecido de procedencia termine en ndashoso o en ndashico respectivamente
HClO Aacutecido hipocloroso
ClOndash Ioacuten hipoclorito
H2SO3 Aacutecido sulfuroso
SO3ndash2 Ioacuten sulfito
HClO3 Aacutecido cloacuterico ClO3ndash Ioacuten clorato
HClO4 Aacutecido percloacuterico
ClO4ndash Ioacuten perclorato
H2SO4 Aacutecido sulfurico
SO4ndash2 Ioacuten sulfato
A menudo para ldquoconstruirrdquo el nombre del anioacuten no se reemplazan simplemente las terminaciones oso-ico por ito-ato sino que la raiacutez del nombre se contrae Por ejemplo no se dice iones sulfurito y sulfurato sino iones sulfito y sulfato
Peroacutexidos y PeroxiaacutecidosLa formacioacuten de estos compuestos se debe a la posibilidad que tiene el oxiacutegeno de enlazarse consigo mismo para formar el grupo peroacutexido
Este grupo da lugar a compuestos como
H2O2 Peroacutexido de hidroacutegeno
Li2O2 Peroacutexido de litio
Na2O2 Peroacutexido de sodio
BaO2 Peroacutexido de bario
CuO2 Peroacutexido de cobre (II)
ZnO2 Peroacutexido de ZincEsta agrupacioacuten peroxo (ndashOndashOndash) se puede presentar tambieacuten en ciertos aacutecidos que se denominan peroxoaacutecidos
Estequiometriacutea Ecuaciones quiacutemicas
Reaccioacuten quiacutemica y ecuaciones quiacutemicasUna Reaccioacuten quiacutemica es un proceso en el cual una sustancia (o sustancias) desaparece para formar una o maacutes sustancias nuevasLas ecuaciones quiacutemicas son el modo de representar a las reacciones quiacutemicasPor ejemplo el hidroacutegeno gas (H2) puede reaccionar con oxiacutegeno gas(O2) para dar agua (H20) La ecuacioacuten quiacutemica para esta reaccioacuten se escribe
El + se lee como reacciona conLa flecha significa produceLas foacutermulas quiacutemicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivosA la derecha de la flecha estaacuten las formulas quiacutemicas de las sustancias producidas denominadas productosLos nuacutemeros al lado de las formulas son los coeficientes (el coeficiente 1 se omite)
Estequiometriacutea de la reaccioacuten quiacutemica
Ahora estudiaremos la estequiometriacutea es decir la medicioacuten de los elementos)Las transformaciones que ocurren en una reaccioacuten quimica se rigen por la Ley de la conservacioacuten de la masa Los aacutetomos no se crean ni se destruyen durante una reaccioacuten quiacutemicaEntonces el mismo conjunto de aacutetomos estaacute presente antes durante y despueacutes de la reaccioacuten Los cambios que ocurren en una reaccioacuten quiacutemica simplemente consisten en una reordenacioacuten de los aacutetomosPor lo tanto una ecuacioacuten quiacutemica ha de tener el mismo nuacutemero de aacutetomos de cada elemento a ambos lados de la flecha Se dice entonces que la ecuacioacuten estaacute balanceada
2H2 + O2 2H2O
Reactivos Productos
4H y 2O = 4H + 2O
Pasos que son necesarios para escribir una reaccioacuten ajustada
1) Se determina cuales son los reactivos y los productos2) Se escribe una ecuacioacuten no ajustada usando las foacutermulas de los reactivos y de los productos3) Se ajusta la reaccioacuten determinando los coeficientes que nos dan nuacutemeros iguales de cada tipo de aacutetomo en cada lado de la flecha de reaccioacuten generalmente nuacutemeros enteros
Ejemplo 1
Consideremos la reaccioacuten de combustioacuten del metano gaseoso (CH4) en aire
Paso 1Sabemos que en esta reaccioacuten se consume (O2) y produce agua (H2O) y dioacutexido de carbono (CO2)
Luegolos reactivos son CH4 y O2 ylos productos son H2O y CO2
Paso 2
la ecuacioacuten quiacutemica sin ajustar seraacute
Paso 3 Ahora contamos los aacutetomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos
Entoncesuna moleacutecula de metano reacciona con dos moleacuteculas de oxiacutegeno para producir dos moleacuteculas agua y una moleacutecula de dioacutexido de carbono
Ejemplo 2
Ecuacioacuten balanceada
Ecuacioacuten balanceada
Ejemplo 3
Ajustar primero la moleacutecula mayor
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Hay bastantes compuestos ndashcomo por ejemplo el amoniacuteacondash que disponen de electrones libres no compartidos Estos compuestos se unen al catioacuten hidroacutegeno para dar una especie cargada positivamente Para nombrar estas especies cargadas debe antildeadirse la terminacioacuten ndashonio tal como se ve en los siguientes ejemplos
NH4+ Ioacuten amonio
PH4+ Ioacuten fosfonio
AsH4+ Ioacuten arsonio
H3O+ Ioacuten oxonio
Aniones
Se llaman aniones a las ldquoespecies quiacutemicasrdquo cargadas negativamente Los aniones maacutes simples son los monoatoacutemicos que proceden de la ganancia de uno o maacutes electrones por un elemento electronegativoPara nombrar los iones monoatoacutemicos se utiliza la terminacioacuten ndashuro como en los siguientes ejemplos
Hndash Ioacuten hidruro
Sndash2 Ioacuten sulfuro
Fndash Ioacuten fluoruro
Sendash2 Ioacuten seleniuro
Clndash Ioacuten cloruro
Nndash3 Ioacuten nitruro
Brndash Ioacuten bromuro
Pndash3 Ioacuten fosfuro
Indash Ioacuten yoduro Asndash3 Ioacuten arseniuro
Los aniones poliatoacutemicos se pueden considerar como provenientes de otras moleacuteculas por peacuterdida de uno o maacutes iones hidroacutegeno El ion de este tipo maacutes usual y sencillo es el ion hidroxilo (OHndash) que procede de la peacuterdida de un ion hidroacutegeno del aguaSin embargo la gran mayoriacutea de los aniones poliatoacutemicos proceden ndasho se puede considerar que procedenndash de un aacutecido que ha perdido o cedido sus hidroacutegenosPara nombrar estos aniones se utilizan los sufijos ndashito y ndashato seguacuten que el aacutecido de procedencia termine en ndashoso o en ndashico respectivamente
HClO Aacutecido hipocloroso
ClOndash Ioacuten hipoclorito
H2SO3 Aacutecido sulfuroso
SO3ndash2 Ioacuten sulfito
HClO3 Aacutecido cloacuterico ClO3ndash Ioacuten clorato
HClO4 Aacutecido percloacuterico
ClO4ndash Ioacuten perclorato
H2SO4 Aacutecido sulfurico
SO4ndash2 Ioacuten sulfato
A menudo para ldquoconstruirrdquo el nombre del anioacuten no se reemplazan simplemente las terminaciones oso-ico por ito-ato sino que la raiacutez del nombre se contrae Por ejemplo no se dice iones sulfurito y sulfurato sino iones sulfito y sulfato
Peroacutexidos y PeroxiaacutecidosLa formacioacuten de estos compuestos se debe a la posibilidad que tiene el oxiacutegeno de enlazarse consigo mismo para formar el grupo peroacutexido
Este grupo da lugar a compuestos como
H2O2 Peroacutexido de hidroacutegeno
Li2O2 Peroacutexido de litio
Na2O2 Peroacutexido de sodio
BaO2 Peroacutexido de bario
CuO2 Peroacutexido de cobre (II)
ZnO2 Peroacutexido de ZincEsta agrupacioacuten peroxo (ndashOndashOndash) se puede presentar tambieacuten en ciertos aacutecidos que se denominan peroxoaacutecidos
Estequiometriacutea Ecuaciones quiacutemicas
Reaccioacuten quiacutemica y ecuaciones quiacutemicasUna Reaccioacuten quiacutemica es un proceso en el cual una sustancia (o sustancias) desaparece para formar una o maacutes sustancias nuevasLas ecuaciones quiacutemicas son el modo de representar a las reacciones quiacutemicasPor ejemplo el hidroacutegeno gas (H2) puede reaccionar con oxiacutegeno gas(O2) para dar agua (H20) La ecuacioacuten quiacutemica para esta reaccioacuten se escribe
El + se lee como reacciona conLa flecha significa produceLas foacutermulas quiacutemicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivosA la derecha de la flecha estaacuten las formulas quiacutemicas de las sustancias producidas denominadas productosLos nuacutemeros al lado de las formulas son los coeficientes (el coeficiente 1 se omite)
Estequiometriacutea de la reaccioacuten quiacutemica
