UNIDADES ESTEQUIOMÉTRICAS macro micro Cálculos en una sustancia

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/co/deed.es

A un “Clic” del conocimiento

UNIDADES ESTEQUIOMÉTRICAS macro microCálculos en una sustancia

Autor:IQ Luis Fernando Montoya Valencia

[email protected] Titular

Centro de Ciencia BásicaEscuela de Ingenierías

Universidad Pontificia Bolivariana

ESTEQUIOMETRÍA I

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/co/deed.es

A un “Clic” del conocimiento

El objetivo de este trabajo es presentar

Una fundamentación teórica, relacionada desde lo cotidiano, resumida en un algoritmo

Varios ejemplos orientados desde el algoritmo

El reto es “IMAGINAR” (respaldado en el algoritmo), que va a aparecer con el siguiente “clic”, si estamos de acuerdo continuar, y si no

regresar para al final poder afirmar -!lo hicimos¡-

Para desarrollar competencias que permitan:Identificarlas unidades estequiométricasConstruir los factores estequiométricosUsar factores estequiométricos para transformar unidadesRealizar cálculos en una sustancia o en reacción químicaDeterminar fórmulas empíricas y moleculares

04/21/23 http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/co/deed.esA un “Clic” del conocimiento

I.Q. Luis Fernando Montoya V.

Introducción:Para calcular: en 10 g de un objeto de densidad 2.5g/mL, ¿que volumen hay? Un procedimiento clásico es:

1. Cual es la fórmula de la densidad? Los que “recuerdan” que d =WV

Cálculos estequiométricos

2.“dicen”: tengo que despejar el volumen

V = Wd

En este paso hay un alto % de bachilleres que se equivocan

3. Sigamos con los que “recuerdan” la ecuación de la densidad y “despejan” bien, se “dicen”: vamos a sustituir el peso y la densidad:

V =10 g

2.5 g/mL

4. Hagamos la “ley de la oreja”: V =

10 g1

2.5 gmL.

Algunos hasta la dibujan.

5. V =10 g x 1mL

1x 2.5 g

6. V = 4 mL ¡ Por fin ¡



Realmente, en la situación anterior:

El proceso de transformación de unidades es: abajo gramos, no los quiero; arriba mililitros, si los quiero

= 4 mL10 g

Vemos que la transformación de unidades usando factores de conversión de unidades es un proceso mas eficiente y seguro

En este tema vamos a concretarnos construir con una metodología general, los factores requeridos para cualquier caso particular

2.5 g1 mL

Tengo: 10 g (punto de partida)

Quiero: V mL (punto de llegada)

Y poseemos un factor para transformar los gramos a mililitros

1 mL2.5 g

x

Vemos que un factor es como un carro Que nos sirve para ir

Desde un punto de partida Hasta un punto de llegada2.5 g1 mL



Lo anterior nos induce a la existencia de cuatro variables:

Peso de compuesto (Wcto)

Peso de elemento (Welem)

Elemento (elem)

Compuesto (cto)

I Cálculos en una sustanciaPreámbulo:El primer contacto que tenemos con la química es con los elementos (elem) y su ubicación en la tabla periódica.

Posteriormente vimos en nomenclatura que ellos se combinan para formar compuestos (cto).

Si experimentalmente requerimos alguna cantidad de un elemento o de un compuesto, los pesamos.



Entre estas cuatro variables existen las siguientes relaciones:

El Mw es la suma de todos los Pesos atómicos

Entre el compuesto y su peso tenemos el peso molecular (Mw)

Su valor lo leemos en la calculadora.

Entre el elemento y su peso tenemos el peso atómico (Pa).

El valor de Pa de un elemento lo leemos en la tabla periódica (TP), no se le ocurra leerlo en la calculadora.

Entre el compuesto y el elemento tenemos una Relación (R) y es el número de veces que el elemento está en el compuesto

El valor de R de un elemento en un compuesto lo leemos en la fórmula del compuesto.



