ESTEQUIOMETRIA 2013

7/28/2019 ESTEQUIOMETRIA 2013

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Julio OriaProfesor:

2CAPTULO

Casi todos los objetos y productos qumicosque utilizamos actualmente, se obtienen poralgn proceso qumico, empleando uno oms reactivos. Por razones econmicas, talesprocesos qumicos deben ir acompaados delmnimo de desperdicio posible y para estopreviamente se realizan clculosestequiomtricos.La estequiometra es importante porque

conociendo la cantidad de una sustancia enuna reaccin qumica y su respectiva ecuacinqumica balanceada, se puede calcular lacantidad de otras sustancias, que a continuacin analizamos.

Es aquella parte de la qumica que se encarga del estudio de las relacionescuantitativas tanto en masa como en volumen que existen entre las sustancias

reactantes y los productos que participan en una reaccin qumica.Cuando se realiza el anlisis cuantitativo, se recurre a leyes experimentales decombinacin qumica, que se agrupa en leyes ponderales y leyes volumtricas.

Fue enunciada por el qumico francs Antoine Lavoisier en 1789, que basndose enque la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma, estableci lo siguiente:

En toda reaccin qumica ordinaria se debe de cumplir que la suma de la masatotal de los reactantes debe ser igual a la suma de la masa total de los

productos.Ejemplos: A : S = 32 ; O = 16rSea la ecuacin balanceada:

2SO + O 2SO2 2 3Relacin de moles: 2mol 1mol 2molRelacin de masas: 2(64)g 1(32)g 2(80)g

Por Lavoisier: 160g = 160g

Llamada tambin Ley de la , fue enunciada por el qumicoComposicin Constantefrancs Joseph Proust en 1801, establece que:

Tema ESTEQUIOMETRA

Qumica - 20131

I INTRODUCCIN

2 CONCEPTO

3 LEYES DE LA COMBINACIN QUMICA

A LEYES PONDERALES (Masa-Masa)

* Ley de la Conservacin de la Masa (Lavoisier)

* Ley de las Proporciones Definidas (Proust)


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En toda reaccin qumica, los reactantes y productos participan manteniendo susmoles o sus masas en una proporcin fija, constante y definida. De lo anterior sededuce que cualquier exceso de uno de ellos permanece sin reaccionar ocombinar.Ejemplo:Sntesis del agua. Ar: H= 1, O= 16.

2H + O 2H O2 2 2Relacin molar: 2 mol 1 mol 2molRelacin ponderal: 4g 32g 36gDe lo anterior se deduce que las masas guardan la siguiente relacin:

1g 8g 9gPor Proust:La relacin constante y fija de los elementos es:m = 4g = 1 ; m = 1g = 1H2 H2m = 32g 8 m = 9g 9O2 H2O

Caso 01: Si reaccionan 2mol de H con 3mol de O Qu sucede? Respuesta: Habra un2 2exceso de 2mol de O que no reaccionaran.2

Caso 02: Si reaccionan 50g de H con 32g de O Qu sucede? Respuesta: Habra un2 2exceso de 46g de H que no reaccionaran.2

En ciertas reacciones qumicas es necesario considerar:Cuando un qumico efecta una reaccin, generalmente los reactivos a utilizarse

no estn presentes en las cantidades estequiomtricas exactas, es decir, en lasproporciones que indica su ecuacin balanceada. Como consecuencia, algunosreactivos se consumen totalmente mientras tanto otros no, el reactivo que esta enexceso se llama reactivo en exceso y el que se consume totalmente se le denominareactivo limitante y generalmente se encuentra en menor cantidad, y es el que vadeterminar la cantidad exacta de productos que se va formar.

es aquella sustancia que ingresa al reactor qumico en* Reactivo en exceso (RE),mayor proporcin estequiomtrica, por lo tanto queda como sobrante al finalizar lareaccin, es decir slo reacciona de manera parcial sin llegar a consumirsetotalmente.

* Reactivo limitante (RL), es aquella sustancia que ingresa al reactor qumico enmenor proporcin estequiomtrica y al agotarse (consumirse totalmente) limita lacantidad mxima del producto obtenido. Este reactivo controla la reaccin.