Ahora estudiaremos la estequiometriacutea es decir la medicioacuten de los elementos)Las transformaciones que ocurren en una reaccioacuten quimica se rigen por la Ley de la conservacioacuten de la masa Los aacutetomos no se crean ni se destruyen durante una reaccioacuten quiacutemicaEntonces el mismo conjunto de aacutetomos estaacute presente antes durante y despueacutes de la reaccioacuten Los cambios que ocurren en una reaccioacuten quiacutemica simplemente consisten en una reordenacioacuten de los aacutetomosPor lo tanto una ecuacioacuten quiacutemica ha de tener el mismo nuacutemero de aacutetomos de cada elemento a ambos lados de la flecha Se dice entonces que la ecuacioacuten estaacute balanceada
2H2 + O2 2H2O
Reactivos Productos
4H y 2O = 4H + 2O
Pasos que son necesarios para escribir una reaccioacuten ajustada
1) Se determina cuales son los reactivos y los productos2) Se escribe una ecuacioacuten no ajustada usando las foacutermulas de los reactivos y de los productos3) Se ajusta la reaccioacuten determinando los coeficientes que nos dan nuacutemeros iguales de cada tipo de aacutetomo en cada lado de la flecha de reaccioacuten generalmente nuacutemeros enteros
Ejemplo 1
Consideremos la reaccioacuten de combustioacuten del metano gaseoso (CH4) en aire
Paso 1Sabemos que en esta reaccioacuten se consume (O2) y produce agua (H2O) y dioacutexido de carbono (CO2)
Luegolos reactivos son CH4 y O2 ylos productos son H2O y CO2
Paso 2
la ecuacioacuten quiacutemica sin ajustar seraacute
Paso 3 Ahora contamos los aacutetomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos
Entoncesuna moleacutecula de metano reacciona con dos moleacuteculas de oxiacutegeno para producir dos moleacuteculas agua y una moleacutecula de dioacutexido de carbono
Ejemplo 2
Ecuacioacuten balanceada
Ecuacioacuten balanceada
Ejemplo 3
Ajustar primero la moleacutecula mayor
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Los aniones poliatoacutemicos se pueden considerar como provenientes de otras moleacuteculas por peacuterdida de uno o maacutes iones hidroacutegeno El ion de este tipo maacutes usual y sencillo es el ion hidroxilo (OHndash) que procede de la peacuterdida de un ion hidroacutegeno del aguaSin embargo la gran mayoriacutea de los aniones poliatoacutemicos proceden ndasho se puede considerar que procedenndash de un aacutecido que ha perdido o cedido sus hidroacutegenosPara nombrar estos aniones se utilizan los sufijos ndashito y ndashato seguacuten que el aacutecido de procedencia termine en ndashoso o en ndashico respectivamente
HClO Aacutecido hipocloroso
ClOndash Ioacuten hipoclorito
H2SO3 Aacutecido sulfuroso
SO3ndash2 Ioacuten sulfito
HClO3 Aacutecido cloacuterico ClO3ndash Ioacuten clorato
HClO4 Aacutecido percloacuterico
ClO4ndash Ioacuten perclorato
H2SO4 Aacutecido sulfurico
SO4ndash2 Ioacuten sulfato
A menudo para ldquoconstruirrdquo el nombre del anioacuten no se reemplazan simplemente las terminaciones oso-ico por ito-ato sino que la raiacutez del nombre se contrae Por ejemplo no se dice iones sulfurito y sulfurato sino iones sulfito y sulfato
Peroacutexidos y PeroxiaacutecidosLa formacioacuten de estos compuestos se debe a la posibilidad que tiene el oxiacutegeno de enlazarse consigo mismo para formar el grupo peroacutexido
Este grupo da lugar a compuestos como
H2O2 Peroacutexido de hidroacutegeno
Li2O2 Peroacutexido de litio
Na2O2 Peroacutexido de sodio
BaO2 Peroacutexido de bario
CuO2 Peroacutexido de cobre (II)
ZnO2 Peroacutexido de ZincEsta agrupacioacuten peroxo (ndashOndashOndash) se puede presentar tambieacuten en ciertos aacutecidos que se denominan peroxoaacutecidos
Estequiometriacutea Ecuaciones quiacutemicas
Reaccioacuten quiacutemica y ecuaciones quiacutemicasUna Reaccioacuten quiacutemica es un proceso en el cual una sustancia (o sustancias) desaparece para formar una o maacutes sustancias nuevasLas ecuaciones quiacutemicas son el modo de representar a las reacciones quiacutemicasPor ejemplo el hidroacutegeno gas (H2) puede reaccionar con oxiacutegeno gas(O2) para dar agua (H20) La ecuacioacuten quiacutemica para esta reaccioacuten se escribe
El + se lee como reacciona conLa flecha significa produceLas foacutermulas quiacutemicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivosA la derecha de la flecha estaacuten las formulas quiacutemicas de las sustancias producidas denominadas productosLos nuacutemeros al lado de las formulas son los coeficientes (el coeficiente 1 se omite)
Estequiometriacutea de la reaccioacuten quiacutemica
Ahora estudiaremos la estequiometriacutea es decir la medicioacuten de los elementos)Las transformaciones que ocurren en una reaccioacuten quimica se rigen por la Ley de la conservacioacuten de la masa Los aacutetomos no se crean ni se destruyen durante una reaccioacuten quiacutemicaEntonces el mismo conjunto de aacutetomos estaacute presente antes durante y despueacutes de la reaccioacuten Los cambios que ocurren en una reaccioacuten quiacutemica simplemente consisten en una reordenacioacuten de los aacutetomosPor lo tanto una ecuacioacuten quiacutemica ha de tener el mismo nuacutemero de aacutetomos de cada elemento a ambos lados de la flecha Se dice entonces que la ecuacioacuten estaacute balanceada
2H2 + O2 2H2O
Reactivos Productos
4H y 2O = 4H + 2O
Pasos que son necesarios para escribir una reaccioacuten ajustada
1) Se determina cuales son los reactivos y los productos2) Se escribe una ecuacioacuten no ajustada usando las foacutermulas de los reactivos y de los productos3) Se ajusta la reaccioacuten determinando los coeficientes que nos dan nuacutemeros iguales de cada tipo de aacutetomo en cada lado de la flecha de reaccioacuten generalmente nuacutemeros enteros
Ejemplo 1
Consideremos la reaccioacuten de combustioacuten del metano gaseoso (CH4) en aire
Paso 1Sabemos que en esta reaccioacuten se consume (O2) y produce agua (H2O) y dioacutexido de carbono (CO2)
Luegolos reactivos son CH4 y O2 ylos productos son H2O y CO2
Paso 2
la ecuacioacuten quiacutemica sin ajustar seraacute
Paso 3 Ahora contamos los aacutetomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos
Entoncesuna moleacutecula de metano reacciona con dos moleacuteculas de oxiacutegeno para producir dos moleacuteculas agua y una moleacutecula de dioacutexido de carbono
Ejemplo 2
Ecuacioacuten balanceada
Ecuacioacuten balanceada
Ejemplo 3
Ajustar primero la moleacutecula mayor
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Peroacutexidos y PeroxiaacutecidosLa formacioacuten de estos compuestos se debe a la posibilidad que tiene el oxiacutegeno de enlazarse consigo mismo para formar el grupo peroacutexido
Este grupo da lugar a compuestos como
H2O2 Peroacutexido de hidroacutegeno
Li2O2 Peroacutexido de litio
Na2O2 Peroacutexido de sodio
BaO2 Peroacutexido de bario
CuO2 Peroacutexido de cobre (II)
ZnO2 Peroacutexido de ZincEsta agrupacioacuten peroxo (ndashOndashOndash) se puede presentar tambieacuten en ciertos aacutecidos que se denominan peroxoaacutecidos
Estequiometriacutea Ecuaciones quiacutemicas
Reaccioacuten quiacutemica y ecuaciones quiacutemicasUna Reaccioacuten quiacutemica es un proceso en el cual una sustancia (o sustancias) desaparece para formar una o maacutes sustancias nuevasLas ecuaciones quiacutemicas son el modo de representar a las reacciones quiacutemicasPor ejemplo el hidroacutegeno gas (H2) puede reaccionar con oxiacutegeno gas(O2) para dar agua (H20) La ecuacioacuten quiacutemica para esta reaccioacuten se escribe
El + se lee como reacciona conLa flecha significa produceLas foacutermulas quiacutemicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivosA la derecha de la flecha estaacuten las formulas quiacutemicas de las sustancias producidas denominadas productosLos nuacutemeros al lado de las formulas son los coeficientes (el coeficiente 1 se omite)
Estequiometriacutea de la reaccioacuten quiacutemica