Ilustración: para el compuesto Aℓ2(SO4)3

relacionado con el elemento oxígeno, tenemos:

Pa = 16 (leído en la TP).R = 12 = (4x3 leídos en la fórmula)

Mw = 2(27) + 3(32) + 12(16) = 342 (leído en la calculadora),

Para este mismo compuesto, las relaciones para el elemento S

Pa = 32 (leído en la TP).R = 3 = (1x3 leído en la fórmula)

Mw = 2(27) + 3(32) + 12(16) = 342 (leído en la calculadora),

Para este mismo compuesto, las relaciones para el elemento Aℓ

Pa = 27 (leído en la TP).R = 2 = (leído en la fórmula)Mw = 2(27) + 3(32) + 12(16) = 342 (leído en la calculadora),

Si 27 es el Pa del Aℓ, 32 es el Pa del S y 16 es el Pa del O



Estas cuatro variables y sus relaciones las podemos agrupar así:

Wcto

Welem

elem

cto

Este “mapa” lo podemos asociar con la ciudad de Venecia que posee unas islas vecinas y para ir de una isla a otra podemos caminar por los “puentes”: Mw, R o Pa.

y por último caminar por Pa para ir desde elem hasta Welem

Es como jugar “Mario Bross”.

El itinerario para ir desde Wcto hasta Welem sería:

Primero caminar por Mw para ir desde Wcto hasta cto,

Luego caminar por R para ir desde cto hasta elem

Mw1

Pa1

R1



Estas cuatro variables se pueden medir en el laboratorio (mundo macro) en: gramos (g), átomo-gramo (atgr) y mol (debe ser gramo-mol, pero se omite el gramo),

el “mapa” queda:

W g cto

W g elem

atgr

mol

Pa1

R1

Mw1

Mundo macro

Wcto

Welem

cto

Pa1

Mw1

R1

elem

Mw g cto

1 mol

Pa g elem

1 at gr

1 mol Las unidades de cada factor se asignan:Arriba la de arriba,Abajo la de abajo

R atgr



Wcto

Welem

cto

Pa1

Mw1

R1

elem

W lb. cto

W lb. elem

At lb.

Lb. mol

Pa lb.elem1 at lb

R at lb1 lb mol

Mw lb. cto1 lb mol

Las unidades de cada factor se asignan:Arriba la de arriba,Abajo la de abajo

Estas cuatro variables se pueden medir si el laboratorio es la USA (mundo macro) en:

libras (lb), átomo-libra (atlb) y lb mol (libra-mol),


Mundo macro USA



W Kg. cto

W Kg. elem

At Kg.

Kg. mol

Pa Kg.elem1at Kg.

R at Kg1Kg mol

Mw Kg.cto1Kg mol

Wcto

Welem

cto

Pa1

Mw1

R1

elem

Estas cuatro variables se pueden medir SI el laboratorio es de una fábica (mundo macro) en:

kilogramos (kg), átomo-kilo (atk) y Kilomol (k mol )


Mundo macro fábrica




Wcto

Welem

elem

cto

Pa1

Mw1

R1

Wuma. cto

Wuma. elem

at

molec

Mw uma. cto1molec

Pa uma. elem1at

R at1molec

Mundo micro

Estas cuatro variables se pueden medir en el mundo micro (partículas aisladas) en: Unidade de masa atómica (uma), átomo (at) ymolécula (molec)





Las unidades micro son un submúltiplo de las unidades macro.

La equivalencia anterior la podemos representar como el factor:

Como este factor es útil para “cambiar de mundo”, lo vamos a llamar: “el pasaporte”, por lo tanto hay cuatro aplicaciones del pasaporte, una en cada fila:

No unidades micro

1 unidad macro

En una unidad macro hay 6.02x1023 unidades micro.

El número 6.02x1023 se conoce como el “número de Avogadro” y se representa como No



Para Wcto

Para Welem

Para cto

Para elem.

6.02x1023 umas cto1 g cto

6.02x1023 umas elem1 g elem

6.02x1023 molec1 mol

6.02x1023 at1 atgr.