El concepto de reactivo limitante es anlogo a la relacin entre hombres ymujeres en un saln de baile. Si hay 14 hombres y solo 9 mujeres, nicamente se

podrn completar 9 parejas. Cinco hombres se quedaran sin pareja. As, elnmero de mujeres limita el nmero de hombres que podrn bailar y hay unexceso de hombres.

Regla prctica para evaluar el RL y RE para cada reactante.

Se plantea la siguiente relacin:1 Tener la ecuacin qumica balanceada.2 Determinar la siguiente relacin para cada reactante:


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El menor valor de la relacin para los reactantes, indica cual de ellos es el

reactivo limitante, el mayor valor indicara el reactivo en exceso.Todos los clculos se hacen tomando en cuenta al RL.

Enunciada por el qumico ingls John Dalton en 1803, establece que: Siempre quedos elementos se combinen entre si para formar varios compuestos, el peso deuno de ellos permanece constante, mientras que el peso del otro vara en unarelacin de nmeros enteros sencillos.Ejemplo: Ar: Cl= 35,5 ; S=32 ; O=16Al combinarse:

Cl + O S + O2 2 2forma 3 compuestos forma 3 compuestos

El peso del oxgeno vara segn la relacin: 1, 2, 3 y 5; cuando el peso del cloro (71g)

y el azufre (32g) permanecen constantes.

Observacin:Con su famosa teora atmica-molecular, Dalton pudo explicar exitosamente no slo

la ley de las proporciones mltiples, sino tambin la de Lavoisier y la de Proust.Si el nmero de tomos de un elemento en los reactantes debe ser igual que en

los productos, razn por la cual la masa debe conservarse. De este modo logrexplicar la Ley de Lavoisier. Por otro lado, si la composicin en masa de un compuestoes constante, es debido a que posee cantidades fijas de los elementos que loconstituyen. De este modo logro explicar la ley de Proust.

Planteada por C.F. Wenzell y J.B. Ritcher en 1792, establece lo siguiente: Lasmasas de diferentes elementos que se combinan con una misma masa de otroelemento dan la relacin en que se combinarn entre s, o bien mltiplos osubmltiplos de estas masas.Ejemplo explicativo:

Las masas de dos sustancias diferentes (A y B) que se combinan por separado conuna misma masa de una tercera sustancia C.

A + PRODUCTOSC Xg Wg

B + PRODUCTOS C

RELACIN = Masa reactante ( dato del problema)M del reactante x correspondiente coef est rxn balanceada

* Ley de las Proporciones Mltiples (Dalton)

* Ley de las Proporciones Reciprocas (o Masas de Combinacin)


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Yg WgEntonces al hacer reaccionar estas dos sustancias (A y B) se combinaran entre si

con la misma masa con la que se combinan con la sustancia C o en masas mltiplosde ellas.

A + B PRODUCTOS Xg Yg

Ejemplo 01:En una experiencia de laboratorio, 46g de sodio se combinan con 32g de

azufre para formar sulfuro de sodio. En otra experiencia, 2g de hidrgeno secombinan con 32g de azufre para formar sulfuro de hidrgeno. Qu masa de Na y deH se formarn si se combinan estos dos elementos?

Ejemplo 02:Con los datos proporcionados en el problema, hallar Qu masa de A se

combinar con 36g de el elemento D?A + PRODUCTOS XE

140g 60g

D + PRODUCTOS YE 30g 15gLuego por la Ley de Ritcher y Wenzel:A + D PRODUCTOS Z

140g 120gm 36g m = 42gA A

Solo aplicable para las sustancias que en la reaccin qumica se encuentran en lafase gaseosa, y medidas a las mismas condiciones de presin y temperatura.

Fue dada a conocer por el cientfico francs Joseph Gay Lussac en 1808, comoproducto de sus investigaciones sobre la compresin y expansin de los gases, y lareaccin entre ellos.

Esta ley establece lo siguiente: A las mismas condiciones de presin y

temperatura, las sustancias gaseosas presentan que sus coeficientes molaresnos indican tambin sus coeficientes volumtricos.

B

LEYES VOLUMTRICAS (Volumen-Volumen)

* Ley de los volumenes definidos (Gay Lussac)


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Ejemplo: A las mismas condiciones de presin y temperatura vamos a hacer reaccionarhidrgeno gaseoso con nitrgeno gaseoso, para obtener amoniaco gaseoso, as:DATO: (A C.N. : P = 1 atm, T = 0C, 1mol-g ocupa 22,4 litros).