Ahora estudiaremos la estequiometriacutea es decir la medicioacuten de los elementos)Las transformaciones que ocurren en una reaccioacuten quimica se rigen por la Ley de la conservacioacuten de la masa Los aacutetomos no se crean ni se destruyen durante una reaccioacuten quiacutemicaEntonces el mismo conjunto de aacutetomos estaacute presente antes durante y despueacutes de la reaccioacuten Los cambios que ocurren en una reaccioacuten quiacutemica simplemente consisten en una reordenacioacuten de los aacutetomosPor lo tanto una ecuacioacuten quiacutemica ha de tener el mismo nuacutemero de aacutetomos de cada elemento a ambos lados de la flecha Se dice entonces que la ecuacioacuten estaacute balanceada
2H2 + O2 2H2O
Reactivos Productos
4H y 2O = 4H + 2O
Pasos que son necesarios para escribir una reaccioacuten ajustada
1) Se determina cuales son los reactivos y los productos2) Se escribe una ecuacioacuten no ajustada usando las foacutermulas de los reactivos y de los productos3) Se ajusta la reaccioacuten determinando los coeficientes que nos dan nuacutemeros iguales de cada tipo de aacutetomo en cada lado de la flecha de reaccioacuten generalmente nuacutemeros enteros
Ejemplo 1
Consideremos la reaccioacuten de combustioacuten del metano gaseoso (CH4) en aire
Paso 1Sabemos que en esta reaccioacuten se consume (O2) y produce agua (H2O) y dioacutexido de carbono (CO2)
Luegolos reactivos son CH4 y O2 ylos productos son H2O y CO2
Paso 2
la ecuacioacuten quiacutemica sin ajustar seraacute
Paso 3 Ahora contamos los aacutetomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos
Entoncesuna moleacutecula de metano reacciona con dos moleacuteculas de oxiacutegeno para producir dos moleacuteculas agua y una moleacutecula de dioacutexido de carbono
Ejemplo 2
Ecuacioacuten balanceada
Ecuacioacuten balanceada
Ejemplo 3
Ajustar primero la moleacutecula mayor
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Estequiometriacutea Ecuaciones quiacutemicas
Reaccioacuten quiacutemica y ecuaciones quiacutemicasUna Reaccioacuten quiacutemica es un proceso en el cual una sustancia (o sustancias) desaparece para formar una o maacutes sustancias nuevasLas ecuaciones quiacutemicas son el modo de representar a las reacciones quiacutemicasPor ejemplo el hidroacutegeno gas (H2) puede reaccionar con oxiacutegeno gas(O2) para dar agua (H20) La ecuacioacuten quiacutemica para esta reaccioacuten se escribe
El + se lee como reacciona conLa flecha significa produceLas foacutermulas quiacutemicas a la izquierda de la flecha representan las sustancias de partida denominadas reactivosA la derecha de la flecha estaacuten las formulas quiacutemicas de las sustancias producidas denominadas productosLos nuacutemeros al lado de las formulas son los coeficientes (el coeficiente 1 se omite)
Estequiometriacutea de la reaccioacuten quiacutemica
Ahora estudiaremos la estequiometriacutea es decir la medicioacuten de los elementos)Las transformaciones que ocurren en una reaccioacuten quimica se rigen por la Ley de la conservacioacuten de la masa Los aacutetomos no se crean ni se destruyen durante una reaccioacuten quiacutemicaEntonces el mismo conjunto de aacutetomos estaacute presente antes durante y despueacutes de la reaccioacuten Los cambios que ocurren en una reaccioacuten quiacutemica simplemente consisten en una reordenacioacuten de los aacutetomosPor lo tanto una ecuacioacuten quiacutemica ha de tener el mismo nuacutemero de aacutetomos de cada elemento a ambos lados de la flecha Se dice entonces que la ecuacioacuten estaacute balanceada
2H2 + O2 2H2O
Reactivos Productos
4H y 2O = 4H + 2O
Pasos que son necesarios para escribir una reaccioacuten ajustada
1) Se determina cuales son los reactivos y los productos2) Se escribe una ecuacioacuten no ajustada usando las foacutermulas de los reactivos y de los productos3) Se ajusta la reaccioacuten determinando los coeficientes que nos dan nuacutemeros iguales de cada tipo de aacutetomo en cada lado de la flecha de reaccioacuten generalmente nuacutemeros enteros
Ejemplo 1
Consideremos la reaccioacuten de combustioacuten del metano gaseoso (CH4) en aire
Paso 1Sabemos que en esta reaccioacuten se consume (O2) y produce agua (H2O) y dioacutexido de carbono (CO2)
Luegolos reactivos son CH4 y O2 ylos productos son H2O y CO2
Paso 2
la ecuacioacuten quiacutemica sin ajustar seraacute
Paso 3 Ahora contamos los aacutetomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos
Entoncesuna moleacutecula de metano reacciona con dos moleacuteculas de oxiacutegeno para producir dos moleacuteculas agua y una moleacutecula de dioacutexido de carbono
Ejemplo 2
Ecuacioacuten balanceada
Ecuacioacuten balanceada
Ejemplo 3
Ajustar primero la moleacutecula mayor
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Estequiometriacutea de la reaccioacuten quiacutemica
Ahora estudiaremos la estequiometriacutea es decir la medicioacuten de los elementos)Las transformaciones que ocurren en una reaccioacuten quimica se rigen por la Ley de la conservacioacuten de la masa Los aacutetomos no se crean ni se destruyen durante una reaccioacuten quiacutemicaEntonces el mismo conjunto de aacutetomos estaacute presente antes durante y despueacutes de la reaccioacuten Los cambios que ocurren en una reaccioacuten quiacutemica simplemente consisten en una reordenacioacuten de los aacutetomosPor lo tanto una ecuacioacuten quiacutemica ha de tener el mismo nuacutemero de aacutetomos de cada elemento a ambos lados de la flecha Se dice entonces que la ecuacioacuten estaacute balanceada
2H2 + O2 2H2O
Reactivos Productos
4H y 2O = 4H + 2O
Pasos que son necesarios para escribir una reaccioacuten ajustada
1) Se determina cuales son los reactivos y los productos2) Se escribe una ecuacioacuten no ajustada usando las foacutermulas de los reactivos y de los productos3) Se ajusta la reaccioacuten determinando los coeficientes que nos dan nuacutemeros iguales de cada tipo de aacutetomo en cada lado de la flecha de reaccioacuten generalmente nuacutemeros enteros
Ejemplo 1
Consideremos la reaccioacuten de combustioacuten del metano gaseoso (CH4) en aire
Paso 1Sabemos que en esta reaccioacuten se consume (O2) y produce agua (H2O) y dioacutexido de carbono (CO2)
Luegolos reactivos son CH4 y O2 ylos productos son H2O y CO2
Paso 2
la ecuacioacuten quiacutemica sin ajustar seraacute
Paso 3 Ahora contamos los aacutetomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos
Entoncesuna moleacutecula de metano reacciona con dos moleacuteculas de oxiacutegeno para producir dos moleacuteculas agua y una moleacutecula de dioacutexido de carbono
Ejemplo 2
Ecuacioacuten balanceada
Ecuacioacuten balanceada
Ejemplo 3
Ajustar primero la moleacutecula mayor
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
1) Se determina cuales son los reactivos y los productos2) Se escribe una ecuacioacuten no ajustada usando las foacutermulas de los reactivos y de los productos3) Se ajusta la reaccioacuten determinando los coeficientes que nos dan nuacutemeros iguales de cada tipo de aacutetomo en cada lado de la flecha de reaccioacuten generalmente nuacutemeros enteros
Ejemplo 1
Consideremos la reaccioacuten de combustioacuten del metano gaseoso (CH4) en aire
Paso 1Sabemos que en esta reaccioacuten se consume (O2) y produce agua (H2O) y dioacutexido de carbono (CO2)
Luegolos reactivos son CH4 y O2 ylos productos son H2O y CO2
Paso 2
la ecuacioacuten quiacutemica sin ajustar seraacute
Paso 3 Ahora contamos los aacutetomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos
Entoncesuna moleacutecula de metano reacciona con dos moleacuteculas de oxiacutegeno para producir dos moleacuteculas agua y una moleacutecula de dioacutexido de carbono
Ejemplo 2
Ecuacioacuten balanceada