Todo lo anterior lo podemos resumir en la siguiente tabla.

4

fila número

2

3

1

M u n d o s

macro micro

g cto Uma cto

g elem Uma elem

atgr at

mol molec

Pasaporte:No unidades micro

1 unidad macro



W g cto

W g elem

atgr

mol

Pa g elem1atgr

R atgr1mol

Mw g cto1mol

Mundo macro Mundo micro

Mw uma cto1molec

W uma cto

W uma elem

at

molec

Pa uma elem1at

R at1molec

¿ pasaporte 1 ?

¿pasaporte 2 ?

¿ pasaporte 3 ?

¿ pasaporte 4 ? No unidades micro1 unidad macro

No = 6.02x1023



Ilustración 1: en 17.1 g de Aℓ2(SO4)3, cuántas umas de Aℓ hay?

Solución: ubicamos la información en macro – micro y planteamos el itinerario (jugamos Mario Bross) para ir:

Desde 17.1 g sal (el compuesto):punto de partida, mundo macroHasta ?W uma. Al (El elemento): punto de llegada, mundo micro

Entonces necesitamos los dos mundos

Los factores involucrados en el itinerario, para que sean útiles, se deben escribir para posteriormente usarlos, pero sin alterar sus unidades propuestas, El peso molecular en el mundo macro es:

Si usted escribe Acaba de inventar el molécula pesar de la sal

342 g sal1mol sal

342 mol sal1g sal

Nota: los Pa son: Aℓ = 27, S = 32, O = 16

R del elemento Aℓ en la sal (sulfato alumínico) es 2Mw = 2(27) + 3(32) + 12(16) = 342Pa del elemento Al = 27



W uma. AℓW g Aℓ

atgr

mol

21

3421

pasaporte 2

pasaporte 3

pasaporte 4

6.02 x 1023 micro1 macro

W gr. sal

271

pasaporte 1

271

21

6.02 x 1023 micro1 macro

3421 1 molec sal

342 Uma sal

17.1 g sal

? Wuma. Aℓ

1 g sal

6.02x1023 uma salW uma. sal

At

molec

1molec sal 2 At Aℓ

1 At Aℓ 27 uma Aℓ



2

3

4

? Wuma. A ℓ

Wuma. sal

at

molec

Wg Al

atgr

mol

27 g Al1 atgr

2 atgr1 mol

342 g sal1 mol

pasaporte 2

pasaporte 3

pasaporte 4

342 uma.sal1 molec sal

17.1g sal

27 uma. Aℓ1 at Aℓ

2 at Al1 molec sal

LA TRANSFORMACIÓN DE UNIDADES ES:

17.1 g sal 6.02x1023 uma sal1 g sal

Son: 1.03x1025 umas sal

6.02x1023 uma sal1 g sal

1 molec sal342 uma.sal

3.01x1022 molec sal

2 At Aℓ1molec sal

6.02x1022 at Aℓ

27 uma. Aℓ1 At Aℓ

1

= 1.62x1024 umas Aℓ

1 2-1

3 4

X

X

X

X



Ilustración 2: en 13.2 g de CO2, cuántos g de C hay?

Los factores involucrados en el itinerario, para que sean útiles, se deben escribir para posteriormente usarlos, pero sin alterar sus unidades propuestas.


Desde 13.2 g CO2 (el compuesto):punto de partida, mundo macroHasta ?W g C (El elemento): punto de llegada, mundo macro

Entonces necesitamos sólo el mundo macro

Nota: los Pa son: C = 12, O = 16

R del elemento C en el C1O2 (óxido carbónico) es 1Mw = 1(12) + 2(16) = 44Pa del elemento C = 12



Mundo macro13.2 g CO2

? Wg C

Atgr C

Mol CO2

2

3

Son: 0.3 mol CO2

0.3 atgr C

13.2 g CO2

1-1 2

3

1 atgr C1 mol CO2

= 3.6 g C

1 mol CO2

44 g CO2

12 g C1 atgr C

1

12 g C1atgr C

1 atgr C1mol CO2

44 g CO2

1mol CO2


X

X

X



Ilustración 3:Si 0.1 mol de un compuesto pesan 3.5x1024 umas, calcular el peso molecular del compuesto