N + 3H 2NH2(g) 2(g) 3(g)Relacin molar: 1 mol 3 mol 2 molRelacin volumtrica: 1 V 3 V 2 V

A C.N. 1(22,4L) 3(22,4L) 2(22,4L)

* Contraccin Volumtrica (Cv).- Se define como la disminucin en volumen queexperimentan los reactantes al convertirse en productos. Solo se debe tomar encuenta los volmenes de las especies en estado gaseoso, omitindose slidos ylquidos.Luego: ( V: volumen).

Cv = Vreactantes - VproductosVreactantes

Nota:Si Cv (+), contraccin volumtrica.Si Cv (-), expansin.Ejemplos:2SO + O 2SO (Vp < Vr)2(g) 2(g) 3(g)2V + 1V 2V contraccin

3V 2V volumtrica

Cv = (3V - 2V)/ 3V = 1/3 (contraccin al 33,3%)

H + Cl 2HCl (Vp = Vr)2(g) 2(g) (g)1V + 1V 2V no hay

2V 2V variacin

Cv= (2V -2V)/2V= 0 (no hay contraccin)2SO 2SO + O (Vp > Vr)3(g) 2(g) 2(g)2V 2V + 1V expansin

Cv = (2V - 3V)/ 2V = -1/2 (expansin al 50%)

* Pureza de Reactivos (P).- En toda reaccin qumica, las sustancias que intervienenen ella deben ser qumicamente puras, es decir sin mezclas de sustancias extraas,donde:

%P = mpura x 100% mtotal

Ejemplo:Al descomponer por calentamiento 1Kg de piedra caliza,

se aprecia que contiene 20% de CaCO , A cuanto equivale3la masa de carbonato de calcio? A Cunto equivale la masaque no reacciona?


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* Eficiencia o Rendimiento de una reaccin qumica (n % rend).- Hay ocasionesen que una reaccin no llega a realizarse completamente, esto debido a factorescomo: contaminacin de algn reactivo, fuga de los reactivos al momento demezclarlos, etc. En estos casos la reaccin no se realiza en un 100% y para hallar enque porcentaje realmente se realiza dicha reaccin, podemos usar la siguientefrmula.

Nota:- Pesos y volmenes reales se obtienen experimentalmente en el laboratorio, y son

datos del problema.

- Pesos y volmenes tericos se obtienen por estequiometria.- Solo reaccionan las sustancias qumicamente puras, las impuras no reaccionan.

En nuestras actividades cotidianas es muy comn utilizar equivalencias,por ejemplo, sabemos que 1kg. equivale a 1000g. O como sucede en laspruebas de maratn que se realizan en las olimpiadas, los atletas dediversos pases recorren 42Km., lo que es lo mismo que 26 millas, por lo

tanto podemos decir que 1 milla equivale a 1,62Km.

En las reacciones qumicas ocurre algo similar, es decir las sustancias qumicas queparticipan se combinan en cantidades equivalentes en masa denominadas Pesoexacto de combinacin, Peso exacto de reaccin o Peso Equivalente.Ejemplo: sean las siguientes reacciones qumicas. Ar ( Na= 23, H= 1, O= 16 )a) 2Na + H 2NaH2

46g 2g simplificando Se observa que 23g de Na es qumicamente23g 1g

equivalente a 1g de H2b) 2Na + O Na O2 2

46g 16g simplificandoSe observa que 23g de Na es qumicamente23g 8gequivalente a 8g de O2

Ahora bien de los 2 ejemplos anteriores podemos concluir que si se combinaran elHidrgeno y el Oxgeno lo haran en la proporcin en masa de 1 a 8, lo cual escompatible con las pruebas experimentales.Estos ejemplos nos indican que no es necesario realizar la combinacin qumica para

determinar la proporcin en masa de combinacin entre las sustancias qumicas, sepuede llegar a ello por concepto de equivalencia.

4 PESO EQUIVALENTE

* Introduccin:


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Es una forma de hallar la cantidad exacta (peso exacto de reaccin) que se necesita

de una sustancia (elemento, compuesto o in) para que se combine con otra sustanciay producir una reaccin qumica.

