Trabajo Completo Quimica I

1

ELABORAR UNA PGINA WEB TITULADA ESTEQUIOMETRA CON LA

FINALIDAD DE UTILIZAR LAS NUEVAS TECNOLOGAS DE INFORMACIN

EN EL APRENDIZAJE DE LOS ESTUDIANTES, EN EL AREA DE QUMICA DE

LA UNIVERSIDAD DE ORIENTE

2

RESUMEN

En este mundo de cambios vertiginosos, de lucha constante para adaptarse a las

necesidades que requiere la sociedad, donde las nuevas tecnologas de informacin y

comunicacin (NTIC) estn variando aceleradamente las organizaciones; es necesario que

las Universidades no se queden estticas, sino que por el contrario deben adecuarse

rpidamente a estos requerimientos, a fin de replantear el Arte de Enseanza.

Particularmente la creciente tecnologa en estos nuevos tiempos ha dado paso a nuevos

saberes dispuestos en operaciones hipertextuales y en redes que propician otras lgicas,

otra epistemologa y otra dialctica en el campo educativo. Por otro lado, el proceso de

aprendizaje ha evolucionado en un esfuerzo continuo a travs de los modelos del

conductismo, cognitivismo y reciente el constructivismo en el cual el individuo se siente

libre, construye, crea o inventa realidades. En la elaboracin de esta pgina WEB titulada

Estequiometria se utilizaron un conjunto de estrategias basadas en los referidos modelos

educativos y en las NTIC con la finalidad de mejorar el proceso de aprendizaje de los

estudiantes en la Universidad de Oriente en el tema de estequiometria. Adems ofrece la

posibilidad de extrapolar la Investigacin en la UDO y dems Universidades Pblicas del

pas. En ltima instancia la investigacin adquiere especial significado

terico/epistemolgico una vez revisada una exhaustiva literatura que facilit ampliamente

la construccin del marco conceptual tratado para al abordaje y resolucin de los

problemas planteados en el tema estequiometria y areas afines en el desarrollo de la

carrera profesional del alumno.

3

DEDICATORIA

A Dios Todopoderoso

A la Virgen del Valle

Al Santsimo Cristo Del Buen Viaje

Quienes siempre me guan e iluminan. Sin ellos nada sera posible

A Belkis- Rondi- , mi esposa, cuya paciencia, afecto y compresin hicieron posible

desarrollar esta investigacin

A Athina, Atilio, Adhemar, Juan Carlos, Jesus David y Nahirelis: mis hijos, quienes con su

infinita generosidad y amor comprendieron tantas ausencias y sin saberlo me inspiraron y

apoyaron para que este trabajo fuera una realidad.

4

AGRADECIMIENTOS

A todos los maestros que da a da luchan por una Educacin Integral, haciendo de este

mundo un lugar mejor.

A todos mis alumnos que participaron en los diferentes cursos de Qumica I y Qumica II.

A la profesora Xiomara Salazar por su disposicin en la revisin, apoyo y sugerencias

acadmicas.

A la profesora Ligia vila, por sus orientaciones, colaboracin en la revisin y lectura de

este trabajo.

A mi madre, Juana Serrano. Una mujer valiente, humilde cuya pasin, perseverancia y

amor me han enseado que nada es imposible.

A la memoria de mi padre, Atilio Martnez Ros y a una amiga de siempre, Petra Celestina

Luna.

A mis hermanos, sobrinos y nietos, con quienes mantengo un vnculo de amistad

incondicional.

Finalmente, y no por ello menos importante, a todas las personas que de una manera u otra

han tocado mi vida a lo largo de mi existencia con su amistad, incondicionalidad,

comprensin y afecto

5

INTRODUCCIN

Las concepciones del aprendizaje y de la enseanza estn inmersas en los enfoques que se

tengan de la sociedad, de la naturaleza del ser humano y de la accin pedaggica. De all

que Camperos (1995) afirme que la evaluacin del aprendizaje exige una claridad en el

concepto mismo de aprendizaje.

Interpretando lo expresado por Camperos, el aprendizaje se debe centrar en la

construccin de significados y su relacin con el mundo, mediante construcciones

mentales. Tambin se puede definir como el proceso mediante el cual un sujeto construye

destrezas o habilidades prcticas, incorpora contenidos informativos o adopta nuevas

estrategias de conocimiento y accin.

Ausubel (1983), diferencia entre aprendizaje y enseanza, demostrando que la tarea

esencial de la educacin es conseguir el aprendizaje de carcter significativo; pero que para

hacerlo, es necesario que el nuevo aprendizaje se vincule de manera significativa con los

aprendizajes anteriores. De all que no sean lo mismo los tipos de aprendizaje que las

formas de enseanza, dado que lo primero hacen referencia a las caractersticas

estructurales conseguidas en la asimilacin de una informacin nueva, en tanto que los

otros se preguntan por el mtodo mediante el cual se da la enseanza. El aprendizaje puede

ser, as, significativo o mecnico, segn se relacione sustancial o arbitrariamente con la

estructura cognoscitiva del estudiante; por otra parte, puede asumir las formas de receptivo

o por descubrimiento, segn si se le presentan al estudiante los contenidos en su forma

final o ste tiene que encontrarlos.

La generalidad de este trabajo va estar enmarcada fundamentalmente en el enfoque

constructivista que ha tenido una gran influencia en el campo educativo, en los ltimos

tiempos. Segn Gallego Badillo (1996): Los fundamentos del aprendizaje constructivista

son aquellos que sostienen que el ser humano construye representaciones de s mismo, de

la sociedad y de la naturaleza (p.172)

En general, el constructivismo representa la posicin ms desarrollada y sustentada

de las vanguardias pedaggicas contemporneas y ha alcanzado, segn la expresin de

6

Novak, un consenso emergente entre la comunidad pedaggica y la psicologa del mundo

actual. Sin duda el constructivismo pedaggico se sustenta sobre los ms importantes

avances alcanzados a nivel epistemolgico y psicolgico durante el siglo pasado, al

considerar el conocimiento como una construccin del ser humano y no como una copia de

la realidad, al postular el carcter relativo de la verdad y al reconocer que la ciencia

construye hiptesis y no realidades.

El propsito fundamental de esta investigacin es asociar el proceso educativo con

las nuevas tecnologas de informacin y comunicacin (NTIC), las cuales estn

transformando a la sociedad. Cada vez resulta ms difcil encontrarnos con acciones

formativas que no estn apoyadas en diferentes medios tecnolgicos, y ello ocurre

independiente del sistema educativo en el cual nos movamos, y de los contenidos que

estemos llevando a cabo.

Este trabajo de investigacin tiene como finalidad tratar el tema de estequiometra,

haciendo uso de las nuevas tecnologas de informacin - el internet o red de redes de

informacin de alcance global -. Es importante destacar que la estequiometra es una

herramienta fundamental para la compresin en muchos campos de la investigacin tales

como la agricultura, medicina, tecnologa aplicada a la salud, farmacutica, industrias

bioqumicas, la ciencia de los materiales, entre otras

En lo referente al desarrollo del tema de estequiometria y los conceptos

fundamentales que conforman esta unidad es necesario destacar que desde la antigedad el

hombre ha tratado de entender y explicar cmo se producen los fenmenos naturales que se

observan a su alrededor. El desarrollo de la Qumica se impulsa cuando el qumico francs

Antoine Lavoisier (1734 - 1794) introduce la balanza, lo cual permiti que los qumicos

de su poca reconocieran la importancia de las mediciones y la cuantificacin por masas

de las cantidades de reactivos y productos que intervienen en un proceso qumico.

Es de hacer notar que a partir del descubrimiento de la balanza los qumicos

pudieron comprender y explicar la ley de la Conservacin de la Masa; la cual establece

que: los tomos ni se crean ni se destruyen durante cualquier reaccin qumica. Es decir

que, la misma cantidad de tomos que est presente despus de una reaccin qumica, es

7

la misma cuando se inicia (todo lo que entra sale). Operacionalmente tambin se puede

definir que: en toda reaccin qumica (ordinaria) la suma de las masas de los reactivos

es igual a la suma de las masas productos.

En el mismo orden de ideas, las reacciones qumicas representan la esencia

fundamental de la vida y el desarrollo de la qumica. Algunas reacciones, por ejemplo las

que acompaan el incendio de un bosque, la explosin de la dinamita, bombas atmicas,

etc. son muy violentas. Otras son menos violentas y ms fciles de estudiar, tales como las

utilizadas en las industrias, campo de medicina, agricultura, quimioterapia, la produccin

de fuentes de energa, alimentos, entre otras.

En sntesis, los conocimientos derivados de la estequiometria y los clculos

estequiomtricos tienen su aplicabilidad en el campo industrial, en la vida diaria y en el

desarrollo cientfico tecnolgico, entre otros.

Finalmente es propicio destacar que este trabajo se enfoca en el desarrollo de los

puntos correspondientes de la estequiometria con base al programa de Qumica I (010-

1814) de la Universidad de Oriente, como: tomo, molcula, mol, nmero de Avogadro,

masas atmicas, masas molares, composicin porcentual o centesimal de un compuesto,

porcentaje de pureza, frmula emprica, frmula molecular, mtodos para determinar las

masas atmicas (Cannizaro, Abundancia Isotrpica, Dulong Petit y masas de

combinacin) reaccin qumica, ecuacin qumica, estequiometria, reactivo limitante,

reactivo en exceso, rendimiento terico, rendimiento prctico, clculos estequiomtricos y

las correlaciones con otros temas del referido programa tales como: leyes Ponderales de la

Qumica, Disoluciones o Soluciones y Gases.