Ecuacioacuten balanceada
Ejemplo 3
Ajustar primero la moleacutecula mayor
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Paso 3 Ahora contamos los aacutetomos de cada reactivo y de cada producto y los sumamos
Entoncesuna moleacutecula de metano reacciona con dos moleacuteculas de oxiacutegeno para producir dos moleacuteculas agua y una moleacutecula de dioacutexido de carbono
Ejemplo 2
Ecuacioacuten balanceada
Ecuacioacuten balanceada
Ejemplo 3
Ajustar primero la moleacutecula mayor
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Ejemplo 2
Ecuacioacuten balanceada
Ecuacioacuten balanceada
Ejemplo 3
Ajustar primero la moleacutecula mayor
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Ejemplo 3
Ajustar primero la moleacutecula mayor
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Ahora ajustamos el O
Multiplicamos por dos
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Ejemplo 4
Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Ejemplo 5 Descomposicioacuten de la urea
Para balancear uacutenicamente duplicamos NH3 y asiacute
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Ejemplo 5
Necesitamos mas cloro en la derecha
Se necesita maacutes C en la izquierda duplicamos CH3OH
ya estaacute ajustada
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Tipos de reacciones quiacutemicas
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Estado fisico de reactivos y productos
El estado fiacutesico de los reactivos y de los productos puede indicarse mediante los siacutembolos (g) (l) y (s) para indicar los estados gaseoso liacutequido y soacutelido respectivamente
Por ejemplo
Para describir lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe
doacutende ac significa disolucioacuten acuosa Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso fiacutesico de disolver una sustancia en agua aunque algunas veces no se pone para simplificarEl conocimiento del estado fiacutesico de los reactivos y productos es muy uacutetil en el laboratorio Por ejemplo cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en medio acuoso se forma un soacutelido el bromuro de plata (AgBr)
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Si no se indican los estados fiacutesicos de los reactivos y productos una persona no informada podriacutea tratar de realizar la reaccioacuten al mezclar KBr soacutelido con AgNO3 soacutelido que reaccionan muy lentamente o no reaccionan
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
AJUSTANDO ECUACIONES ALGUNOS EJEMPLOS
Cuando hablamos de una ecuacioacuten ajustada queremos decir que debe haber el mismo nuacutemero y tipo de aacutetomos en los reactivos que en los productos
En la siguiente reaccioacuten observar que hay el mismo nuacutemero de cada tipo de aacutetomos a cada lado de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Ejemplo 1
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Suele ser maacutes faacutecil si se toma una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y ajustar todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha luego se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para el B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha luego se pone 1 como coeficiente al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
3) Ajustar el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 dando un total de 6 aacutetomos de O a la izquierda Por tanto el coeficiente para el H2O a la izquierda seraacute 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H resulta calculado en este primer intento En otros casos puede ser necesario volver al prime paso para encontrar otro coeficiente Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 2 Ajustando Ecuaciones - Combustioacuten de compuestos Orgaacutenicos
Ajustar la siguiente ecuacioacuten y calcular la suma de los coeficientes de los reactivos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Se hace frecuentemente maacutes faacutecil si se elige una sustancia compleja en este caso C8H8O2 asumiendo que tiene de coeficiente 1 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 8 aacutetomos de C a la izquierda luego se pone de coeficiente al CO2 8 a la derecha para ajustar el C
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
2) Ahora se hace lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda luego se pone como coeficiente al H2O 4 en la derecha para ajustar el H
3) El uacuteltimo elemento que tenemos que ajustar es el O Debido a los coeficientes que acabamos de poner a la derecha de la ecuacioacuten hay 16 aacutetomos de O en el CO2 y 4 aacutetomos de O en el H2O dando un total de 20 aacutetomos de O a la derecha (productos) Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo el coeficiente 9 al O2 al lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) Recordar siempre contar el nuacutemero y tipo de aacutetomos a cada lado de la ecuacioacuten para evitar cualquier error En este caso hay el mismo nuacutemero de aacutetomos de C H y O en los reactivos y en los productos 8 C 8 H y 20 O
5) Como la cuestioacuten pregunta por la suma de los coeficientes de los reactivos la respuesta correcta es
1 + 9 = 10
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Ejemplo 3
Ajustar la siguiente ecuacioacuten iquestCuaacutel es la suma de los coeficientes de los reactivos y los productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es frecuentemente maacutes simple si se parte de una sustancia compleja en este caso Mg3B2 y se ajustan todos los elementos a la vez Hay 3 aacutetomos de Mg a la izquierda y 1 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 3 al Mg(OH)2 a la derecha para ajustar los aacutetomos de Mg
2) Ahora se hace lo mismo para B Hay 2 aacutetomos de B a la izquierda y 2 a la derecha de modo que se pone un coeficiente 1 al B2H6 a la derecha para ajustar los aacutetomos de B
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
3) Ajuste de O Debido a los coeficientes que acabamos de poner hay 6 aacutetomos de O en el Mg(OH)2 daacutendonos 6 aacutetomos de O a la derecha Por tanto nuestro coeficiente a la izquierda para el H2O debe de ser 6 para ajustar la ecuacioacuten
4) En este caso el nuacutemero de aacutetomos de H ha sido calculado al primer intento En otros casos puede ser necesario volver a la primera etapa y encontrar otros coeficientes
Como resultado la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 6 + 3 + 1 = 11 Ejemplo 4
La dimetil hidrazina (CH3)2NNH2 se usoacute como combustible en el descenso de la nave Apolo a la superficie lunar con N2O4 como oxidante Considerar la siguiente reaccioacuten sin ajustar y calcular la suma de los coeficientes de reactivos y productos
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
1) Encontrar los coeficientes para ajustar la ecuacioacuten Esto es con frecuencia mas sencillo si se empieza con una sustancia compleja en este caso (CH3)2NNH2 asumiendo que tiene 1 como coeficiente y se van ajustando los elementos de uno en uno Hay 2 aacutetomos de C a la izquierda por lo que se pone un coeficiente de 2 al CO2 en la derecha para ajustar los aacutetomos de C
2) Ahora hacer lo mismo para el H Hay 8 aacutetomos de H a la izquierda de modo que se pone un coeficiente 4 al H2O a la derecha para ajustar los aacutetomos de H
3) Ajuste del O Debido a los coeficientes que acabamos de poner al lado izquierdo de la ecuacioacuten hay 4 aacutetomos de O en el N2O4 y en el lado derecho hay 8 aacutetomos de O en el H2O Por tanto podemos ajustar la los aacutetomos de O en la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 2 al N2O4 en el lado izquierdo de la ecuacioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