Los pesos equivalentes del H , O y Cl estn establecidos como cantidades estndares2 2 2

de referencia. As:PE (H )= 1 ; PE (O )= 8 ; PE (Cl )= 35,52 2 2

Cabe indicarque el H , O y Cl se toman convencionalmente como elementos de2 2 2referencia ya que se combinan con la mayora de los elementos para formar una granvariedad de compuestos qumicos.

Peq = Ar elemento/E.O./

E.O.: Estado de oxidacin del elemento.

Los elementos que tienen ms de un E.O. tendrn ms de un peso equivalente.Ejemplo: el Fe (+2,+3) , Hg (+1, +2).

Peq = Ar elemento o PM del compuesto/Carga/

Peq = Mr o P.F. del compuesto

Donde: : Es un parmetro numrico del compuesto denominado capacidad de

reaccin, que depende de cada especie qumica que participa en una reaccinqumica y se determina segn:

Peq = M o P.F# e- Transferidos

Nota:- No se necesita balancear toda la ecuacin qumica.- Solo debe estar balanceado el elemento cuyo nmero de oxidacin vara.

1 2 3 4 3 2 1

IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIAGRUPO

/EO/

* Concepto:

* Determinacin de Pesos Equivalentes:

* De elementos qumicos:

* De un in (monoatmico o poliatmico):

* De compuestos qumicos:

COMPUESTO CARACTERSTICAS DE

cido #de H liberados o sustituidosBase o Hidrxido # (OH) sustituibles o ionizables

Sal /Carga total del catin o anin/

xido Doble del nmero de oxgenos

* En reacciones qumicas:

* Reaccin Redox:


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Es el peso de una sustancia en gramos cuyo valor numrico es igual a su pesoequivalente. En una reaccin redox, es la masa en gramos de una sustancia oxidante

23o reductora que gana o pierde 6,022x10 electrones.

1 Eq - g (x) = 1 Peq (x)-g

Ejemplos:* 1 Eq - g (O) = 8 g* 3 Eq - g (H O) = 27 g2* 5 Eq - g (H ) = 5 g2

Es el mltiplo o submltiplo de 1Eq-g, que esta presente en una muestra qumicacuyo valor se halla as:

# Eq-g(x)= _masa (x) _ = #at-g /E.O/(x)Peq (x)-g

# Eq - g (x) = __masa (x) _ = n .(x)

Peq (x)-g

n= # moles de x

En una reaccin qumica se cumple que las sustancias puras reaccionan y se forman

con igual nmero de equivalentes gramos.En general, en una reaccin qumica se cumple:

aA + bB cC + dD # Eq-g(A) = # Eq-g(B) = # Eq-g(C) = # Eq-g(D)

COMPUESTO CARACTERSTICAS DE Agenteoxidante

Cantidad de e- ganados, pormol no reactante que se produce

Agentereductor

Cantidad de e- perdidos, pormol no reactante que se oxida

* Equivalente-gramo:

* Nmero de Equivalente-gramo (#eq-g):

* De elementos:

* De compuestos:

* Aplicaciones:

* Ley de la combinacin qumica: (Ley de Ritcher)


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Nota:Cuando se aplica la ley del equivalente qumico no es necesario que la ecuacin

este balanceada.

Ar. x C.E. 6.3 Ar.: Masa atmica relativa aproximada.

C.E.: Calor Especfico.

PE(AB) = PE(A) + PE(B)

Ejemplos: PE(XIDO) = PE(METAL) + PE(OXIGENO)

PE(CaO) = PE(Ca) + PE(O)40/2 + 16/2

PE(Al O ) = PE(Al) + PE(O)2 327/3 + 16/2

PE(CIDO) = PE(IN) + PE(HIDRGENO)-2PE(H SO ) = PE(SO ) + PE(H)2 4 4

96/2 + 2/2

-1PE(HIDRXIDO) = PE(METAL) + PE(OH )+X -1

PE(M(OH) ) = PE(M ) + PE(OH )X +2 -1PE(Mg(OH) ) = PE(Mg ) + PE(OH )224/2 + 17/1

PE(SAL) = PE(CATIN) + PE(ANIN)+y -xPE(A B ) = PE(A ) + PE(B )x y

PA o PM + PA o PM/y/ /x/

* Determinacin de Ar aproximadas: (Ley de Dulong y Petit):

* Regla General:

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