8

OBJETIVO GENERAL

Disear una pgina web titulada Estequiometria soportada en el modelo

-------------------------------------------------------------, con el propsito de suministrar nuevas

herramientas metodolgicas y tecnolgicas de informacin, a los estudiantes de la Unidad

de Estudios Bsicos del Ncleo de Anzotegui, de la Universidad de Oriente, para mejorar

su aprendizaje en el rea de qumica.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

a) Manejar las Nuevas Tecnologas de Informacin - Internet con la finalidad de

proporcionar a los estudiantes de la Unidad de Estudios Bsicos del Ncleo de

Anzotegui, de la Universidad de Oriente, herramientas que faciliten resolver

problemas relacionados con la Estequiometria y temas afines.

b) Correlacionar las herramientas bsicas desarrolladas en la pgina web de

Estequiometria con la finalidad de aplicarlas en la resolucin de problemas,

correspondiente a: leyes ponderales de la qumica, disoluciones, gases y otras reas

relacionadas.

c) Cuantificar la importancia de la Estequiometria en los procesos industriales, medio

ambiente y calidad de vida de los seres humanos.

d) Brindar una base terica de estequiometra, para reforzar los conocimientos

desarrollados por el docente en el aula de clases.

e) Motivar a los alumnos a ser autodidactas durante el estudio de estequiometra y otros

temas vinculados a su carrera profesional.

9

CAPTULO I

Actualmente vivimos una poca de cambios en las organizaciones. Prez (1999), ha

indicado acertadamente que se trata de un cambio de poca. Estamos pasando de una

sociedad industrial a una sociedad del conocimiento, en la cual se enfatiza la innovacin, la

educacin de calidad y la creatividad, caracterizada por la globalizacin y el predominio

del desarrollo cientfico-tecnolgico.

Drucker (1988), en su ya clsico artculo The coming of New Organization

estudia el impacto de la tecnologa computacional en las organizaciones, destacando

fundamentalmente, cambios acelerados en las Industrias, en el campo financiero, estructura

organizacional, competitividad en los negocios, expansin de la informacin y

comunicacin en el campo educativo, entre otros.

Para los fines de este trabajo se resaltan los avances en las Tecnologas de la

Informacin y la Comunicacin (NTIC) y los cambios en la teora educativa. En efecto,

vivimos la incorporacin de las NTIC en la mayora de los mbitos del conocimiento y del

quehacer humano y ello modificar enormemente la forma como creamos y distribuimos la

informacin. La utilizacin intensiva de estas tecnologas ha ido transformado gran parte

de nuestras organizaciones y actividades. As, ya se habla con toda naturalidad de

comercio electrnico, bibliotecas virtuales, hospitales, laboratorios virtuales, auditabilidad

electrnica, navegacin, aviacin, automovilismo, viajes espaciales y muchos otros. La

educacin no escapa a esta tendencia, se ha establecido la expresin eLearning (Comisin

de las Comunidades Europeas, 2000) y, aunque con rezagos, se estn incorporando cada

vez ms los recursos para estas nuevas tecnologas de informacin. Sin embargo, no existe

equidad en su aplicacin y globalizacin.

Con base en el desarrollo acelerado que han generado estas nuevas tecnologas de

informacin y comunicacin es necesario establecer polticas educativas en nuestro pas

que permitan una verdadera reforma en el sistema educativo. Cambiar y mejorar la realidad

educativa de nuestras instituciones, renovar en el mismo sentido la enseanza, entre otras,

son inquietudes que cobran fuerza, bien sea a travs de la presin social como de la misma

10

realidad educativa; as como tambin la necesidad de generar conocimientos que hoy en

da es lo que refuerza el poder de una nacin.

En los procesos educativos, los cambios van desde lo epistemolgico, en el sentido

de la consideracin de nuevas formas de acceder al conocimiento, hasta la evaluacin de

los aprendizajes. Es difcil cambiar la prctica educativa sino se analizan las concepciones

implcitas en ellas y la naturaleza de los problemas concretos que habitualmente nos

plantea. No existe una nica forma de ensear. Adems existen diferentes enfoques o

modelos pedaggicos entre los cuales podemos mencionar: el enfoque conductista,

cognitivo y constructivista.

El enfoque conductista prevaleci durante mucho tiempo con sus correspondientes

implicaciones para la educacin; con l se consider que lo que ocurra en la mente no

poda ser objeto de estudio cientficamente vlido, es decir, le asigna al maestro

reproductor de saberes la funcin de transmitir un saber, al tiempo que el alumno debe

cumplir el papel de receptor de los conocimientos. Ninguno de los dos es considerado

activo en el proceso educativo. En trminos generales se hablaba de la caja negra, la cual

se centraba: en los estmulos de entrada, las respuestas de salida y los reforzamientos

necesarios para aumentar o disminuir la frecuencia de las respuestas. Generalmente se

fundamenta en la transmisin verbal del conocimiento. Es la forma habitual de ensear en

los centros educativos, informa pero no forma, es una educacin vertical, autoritaria,

pasiva, superficial, memorstica y paternalista.

Es necesario dejar atrs este paradigma que supone que los roles del estudiante son:

escuchar, obedecer, recibir contenido en forma de depsito y memorizarlo mecnicamente

para ser evaluado por los exmenes correspondientes.

En cuanto al enfoque cognitivo, sus inicios como corriente pedaggica

contempornea pueden situarse en los trabajos de Piaget (1977), quien propuso una teora

racionalista frente a las tesis empirista de la tabula rasa, caracterizado por su posicin en el

conocimiento cientfico experimental.

Las implicaciones educativas del cognitivismo son impactantes, particularmente en

cuanto a sus aplicaciones inmediatas en el aula escolar, en la solucin de problemas, en los

11

procesos de metacognicin, en el pensamiento creativo, en cuanto a los estilos y

dimensiones de aprendizaje, en los diseos instruccionales, en el planteamiento de

escuelas inteligentes, en la aparicin de los nuevos enfoques para ensear a pensar y en

el desarrollo de habilidades de pensamiento entre otros muchos aportes, lo cual deja claro

que la corriente cognitiva est lejos de ser un cuerpo de conocimientos terminado y

completo. Por ser un rea de conocimiento relativamente nueva, da a da se siguen

generando avances sobre el pensamiento humano, a travs del uso del mtodo

experimental. (Cerezo, 2007)

El constructivismo representa la posicin ms desarrollada y sustentada de las

vanguardias pedaggicas contemporneas y ha alcanzado, segn la expresin de Novak

(1991), un consenso emergente entre la comunidad pedaggica y psicolgica en el mundo

actual. Sin duda, el constructivismo pedaggico se sustenta sobre los ms importantes

avances alcanzados a nivel epistemolgico y psicolgico durante el siglo pasado, al

considerar el conocimiento como una construccin del ser humano y no como una copia de

la realidad, al postular el carcter relativo de la verdad y al reconocer que la ciencia

construye hiptesis y no descubre realidades.

Uno de los mayores aportes del constructivismo a nivel epistemolgico es el de

postular el papel activo del sujeto en el proceso de conceptualizacin. En ese orden de

ideas, el constructivismo parte de considerar el conocimiento como un proceso individual,

idiosincrsico personal, singular e irrepetible.

La esencia fundamental de la teora constructivista se fundamenta en la idea de que

el individuo construye su conocimiento, basado en construcciones mentales: creacin de

reglas, modelos esquemas, creatividad, generalizaciones o hiptesis que nos permitan

predecir con cierta precisin qu va a pasar en el futuro.

Este modelo se caracteriza por hacer nfasis en la educacin como un proceso

permanente en donde el individuo va descubriendo, elaborando, reinventando, innovando,

haciendo suyo el conocimiento, organiza las actividades en torno a problemas proyecto

de trabajo relacionado con la participacin de los alumnos y propicia su propio

aprendizaje.

12

En el mismo orden de ideas es importante destacar el papel de la informtica en el

campo educativo. Las nuevas tecnologas de la informacin estn cambiando las

organizaciones, y quienes se ocupan de investigar en esta rea estn en una bsqueda

constante de nuevas metodologas a fin de entender los procesos que se estn dando en las

instituciones.

La informtica desempea un papel crucial en la reingeniera de negocios, pero

tambin es muy fcil utilizarla mal. La informtica en el grado ms alto de la tecnologa

moderna, es parte de cualquier esfuerzo de reingeniera, un capacitador esencial porque

permite a las compaas redisear sus procesos. (Hammer, 1995)

En sntesis, la evolucin de la tecnologa informtica, hoy por hoy, tiende a ser ms

clara para el ser humano. Da con da los responsables de las organizaciones ven la

necesidad e importancia de las computadoras en la organizacin de la sociedad. Tambin

es conveniente sealar el papel preponderante de la tecnologa de la informtica en el

contexto educativo.

El internet, tambin llamada la red de redes con alcance global, permite que los

usuarios compartan informacin. Dentro de la Internet, el correo electrnico es lo ms

usual pero no lo nico.

Negroponte (1996) seala que: Nadie sabe cunta gente usa el Internet, porque, ante

todo, es una red de redes. Esto nos da una clara idea del uso del internet como un medio de

comunicacin que cada da se vuelve ms popular. Adems del correo electrnico y el

intercambio de archivo, el internet ofrece una de sus aplicaciones ms interesantes en el

sistema WEB: una red de los servidores conectados al internet que ofrecen pginas de

grficas de informacin, entre otros.

En el campo educativo el uso del Internet es probablemente uno de los ms

interesantes de la red. Con el apoyo de instituciones de educacin superior, organismos

internacionales y gobiernos, la red de redes ha sido beneficiada de manera muy valiosa en

cuanto a la creacin de bases de datos pblicas, el acceso de bibliotecas, centros de

investigacin y universidades de todo el orbe. De esta manera muchos usuarios pueden

13

conectarse al conocimiento y constituye una fuente muy valiosa para la actualizacin de

diversas reas de la ciencia.

Una de las herramientas ms utilizadas por las organizaciones es el correo

electrnico. El e-mail ha llegado a ser uno de los procesos de comunicacin ms usuales en

todas las formas de vida, especialmente en las grandes compaas y en instituciones como

universidades y gobiernos. (Rheingold, 1994).

Entre las ventajas que ofrece el correo electrnico es que se puede enviar un

documento y el destinatario puede trabajar sobre l, editarlo y enviarlo de regreso cuantas

veces sea necesario. Tambin, el mismo mensaje se puede enviar a mltiples usuarios. Sin

embargo, uno de los problemas del correo el electrnico es la falta de seguridad de la

informacin, debido a que cualquier persona con conocimiento de las claves personales

puede acceder a los mensajes.