Nota: el enunciado no menciona elementosno se requieren valores de pesos atómicos, ni de R del elemento

Mw = X, porque la respuesta de su valor es “no se”


Desde 0.1 mol :punto de partida, mundo macroHasta 3.5x1024 uma cto: punto de llegada, mundo micro

Los factores involucrados en el itinerario, para que sean útiles, se deben escribir para posteriormente usarlos, pero sin alterar sus unidades propuestas.

Entonces necesitamos los dos mundos



2

1

Mundo macro Mundo micro

Wg elem

atgr

Pa g elem1atgr

R atgr1mol

X uma cto1 molec

W uma. elem

at

molec

Pa uma. elem1at

R at1molec

pasaporte 2

pasaporte 3

pasaporte 4

X g. cto1mol

0.1 mol

3.5x1024 uma cto0.1 mol X g cto

1 mol6.02x1023 uma cto

1 g cto

1 2

=

X = 58.14


X

3.5x1024 uma. ctoW g cto6.02x1023 uma cto

1 gr. cto X



Ilustración 4:En 31.6 g de CaSO4.xH2O (esto es sulfato cálcico hidratado, lo vamos a abreviar cono sh que significa: ”sal hidratada”) hay 4 g de Ca, calcular el valor de x.

R del elemento Ca en el compuesto sh es 1Mw = 1(40) + 1(32) + 4(16) + 18x = 136 + 18xPa del elemento Ca = 40

Entonces necesitamos sólo el mundo macro

Los factores involucrados en el itinerario, para que sean útiles, se deben escribir para posteriormente usarlos, pero sin alterar sus unidades propuestas,


Desde 31.6 g sh (el compuesto):punto de partida, mundo macroHasta 4 g Ca (El elemento): punto de llegada, mundo macro

Nota: los Pa son: Ca = 40, S = 32, O = 16, H = 1



3

1

31.6 g sh

4 g Ca

Atgr Ca

Mol sh

40 g Ca1atgr Ca

1 atgr Ca1mol sh

(136 + 18x) g sh1mol sh

2

Mundo macro

1-1 2

3

31.6 g sh 1 mol sh(136 + 18x) g sh

1 atgr Ca1 mol sh

40 g Ca1 atgr Ca

4 g Ca=

1264 = 544 + 72x x = 10

La fórmula de la sh es CaSO4,10H2O


X

X

X



que los famosos “cortapalos” Hugo, Paco y Luis (los sobrinos del Pato Donald, Disney Channel) cansados de pedirle a su tío Donald para la mesada y siempre quedar con la mano estirada…

… debido al grado de pobreza del pobre Tío, decidieron apelar al Tío Rico y éste les informó que nada les quería dar,

pero les propuso una sociedad para vender “perros calientes”

con la CONDICIÓN de recibir en cualquier momento por parte de cada “socio”,

información exacta de proyección en las ventas.

Una historieta

Érase una vez . . .



Un día llama Tío Rico a Hugo y le dice:

Haga inventario que quiero conocer su proyección de ventas.

Hugo en su inventario encuentra que tiene 1500 gramos. de panes y 2000 gramos. de salchichas, al preguntarle Tío Rico:

¿sabe cuántos perros piensa vender?

Con esta respuesta se terminó la sociedad para fabricación y venta de perros entre Hugo y Tío Rico.

Aburrido Hugo le comentó a sus hermanos que es peligroso hacer inventario en gramos.

La respuesta de Hugo fue: NO SÉ.

en estequiometría son arduos los cálculos en gramos



Posteriormente llama Tío Rico a Paco y le dice:

haga inventario que quiero conocer su proyección de ventas

Paco en su inventario encuentra que tiene 15 paquetes de panes y 20 paquetes de salchichas, al preguntarle Tío Rico:

¿sabe cuántos perros piensa vender?