4) El uacuteltimo elemento que debe ajustarse es el N Hay 6 aacutetomos de N en el lado izquierdo y 2 en el lado derecho Por tanto podemos ajustar la ecuacioacuten poniendo un coeficiente de 3 al N2 en el lado derecho
Por tanto la suma de los coeficientes de los reactivos y productos es
1 + 2 + 2 + 4 + 3 = 12
Informacioacuten derivada de las ecuaciones ajustadasCuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos En la siguiente reaccioacuten el carbonilo del metal Mn(CO)5 sufre una reaccioacuten de oxidacioacuten Observar que el nuacutemero de cada tipo de aacutetomos es el mismo a cada lado de la reaccioacuten En esta reaccioacuten 2 moleacuteculas de Mn(CO)5 reaccionan con 2 moleacuteculas de O2 para dar 2 moleacuteculas de MnO2 y 5 moleacuteculas de CO2 Esos mismos coeficientes tambieacuten representan el nuacutemero de moles en la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Ejemplo
iquestQueacute frase es falsa en relacioacuten con la siguiente reaccioacuten ajustada (Pesos Atoacutemicos C = 1201 H = 1008 O = 1600)
a) La reaccioacuten de 160 g de CH4 da 2 moles de agua b) La reaccioacuten de 160 g of CH4 da 360 g de agua c) La reaccioacuten de 320 g of O2 da 440 g de dioacutexido de carbono d) Una moleacutecula de CH4 requiere 2 moleacuteculas de oxiacutegeno e) Un mol de CH4 da 440 g de dioacutexido de carbono
Las respuestas son a) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agua Un mol de CH4 = 160 g b) VERDADERA Un mol de CH4 da 2 moles de agus Un mol de CH4 = 160 g y un mol de agua = 180 g c) FALSA 2 moles de O2 dan 1 mol de CO2 2 moles de O2 = 640 g pero 1 mol de CO2 = 440 g d) VERDADERA Un mol de moleacuteculas de CH4 reacciona con 2 moles de moleacuteculas de oxiacutegeno (O2) de modo que una moleacutecula de CH4 reacciona con 1 moleacutecula de oxiacutegeno e) VERDADERA Un mol de CH4 da 1 mol de CO2 Un mol de CH4 = 160 g y un mol de CO2 = 440 g
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
SalesPodemos considerar como sales los compuestos que son el resultado de la unioacuten de una especie catioacutenica cualquiera con una especie anioacutenica distinta de Hndash OHndash y O2ndash
Algunas sales ya las hemos visto cuando tratamos de las combinaciones binarias no metalndashmetal Por ejemplo compuestos como el KCl (cloruro de potasio) y Na2S (sulfuro de sodio) son sales
Cuando el anioacuten procede de un oxoaacutecido debemos recordar que los aniones llevan el sufijo ndashito o ndashato seguacuten del aacutecido del que procedan
Para nombrar las sales basta tomar el nombre del anioacuten y antildeadirle detraacutes el nombre del catioacuten tal como puede verse en los siguientes ejemplos
Sal Oxoanioacuten de procedencia
Nombre
NaClO ClOndash Hipoclorito de sodio
NaClO2 ClO2ndash Clorito de sodio
NaClO3 ClO3ndash Clorato de sodio
NaClO4 ClO4ndash Perclorato de sodio
K2SO3 SO3ndash2 Sulfito de potasio
K2SO4 SO4ndash2 Sulfato de potasio
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Estequiometriacutea en elementos y compuestos
El Mol
Un mol se define como la cantidad de materia que tiene tantos objetos como el nuacutemero de aacutetomos que hay en exactamente 12 gramos de 12CSe ha demostrado que este nuacutemero es 60221367 x 1023
Se abrevia como 602 x 1023 y se conoce como nuacutemero de Avogadro
Pesos atoacutemicos y moleculares
Los subiacutendices en las foacutermulas quiacutemicas representan cantidades exactasLa foacutermula del H2O por ejemplo indica que una moleacutecula de agua estaacute compuesta exactamente por dos aacutetomos de hidroacutegeno y uno de oxiacutegenoTodos los aspectos cuantitativos de la quiacutemica descansan en conocer las masas de los compuestos estudiados
La escala de masa atoacutemica
Los aacutetomos de elementos diferentes tienen masas diferentesTrabajos hechos en el S XIX donde se separaba el agua en sus elementos constituyentes (hidroacutegeno y oxiacutegeno) indicaban que 100 gramos de agua conteniacutean 111 gramos de hidroacutegeno y 889 gramos oxiacutegenoUn poco maacutes tarde los quiacutemicos descubrieron que el agua estaba constituida por dos aacutetomos de H por cada aacutetomo de O
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Por tanto nos encontramos que en los 111 g de Hidroacutegeno hay el doble de aacutetomos que en 889 g de OxiacutegenoDe manera que 1 aacutetomo de O debe pesar alrededor de 16 veces maacutes que 1 aacutetomo de HSi ahora al H (el elemento maacutes ligero de todos) le asignamos una masa relativa de 1 y a los demaacutes elementos les asignamos masas atoacutemicas relativas a este valor es faacutecil entender que al O debemos asignarle masa atoacutemica de 16 Sabemos tambieacuten que un aacutetomo de hidroacutegeno tiene una masa de 16735 x 10-24 gramos que el aacutetomo de oxiacutegeno tiene una masa de 26561 X 10-23 gramos
Si ahora en vez de los valores en gramos usamos la unidad de masa atoacutemica (uma) veremos que seraacute muy conveniente para trabajar con nuacutemeros tan pequentildeos
Recordar que la unidad de masa atoacutemica uma no se normalizoacute respecto al hidroacutegeno sino respecto al isoacutetopo 12C del carbono ( masa = 12 uma)Entonces la masa de un aacutetomo de hidroacutegeno (1H) es de 10080 uma y la masa de un aacutetomo de oxiacutegeno (16O) es de 15995 uma
Una vez que hemos determinado las masas de todos los aacutetomos se puede asignar un valor correcto a las uma
1 uma = 166054 x 10-24 gramosy al reveacutes
1 gramo = 602214 x 1023 uma
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Masa atoacutemica promedio
Ya hemos visto que la mayoriacutea de los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla de isoacutetoposPodemos calcular la masa atoacutemica promedio de un elemento si sabemos la masa y tambieacuten la abundancia relativa de cada isoacutetopoEjemplo
El carbono natural es una mezcla de tres isoacutetopos 98892 de 12C y 1108 de 13C y una cantidad despreciable de 14C Por lo tanto la masa atoacutemica promedio del carbono seraacute (098892) x (12 uma) + (001108) x (1300335 uma) = 12011 umaLa masa atoacutemica promedio de cada elemento se le conoce como peso atoacutemico Estos son los valores que se dan en las tablas perioacutedicas
Masa Molar
Un aacutetomo de 12C tiene una masa de 12 umaUn aacutetomo de 24Mg tiene una masa de 24 uma o lo que es lo mismo el doble de la masa de un aacutetomo de 12C
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Entonces una mol de aacutetomos de 24Mg deberaacute tener el doble de la masa de una mol de aacutetomos de 12CDado que por definicioacuten una mol de aacutetomos de 12C pesa 12 gramos una mol de aacutetomos de 24Mg debe pesar 24 gramosNoacutetese que la masa de un aacutetomo en unidades de masa atoacutemica (uma) es numeacutericamente equivalente a la masa de una mol de esos mismos aacutetomos en gramos (g)La masa en gramos de 1 mol de una sustancia se llama masa molarLa masa molar (en gramos) de cualquier sustancia siempre es numeacutericamente igual a su peso foacutermula (en uma)
Peso molecular y peso foacutermula
El peso foacutermula de una sustancia es la suma de los pesos atoacutemicos de cada aacutetomo en su foacutermula quiacutemicaPor ejemplo el agua (H2O) tiene el peso foacutermula de
[2 x (10079 uma)] + [1 x (159994 uma)] = 1801528 uma
Si una sustancia existe como moleacuteculas aisladas (con los aacutetomos que la componen unidos entre siacute) entonces la foacutermula quiacutemica es la foacutermula molecular y el peso foacutermula es el peso molecular
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Una moleacutecula de H2O pesa 180 uma 1 mol de H2O pesa 180 gramosUn par ioacutenico NaCl pesa 585 uma 1 mol de NaCl pesa 585 gramosPor ejemplo el carbono el hidroacutegeno y el oxiacutegeno pueden unirse para formar la moleacutecula del azuacutecar glucosa que tiene la foacutermula quiacutemica C6H12O6