Otra de las ventajas es que la Internet es usada para crear comunidades electrnicas

o virtuales, que se refieren a un conjunto de investigadores en un solo campo, quienes

estn ligados electrnicamente y comparten informacin, instrumentos, software e incluso

capacidades computacionales. Un ejemplo muy claro de este nuevo esquema es el proyecto

del Genoma Humano que est enlazando a cientficos de todo el mundo.

En el campo educativo los aportes de estas nuevas tecnologas colocan a los

investigadores y docentes en un gran reto de elaborar software educativos de dominio

pblico, sistema web, correo electrnico y dems innovaciones, para mejorar el proceso de

enseanza aprendizaje. En este sentido nuestra meta es elaborar una pgina web en el tema

de estequiometria, dirigido a los estudiantes de la Universidad de Oriente.

Es importante sealar que, a pesar del florecimiento de estos nuevos medios de

comunicacin global, muchas sociedades siguen aisladas y dependiendo de las tecnologas

tradicionales, por lo que ahora la sociedad no slo se divide en pobres y ricos, sino

tambin entre los que estn informados y los que no lo estn. Esto ha proporcionado lo

que, hoy por hoy, se ha llamado la sociedad de redes.

14

CAPTULO 2

FUNDAMENTOS TERICOS DE ESTEQUIOMETRA

15

FUNDAMENTOS TERICOS DE ESTEQUIOMETRA

Los qumicos (puros e industriales) que se dedican a elaborar productos o

sustancias: alimenticios, medicinales, qumicos, naturales, sintticos, entre otros, deben

saber cmo se relacionan las cantidades de las sustancias (reactivos) con el producto que

se desea elaborar. As, como tambin, su grado de pureza, eficacia, calidad de los

productos y su utilidad para los seres humanos, los animales y las plantas; por ejemplo, el

uso de un anticido en los seres humanos requiere cuantificar su eficacia para lo cual es

necesario hacer una serie de experimentos y clculos estequiomtricos para ajustar la dosis

(cantidad) en funcin de la edad y su aplicacin diaria. Para tal efecto se deben conocer

muy bien las reacciones qumicas, ecuaciones qumicas, sus relaciones estequiomtricas

(proveniente de la ecuacin qumica o de cualquier relacin previamente conocida de las

sustancias) y la efectividad de los reactivos que intervienen en la elaboracin del producto

requerido. Por lo tanto, es necesario destacar que para un qumico la calidad de la materia

prima, el rendimiento real o prctico del producto principal (requerido), la calidad y el

costo del mismo, son algunos de los factores que inciden en la manufactura del producto.

Los clculos y las relaciones estequiomtricas, producto de las ecuaciones qumicas

en ciencia y tecnologa, han mostrado las razones por las que, tanto en el laboratorio como

en la industria, el qumico debe estar siempre acompaado por la balanza, por los

instrumentos de medicin y en general por todos aquellos recursos que la ciencia y

tecnologa han desarrollado para controlar y cuantificar los procesos qumicos.

Como se sabe, en la actualidad, la gran parte de la energa que se produce en la

sociedad moderna proviene de reacciones qumicas, tales como: la combustin del carbn

de hulla, de los productos derivados del petrleo, gas natural, gases diatmicos como el

oxgeno y el hidrgeno entre otros, la orimulsin, la obtencin del estado plasmtico y el

hielo cuntico, etc., en las cuales juega un papel muy importante la estequiometra.

En conclusin, la estequiometria no solamente es esencial para el qumico en la

elaboracin de las sustancias requeridas para mejorar las condiciones de vida de los seres

humanos, sino tambin est relacionada ntimamente con la creacin de los seres vivos, por

16

ejemplo, la fecundacin del hombre, la cual requiere la cuantificacin de sus respectivos

genes.

La estequiometra es de gran importancia para los procesos qumicos, lo que la hace

una herramienta indispensable, pues nos permite realizar los clculos necesarios para

determinar la masa de cada una de las materias primas que deben mezclarse y reaccionar,

para obtener una masa determinada de producto. Adems, problemas tan diversos, como

por ejemplo, la medicin de la concentracin de ozono en la atmsfera, el control de la

lluvia cida, la determinacin del grado de contaminacin de un ro, la cuantificacin de la

clorofila de una planta, el anlisis bromatolgico de un fruto, etc., comprenden aspectos de

la estequiometria.

A partir del siglo XIX, Dalton retoma las antiguas ideas de Leucipo y de Demcrito

y publica las primeras ideas "modernas" acerca de la existencia y naturaleza de los tomos.

Dalton propuso una teora atmica conformada por una serie de postulados relativos a la naturaleza de la

materia:

1. Los elementos estn formados por partculas discretas, diminutas, e indivisibles

llamadas tomos, que permanecen inalterables en cualquier proceso qumico.

2. Los tomos de un mismo elemento son todos iguales entre s, en masa, tamao y en

cualquier otra propiedad fsica o qumica.

3. En las reacciones qumicas, los tomos ni se crean ni se destruyen, slo cambian su

distribucin.

Es de resaltar que para esa poca algunos de sus postulados no pudieron verificarse o

refutarse experimentalmente, debido a la carencia de equipos sofisticados para realizar las

respectivas demostraciones experimentales. An con sus limitaciones la teora atmica de

Dalton constituye el marco de referencia en los avances cientficos tecnolgicos

Con base en la teora atmica de Dalton, el tomo puede definirse como la

unidad bsica de un elemento que interviene en una combinacin o reaccin qumica,

conservando su identidad.

17

Hasta la presente fecha se ha demostrado que los tomos en realidad poseen

estructura interna; es decir, estn formadas por partculas sub-atmicas, llamadas partculas

fundamentales (electrones, protones, neutrones, entre otros).

Experimentalmente se ha determinado que el dimetro de un tomo se encuentra en

un rango de 0.1 a 0.5 nanmetro (1nm = 1 x 10-9

). El tomo de hidrgeno, considerado el

mas pequeo tiene un dimetro aproximadamente de 0.1 nm. Para tener una idea de cun

pequeo es un tomo pinsese en un punto de escritura (), cuyo dimetro es de

aproximadamente 1mm, (1x106 nm) y contiene aproximadamente 10 millones de tomos

de hidrgeno.

Las ideas de los postulados de Dalton sobre la naturaleza de la materia, constituyen

un gran aporte para la comprobacin de las leyes ponderales. Por ejemplo, el tercer

postulado justifica la Ley de la Conservacin de la Masa, debido a que si los tomos pasan

inalterables por los cambios qumicos y no pueden ser creados, ni destruidos, el nmero de

tomos antes y despus de la reaccin ser el mismo. El segundo postulado explica la Ley

de las Proporciones Definidas, puesto que un compuesto puro dado es el resultado de la

combinacin de tomos de dos o ms elementos en una proporcin fija y en vista de que

estos tomos representan una masa, al final resulta que se combinan en una relacin de

masa definida y constante.

Molcula es la parte ms pequea que puede existir en una sustancia o

compuesto y resulta de la unin o yuxtaposicin de dos o ms tomos iguales o

diferentes por medio de fuerzas o enlaces qumicos. Por ejemplo, oxgeno, O2,

nitrgeno, N2, cloro, Cl2, bromo, Br2, hidrgeno, H2, fluor, F2, yodo, I2, entre otros,

(combinacin de tomos iguales) y el cloruro de sodio, NaCl, cido sulfrico, H2SO4,

sulfato de aluminio, Al2(SO4)3, xido frrico, Fe2O3, entre otros (combinacin de tomos

diferentes).

18

MASAS ATMICAS

Los cientficos enfrentaron el problema de cmo determinar la masa relativa de los

tomos, debido a que stos son partculas extremadamente pequeas. En primer lugar se

sugiri asignar un valor arbitrario a la masa de un tomo de un elemento que se tom como

patrn referencial para determinar las masas de los tomos de los otros elementos; al

principio se escogi el hidrgeno, porque se consideraba el elemento ms ligero al cual se

le asign una masa atmica de valor la unidad, cuya limitante es su poca combinacin.

Luego se tom el oxgeno, el cual tena mayor capacidad de combinacin que el

hidrgeno, se estim conveniente tomar como patrn referencial al oxgeno, asignndole la

masa atmica exactamente de 16.

Posteriormente con el descubrimiento de los istopos, se seleccion al istopo ms

comn del carbono llamado carbono 12, (seis protones y seis neutrones) como el patrn

referencial para las masas atmicas. En principio, por acuerdo internacional, la masa

atmica se expresa en unidades de masa atmica (uma). A este istopo de referencia se le

asign un valor exactamente igual a 12 veces la unidad de masa atmica. La masa

atmica se define como una masa exactamente igual a un doceavo (1/12) de la masa

del tomo de carbono. Masa de un tomo de carbono = 12.01 u.m.a.

Relacin:

La masa real del tomo de carbono es 1.9927 x 10 -23

g y el valor fsico de 1 uma

es 1.6606 x 10-24

g

sta es la base para determinar de manera indirecta las masas atmicas de los

dems elementos. As, por ejemplo, la masa atmica relativa del sodio equivale a 23 uma,

esto significa que un tomo de sodio es 23 veces ms pesado que la doceava parte del

tomo de carbono 12.

01.12

carbono de tomo de masa u.m.a 1

19

Es importante recordar que la gran mayora de los elementos que estn presentes en

la naturaleza son mezclas de istopos (tomos del mismo elemento cuyos ncleos tienen el

mismo nmero de protones pero diferentes nmeros msicos), esto significa que cuando se

mide la masa atmica de un elemento, se debe establecer la masa promedio de la mezcla

natural de los istopos.

Entonces la masa atmica relativa de un elemento es la masa relativa promedio

de los istopos de tal elemento referido a la masa atmica promedio de los tomos de

carbono 12.

Actualmente, las masas atmicas se determinan mediante el uso de un instrumento

llamado espectrmetro de masas (han demostrado que la gran mayora de los elementos

qumicos presentan diferentes istopos) en lugar de anlisis qumicos.

EL MOL

El termino mol deriva del latn moles, que significa montn, masa o pila. Cuando

utilizamos la palabra " pila " para describir un conjunto de partculas de arena, de

guisantes o de pelotas de ping-pong, las usamos en sentido estrictamente anlogo a como

el qumico utiliza la palabra mol.