Con esta respuesta se terminó la sociedad para fabricación y venta de perros entre Paco y Tío Rico.Aburrido Paco le comentó a sus hermanos que es peligroso hacer inventario en paquetes (los paquetes en estequiometría equivalen a moles).

La respuesta de Paco fue: NO SÉ.

en estequiometría son arduos los cálculos en moles



A continuación llama Tío Rico a Luis y le dice:

Haga inventario que quiero conocer su proyección de ventasComo Luis si aprende por experiencia ajena

Luis en su inventario encuentra que tiene 10 panes y 15 salchichas, al preguntarle Tío Rico:¿sabe cuántos perros piensa vender?

Los panes me limitan la producción (reactivo límite)

la respuesta de Luis fue contundente: SI SE

Dicen que Hugo y Paco trabajan para Luís en Mac Perros

me puedo gastar 10 panes que se consumen con 10 salchichas y puedo vender 10 perros. Me sobran 5 salchichas

Con esta respuesta prosperó la sociedad para fabricación y venta de perros entre Luís y Tío Rico.



Satisfecho Luis le comentó a sus hermanos que es muy práctico hacer inventarios como él,

E eq gr.1 mol

Un perro caliente se fabrica con Un pan y con Una salchicha

En estequiometría la proporción 1 a 1 entre reactivos y productos se cumple en una unidad estequiométrica especial que se llama “equivalente gramo”,(eq gr.)

porque es muy útil la proporción 1 a 1 para tomar decisiones

Por esta razón es necesario desde balanceo dominar el cálculo del factor equivalente gramo (E), ya que como factor, sus unidades son:



Un fin de semana salieron a trabajar con su inventario de

10 panes (RL) y 15 salchichas

Cuando habían vendido solo 5 perros ocurrió un apagón y al pasar el informe a Tío Rico, éste los recriminó porque solo tuvieron una eficiencia del 50%

Realmente vendieron menos de lo teóricamente esperado

panes salchichas

Tenían 10 15

gastan 5 5

sobran 5 10

balance

Observe que en este caso del reactivo límite, (los panes), sobran cinco

Es de anotar que para el próximo fin se semana los panes y las salchichas que sobraron se dañaron

En química también existe porcentaje de eficiencia cuando se obtiene realmente menos de los esperados teóricamente y si la reacción es lenta, también sobra reactivo límite

Venden 5 Perros calientes



El Viernes Santo salieron a trabajar con su inventario de

10 panes (RL) y 15 salchichas

Como es vigilia, para no botar lo que sobre, Tío Rico les dice: por cada perro caliente que vendan, se pueden comer uno.

Realmente vendieron menos de lo teóricamente esperado

Eficiencia = 50% Hacen 10 pero sólo venden 5

panes salchichas

Tenían 10 15

gastan 10 10

sobran 0 5

balance

Observe que en este caso del reactivo límite, (los panes), sobra cero

Venden 5 Perros calientes

En química también existe porcentaje de eficiencia cuando se obtiene realmente menos de los esperados teóricamente y si hay pérdida de producto, el reactivo límite se consume totalmente



Estequiometría II

Cálculos estequiométricos en reacción química

Normas de interpretación de lectura para fabricar los factores de conversión

en el mundo macro:cálculos en equivalente gramo (eq gr)



Los cálculos en reacción química se pueden hacer con:

Regla de tres pero hay directas inversas y absurdas

Si por 1hora Me pagan 9 $

Cuanto trabajo Si me pagan 1 $

A menor pago, menos trabajo

Proporción directa

Si un hombre Hace una obra en 9 meses

Cuantos hombres La harán en 1 mes

A menos tiempo, más hombres

Proporción inversa

Si una mujer Hace un hijo en 9 meses

Cuantos mujeres La harán en 1 mesProporción absurda

Ecuaciones pero con términos que se pueden enredar o olvidar

Factores

Cálculos en gramos

Cálculos en moles

Cálculos en equivalentes gramo

¿Se acuerda de HUGO?

¿Se acuerda de PACO?

¿Se acuerda de LUIS?