Por lo tanto el peso foacutermula y el peso molecular de la glucosa seraacute[6 x (12 uma)] + [12 x (100794 uma)] + [6 x (159994 uma)] = 1800 uma
Como las sustancias ioacutenicas no forman enlaces quiacutemicos sino electrostaacuteticos no existen como moleacuteculas aisladas sin embargo se asocian en proporciones discretas Podemos describir sus pesos foacutermula pero no sus pesos moleculares El peso foacutermula del NaCl es
230 uma + 355 uma = 585 uma
Composicioacuten porcentual a partir de las foacutermulas
A veces al analizar una sustancia es importante conocer el porcentaje en masa de cada uno de los elementos de un compuesto Usaremos de ejemplo al metano
CH4
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Peso foacutermula y molecular [1 x (12011 uma)] + [4 x (1008)] = 16043 uma
C = 1 x (12011 uma)16043 uma = 0749 = 749H = 4 x (1008 uma)16043 uma = 0251 = 251
Interconversioacuten entre masas moles y nuacutemero de partiacuteculas
Es necesario rastrear las unidades en los caacutelculos de interconversioacuten de masas a moles
A esto lo conocemos formalmente con el nombre de anaacutelisis dimensionalEjemplo
Calcular la masa de 15 moles de cloruro de calcioFoacutermula quiacutemica del cloruro de calcio = CaCl2
Masa atoacutemica del Ca = 40078 umaMasa atoacutemica del Cl = 35453 umaAl ser un compuesto ioacutenico no tiene peso molecular sino peso foacutermulaPeso foacutermula del CaCl2 = (40078) + 2(35453) = 110984 umaDe manera que un mol de CaCl2 tendraacute una masa de 110984 gramos Y entonces 15 moles de CaCl2 pesaraacuten(15 mol)(110984 gramosmol) = 166476 gramos
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Ejemplo
Si tuviera 28 gramos de oro iquestcuaacutentos aacutetomos de oro tendriacuteaFoacutermula del oro AuPeso foacutermula del Au = 1969665 uma Por lo tanto 1 mol de oro pesa 1969665 gramosDe manera que en 28 gramos de oro habraacute(28 gramos)(1 mol1969665 gramos) = 00142 mol Sabemos por medio del nuacutemero de Avogadro que hay aproximadamente 602 x 1023 atomosmolPor lo cual en 00142 moles tendremos(00142 moles)(602x1023atomosmoles)=856x1021 aacutetomos
Foacutermulas empiacutericas a partir del anaacutelisis
Una foacutermula empiacuterica nos indica las proporciones relativas de los diferentes aacutetomos de un compuestoEstas proporciones son ciertas tambieacuten al nivel molar Entonces el H2O tiene dos aacutetomos de hidroacutegeno y un aacutetomo de oxiacutegeno De la misma manera 10 mol de H2O estaacute compuesta de 20 moles de aacutetomos de hidroacutegeno y 10 mol de aacutetomos de oxiacutegeno
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Tambieacuten podemos trabajar a la inversa a partir de las proporciones molares Si conocemos las cantidades molares de cada elemento en un compuesto podemos determinar la foacutermula empiacutericaEl mercurio forma un compuesto con el cloro que tiene 739 de mercurio y 261 de cloro en masa iquestCuaacutel es su foacutermula empiacutericaSupongamos que tenemos una muestra de 100 gramos de este compuesto Entonces la muestra tendraacute 739 gramos de mercurio y 261 gramos de cloro
iquestCuaacutentas moles de cada aacutetomo representan las masas individuales Para el mercurio (739 g) x (1 mol20059 g) = 0368 molesPara el cloro (261 g) x (1 mol3545 g) = 0736 mol iquestCuaacutel es la proporcioacuten molar de los dos elementos ( 0736 mol Cl0368 mol Hg) = 20 Es decir tenemos el doble de moles (o sea aacutetomos) de Cl que de Hg La foacutermula empiacuterica del compuesto seriacutea HgCl2
Foacutermula molecular a partir de la foacutermula empiacuterica
La foacutermula quiacutemica de un compuesto obtenida por medio del anaacutelisis de sus elementos o de su composicioacuten siempre seraacute la foacutermula empiacuterica
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Para poder obtener la foacutermula molecular necesitamos conocer el peso molecular del compuesto
La foacutermula quiacutemica siempre seraacute alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica (es decir muacuteltiplos enteros de los subiacutendices de la foacutermula empiacuterica) La Vitamina C (aacutecido ascoacuterbico) tiene 4092 de C y 458 de H en masaEl resto hasta completar el 100 es decir el 5450 es de OEl peso molecular de este compuesto es de 176 uma iquestCuaacuteles seraacuten su foacutermula molecular o quiacutemica y su foacutermula empiacutericaEn 100 gramos de aacutecido ascoacuterbico tendremos4092 gramos C 458 gramos H 5450 gramos O
Esto nos diraacute cuantas moles hay de cada elemento asiacute
(4092 g de C) x (1 mol12011 g) = 3407 moles de C(458 g de H) x (1 mol1008 g) = 4544 moles de H
(5450 g de O) x (1 mol15999 g) = 3406 moles de O
Para determinar la proporcioacuten simplemente dividimos entre la cantidad molar maacutes pequentildea (en este caso 3406 o sea la del oxiacutegeno)
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
C = 3407 moles3406 moles = 10H = 4544 moles3406 moles = 1333O = 3406 moles3406 moles = 10
Las cantidades molares de O y C parecen ser iguales en tanto que la cantidad relativa de H parece ser mayor Como no podemos tener fracciones de aacutetomo hay que normalizar la cantidad relativa de H y hacerla igual a un entero
1333 es como 1 y 13 asiacute que si multiplicamos las proporciones de cada aacutetomo por 3 obtendremos valores enteros para todos los aacutetomos
C = 10 x 3 = 3H = 1333 x 3 = 4O = 10 x 3 = 3
Es decir C3H4O3
Esta es la foacutermula empiacuterica para el aacutecido ascoacuterbico Pero iquesty la foacutermula molecularNos dicen que el peso molecular de este compuesto es de 176 uma
iquestCuaacutel es el peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
(3 x 12011) + (4 x 1008) + (3 x 15999) = 88062 uma
El peso molecular de nuestra foacutermula empiacuterica es significativamente menor que el valor experimental iquestCuaacutel seraacute la proporcioacuten entre los dos valores
(176 uma 88062 uma) = 20 Parece que la foacutermula empiacuterica pesa esencialmente la mitad que la molecular
Si multiplicamos la foacutermula empiacuterica por dos entonces la masa molecular seraacute la correcta Entonces la foacutermula molecular seraacute
2 x C3H4O3 = C6H8O6
Combustioacuten en aire
Las reacciones de combustioacuten son reacciones raacutepidas que producen una llama
La mayoriacutea de estas reacciones incluyen al oxiacutegeno (O2) del aire como reactivo
Una clase de compuestos que puede participar en las reacciones de combustioacuten son los hidrocarburos (estos son compuestos que soacutelo tienen C y H)Cuando los hidrocarburos se queman reaccionan con el oxiacutegeno del aire (O2) para formar dioacutexido de carbono (CO2) y agua (H2O)
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Por ejemplo cuando el propano se quema la reaccioacuten de combustioacuten es
C3H8(g) + 5 O2(g) rarr 3 CO2(g) + 4 H2O(l)
Ejemplos de hidrocarburos comunes
NombreFoacutermula Molecular
metano CH4
propano C3H8
butano C4H10
octano C8H18
En las reacciones de combustioacuten muchos otros compuestos que tienen carbono hidroacutegeno y oxiacutegeno (por ejemplo el alcohol metiacutelico CH3OH y la glucosa C6H12O6) tambieacuten se queman en presencia de oxiacutegeno (O2) para producir CO2 y H2OCuando conocemos la manera en que una serie de sustancias reaccionan entre siacute es factible determinar caracteriacutesticas cuantitativas de estas entre otras su foacutermula y hasta su foacutermula molecular en caso de conocer el peso molecular de la sustancia A esto se le conoce como anaacutelisis cuantitativo
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Anaacutelisis de combustioacuten