Las masas reales de los tomos y las molculas son tan extraordinariamente

pequeas (diminutas) y no existen comnmente instrumentos de medida para realizar con

precisin y exactitud estas medidas, por lo tanto su utilizacin en la vida diaria y en los

clculos estequiomtricos implicara un trabajo muy engorroso, lo que plante a los

investigadores de la poca la necesidad de buscar otras unidades ms adecuadas para

cuantificar las masas de los tomos y molculas. Uno de los investigadores que se destac

en el estudio de la cuantificacin de masas fue el qumico italiano Amadeo Avogadro

(1776 1856) quien crea e introduce una nueva unidad llamada mol, unidad que se utiliza

para describir nmeros iguales de tomos; que se obtiene mediante un conjunto de tcnicas

para cuantificar tomos, con las que se determina un nmero constante fisicoqumico cuyo

valor es 6.023 x 1023

partculas y que recibe el nombre de nmero de Avogadro. El valor

20

de este nmero permite convertir gramos en u. m. a y viceversa, de lo cual se deriva la

siguiente relacin:

1 g = 6.023 x 1023

uma ; 1 uma = 1.66 x 10-24

g

Es importante resaltar que el nmero de Avogadro, N, tiene un significado especial

para los qumicos debido a que 6.023 x 1023

tomos de carbono tiene una masa de 12 g de

ese elemento, cuyo valor es aplicable para todos los elementos conocidos hasta el

momento, es decir, que un mol de cualquier sustancia contiene 6.023 x 1023

unidades

(tomos, molculas, iones, electrones, etc.). Por ejemplo, un mol de tomos de nquel, (mol

de Ni) contiene 6.023 x 1023

tomos de nquel.

En sntesis, el nmero de Avogadro se usa para expresar un nmero determinado de

entidades qumicas, como, por ejemplo, tomos, molculas, iones, protones, electrones u

otras partculas. Entonces, un mol es la cantidad de una sustancia que contiene el

nmero de Avogadro (6.023 x 1023

) de partculas.

Es conveniente considerar un mol como un nmero fijo de partculas y no como

una masa fija. Un mol de sustancia siempre contiene el Nmero de Avogadro de partculas,

pero la masa que contiene un mol vara para diferentes sustancias. Por ejemplo, se puede

decir:

Un mol de tomos de nitrgeno, N, contiene 6.023 x 1023

tomos.

Un mol de molculas de nitrgeno, N2, contiene 6.023 x 1023

molculas.

Un mol de iones de nitrgeno, N -, contiene 6.023 x 10

23 iones.

De acuerdo con la definicin de mol tratada anteriormente, la masa atmica se

puede definir como la masa expresada en gramo de un mol de tomos de un elemento

puro contenida en 6.023 x 1023

tomos. Con base en esta definicin, se puede establecer

la siguiente relacin:

1 mol de tomo de masa atmica del elemento 6.023 x 1023

tomos

cualquier elemento en gramo del elemento

Equivale Contiene

Contiene

21

Como se puede observar esta relacin nos permite hacer las conversiones de: mol

de tomo de cualquier elemento a gramo y tomos y viceversa; es decir, todas las posibles

conversiones que indica la relacin.

Nota: Determine las posibles combinaciones que se derivan de la relacin anterior

Por ejemplo, por definicin se sabe que 1 mol de tomo de magnesio, equivale a

24.3 g Mg y que est contenido en 6.023 x 1023

tomos de magnesio. Esta relacin se

puede abreviar de la siguiente manera:

1 mol de tomo Mg 24.3 g 6.023 x 1023

tomos de Mg

Con base a la relacin anterior escriba la relacin de combinacin para cada uno de

los siguientes elementos; Na, Ca, S, Cu, Fe, Al, P, K

Ejemplo 2.1

Cuntos moles de tomos y tomos de aluminio, Al, hay en 80 g de aluminio? La

masa atmica del aluminio es 27.0 g/mol

Respuesta

Condiciones Iniciales Condiciones finales

Masa de Al = 80 g Moles de Al = ?

Masa atmica del Al = 27.0 g/mol tomos de Al =?

Utilizando la siguiente relacin se tiene:

1 mol de tomo Al 27 g Al 6.023 x 1023

tomos Al

Luego se procede a resolver el problema

Moles Al = 2.963 moles

Al g 0.27

Al mol 1 x Al g 80 Al de Moles

contiene equivale

22

tomos Al = 1.784 x 1024

tomos

Masa Molar. La masa molar de una sustancia o compuesto (M), tambin

denominada peso molecular o peso frmula se puede definir como la masa expresada en

gramos de un mol de molculas contenido en 6.023 x 1023

molculas.

Desde el punto operacional la masa molar es la suma de las masas atmicas de

cada uno de los elementos que constituyen la molcula o compuesto multiplicado por

su nmero de tomos correspondiente, los cuales estn contenidos en 6.023 x

1023

molculas. De esta definicin se obtiene la siguiente expresin matemtica:

M = Masa atmica de cada elemento x nmero de tomos correspondiente

Donde:

M = masa molar del compuesto o sustancia

Ejemplo 2.2

Determine la masa molar del carbonato de aluminio, Al2(CO3) 3. Utilice la tabla

peridica de los elementos qumicos, para conocer la masa atmica de los elementos que

conforman al compuesto.

Respuesta

Condiciones iniciales Condiciones finales

Mat Al = 32 g / mol M Al2(CO3) 3 = ?

Mat C = 12 g / mol Mat O = 16 g / mol

Al g 0.27

Al de tomos 10 x 3 6.02 x Al g 80 Al tomos

23

Resuelva los ejercicios 1 hasta 3

23

Aplicando el factor de conversin M = Mat de cada elemento x N de tomos se tiene:

M Al2 (CO3) 3 = (27 g / mol) (2 mol) + (32 g / mol) (3mol) + (16 g / mol) (9 mol)

M Al2(CO3)3 = 234 g/mol

Basndonos en la definicin de mol, masa molar y nmero de Avogadro, se obtiene la

siguiente relacin:

1 mol de molculas masa molar compuesto 6.023x 1023

molculas

de compuesto del compuesto

Por ejemplo, que 1 mol de molculas de carbonato de aluminio, Al2(CO3)3, equivale a

234 g Al2(CO3)3, el cual est contenido en 6.023 x 1023

molculas de Al2(CO3)3.

1 mol de Al2(CO3)3 234 g Al2(CO3)3 6.023 x 1023

molculas Al2(CO3)3

Esta relacin se puede abreviar de la siguiente manera:

1 mol de Al2(CO3)3 234 g Al2(CO3)3 6.023 x 1023

molculas Al2(CO3)3

Ejemplo 2.3

Determinar los moles y gramos de fosfato de calcio, Ca3(PO4)2, que estn contenidos en

5.23 x 1023

molculas de Ca3(PO4)2.

Resuelva el ejercicio 4

24

Respuesta


Molculas Ca3(PO4)2 = 5.23 x 1023

Moles Ca3(PO4)2 = ?

Masa molar Ca3(PO4)2 = 310 g Gramos Ca3(PO4)2 = ?

Segn la informacin del problema, se puede plantear la siguiente relacin:

1 mol de Ca3(PO4)2 310 g Ca3(PO4)2 6.023 x 1023

molculas Ca3(PO4)2

De acuerdo a la relacion anterior se tiene:

Mol Ca3(PO4)2 = 0.869 moles

Masa Ca3(PO4)2 = 269.32 g

Informacin: para facilitar los clculos se tomar el valor para el nmero de Avogadro de

6.02x1023

Ejemplo 2.4

Calcular los gramos y molculas de nitrgeno contenidos en 3.24 mol de molculas de

nitrgeno, N2.

243

23

243243

23

243)(POCa molculas 01 x 02.6

)(POCa mol 1 x )(POCa molculas 10 x 5.23 )(POCa Mol

243

23

243243

23

243)(POCa molculas 01 x 02.6

)(POCa g 310 x )(POCa molculas 10 x 5.23 )(POCa Masa

25

Respuesta

Condiciones inciales Condiciones finales

Mol de molculas de N2 = 3.24 moles Masa N2 = ?

Masa molar del N2 = 28 g Molculas N2 = ?

Con base a la informacin suministrada por el problema, se tiene que:

1 mol de molculas N2 28 g N2 6.023 x 1023

molculas N2

Por lo tanto:

Masa N2 = 90.72 g

Molculas N2 = 1.95 x 1024

molculas

COMPOSICIN PORCENTUAL O CENTESIMAL DE UNA SUSTANCIA

Continuamente se descubren en la naturaleza o en los laboratorios miles de nuevos

compuestos, productos de sntesis o procesos qumicos y descubrimientos en el Cosmos.

Uno de los primeros pasos en la caracterizacin o anlisis de un nuevo compuesto es

proceder a identificarlo, para lo cual se requiere: determinar su composicin, es decir, qu

clase de tomos forma ese compuesto, en qu proporcin estn, cmo se unen y su

2

222

N 1

N g 28 x N mol 3.24 N Masa

mol

2

2

23

22N 1

N molculas 10 x 6.02 x N mol 3.24 N Molculas

mol


26

frmula qumica. Para determinar qu elementos estn presentes en un compuesto se

realiza un anlisis cualitativo y para calcular la cantidad de cada elemento presente en el

compuesto, un anlisis cuantitativo. Los resultados de estos anlisis se representan

comnmente en composicin porcentual en masa (tambin llamada centesimal). Es la

cantidad expresada en gramos de un elemento contenido en 100 gramos de un

compuesto.

Matemticamente se puede expresar de la siguiente manera:

Donde:

% A = composicin porcentual o centesimal del elemento A

Es de hacer notar que la suma de los porcentajes de los elementos que conforman al

compuesto o sustancia debe ser igual a 100 %; sin embargo, el clculo de este valor

generalmente no da exactamente 100 %, debido a errores personales o de redondeo de los

clculos; por lo que se recomienda utilizar tres o cuatros cifras significativas en este tipo de

clculo.