Cálculos estequiométricos en reacción química

Para estos cálculos, vamos a construir los factores de conversión requeridos, teniendo en cuenta que:

•Los reactivos “puros” son costosos, por esta razón los insumos se consiguen con porcentaje de pureza (PP%), cuyo valor nos indica el número de gramos puros que hay por cada 100 gramos impuros.

conceptualmente el “todo” son los gramos impuros y corresponde al 100 y la “parte” son los gramos puros y corresponde al porcentaje.

Lo anterior se puede interpretar como un factor, así:pp g puros

100 g impuros

A las palabras puro – impuro las vamos a denominar “apodos”, ya que son útiles para diferenciar los gramos dados o pedidos.

Si hay pp% es porque los gramos, mL, umas dados o pedidos son impuros

Si no hay pp% es porque los gramos, mL, umas dados o pedidos son puros



En muchas ocasiones de los productos realmente se obtiene menos de los esperados teóricamente, en estos casos se habla de porcentaje de eficiencia o rendimiento (ef %), cuyo valor nos indica el número de equivalentes gramo reales que hay por cada 100 equivalentes gramos teóricos, y se interpreta en la “flecha” que se lee “produce”

Conceptualmente el “todo” son los eq gr. teóricos y corresponde al 100 y la “parte” son los eq gr reales y corresponde al porcentaje.

Esta eficiencia de la reacción se puede dar porque la reacción es “lenta”, o la reacción es en equilibrio químico ( sobra RL) o porque hay “pérdida de productos” (se acaba el RL).

Lo anterior se puede interpretar como un factor, así:Ef eq gr. real

100 eq gr. teórico

A las palabras real - teórico también las vamos a denominar “apodos”, ya que son útiles para diferenciar la cantidad obtenida de un producto dependiendo si hay o no ef %.

Si hay ef % es porque los productos son reales

Si no hay ef % es porque los productos son teóricos



Notas

Los apodos puro – impuro se le asignan a las unidades de peso (W) o a las unidades de volumen (V): (g, mL, uma)

Los apodos teórico – real se le asignan a los productos (un reactivo no es teórico ni real)

Si ordenamos alfabéticamente los cuatro apodos, encontramos que: impuro – puro están asociados a pp% y real – teórico lo están con ef %

Para construir los factores requeridos sólo se requiere una correcta interpretación del enunciado, para esto propongo:

Real (a los productos)

Impuro (a: g, mL o uma) si hay pp%

Puro si no hay pp%Puro (a: g, mL, uma)

Teórico (a los productos)

si hay ef %

si no hay ef %



Normas de interpretación de lectura, en el mundo macro, para cálculos en reacción química usando equivalentes gramo, (eq gr.)

Pasos

1. Reacción balanceada (rxn bal), incluyendo los e- transferidos, si la reacción es de oxido reducción o los “e- transferidos” (el mínimo común múltiplo, MCM, de los coeficientes estequiométricos (ce), de la reacción balanceada por tanteo), si la reacción no es de oxido reducción. Para calcular el factor equivalente gramo (E).

Si la reacción es de oxido reducción, balanceada por REDOX o por IÓN ELECTRÓN E = # de e transferidos

ce

Si la reacción no es de oxido reducción,Balanceada por TANTEO E = MCM

ce

el MCM (mínimo común múltipo) de los ce (coeficientes estequiométricos) de la reacción balanceada por tanteo equivalen al “# de e- transferidos”



2. Según el enunciado, debajo de cada reactivo y de cada producto escribir la información dada o pedida, si se menciona la eficiencia, ella se incluye en la columna de la flecha donde se lee “produce”

3. Si el enunciado involucra moléculas o umas (mundo micro) se requiere el “pasaporte”, ya que estas normas de lectura son del mundo macro, así:

6.02x1023 moléculas1 mol

6.02x1023 uma1 g

3. Hacer para cada reactivo y para cada producto involucrados en el enunciado el factor equivalente gramo, E, con sus unidades:

E eq gr.1 mol

Ya que los cálculos los vamos a realizar en la unidad estequiométrica eq gr. por que la proporción es 1:1 en esta unidad de medida (recuerda la historieta?)