Cuando un compuesto que tiene H y C se quema en presencia de O en un aparato especial todo el carbono se convierte en CO2 y el hidroacutegeno en H2OLa cantidad de carbono existente se determina midiendo la cantidad de CO2 producida Al CO2 lo atrapamos usando el hidroacutexido de sodio de manera que podemos saber cuanto CO2 se ha producido simplemente midiendo el cambio de peso de la trampa de NaOH y de aquiacute podemos calcular cuanto C habiacutea en la muestra De la misma manera podemos saber cuanto H se ha producido atrapando al H2O y midiendo el cambio de masa en la trampa de perclorato de magnesioEjemplo
Consideremos la combustioacuten del alcohol isopropiacutelico Un anaacutelisis de la muestra revela que esta tiene uacutenicamente tres elementos C H y O
Al quemar 0255 g de alcohol isopropiacutelico vemos que se producen 0561 g de CO2 y 0306 g de H2OCon esta informacioacuten podemos calcular la cantidad de C e H en la muestra iquestCuaacutentas moles de C tenemos
(0561 g de CO2) x (1 mol de CO2440 g) = 00128 moles de CO2
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Dado que un mol de CO2 tiene un mol de C y dos de O y tenemos 00128 moles de CO2 en la muestra entonces hay 00128 moles de C en nuestra muestra iquestCuaacutentos gramos de C tenemos
(00128 moles de C) x (1201 gmol de C) = 0154 g de C
iquestCuaacutentos moles de H tenemos
(0306 g de H2O) x (1 mol de H2O180 g) = 0017 moles de H2O
Dado que un mol de H2O tiene un mol de oxiacutegeno y dos moles de hidroacutegeno en 0017 moles de H2O tendremos 2 x 0017 = 0034 moles de H
Como el hidroacutegeno es casi 1 gramo mol entonces tenemos 0034 gramos de hidroacutegeno en la muestra Si ahora sumamos la cantidad en gramos de C y de H obtenemos
0154 gramos (C) + 0034 gramos (H) = 0188 gramos
Pero sabemos que el peso de la muestra era de 0255 gramos
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
La masa que falta debe ser de los aacutetomos de oxiacutegeno que hay en la muestra de alcohol isopropiacutelico
0255 gramos - 0188 gramos = 0067 gramos (O)
Pero esto iquestcuaacutentos moles de O representa
(0067 g de O) x (1 mol de O15999 g) = 00042 moles de OEntonces resumiendo lo que tenemos es
00128 moles Carbono00340 moles Hidroacutegeno00042 moles Oxiacutegeno
Con esta informacioacuten podemos encontrar la foacutermula empiacuterica si dividimos entre la menor cantidad para obtener enteros
C = 305 aacutetomos
H = 81 aacutetomos
O = 1 aacutetomoSi consideramos el error experimental es probable que la muestra tenga la foacutermula empiacuterica
C3H8O
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Algunos conceptos
Estequiometriacutea- Es el teacutermino utilizado para referirse a todos los aspectos cuantitativos de la composicioacuten y de las reacciones quiacutemicas
Estequiometriacutea de composicioacuten- Describe las relaciones cuantitativas (en masa) entre los elementos de los compuestos
Elemento- Es una sustancia compuesta por aacutetomos de una sola clase todos los aacutetomos poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z
Isoacutetopos- Son aacutetomos que poseen el mismo nuacutemero atoacutemico Z pero cuyas masas son diferentes
Ioacuten- Aacutetomo o grupo de aacutetomos con carga eleacutectrica
Nuacutemero atoacutemico Z- De un elemento es el nuacutemero de protones que contiene el nuacutecleo de un aacutetomo del elemento este nuacutemero es igual al de electrones que rodean al nuacutecleo en el aacutetomo neutro
Nuacutemero maacutesico (nuacutemero de nucleones)- Es la suma del nuacutemero de protones y el nuacutemero de neutrones de un aacutetomo
Defecto de masa- Es la diferencia entre la masa de un aacutetomo y la suma de las masas de sus partiacuteculas constituyentes (protones neutrones y electrones)
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Foacutermula- Combinacioacuten de siacutembolos que indica la composicioacuten quiacutemica de una sustancia
Unidad foacutermula o foacutermula unitaria- La menor unidad repetitiva de una sustancia moleacutecula para las sustancias no ioacutenicas
Foacutermula empiacuterica (foacutermula maacutes simple)- Es la foacutermula maacutes sencilla que expresa el nuacutemero relativo de aacutetomos de cada clase que contiene los nuacutemeros que figuran en la foacutermula empiacuterica deben ser enteros
Foacutermula molecular- Indica el nuacutemero de aacutetomos de cada clase que estaacuten contenidos en una moleacutecula de una sustancia Se trata siempre de alguacuten muacuteltiplo entero de la foacutermula empiacuterica
Hidrato- Compuesto soacutelido que contiene un porcentaje definido de agua enlazada a eacutel
Ley de las proporciones definidas (Ley de la composicioacuten constante)- Enunciado que establece que las muestras diferentes de compuestos puros siempre contienen los mismos elementos en la misma proporcioacuten de masas Unidad de masa atoacutemica (uma)- Duodeacutecima parte de la masa de un aacutetomo del isoacutetopo de carbono-12 unidad que se emplea para establecer pesos moleculares y atoacutemicos a la cual se le llama dalton Masa atoacutemica- De un aacutetomo es la masa del aacutetomo expresada en unidades de masa atoacutemica
Peso atoacutemico- El peso promedio de las masas de los isoacutetopos constituyentes de un elemento masas relativas de los aacutetomos de diferentes elementos
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Masa molecular- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula molecular de una sustancia
Peso molecular- Masa de una moleacutecula de una sustancia no ioacutenica en unidades de masa atoacutemica
Masa foacutermula- Es la que se obtiene como suma de las de todos los aacutetomos que intervienen en la foacutermula empiacuterica de una sustancia
Peso foacutermula- La masa de una foacutermula unitaria de sustancias en unidades de masa atoacutemica
Composicioacuten porcentual- El tanto por ciento de masa de cada elemento en un compuesto
Mol- Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (por ejemplo aacutetomos moleacuteculas unidades foacutermula etc) como aacutetomos hay en 0012 kg (12 g) de carbono-12 1 mol = 6022 x 1023 entidades
Constante de Avogadro- Es el nuacutemero de entidades elementales (aacutetomos moleacuteculas iones etc) contenido en un mol de dichas entidades N = 6022 x 1023 mol-1
Masa molar- Es la masa de un mol de una sustancia
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Caacutelculos en estequiometriacutea
Estequiometriacutea
Es el caacutelculo de las cantidades de reactivos y productos de una reaccioacuten quiacutemica
Definicioacuten
Informacioacuten cuantitativa de las ecuaciones ajustadasLos coeficientes de una ecuacioacuten ajustada representanel nuacutemero relativo de moleacuteculas que participan en una reaccioacuten el nuacutemero relativo de moles participantes en dicha reaccioacuten Por ejemplo en la ecuacioacuten ajustada siguiente
la produccioacuten de dos moles de agua requieren el consumo de 2 moles de H2 un mol de O2
Por lo tanto en esta reaccioacuten tenemos que 2 moles de H2 1 mol de O2 y 2 moles de H2O son cantidades estequiomeacutetricamente equivalentes
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Estas relaciones estequiomeacutetricas derivadas de las ecuaciones ajustadas pueden usarse para determinar las cantidades esperadas de productos para una cantidad dada de reactivos
Ejemplo
iquestCuaacutentas moles de H2O se produciraacuten en una reaccioacuten donde tenemos 157 moles de O2 suponiendo que tenemos hidroacutegeno de sobra
El cociente
es la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el H2O y el O2 de la ecuacioacuten ajustada de esta reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Ejemplo
Calcula la masa de CO2 producida al quemar 100 gramo de C4H10Para la reaccioacuten de combustioacuten del butano (C4H10) la ecuacioacuten ajustada es