Existen diferentes formas para determinar la composicin porcentual de un compuesto,

siendo las ms utilizadas las siguientes:

A partir de datos experimentales

La composicin porcentual se puede evaluar a partir de datos experimentales sin conocer la

frmula del compuesto. Si se conoce las masas de cada uno de los elementos que integran

el compuesto; la composicin porcentual se puede determinar mediante la siguiente

relacin o factor de conversin:

Ejemplo 2.5

Calcule la composicin porcentual de un cido orgnico que contiene 4.638 g de carbono,

C; 0.773 g de hidrgeno, H y 3.091 g de oxgeno, O.

100 muestra masa

A masa A % x

100 compuesto masa

elemento masa elementoun de masaen % x

27

Respuesta


Masa C = 4.638 g % C = ?

Masa H = 0.773 g % H = ?

Masa O = 3.091 g % O = ?

Una de las formas ms adecuadas para resolver el problema planteado, sera determinar en

primer lugar la masa del cido orgnico que se forma:

Masa de cido orgnico = masa carbono + masa hidrgeno + masa oxigeno

Sustituyendo por sus valores reales se tiene:

Masa de cido orgnico = 4.638 g + 0.773 g + 3.091 g = 8.502 g

Aplicando el factor de conversin respectivo se obtiene:

% C = 54.55

% H = 9.09

% O = 36.36

Por lo tanto, el cido orgnico tiene la siguiente composicin centesimal:

% C : 54.55; % H : 9.09 y % O: 36.36

100 orgnico cido g 8.502

carbono g 4.638 C % x

100 orgnico cido g 8.502

hidrgeno g 0.773 H % x

100 ognico cido g 8.502

oxgeno g 3.091 O % x


28

A partir de la frmula del compuesto.

Si se dispone de la frmula del compuesto y las masas atmicas de los elementos que

conforman el compuesto, la composicin porcentual se puede determinar aplicando la

siguiente relacin:

Ejemplo 2.6

La alicina, C6H10S2O es el compuesto responsable del olor caracterstico del ajo.

Determinar la composicin centesimal de la alicina.

Respuesta


Mat C = 12.01 g/mol % C = ?

Mat H = 1.008 g/mol % H = ?

Mat O = 16.00 g/mol % O = ?

Mat S = 32.00 g/mol % S = ?

En primer lugar se determina la masa molar de la alicina.

Masa molar C6H10 S2O = 146.14 g/mol

Luego se determina la composicin centesimal del compuesto haciendo, uso de la siguiente

relacin.

Sustituyendo por sus valores reales se tiene:

100 compuesto delmolar masa

compuesto de mol 1en presente elemento del masa elementoun de % x

100 compuestomolar masa

compuesto de mol 1 presente elemento masa elementoun de % x

100 SHC g 162.14

C g 72.06 C %

2106

xO

29

% C = 44.44

% H = 6.22

% S = 39.47

% O = 9.87

Por lo tanto, la alicina tiene la siguiente composicin centesimal:

% C: 44.44 ; % H: 6.22 ; % S: 39.47 y % O: 9.87

PUREZA DE UNA MUESTRA

En la naturaleza existen muy pocas sustancias puras y las que se obtienen en el

laboratorio en su mayora no son completamente puras. Adems, el proceso de purificacin

es muy costoso. Comnmente lo que se hace es provocar la reaccin en su estado natural.

Una sustancia impura es aquella que contiene, adems de su composicin qumica

correspondiente, otras sustancias que no forman parte de su composicin, tales sustancias

se denominan impurezas. Por ejemplo, el cloruro de sodio, NaCl utilizado comnmente

tiene una pureza de un 92,80 % en masa, lo que significa que tiene un total de impurezas

de 7.20 %. En otras palabras se puede afirmar que de 100 g de una muestra impura de

NaCl, 92.80 g corresponde al cloruro de sodio y 7.20 g es de impurezas.

100 SHC g 162.14

O g 16.00 O %

2106

xO

100 SHC g 162.14

H g 10.08 H %

2106

xO

100 SHC g 162.14

S g 64.00 S %

2106

xO


30

La pureza y las impurezas en una muestra impura, por lo general, se expresa en

trminos porcentuales (%). Por lo tanto, el porcentaje de pureza se define como los

gramos puros contenidos en 100 g de una muestra impura. Matemticamente se

expresa a travs del siguiente factor:

Ejemplo 2.7

Determine cantidad de sulfato de calcio, CaSO4 y de impurezas contenidas en 456 g de

sulfato de calcio, CaSO4 al 72 % de pureza?.

Respuesta


Masa CaSO4 impura = 456 g Masa CaSO4 pura =?

% de pureza = 72 Masa impurezas =?

Masa CaSO4 pura = 328.32 g

Masa impurezas = 127.68 g

Ejemplo 2.8

Qu cantidad de mineral de aluminio al 89 % de pureza contiene 39 g de aluminio, Al?

Respuesta


Masa pura Al = 39 g Masa mineral de aluminio = ?

% de pureza = 89

impuro CaSO g 100

puro CaSO g 72 x impuro CaSO g 456 CaSO Masa

4

4

44

Al g 89

Al mineral de g 100 x Al g 39 Al mineral Masa

100 impura muestra de cantidad

pura sustancia de cantidad % xpureza

impuro CaSO g 100

impurezas g 28 x impuro CaSO g 456 impurezas Masa

4

4

31

Masa mineral de aluminio = 43.82 g

FRMULA EMPRICA Y MOLECULAR DE UN COMPUESTO

La frmula emprica de una sustancia nos indica qu elementos estn presentes, as

como tambin el nmero relativo de tomos de cada elemento. Por lo tanto, la frmula

emprica es: La representacin ms sencilla o simple que presenta un compuesto.

Tambin proporciona la mnima relacin de nmeros enteros de los tomos presente

en un compuesto.

La frmula molecular es la frmula verdadera o real y representa la cantidad

total de tomos de cada elemento que hay en una sustancia o compuesto. Puede ser

igual a la frmula emprica o mltiplo de ella. La relacin entre la frmula emprica y la

molecular se puede visualizar en la siguiente tabla N 2.1.

Tabla N 2.1. Relacin entre la frmula emprica y molecular

Sustancia Frmula molecular Relacin (n) Frmula emprica

Perxido de hidrgeno H2O2 2 HO

Glucosa C6H12O6 6 CH2O

Oxgeno O2 2 O

Etileno

Benceno

C2H4

C6H6

2

6

CH

CH

De acuerdo a las definiciones anteriores y a la siguiente tabla se puede concluir que:

Frmula Molecular = (n) x (Frmula Emprica)


32

Donde:

n = nmero entero sencillo o coeficiente

Comnmente n se determina mediante la siguiente relacin:

Es de hacer notar que la frmula molecular se puede obtener a partir de la frmula

emprica, previo conocimiento de la masa molar o peso molecular del compuesto.

En trminos generales, para determinar la frmula molecular en funcin de la

emprica, se procede de la siguiente forma:

Por anlisis qumico se determinan los gramos o la composicin centesimal de cada

elemento presente en una cantidad conocida del compuesto.

Se determina el nmero de moles de cada elemento presente en el compuesto.

Luego se determina la frmula emprica del compuesto.

Conocida la frmula emprica y la masa molar del compuesto, se calcula la frmula

molecular.

Ejemplo 2.9

Se analiz un compuesto y se encontr que tena la siguiente composicin porcentual en

masa: 43.4 % de sodio, Na; 11.3 % de carbono, C y 45.3 % oxgeno, O. Cul es la

frmula emprica de este compuesto?

Respuesta


% Na = 43.4 Frmula emprica = ?

% C = 11.3

% O = 45.3

emprica frmula la demolar Masa

compuesto del (M)molar Masa n

33

En primer lugar se determina la cantidad en gramos de cada elemento presentes en

100 g del compuesto. El compuesto contiene 43.4 % de sodio (masa), lo que significa que

hay 43.4 g de sodio, 11.3 g de carbono y 45.3 g de oxgeno por cada 100 gramos de

compuesto.

Luego se calcula los moles de cada elemento presentes en el compuesto.

De acuerdo con estos resultados se podra decir que la frmula es

Na1.8870Co.9417O2.8313, pero como las frmulas qumicas generalmente se expresan en

nmeros enteros, se busca a continuacin la proporcin de nmeros enteros sencillos. Para

ello, se divide cada nmero por el ms pequeo de los tres que es 0.9417.

Como se puede observar, este compuesto contiene 2 moles de tomos de Na, 1 mol de

tomos de C y 3 moles de tomos de O; por lo tanto, la frmula emprica del compuesto

es:

Frmula Emprica = Na2CO3

1.8870 Na g 23.00

Na tomos de mol 1 x Na g 43.4 Na tomos Mol

0.9417 C g 12.00

C tomos de mol 1 x C g 11.3 C tomos Mol

2.8313 O g 16.00

O tomos de mol 1 x O g 45.3 O tomos Mol

34

Nota. Generalmente los nmeros relativos de los moles de tomos que se obtienen al

calcular la frmula emprica no dan nmeros enteros; cuando esto ocurre es necesario

convertirlos en nmeros enteros sencillos (si es posible), para tal efecto se utilizan algunas

operaciones matemticas sencillas, tales como dividir las cantidades obtenidas en la menor

cantidad y de no obtenerse un nmero entero sencillo, se procede finalmente a multiplicar

los valores obtenidos anteriormente por un nmero entero sencillo, como se puede

observar en el siguiente ejemplo

Ejemplo 2.10

Se analiz 20 g de una muestra de fosfato de calcio, sustancia qumica que se emplea en

lociones para las manos, que contiene 7.74 g de calcio, Ca, 4.00 g de fsforo, P y 8.26 g

de oxgeno, O. Determine la frmula emprica del fosfato de calcio.

Respuesta


Masa Ca = 7.74 g Frmula emprica = ?

Masa P = 4.00 g

Masa O = 8.26 g

Conocida la masa de cada uno de los elementos presentes en la muestra, se procede a

calcular los moles de tomos de cada elemento.