4. Si el enunciado involucra el peso, se requiere el peso molecular en el mundo macro para convertir éstos a moles y con el factor E llegamos a los equivalentes gramo (eq gr).

Mw g puro1 mol

Como los gramos, en función del % de pureza, pueden ser puros o impuros, los gramos del peso molecular tienen que ser puros (en la tabla periódica no hay basura)



5. Si el enunciado para un reactivo o para un producto involucra porcentaje de pureza (pp%), es porque a las unidades de peso (g, uma) o volumen (mL) les asignamos el “apodo” impuro. (Las moles, las moléculas y los eq gr. no tienen este apodo), y hay que construir el factor:

pp g puros100 g impuros

Si no hay pp% es porque las unidades de peso (g, uma) o volumen (mL) tienen el “apodo” puro y no se hace el factor.

En forma de algoritmo:

Apodo impuro (>)A unidades g, uma, mL

Y hacer el factorpp g puros

100 g impuros

Apodo puro (<)A unidades g, uma, mL

Y no hacer el factor

(pp%)?

no

si



6. Si el enunciado involucra porcentaje de eficiencia (ef %), es porque todas las unidades de los productos son reales y hay que construir el factor:

ef eq gr. reales100 eq gr. teóricos

Si no hay ef% es porque las unidades de los productos tienen el apodo teórico y no se hace el factor.

En forma de algoritmo:

Apodo real (<)A los productos Y hacer el factor

Apodo teórico (>)A los productos Y no hacer el factor

(ef %)?


si

no



El puente también puede ser:

1 eq gr. un reactivo1 eq gr. de RL?

Para ir del reactivo límite a otro reactivo, un reactivo No acepta los apodos teórico ni real

1 eq gr. un producto teórico1 eq gr. de otro producto teórico

Para ir desde un producto hasta otro producto

7. Hacer el puente: en proporción 1:1 en equivalente gramo:

para cada producto involucrado en el enunciado1 eq gr. producto teórico1 eq gr. de RL?

Para ir del reactivo límite a un producto



Para determinar el reactivo límite (RL?), hay dos posibilidades:

Normas A. Si el enunciado da información de sólo un reactivo, él es el reactivo límite (RL)

Normas B. Si el enunciado da información de dos o mas reactivos, el reactivo límite (RL) es el reactivo que posea menor número de equivalentes gramo,

Todo lo anterior lo podemos resumir en el siguiente algoritmo:

no confundir con el que tenga menor valor de E

Por lo tanto a cada reactivo le calculamos el número de equivalentes gramo con sus factores construidos siguiendo las normas de lectura.



Reacción balanceada, con: # de e- transferidos o con MCM

Pasaporte? sí6.02x1023 unidades micro

1 unidad macro

g ? síMw g puro

1 mol

E eq gr 1 mol

Y hacer el factorpp g puros

100 g impuros

Y no hacer factor

(pp%)?

Y hacer el factor

Apodo teórico (>)A los productos Y no hacer factor

(ef %)?


y enunciado

puente 1 eq gr. de producto teórico1 eq gr. de RL?

RL? El reactivo de menor # de eq gr.

En ABC

Apodo impuro (>)A: g, mL, uma

Apodo puro (<)A: g, mL, uma

Apodo real (<)A los productos

no

sí

no

sí

umasg

molecmol

no hacer factorno

no hacer factorno



Se someten a reacción 500 mL de H2SO4 al 98% de densidad 1.98 g/mL con 3.01x1024 moléculas de Aℓ (OH)3, si la eficiencia de la reacción es del 90%, calcular:Las moles de Aℓ2(SO4)3 que se obtienen (?n mole)

Las umas de agua al 75% que se obtienen ( ?W uma)

Cuánto sobra del reactivo en exceso, si la eficiencia de la reacción es por pérdida de productos

Cuánto sobra del reactivo en exceso, si la eficiencia de la reacción es por lentitud de la reacción

En este caso el reactivo límite se consume totalmente

En este caso del reactivo límite se consume el 90%

Como esta es una reacción de neutralización, se balancea por tanteo

Aclaraciones

Abreviaturas:

Lo que sobra de un reactivo, se debe reportar en la misma unidad del enunciado, cuando no se aclara una unidad particular.