Para ello antes que nada debemos calcular cuantas moles de butano tenemos en 100 gramos de la muestra
de manera que si la relacioacuten estequiomeacutetrica entre el C4H10 y el CO2 es por lo tanto
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Pero la pregunta pediacutea la determinacioacuten de la masa de CO2 producida por ello debemos convertir los moles de CO2 en gramos (usando el peso molecular del CO2)
De manera similar podemos determinar la masa de agua producida la masa de oxiacutegeno consumida etc
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Calcular el peso molecular o foacutermula de cada compuesto Convertir las masas a moles Usar la ecuacioacuten quiacutemica para obtener los datos necesarios Reconvertir las moles a masas si se requiere
Caacutelculos
Caacutelculos de molesLa ecuacioacuten ajustada muestra la proporcioacuten entre reactivos y productos en la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
de manera que para cada sustancia en la ecuacioacuten se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reaccioacuten
Si conocemos los pesos moleculares podemos usar cantidades en gramos
Conversioacuten de moles a gramos
Ejemplo N2 iquestCuaacutentos moles hay en 140 gPM = 1401 x 2 = 2802 gmol
Caacutelculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares pues en la mayoriacutea de los experimentos en el laboratorio es demasiado material Esto no es asiacute cuando trabajamos en una planta quiacutemica
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
En general mediremos gramos o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en el caso de plantas quiacutemicasLos pesos moleculares y las ecuaciones quiacutemicas nos permiten usar masas o cantidades molares
Los pasos son
Ajustar la ecuacioacuten quiacutemica Convertir los valores de masa a valores molares Usar los coeficientes de la ecuacioacuten ajustada para determinar las proporciones de reactivos y productos Reconvertir los valores de moles a masa
Para la reaccioacuten
Tenemos un exceso de HCl de manera que estaacute presente todo el que necesitamos y maacutes
Noacutetese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el nuacutemero de moles de Ca que pusimos en la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
2) 10 g de Ca son 025 moles como tenemos 025 moles de Ca uacutenicamente se produciraacuten 025 moles de H2 iquestCuaacutentos gramos produciremosgramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 025 moles x 2016 (gmol) = 0504 g
iquestCuaacutentos g de CaCl2 se formaron Tambieacuten seraacuten 025 moles Y entoncesgramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 025 moles x 11098 (gmol) = 2775 g
Algunos ejercicios praacutecticos
Cuando se ha ajustado una ecuacioacuten los coeficientes representan el nuacutemero de cada elemento en los reactivos y en los productos Tambieacuten representan el nuacutemero de moleacuteculas y de moles de reactivos y productos
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Factores para calcular Moles-Moles
Cuando una ecuacioacuten estaacute ajustada basta un caacutelculo simple para saber las moles de un reactivo necesarias para obtener el nuacutemero deseado de moles de un producto Se encuentran multiplicando las moles deseada del producto por la relacioacuten entre las moles de reactivo y las moles de producto en la ecuacioacuten ajustada La ecuacioacuten es la siguiente
Ejemplo
Cual de las siguientes operaciones es correcta para calcular el nuacutemero de moles de hidroacutegeno necesarios para producir 6 moles de NH3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
a) 6 moles NH3 x 2 moles NH3 3 moles H2
b) 6 moles NH3 x 3 moles NH3 2 moles H2
c) 6 moles NH3 x 3 moles H2 2 moles NH3
d) 6 moles NH3 x 2 moles H2 3 moles NH3
En este caso el reactivo es H2 y el producto es NH3La respuesta correcta es ca) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]b) FALSA la relacioacuten aquiacute es [moles de producto moles de reactivo] pero debe ser [moles de reactivo moles de producto]c) VERDADERA
d) FALSA la relacioacuten aquiacute es [2 moles de reactivo 3 moles de producto] pero debe ser [3 moles de reactivo 2 moles de producto]
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
Factor para Caacutelculos Mol-Gramos
Para encontrar la masa de producto basta con multiplicar las moles de producto por su peso molecular en gmol
Ejemplo
iquestCuaacutel de las siguientes operaciones calcula correctamente la masa de oxiacutegeno producida a partir de 025 moles de KClO3 seguacuten la siguiente ecuacioacuten(Pesos Atoacutemicos K = 391 Cl = 3545 O = 1600)
a) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 32 g1 mol O2
b) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 32 g1 mol O2
c) 025 moles KClO3 x 2 moles KClO33 moles O2 x 1 mol O232 gd) 025 moles KClO3 x 3 moles O22 moles KClO3 x 1 mol O232 gEn este caso el reactivo es KClO3 y el producto O2
La respuesta correcta es ba) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser moles de producto moles de reactivo]
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
b) VERDADERA
c) FALSA la relacioacuten usada aquiacute es [moles de reactivo moles de producto] pero debe ser [moles de producto moles de reactivo] Ademaacutes la expresioacuten correcta para el peso molecular es gmol y no molgd) FALSA el nuacutemero de moles de producto se multiplica por molg pero lo correcto es por gmol
Factor para Caacutelculos Gramos-Gramos
En la cuestioacuten correspondiente a este apartado es muy importante estar seguros de usar la relacioacuten correcta de reactivos y productos de la ecuacioacuten ajustada
EjemploiquestCuaacutel de las siguientes operaciones es la correcta para calcular el nuacutemero de gramos de carburo de calcio (CaC2) necesarios para obtener 52 gramos de acetileno (C2H2)(Pesos Atoacutemicos Ca = 4001 C = 1201 O = 1600 H = 1008)
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
a) 52 g C2H2 x (1 mol C2H226 g C2H2) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (641 g CaC21 mol)b) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol CaC21 mol C2H2) x (1 mol641 g CaC2)c) 52 g C2H2 x (1 mol26 g C2H2) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (1 mol641 g CaC2)d) 52 g C2H2 x (26 g C2H21 mol) x (1 mol C2H21 mol CaC2) x (641 g CaC21 mol)
Escribiendo la ecuacioacuten en su forma estequiomeacutetricamente correcta la respuesta es a
a) forma estequiomeacutetricamente correcta
b) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
c) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
d) forma estequiomeacutetricamente incorrecta
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Moles Ejemplo
Calcular el nuacutemero de moles de dioacutexido de nitroacutegeno (NO2) obtenidas cuando se producen 3 moles de oxiacutegeno en la descomposicioacuten del aacutecido niacutetrico por la luz
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
En esta reaccioacuten se obtiene 1 mol de O2 y 4 moles de NO2 cuando se descompomen 4 moles de aacutecido niacutetrico Por tanto cuando se forman 3 moles de O2 se forman tambieacuten 3 x 4 = 12 moles de NO2
Problemas de estequiometriacutea - Moles a Masa Ejemplo
iquestCuantos moles de dioacutexido de azufrepueden obtenerse quemando 16 gramos de azufre(Pesos Atoacutemicos S = 3206 O = 1600)
En esta reaccioacuten 1 mol de S8 reacciona para dar 8 moles de SO2 Por tanto
Problemas de estequiometriacutea - Masa a Masa Ejemplo
iquestQue masa de H2 que reacciona con exceso de O2 produce 1191 g de H2O(Pesos Atoacutemicos H = 1008 O = 1600)
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
en esta reaccioacuten 2 moles de H2 reaccionan para dar 2 moles de H2O De acuerdo con la estequiometriacutea de la reaccioacuten