Como se puede observar, los resultados obtenidos no son nmeros enteros sencillos, para

lo cual se procede de la siguiente manera:

0.1935 Ca g 40.00

Ca tomos de mol 1 x Ca g 7.74 Ca tomos de Mol

0.1290 P g 31.00

P tomos de mol 1 x P g 4.00 P tomos de Mol

0.5163 O g 16.00

O tomos de mol 1 x O g 8.26 O tomos de Mol

35

Se divide el nmero de moles de cada elemento, entre la cantidad ms pequea, en este

caso, hay que dividir entre 0.1290

Uno de los valores, 1.5, no es un nmero entero sencillo, para obtener en este caso los

nmeros enteros se multiplica por el dgito 2, obtenindose lo siguiente:

Mol de tomos C = 1.500 x 2 = 3

Mol de tomos P = 1.000 x 2 = 2

Mol de tomos O = 4.000 x 2 = 8

Por lo tanto, la frmula emprica del compuesto es Ca3P2O8

Ejemplo 2.11

Durante la combustin de 3.072 g de un compuesto orgnico que contiene carbono,

hidrgeno, sodio y oxgeno como sus nicos constituyentes, se producen 4.224 g de

dixido de carbono, CO2 y 0.080 moles de agua, H2O. Al tratar 2.563 g del compuesto

orgnico con azufre, S, se producen 1.041 g de sulfuro de sodio, Na2S el cual contiene

41.03 % de azufre. Determine la frmula molecular del compuesto orgnico si 2.916 x

1023

molculas del compuesto pesan 93 g.

1.5 0.1290

mol 0.1935 Ca tomos de Mol

1.00 0.1290

mol 0.1290 P tomos de Mol

4.00 0.1290

mol 0.5163 O tomos de Mol


36

0.032 Na g 23.0

Na mol 1 x Na g 0.736 Na tomos de Moles

Respuesta

Condiciones inciales Condiciones finales

Masa del compuesto orgnico = 3.072 g Frmula molecular del compuesto =?

Masa CO2 = 4.224 g

Moles H2O = 0.080 moles

Masa Na2S = 1.041 g (41.03 % S)

A partir de la informacin suministrada por el problema se puede calcular las

cantidades de C, H y de Na, utilizando los factores de conversin correspondientes en

cada caso

Masa C = 1.152 g

Masa H = 0.160 g

Masa Na = 0.736 g

Masa O = 3.072 g - 1.152 g - 0.160 g - 0.736 g = 1.024 g

Ahora podemos calcular el nmero de moles de cada elemento presente en el

compuesto orgnico

CO g 44.0

C g 12.0 x CO g 4.224 C Masa

2

2

OH mol 1

H g 2.0 x OH moles 0.080 H Masa

2

2

SNa g 100.0

Na g 58.97 x

Org. Comp. g 2.563

SNa g 1.041 x Org Comp. g 3.072 Na Masa

2

2

0.096 C g 12.0

C mol 1 x C g 1.152 C tomos de Moles

37

Como los resultados obtenidos no son nmeros enteros sencillos se procede a dividir el

nmero de moles de cada elemento, entre el nmero ms pequeo de los resultados

obtenidos, en este caso, la cantidad menor es 0.032.

La frmula emprica es C3H5NaO2

Conocida la formula emprica del compuesto se determina la Masa molar de la

frmula emprica = 96.0 g/mol

Luego se determina la masa molar del compuesto orgnico, con la informacin

suministrada por el problema.

0.160 H g 1.0

H mol 1 x H g 0.160 H tomos de Moles

0.064 O g 16.0

O mol 1 x O g 1.024 O tomos de Moles

5.0 0.032

mol 0.160 H tomos de Mol

1.0 0.032

mol 0.032 Na tomos de Mol

3.0 0.032

mol 0.096 C tomos de Mol

2.0 0.032

mol 0.064 O tomos de Mol

g 192 Comp. molec. 10 x 2.916

Compuesto g 93.0 x Comp molec.10 x 6.02 Org. Comp.molar Masa

23

23

38

Finalmente se procede a determinar la frmula molecular del compuesto orgnico,

haciendo uso de la siguiente relacin:

Frmula molecular = n x FE

Despejando n se obtiene que:

Sustituyendo nos queda que:

Finalmente la frmula molecular del compuesto orgnico es la siguiente:

Frmula molecular = 2 x (C3H5NaO2)

De donde finalmente se obtiene que:

Frmula Molecular: C6H10Na2O4

MTODOS MS COMUNES PARA LA DETERMINACIN DE LAS MASAS

ATMICAS

La masa de un solo tomo no se ha podido registrar (medir), hasta la presente fecha

por las balanzas ms sofisticadas y sensibles. Sin embargo, se pueden determinar con

mucha precisin las masas de tomos individuales (unidad) con un instrumento llamado

espectrmetro de masa.

2 g 96.0

g 192.0 n

FE demolar Masa

compuesto delmolar Masa n


39

La masa de un tomo depende fundamentalmente del nmero que contiene de

electrones, protones y neutrones. Son partculas extremadamente pequeas una partcula

pequea de polvo que puede apreciarse a simple vista contiene 1 x 1016

tomos!

Existen diferentes mtodos para determinar la masa atmica de los elementos

qumicos, siendo los ms comunes los siguientes:

ABUNDANCIA ISOTPICA

Es importante destacar que no todos los tomos de un elemento son idnticos

(aunque coinciden en sus propiedades qumicas), pueden diferir ligeramente en masa. Estas

variedades de tomos en un mismo elemento se denominan Istopos. Los cuales se definen

como tomos de un mismo elemento que tienen igual nmero atmico, (igual nmero

de protones), y diferentes masas. La mayor parte de los elementos que hay en la

naturaleza son mezclas de istopos. Sin embargo, no todos los istopos son estables,

algunos son radiactivos y continuamente se desintegran para formar otros elementos. Por

ejemplo, de los siete istopos conocidos del carbono, slo dos, el carbono 12 y el carbono

13, son estables.

La espectrometra de masas es el mtodo ms exacto y directo para determinar

las masas atmicas y moleculares. Para mayor informacin sobre la utilizacin de este

mtodo consultar Raymond Chang. Quimica. Sptima Edicin. Mc Graw-Hill. Mxico.

pg 74.

El espectrmetro de masas nos da toda la informacin necesaria para calcular la

masa atmica: las masas de los istopos y sus nmeros relativos, o abundancia relativa de

las fracciones. Por lo tanto, antes de calcular la masa atmica promedio de un elemento es

necesario determinar con exactitud la abundancia relativa de sus istopos. La masa atmica

promedio puede calcularse multiplicando la masa atmica de cada istopo por la

abundancia relativa, como se puede observar en la siguiente expresin:

Masa atmica promedio = (Masa isotpica x abundancia relativa isotpica)

40

Sabiendo que la abundancia relativa isotpica viene expresada en porcentaje,

entonces la expresin anterior se puede tambin formular de la siguiente forma:

Masa atmica promedio = (Masa isotpica x fraccin de la abundancia isotpica)

Donde, la fraccin de la abundancia isotpica se obtiene al dividir entre 100 el porcentaje

de la abundancia relativa isotpica

Ejemplo 2.12

En la naturaleza se encuentran tres istopos de magnesio, Mg, que tienen las siguientes

masas isotpicas y abundancias relativas.

Istopo Masa isotpica (u.m.a) Abundancia relativa (%)

Magnesio 24

Magnesio 25

Magnesio 26

23.9924

24.9938

25.9898

78.70

10.13

11.17

Cul es la masa atmica promedio del magnesio?

Respuesta:

El primer paso consiste en convertir la abundancia relativa en fraccin de la

abundancia isotpica, es decir, 78.70 % se convierte en 0.7870, 10.13 % en 0.1013 y

11.17 % en 0.1117.

A continuacin se calcula la masa atmica promedio utilizando la siguiente relacin:

Masa atmica promedio = (Masa isotpica x fraccin de la abundancia isotpica

Finalmente, se sustituyen los valores y por cuestiones de espacio la masa atmica

promedio la vamos abreviar por Mat

Mat Mg = (23.9924 uma) (0.7870) + (24.9938 uma) (0.1013) + (25.9898 uma)(0.1117)

41

La masa atmica promedio del magnesio es = 24.32 uma o 24,32 g/mol

Mat Mg = 24.32 uma

MTODO DE DULONG -- PETIT

El problema de encontrar las masas relativas de los diferentes tomos ocup buena

parte del tiempo a muchos qumicos en el siglo pasado. Una ayuda para la determinacin

de masas atmicas fue propuesta en 1819 por dos franceses Pierre Dulong y Alexis Petit.

Ambos sugirieron que la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura en 1 C a

un tomo de un elemento slido, debera ser independiente del tipo de tomo. En otras

palabras, todos los tomos tenan la misma capacidad calorfica. Puesto que un mol de un

elemento contiene el mismo nmero de tomos, debera ser constante la cantidad de calor

necesaria para elevar la temperatura de un slido en un grado C.

El mtodo de Dulong y Petit es muy limitado y se expresa de una manera sencilla

en funcin de una propiedad llamada calor especfico, el cual se define como la energa (en

caloras) necesaria para elevar en un grado Celsius o grado centgrado la temperatura de un

gramo de una sustancia. Esta magnitud se puede medir con relativa facilidad en el

laboratorio.

Dulong y Petit, despus de realizar un conjunto de experimentos observaron que el

producto del calor especfico de cualquier elemento slido por su masa atmica

aproximada es prcticamente una constante, cuyo valor es aproximadamente de 6.3 cal /

mol C. Matemticamente se puede expresar de la siguiente manera:

Ce x Mat aprox = 6.3 cal / mol C

Despejando la masa atmica aproximada se tiene:

C) g / (cal Ce

C mol / cal 6.3 aprox Mat


42

Donde:

Mat aprox = Masa atmica aproximada

Ce = Calor especfico,

El calor especfico se puede expresar de la siguiente forma:

En la tabla siguiente se presentan algunos resultados obtenidos por Dulong y Petit y se

comparan con las masas atmicas actualmente asignadas.

