Estequiometría:Cálculos con fórmulas y ecuaciones

químicas

Unidad 1

Por definición: 1 átomo 12C “pesa” 12 uma

En esta escala 1H = 1.008 uma

16O = 16.00 uma

Masa atómica es la masa de un átomo en unidades de masa atómica (uma).

El mundo microscópico: los átomos y las moléculas.

El mundo macroscópico: los gramos.

El litio natural es :

7.42% 6Li (6.015 uma)

92.58% 7Li (7.016 uma)

7.42 x 6.015 + 92.58 x 7.016100 = 6.941 uma

Masa atómica promedio del litio:

Masa atómica promedio (6.941)

Metales

Metaloides

No metales

Número atómico

Masa atómica

Par = 2

Docena = 12

El mol es la cantidad de una sustancia que contiene tantas unidades elementales como

átomos hay exactamente en 12.00 gramos de 12C

1 mol = NA = 6.0221367 x 1023

Número de Avogadro (NA)

Masa molar : masa de 1 mol de en gramoshuevoszapatosátomos

1 mol 12C átomos = 6.022 x 1023 átomos = 12.00 g

1 12C átomo = 12.00 uma

1 mol 12C átomos = 12.00 g 12C

1 mol átomos de litio= 6.941 g de Li

Para cualquier elemento masa atómica (uma) = masa molar (gramos)

¿Cuántos átomos están en 0.551 g de potasio (K) ?

1 mol K = 39.10 g K

1 mol K = 6.022 x 1023 átomos K

0.551 g K 1 mol K39.10 g K

x x 6.022 x 1023 átomos K1 mol K

=

8.49 x 1021 átomos K

Masa molecular (o peso molecular) es la suma de las masas atómicas (en uma) en una molécula.

SO2

1S 32.07 uma2O + 2 x 16.00 uma SO2 64.07 uma

Para cualquier elemento masa molecular (uma) = masa molar (gramos)

1 molécula SO2 = 64.07 uma 1 mol SO2 = 64.07 g SO2

Mol y Número de AvogadroActividad de Indagación:

¿Todas las docenas tienen la misma masa?

a. Cuando hablamos de docena, lo primero que pensamos es en huevos, ya que es la medida que se usa para comprarlos pero, ¿por qué se usa esta medida? b. ¿Cuál es la masa de una docena de huevos? c. ¿Todas las docenas de huevos tienen la misma masa? Explica.

Mol y Número de Avogadro

En química, la unidad de medida de la materia es el mol, y tal como en la docena hay 12 unidades, en el mol hay un número que puede representar diferentes sustancias.

El término mol proviene del latín moles, que significa “una masa”

En principio se define mol, como la cantidad de materia (átomos, moléculas o iones) que contienen 12g de 12C.

Número de Avogadro

1. Recuerda que infinito no es un número, sin embargo, hay números grandes que representamos

con notación científica.

Un millón = 1 000 000 = 106

Mil millones = 1 000 000 000 = 109

Un billón (un millón de millones) = 1 000 000 000 000 = 1012

Mil billones (un millón de billones) = 1 000 000 000 000 000 000 = 1018

Mil trillones = 1 000 000 000 000 000 000 000 = 1021

a. Si un mol corresponde a 602 000 000 000 000 000 000 000 = 6,02 · 1023, ¿cuántos millones de unidades hay en él?

Actividad de Indagación:

¿Cuál es el número mas grande que te puedes imaginar?

Mediante diversos experimentos científicos se ha determinado que el número de átomos que hay en 12g de 12C es 6.0221367 ·1023

Número de Avogadro

Este número recibe el nombre de número de Avogadro

Número de Avogadro

En definitiva:

un mol contiene el número de Avogadro ( 6.02·1023) de unidades de materia físicas reales

( átomos, moléculas o iones)

Un mol de átomos siempre tiene 6,022 · 1023 (NA) átomos, pero su cantidad en masa será mayor o menor dependiendo de la entidad de que se trate.

Los átomos de Cu son más pesados que los de C

Número de Avogadro

La masa en gramos de un mol de un elemento o compuesto, es un número igual a su masa atómica o molecular, respectivamente. Si M es la masa atómica (o molecular) del elemento (o compuesto) A :

Nº de moles =

molecularMasagramosm )(

1 . E n l a t a b l a p e r i ó d i c a encontrarás que uno de los muchos datos acerca de los e lementos , son sus masas atómicas, aunque es común que aparezca como pesos atómicos. La manera de obtener la masa molecular de un compuesto es sumar las masas de todos los átomos que la componen.

Masas atómicas y moleculares

a. ¿Cuál es la masa molecular del cloruro de sodio? Expresen el resultado en gramos/mol. b. ¿Cuál es la masa de 1 mol de moléculas de H2O?

Actividad de Indagación:

Reacciones QuímicasActividad de Indagación:

¿Qué características tiene una reacción química?

a. ¿En cuál de las tres imágenes identificas una reacción química? Fundamenta tu respuesta. b. Escribe el nombre de los reactantes y productos de la o las reacciones químicas que hayas encontrado. c. Para cada una, indica si es un proceso que libera o absorbe energía.

