1. Estequiometra

Qumica (1S, Grado Biologa, G12) UAM 2009/10 1.Estequiometra

Reacciones qumicas *

Reacciones qumicasDos o ms molculas distintas pueden intercambiar algunos de sus tomos y dar lugar a nuevas molculasReaccin qumicaProceso por el que un conjunto de sustancias -reactivos- se transforma en otro conjunto de sustancias productos.Transcurre normalmente con cambios notables de las propiedades fsicascambio de color; formacin de precipitado; desprendimiento de gas; desprendimiento o absorcin de calorEn caso contrario hay que hacer anlisis qumico para saber si ha tenido lugar una reaccin qumica *

Ecuaciones qumicas: estequiometra *Interpretacin en trminos atmico-moleculares (microscpicos)Las molculas de reactivos reaccionan entre s, en la proporcin indicada por los coeficientes estequiomtricos de la izquierdaIntercambian tomos -en uno o en varios pasos- y generan los productos

La proporcin de molculas de productos generadas a partir de molculas de reactivos tambin es la indicada por los coeficientes estequiomtricos

Slo se indica el resultado global de la reaccinSi la reaccin tiene lugar en varios pasos (mecanismo de la reaccin), las molculas que se generan temporalmente para ser consumidos inmediatamente (intermedios de reaccin) no se indican

Ecuaciones qumicas: estequiometra *Interpretacin en trminos molares (macroscpicos)

Un mol de dos sustancias cualesquiera contiene el mismo nmero de molculas de cada sustancia por definicin de mol-.NA, el nmero de Avogadro, 6,0221418 x 1023 molculas/molP.ej., 2,016 g de H2 y 32,00 g de O2 tienen el mismo nmero de molculas con cuatro cifras significativas (6,022 x 1023 molculas)

Las cantidades macroscpicas de reactivos que reaccionan entre s guardan la misma proporcin que los coeficientes estequiomtricos, si se expresan en moles

Las cantidades macroscpicas de productos que se generan a partir de los reactivos guardan la misma proporcin que los coeficientes estequiomtricos, si se expresan en moles

Ecuaciones qumicas: estequiometra *Con cuntos moles de H2 reaccionan 2,40 moles de O2? Cuntos moles de H2O producen?

Ecuaciones qumicas: estequiometraQumica Estequiometra *Con cuntos gramos de H2 reaccionan 38,4 gramos de O2? Cuntos gramos de H2O producen? [Masas atmicas: H 1,008; O 16,00]

[Recomendacin: Petrucci ejemplos 4.3-4.5][Prob. 1.3]

Qumica Estequiometra

Ajustes de ecuaciones qumicas

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Ajustes de ecuaciones qumicas simples *Procedimiento de tanteoSi un elemento aparece en un solo compuesto en cada lado, se ajustan los coeficientes de dichos compuestos los primerosSi un reactivo o producto es un elemento libre, se ajusta en ltimo lugarLos dems coeficientes se van adaptado, por tanteo, al resultado del primer pasoPueden usarse coeficientes fraccionarios; al final pueden convertirse todos en enteros por multiplicacin por un factor comn1. C aparece en un solo compuesto en cada lado: 2. H aparece en un solo compuesto en cada lado: 3. Como consecuencia de 1+2: 4. O aparece como elemento libre y lo ajustamos el ltimo

Ajustes de ecuaciones qumicas simples *Ejemplo:

Ajustes de ecuaciones qumicas simplesQumica Estequiometra *Ejemplo: Reaccin global de combustin metablica completa de la glucosa[Recomendacin: Petrucci ejemplos 4.1,4.2]

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Reactivo limitante

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Reactivo limitante *En un recipiente cerrado se prepara una mezcla de 2,40 mol de O2 y 4,00 mol de H2. Se hace saltar una chispa y se produce la reaccin de formacin de H2O indicada ms arriba.Cuntos moles de O2 reaccionan?Cuntos moles de H2 reaccionan?Cuntos moles de H2O se forman?1) 2,40 mol O2 podran reaccionar con 4,80 mol H2, pero slo hay presentes 4,00 mol H2; luego se quedar O2 sobrante sin reaccionar. 2) 4,00 mol H2 pueden reaccionar con 2,00 mol O2; como hay presentes 2,40 mol O2, quedaran 0,40 mol O2 sobrantes sin reaccionar. 3) 4,00 mol H2 reaccionan con 2,00 mol O2 y producen 4,00 mol H2O.4) El resultado de la reaccin es que se consume todo el H2, se producen 4,00 mol H2O y quedan presentes sin reaccionar 0,40 mol O2.El H2 acta de reactivo limitante