Tabla 2.2 Masas atmicas segn Dulong y Petit

Elemento Ce Masa atmica

(Dulong y Petit)

Masa atmica

(Tabla Peridica)

Aluminio

Galio

Hierro

Nquel

Oro

Platino

0.217

0.091

0.110

0.104

0.029

0.032

25.7

64.5

54.3

59.0

199.0

188.6

27.0

69.7

55.8

58.7

196.9

195.1

La gran ventaja de este mtodo es que proporciona un procedimiento fsico

independiente para poder elegir entre varios posibles valores mltiplos de las masas de

combinacin con el oxgeno (ley de las Proporciones Mltiples y Proporciones

Recprocas). Si consideramos estas deducciones desde un punto de vista moderno,

probablemente, sin darse cuenta de ello, Dulong y Petit haban determinado la primera

magnitud molar. Si las muestras de los distintos metales se eligen de forma que las

cantidades de calor necesarias para elevar sus temperaturas sean iguales (una constante de

6.3 cal / mol C) se deduce como explicacin, que el nmero de tomos contenidos en las

muestras escogidas y sometidas al proceso de vibracin ser el mismo en todas ellas que

las fuerzas que mantengan unidas entre s a los tomos sean aproximadamente de la misma

intensidad. Las teoras modernas corroboran esta idea.

T x m

(cal) Q Ce

43

Ejemplo 2.13

Calcular la masa atmica aproximada de un metal cuyo calor especfico es 0.091 cal /g C

Respuesta


Ce.metal = 0.091 cal / g C. Mat aprox del metal = ?

Aplicando la expresin de Dulong - Petit se tiene que:

Sustituyendo en la expresin respectiva los valores se tiene:

Mat aprox metal = 69.23 g / mol

En conclusin, el mtodo de Dulong - Petit permite determinar las masas atmicas

aproximadas de muchos elementos y especialmente los slidos. Es de hacer notar que

utilizando el mtodo de Dulong - Petit, aplicando la definicin de peso equivalente gramo

o masa equivalente gramo y valencia o nmero de oxidacin, se puede determinar la masa

atmica exacta de los elementos.

La masa o peso equivalente de un elemento se define como la cantidad del mismo

que se combina o reemplaza a 1.008 g de hidrgeno, 8.00 g de oxgeno, 35.5 g de cloro,

16 g de azufre o cualquier equivalente qumico conocido. En el caso de sustancias

gaseosas es la cantidad que desplaza a 11.20 L de hidrgeno o 5.60 L de oxgeno en

condiciones normales de presin y temperatura.

Valencia es la capacidad de combinacin de un elemento, lo cual implica que es

nica en un determinado compuesto. Matemticamente se puede expresar de la siguiente

forma:

eequivalent Masa

aproximada atmica Masa Valencia

C g / cal 0.091

C mol / cal 6.3 metalaprox Mat

Ce


44

Nota: El valor de la valencia obtenido por este mtodo es aproximado, por lo que es

necesario ajustarlo al nmero entero ms cercano.

aplicando estas dos definiciones se obtiene finalmente que:

Masa atmica exacta de un elemento = masa equivalente x valencia

Ejemplo 2.14

Un bromuro de oro contiene un 54.89 % en masa de bromo. El calor especfico del oro es

0.029 cal / g C. Determine la masa atmica exacta del oro.

Respuesta


Ce.oro = 0.029 cal / g C. Mat exacta del oro = ?

% de bromo = 54.89

Equivalente qumico del bromo = 79.9 g

Aplicando la expresin de Dulong - Petit se tiene que:

Sustituyendo en la expresin anterior los valores respectivos se tiene que:

Mat aprox Au = 217.24 g / mol

Ahora para determinar la masa atmica exacta del oro se requiere calcular la masa

equivalente del oro y la valencia.

Masa equivalente del oro = 65.66 g

C g / cal 0.029

C mol / cal 6.3 Au aprox Mat

Br g 54.89

Au g 45.11Br x g 79.9 Au del eequivalent Masa

Ce


45

Nota: Por cuestin de conveniencia y por la imprecisin del concepto de masa equivalente

gramo, se considera que la masa equivalente gramo est contenida en un mol.

Valencia = 3

Masa atmica exacta del oro = masa equivalente del oro x valencia

Masa atmica exacta del oro = 3 x 65.66 g/mol

Mat exacta Au = 196.98 g/mol

MTODO DE LAS MASAS DE COMBINACIN

La determinacin de las masas atmicas obtenidas experimentalmente por este

mtodo es aceptable. Su cuantificacin depende del grado de pureza de los reactivos o

reaccionantes, los cuales deben tener un alto grado de pureza y tal situacin restringe el

grado de exactitud, adems, las reacciones que se seleccionan cuantitativamente para la

determinacin de las masas atmicas deben producir compuestos de composicin conocida

y definida.

Este mtodo consiste en hacer reaccionar cuantitativamente un elemento de

masa atmica conocida con otro elemento o compuesto de masa atmica desconocida.

Luego se procede a determinar la composicin centesimal o la cantidad de cada uno de

los elementos del producto formado que contenga el elemento o elementos de masas

atmicas desconocidas. Posteriormente se establece la relacin de combinacin

Au del Mequiv

Au delaprox Mat Valencia

3 31.3 mol / g 65.66

mol / g 217.24 Valencia


46

correspondiente y finalmente se procede a determinar la masa atmica del elemento o

elementos desconocidos. Por ejemplo, se hace reaccionar un elemento A (masa atmica

conocida) con un elemento B (masa atmica desconocida) para formar el compuesto AB

segn la reaccin:

A + B AB

Calcular la masa atmica de B?

En primer paso se determinan las cantidades de A y B contenidas en el compuesto AB,

segn la informacin suministrada en el problema (Asuma que las masas son conocidas).

Finalmente se plantea la siguiente relacin:

Sustituyendo los datos suministrados en el problema:

Como la relacin del compuesto AB es 1 : 1 se tiene que:

Por lo tanto:

En el supuesto caso que el compuesto formado sea de la forma Ax By (donde se

conocen la masa de A y B y la masa atmica de A) la masa atmica de B se determina

mediante la siguiente relacin:

B atmica Masa

A atmica Masa

B Masa

A Masa

B atmica Masa x (Y)

A atmica Masa x (X)

B Masa

A Masa

47

Despejando la masa atmica de B se tiene que:

Ahora suponiendo que se tiene un compuesto AxByCz donde se conoce la masa de A, B y

C y la masa atmica de A. Determine la masa atmica de B y C

Despejando la masa atmica B, se tiene que:

De acuerdo al mtodo de masa de combinacin se puede plantear la siguiente relacin

estequiomtrica.

Conocida la masa atmica de B se puede determinar la masa atmica de C

Despejando la masa atmica C se tiene:

Es importante recordar que la masa atmica C tambin se puede calcular sin

necesidad de determinar la masa atmica B

B atmica Masa x Y

A atmica Masa x X

B Masa

A Masa

A masa x (Y)

A atmica Masa x B masa x (X) B atmica Masa

A masa x Y

A atmica Masa x B masa x X B atmica Masa

C atmica Masa x Z

A atmica Masa x X

C Masa

A Masa

B masa x Z

B atmica Masa x C masa x Y C atmica Masa

48

Ejemplo 2.15

Un metal A, al combinarse con el oxigeno, forma un xido de frmula A2O3. Este xido

contiene 52.9 % en masa del metal A. Calcule la masa atmica del metal A.

Respuesta


% en masa del metal A = 52.9 % Mat A (desconocida) =?

Mat O = 16.0 g / mol de tomos

Para calcular la masa atmica del metal, A se utiliza la siguiente relacin

Despejando masa atmica desconocida (A) se obtiene:

Finalmente, sustituyendo los datos correspondientes se determina la masa atmica de A

Masa atmica A = 26.97 g / mol

Ejemplo 2.16

Calcule la masa atmica de X, Y y Z de un compuesto de frmula X4Y2Z5. Sabiendo que

20 g del compuesto contiene 0.758 g de X y el 20.47 % en masa es de Y. Si 0.25 moles del

compuesto contiene 20 g de Z

Respuesta


Masa de compuesto = 20 g Mat X = ?

Masa de X = 0.758 Mat Y = ?

O atmica Masa x O tomo de mol

A atmica Masa x M tomo de mol

O masa

A masa

A tomos de mol x O masa

O atmica Masa x O tomos de mol x M masa A atmica Masa

mol 2 x g 47.10

g 16.0 x mol 3 x g 52.90 A atmica Masa

49

% en masa de Y = 20.47 Mat Z = ?

Masa de Z en 0.25 mol X4Y2Z5. = 20 g

En primer lugar se determina la masa atmica de Z mediante la siguiente relacin y la

informacin suministrada por el problema.

X4Y2Z5. 4 X + 2 Y + 5 Z

Mat Z = 16.0 g / mol

Luego calcula la masa de Z que hay en 20 g de compuesto

Masa Z = 20 g de compuesto 0.758 g de X - 4.094 g de Y = 15.148 g

Masa de Z = 15.148 g

Luego se determina la masa atmica de X mediante la siguiente relacin

X4Y2Z5 4 X + 2 Y + 5 Z

Despejando Mat X nos queda:

Sustituyendo y resolviendo las operaciones indicadas:

Zmol 5

X mol 1 x

X mol 0.25

Zg 20 Mat Z 524

524

ZY

CZY

Zmasa

X masa

Mat Z x moles 5

XMat x moles 4

Zmasa x moles 4

Mat Z x X masa x moles 5 XMat

g 4.094 compuesto de g 100

Y de g 20.47 x compuesto de g 20 Y Masa

50

Mat X = 1.0 g /mol

Finalmente se calcula la masa atmica de Y utilizando la siguiente relacin:

X4Y2Z5 4 X + 2 Y + 5 Z

Donde:

Sustituyendo los valores nos queda

Mat Y = 10.81 g / mol

REACCIONES QUMICAS

En nuestras actividades diarias y la del mundo que nos rodea, continuamente

observamos cambios qumicos, tales como, la fermentacin de sustancias, la combustin

del gas natural, la oxidacin o corrosin de los materiales, procesos naturales y

espontneos, entre otras. Todos estos cambios se conocen como reacciones qumicas.

Las reacciones qumicas siempre implican un cambio por lo general, de una o ms

sustancias a una u otras sustancias diferentes. Es decir, implican el reagrupamiento de

tomos, molculas o iones para formar nuevas sustancias. Es importante saber que en una

Zmasa

Y masa

Mat Z x moles 5

YMat x moles 2

Zmasa x 2moles

Mat Z x Y masa x moles 5 YMat

g 15.148 x moles 2

mol / g 16 x g 4.094 x moles 5 YMat


g 15.148 x moles 4

mol / g 16 x g 0.758 x moles 5 XMat

51

reaccin qumica, los tomos no se crean ni se destruyen. En otras palabras, debe haber el

mismo nmero de cada tipo de tomo en los productos y en los reactivos (Ley de la

conservacin de la masa.