Reacciones Químicas• Una reacción química se produce cuando, bajo ciertas condiciones, las sustancias iniciales se transforman en nuevas sustancias.

• Una manera de reconocer una reacción química es observando si las sustancias iniciales varían sus estructuras químicas al final del proceso. Esto se puede lograr a través de alguna característica o evidencia observable.

• Para que se produzca una reacción química debe existir un intercambio de energía con el entorno, por lo general, esta energía es energía calórica. Así las reacciones químicas se pueden clasificar como endergónicas y exergónicas.

Ecuaciones QuímicasPara representar o describir lo que sucede en una reacción química se utilizan expresiones abreviadas llamadas ecuaciones químicas.

R E A C T I V O S P R O D U C T O S

Cada reactante o producto que participa en una reacción se debe indicar por medio de su representación química, es decir, un símbolo en el caso de los elementos químicos o una fórmula en el caso de los compuestos.

Para que una ecuación química sea cuantitativamente correcta, debe estar ajustada, es decir, cada lado de la ecuación debe tener el mismo número de átomos de cada elemento

Balance de ecuaciones

REACTIVOS PRODUCTOS

2 Na (s) + 2 H2O ( l ) ⇒ 2 NaOH (aq) + H2(g)Ejemplo:

Na

Na

+O

HH

OHH

• 2 átomos de sodio • 2 átomos de oxígeno • 4 átomos de hidrógeno

Na

Na

+

+

OH

−

OH

− + HH

• 2 átomos de sodio • 2 átomos de oxígeno • 4 átomos de hidrógeno

Balance de ecuacionesToda ecuación química debe cumplir con la ley de conservación de la materia, por lo tanto, debe existir el mismo número de átomos de cada elemento en los reactantes y en los productos.

Para ajustar la ecuación existen dos métodos, estos son: el método de tanteo y el método algebraico.

Relaciones Estequiométricas

La siguiente ecuación corresponde al proceso por el cual los seres vivos obtenemos la energía de los alimentos, consumiendo oxígeno y azúcar para producir agua y dióxido de carbono, proceso llamado respiración celular.

Actividad de Indagación:

La ecuación fundamental de la vida

a. Ajusta la ecuación anterior por el método que elijas. b. ¿Cuántos mol de CO2 se pueden formar con 1 mol de oxígeno absorbido? c. ¿Qué cantidad de mol de oxígeno debería consumir una planta para formar 2 mol de agua? d. Si existen 6 mol de oxígeno, ¿qué número de moléculas de oxígeno se tendrán?

Relaciones Estequiométricas

Relación en moles: Interpretación macroscópica de una reacción

La estequiometría se encarga de establecer relaciones cuantitativas entre reactantes y productos de una reacción.

Relaciones Estequiométricas

Los coeficientes estequiométricos informan sobre el número de moles de cada elemento y de cada compuesto que intervienen en la reacción.

2 moléculas de CO 1 molécula de O2 2 moléculas de CO2

Los coeficientes estequiométricos de una ecuación química ajustada informan de la proporción entre moles de reactivos y productos

2CO + O2 2CO2

20 moléculas de CO 10 molécula de O2 20 moléculas de CO2

2 · 6,02 · 1023 moléculas de CO

6,02 · 1023 moléculas de O2

2 · 6,02 · 1023 moléculas de CO2

2 moles de CO 1 mol de O2 2 moles de CO2

Relaciones Estequiométricas

1 mol de N2 3 moles de H2 2 moles de NH3

Los coeficientes estequiométricos de una ecuación química ajustada informan de la proporción entre gramos de reactivos y productos

A partir de las masas atómicas de los elementos que intervienen en la reacción, se puede establecer la relación entre las masas de los reactivos y de

los productos

N2 + 3H2 2NH3

Conociendo las masas atómicas (H = 1,01 u y N = 14,01 u), se determinan las masas moleculares: H2 = 2,02 u; N2 = 28,02 u; NH3 = 17,04 u

28,02 g de N2 3 · 2,02 = 6,06 g de H2 2 x 17,04 = 34,08 g de NH3

Reactivo limitante

En una reacción química, los reactivos pueden estar o no en la proporción exacta que determinan sus coeficientes estequiométricos.

Ejemplo: tenemos 10 moles de H2 y 7 moles de O2 para formar agua.

2H2(g) + O2(g)

2H2O(l)

Reactivo limitante: se consume por completo y limita la cantidad de producto que se forma

2 moles de CO 2 moles de O2 0 moles de CO2

Antes de la reacción

0 moles de CO 1 mol de O2 2 moles de CO2

Después de la reacción

Reactivo limitante

Rendimiento de una reacción

Para los químicos, es muy importante conocer la cantidad de producto que se obtendrá en una reacción. Por esta razón, se deben conocer algunos factores que influyen en el rendimiento de una reacción, el reactivo limitante y el porcentaje de rendimiento.