Reactivo limitante *Los coeficientes estequiomtricos de la ecuacin qumica indican las proporciones de moles de reactivos que pueden reaccionar y las proporciones molares de productos que se formarn.Cuando se prepara una mezcla de reactivos de modo que los moles de los mismos guardan la misma proporcin que los coeficientes estequiomtricos, se dice que es una mezcla estequiomtrica, o que los reactivos estn en proporciones estequiomtricas.En este caso, todos los reactivos presentes se consumen completamente en la reaccin. Ej. 2,40 mol O2 y 4,80 mol H2Normalmente se ponen a reaccionar mezclas no estequiomtricas.En estos casos, el reactivo que est presente en menor proporcin (respecto a la estequiomtrica) se consume totalmente en la reaccin y determina las cantidades que se consumen de los otros reactivos y las que se forman de productos. Se le denomina reactivo limitante. Del resto de reactivos decimos que estn en exceso.Ej. 2,40 mol O2 y 4,00 mol H2; reactivo limitante:H2

[Lectura: Petrucci 4.4]

Reactivo limitante *Ejemplo: Con el objeto de determinar el valor energtico de la glucosa, se realiza un experimento de combustin completa de la misma. Se preparan 2,30 g de glucosa y 2,30 g de oxgeno. Cunta glucosa y cunto oxgeno se espera que reaccionen? Cul es el reactivo limitante? [Masas atmicas: H 1,008; C 12,01; O 16,00]1) Escribimos y ajustamos la reaccin 2) Calculamos la cantidad (en g) de glucosa que reaccionara con el oxgeno presente 3) Concluimos: Reaccionarn 2,15 g glucosa y los 2,30 g O2; el reactivo limitante es el O2

Rendimiento

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Rendimiento de las reacciones qumicas *En el transcurso real de una reaccin qumica suele haber factores que hacen que se obtenga una cantidad de productos menor que la correspondiente a la estequiometra de la reaccin. P.ej., la existencia de otras reacciones secundarias competitivas que generan subproductos.Rendimiento terico (de un producto): es la cantidad de ese producto que se espera obtener, por la estequiometra de la reaccin, a partir de unas cantidades dadas de reactivos.depende de las cantidades de reactivos de que se parta

Rendimiento real (de un producto): es la cantidad de ese producto que se obtiene realmente a partir de unas cantidades dadas de reactivos.depende de las cantidades de reactivos de que se parta

Rendimiento porcentual, o rendimiento (de un producto):

Es independiente de las cantidades de reactivos de que se partaUna reaccin con rendimiento ~100% se dice que es cuantitativa y se puede utilizar para realizar anlisis qumicos cuantitativos

[Lectura: Petrucci 4.5]

Rendimiento de las reacciones qumicas *Ejemplo: La urea, CO(NH2)2, se sintetiza a escala industrial por reaccin entre amoniaco y dixido de carbono, que da urea y agua. Por conveniencia metodolgica, se prepara una mezcla de reactivos con una proporcin molar amoniaco/dixido de carbono de 3:1 y, cuando se utiliza sta, se producen 47,7 g de urea por mol de dixido de carbono. Calcula el rendimiento terico, el real y el rendimiento porcentual de la reaccin. [Masas atmicas: H 1,008; C 12,01; N 14,01; O 16,00]1) Escribimos y ajustamos la reaccin 2) Determinamos el reactivo limitante La proporcin estequiomtrica NH3/CO2 es 2:1. Si se prepara una mezcla de proporcin molar 3:1, hay exceso de NH3 y el reactivo limitante es el CO2, que es quien determina la cantidad de urea que se puede producir.3) Calculamos el rendimiento terico como la cantidad de urea que se puede producir a partir de la cantidad de CO2 utilizadaRendimiento terico (de urea): 60,06 g

Rendimiento de las reacciones qumicas *4) Determinamos el rendimiento real como la cantidad de urea realmente producida a partir de la cantidad de CO2 utilizadaRendimiento real (de urea): 47,7 g5) Calculamos el rendimiento porcentualRendimiento porcentual (de urea): 79,4%Ejemplo: La urea, CO(NH2)2, se sintetiza a escala industrial por reaccin entre amoniaco y dixido de carbono, que da urea y agua. Por conveniencia metodolgica, se prepara una mezcla de reactivos con una proporcin molar amoniaco/dixido de carbono de 3:1 y, cuando se utiliza sta, se producen 47,7 g de urea por mol de dixido de carbono. Calcula el rendimiento terico, el real y el rendimiento porcentual de la reaccin. [Masas atmicas: H 1,008; C 12,01; N 14,01; O 16,00]

Rendimiento de las reacciones qumicas *Ejemplo: Si la sntesis industrial de urea a partir de amoniaco y dixido de carbono tiene un rendimiento del 79,4%, qu masas de amoniaco y de dixido de carbono se consumen para producir 1000 kg de urea? 1) Calculamos la cantidad de urea que se producira si el rendimiento fuese del 100% 2) Calculamos las cantidades de reactivos necesarias para producir esa urea; utilizamos la estequiometra de la reaccin global ajustada y las masas atmicas (ejemplo anterior)[[Prob. 1.6]