Las ecuaciones qumicas se usan para describir esquemticamente las reacciones

qumicas a travs de smbolos y frmulas qumicas y otros trminos. Generalmente

indican las sustancias que reaccionan, llamadas reactivos, las sustancias que se forman,

llamadas productos y otras especificaciones que describiremos a continuacin. Por

ejemplo:

2Al(s) + 6 HCl(ac) 2 AlCl3(ac) + 3 H2(g)

Esquemticamente las reacciones qumicas se representan escribiendo las

sustancias qumicas presentes antes de la reaccin (reactivos) a la izquierda de la flecha y

los que estn presentes despus de la reaccin (productos), a la derecha de la misma. La

flecha ( ) indica la direccin del cambio y se lee "produce" o "reacciona para formar".

Tambin se utiliza para separar los reactivos de los productos. El signo + se utiliza para

separar los elementos y compuestos. Se lee combina o reacciona. Los nmeros 2, 6, 2 y 3

son coeficientes (nmeros enteros) que se escriben ante los elementos y sustancias para

balancear la ecuacin qumica e indica la cantidad de unidades (tomos, molculas, moles,

iones) de cada sustancia que reacciona o se produce.

El conocimiento del estado fsico de los reactivos y los productos es muy til en el

laboratorio, por lo cual se utilizan las abreviaturas g, l, s entre parntesis despus de la

frmula qumica para indicar los estados gaseoso, lquido y slido respectivamente.

Tambin se utiliza el smbolo (ac) que indica solucin acuosa

En determinados casos, cuando las reacciones son lentas, se agrega una sustancia

para acelerar la reaccin qumica, la cual se llama catalizador que se indica encima o

debajo de la flecha y no interviene en la reaccin (formacin de los productos). Tambin

hay sustancias que retardan o desaceleran la reaccin qumica llamadas inhibidores.

52

Es de hacer notar que existen otros trminos o smbolos para indicar la situacin

real de proceso qumico, por ejemplo: (calor), (formacin de precipitado),

(desprendimiento de gas), entre otras.

Toda reaccin qumica va acompaada de absorcin o desprendimiento de energa.

Las reacciones qumicas en las cuales se desprende calor se denominan exotrmicas y se

caracterizan porque los reactivos tienen mayor contenido energtico que los productos; es

decir, una vez que se le suministre la energa a la reaccin, sta se desarrollar liberando

energa, en cambio existen algunas reacciones qumicas que para poder realizarse necesitan

consumir energa durante todo el proceso, estas reacciones se denominan endotrmicas,

el contenido energtico del producto es siempre mayor que los reactivos.

Tabla 2.2. Smbolos o trminos usados comnmente en las ecuaciones qumicas, con su significado

Smbolo o Trmino Significado

Reactivos Sustancias ubicadas en el lado izquierdo de la ecuacin.

Productos Sustancias ubicadas en el lado derecho de la ecuacin

+ Separa sustancia en los reactivos y productos. Se lee

combina

Separa los productos de los reactivos, indica Reaccin

Irreversible y se lee produce

Catalizador. Sustancia que acelera la reaccin qumica.

Subndice (g) o Gas o producto gaseoso

Subndice () Estado lquido

Subndice (s) o Estado slido o un producto que precipita.

Subndice (ac) Solucin acuosa (disuelto en agua)

Reaccin con suministro de calor

Reaccin con suministro de electricidad

pt o

() o ()

pt

53

A primera vista la ecuacin qumica suministra informacin de carcter cualitativo,

es decir nos indica, cules son los reactivos y los productos as como tambin las

caractersticas fsicas, estado fsico de las sustancias, condiciones en que se realiza la

reaccin). Luego de balancear nos proporciona informacin cuantitativa, tales como, las

relaciones de combinacin que comnmente se expresan en moles, gramos, molculas y

tomos, las cuales nos permiten realizar los clculos estequiomtricos. En resumen, una

ecuacin qumica suministra una variedad de informacin cualitativa y cuantitativa

esencial para el clculo de las cantidades de sustancias que intervienen en un proceso

qumico.

En conclusin, una ecuacin qumica balanceada es la herramienta fundamental de

la cual dispone el investigador, qumicos, tcnicos y estudiantes, entre otros, que nos

permiten establecer las relaciones de combinacin entre los reactivos y los productos que

intervienen en un proceso qumico (clculos estequiomtricos directos) o tambin en

relaciones indirectas (clculos estequiomtricos indirectos).

Balanceo de ecuaciones qumicas

Una ecuacin qumica sin balancear no representa en forma vlida y precisa la

reaccin que se produce. Siempre que se tiene una ecuacin es necesario verificar si est

balanceada. El principio fundamental del balanceo es que el nmero total de tomos se

conserva en la reaccin qumica, es decir, que el nmero total de tomos de los reactivos

debe ser igual al nmero total de tomos de los productos (Ley de la conservacin de la

masa).

Para balancear una ecuacin qumica es necesario que est formulada

correctamente. Durante el balanceo de una ecuacin qumica slo se ajustan los

coeficientes (preferiblemente con nmero entero) de cada elemento o compuesto presente

en la reaccin.

En las reacciones sencillas u ordinarias, los coeficientes estequiomtricos se

encuentran por simple inspeccin por lo que se llama tanteo. En las reacciones ms

54

complejas se emplean otros mtodos tales como: el algebraico y el mtodo del ion -

electrn, entre otros.

Las reglas generales para balancear una reaccin qumica pueden resumirse

de la siguiente manera:

Escribir correctamente la ecuacin qumica.

Balancear los metales (si hay) que intervienen en la reaccin qumica.

Balancear los no metales, (si hay) presentes en la ecuacin qumica.

Balancear los tomos de hidrgeno (si hay) presentes en la reaccin.

Finalmente balancear los tomos oxgeno; que generalmente quedan automticamente

balanceados al balancear los tomos de hidrgeno.

Nota: en el supuesto caso de que algunos de los elementos previamente balanceados se

modifiquen al balancear el hidrgeno y oxgeno, debe ajustarse nuevamente, para que la

ecuacin quede correctamente balanceada. Por lo tanto, se recomienda verificar que el

nmero de moles de tomos de los reactivos sean iguales a los moles de tomos de los

productos.

Ejemplo 2.17

Balancear la siguiente ecuacin qumica e indicar las diferentes maneras de

interpretar la ecuacin qumica

Cloruro clcico + Fosfato sdico Fosfato clcico + Cloruro de sodio

Primer paso: Formular la reaccin qumica correctamente

CaCl2(s) + Na3PO4(ac) Ca3(PO4)2(ac) + NaCl(s)

Segundo paso: Balancear los metales que intervienen en la reaccin, en nuestro caso es el

calcio, Ca y el sodio, Na.

3 CaCl2 + Na3PO4 Ca3(PO4)2 + 3 NaCl

Tercer paso: Balancear los no metales, cloro, Cl y fsforo, P

3 CaCl2 + 2 Na3PO4 Ca3(PO4)2 + 6 NaCl

55

Cuarto paso: Balancear los tomos de oxgeno, O, en este caso no es necesario balancear

el oxgeno ya que est balanceado.


Quinto paso: Verificar si los moles totales de tomos de los reactivos son iguales a los

moles totales de tomos de los productos, de ser as la ecuacin qumica esta balanceada:


En trminos generales la informacin cuantitativa proporcionada por esta ecuacin qumica

se puede resumir en la siguiente tabla:

Tabla 2.3 Informacin que se obtiene de la ecuacin qumica balanceada para la

produccin de fosfato clcico mas cloruro de sodio

3 CaCl2

+

2 Na3PO4

Ca3(PO4)2

+

6 NaCl

3 molculas

+

2 molculas

1 molcula

+

6 molculas

3(6.02 1023

)

molculas

+

2(6.02 1023

)

molculas

6.02 1023

molculas

+

6(6.02 1023

)

molculas

3 mol + 2 mol 1 mol + 6 mol

3mol (111g/mol)

+

2 mol (164g/mol)

1 mol (310g/mol)

+

6mol(58.5g/mol)

333 g

+

328 g

310 g

+

351 g

661 g

661 g

Como la sumatoria de las masas de los reactivos es igual a la sumatoria de las masas de los

productos, se concluye que la ecuacin qumica esta correctamente balanceada cumple

con la ley de la conservacin de la masa


56

Clculos basados en las reacciones qumicas

Siempre que los qumicos trabajan con reacciones qumicas se formulan preguntas

como: qu cantidad de cada reactivo se requiere para producir la cantidad deseada de

producto?, qu ocurre cuando la cantidad de un reactivo es mayor que la de los otros

reactivos?. La respuesta a estas y otras preguntas se pueden resolver utilizando los clculos

estequiomtricos.

Con frecuencia es necesario calcular la cantidad de una sustancia que se forma o

que se requiere para que reaccione con una cantidad dada de otra sustancia. Aunque se

conocen varios mtodos, el mtodo molar o de relacin molar generalmente es el mas

adecuado para resolver problemas de estequiometria. Tal mtodo es directo y facilita

visualizar y comprender las relaciones de las especies que reaccionan.

La relacin molar es un factor de conversin que permite relacionar el nmero de

moles de una sustancia con el nmero de moles de otras en la ecuacin qumica.

Como los clculos estequiomtricos se utilizan en todos los campos de la qumica,

conviene dominar este mtodo o cualquier otro para la resolucin de problemas.

El mtodo de la relacin molar se basa en tres operaciones bsicas simples:

Si la cantidad de sustancia inicial no est en moles convirtala a moles.

Convierta los moles de reactivos en moles del producto deseado.

Convierta los moles de productos deseado en las unidades especificadas en el

problema.

Ejemplo 2.18

En la siguiente ecuacin qumica. Determinar:

Al2(SO4)3 + Ba(NO3)2 BaSO4 + Al(NO3)3

a) Cuntos moles de sul

Trabajo Completo Quimica I

Documents

Transcript of Trabajo Completo Quimica I