H2O es D.Aℓ2(SO4)3 es C,Aℓ(OH)3 es B,H2SO4 es A,

Ilustración 1:



reacción.

H2SO4 + Aℓ(OH)3 Aℓ2(SO4)3 + H2O3 2 61

Enunc.

500 mL A 3.01x1024 molec B 90% ? n mol C ?W uma D

98%75%

1.98 g A1 mL A

?W uma D imp?n mol C real ?W uma D imp real

gr.? no, no factor

Si: factor Si factor

98 g A puro1 mol A

18 g D puro1 mol D 1 mol D real

pp%?

Si: apodo impuro a: g, mL y factor

No: apodo puro No: apodo puro

Si: apodo impuro a: g, uma y factor

98 g A puro100g A imp

75 g D puro100g D imp

ef %? Si apodo real y factores90 eq gr C real

100 eq gr. C teor

100 g D imp real

90 eq gr D real100 eq gr. D teor

1 eq gr C teor1 eq gr. RL?

1 eq gr D teor1 eq gr. RL?

balanceada

¡E!2 eq gr. A1 mol A

3 eq gr. B1 mol B

6 eq gr. C1 mol C

1 eq gr. D1 mol D 1 mol D real 1 mol C real

No, no factor

Si 6.02x1023 uma D1g D

no, no factor

No, no factor

¡puente!

g ?

500 mL A imp

1 mL A imp

1.98 g A imp

Pasap? 1 g D imp 6.02x1023 uma D imp 1 g D imp real 6.02x1023 uma D imp real

6 eq gr C real 1 eq gr C real

18 g D puro real

75 g D puro real

Si 6.02x1023 molec B1 mol B

MCM = 6



RL?

Como el reactivo límite (RL) es el reactivo que posee

el menor número de equivalentes gramo, y el número de eq gr de cada

reactivo se calcula con sus factores construidos por

interpretación de lectura, entonces:

Para el H2SO4 por

interpretación de lectura para pasar desde

500 ml A imp. hasta el

# de eq gr. construimos 4 factores:

1.98 g A imp1 mL A imp

2 eq gr. A1 mol A

1 mol A98 g A puro

98 g A puro100 g A imp

2

4

3

La transformación de unidades es:

500 mL A imp

1

1.98 g A imp1 mL A imp

Son 990 g A imp

4


98 g A puro1 mol A

3-1

2 eq gr. A1 mol A

Son 970.2 g A puro Son 9.9 mol A = 19.8 eq gr. A

Cuál es el reactivo límite?

2

1 X

X

X

X



Para el Aℓ(OH)3 por interpretación de lectura

para pasar Desde 3.01x1024 molec B hasta el # de eq gr. B construimos

solo 2 factores:

3 eq gr. B1 mol B

6.02x1023 molec B1 mol B

1

2


3.01x1024 molec B 1 mol B6.02x1023 molec B

1-1

3 eq gr. B1 mol B

2

= 15 eq gr. B

Son 5 mol de B

Como 15 eq gr. B < 19.8 eq gr. A

Entonces: la base es el reactivo límite Conclusión: Tenemos 15 eq gr. RL

X

X



Las moles de Aℓ2(SO4)3 que se obtienen (?n mole)

Para el Aℓ2(SO4)3 por interpretación de lectura para

pasar desde 15 eq gr RL hasta

n moles C real. construimos 3 factores:

90 eq gr. C real100 eq gr. C teor

1 eq gr. C teor1 eq gr. RL?

1-12

3


15 eq gr. RL 1 eq gr. C teor1 eq gr. RL?

3

Son: 15 eq gr. C teóricos,


2

13.5 eq gr. C reales

6 eq gr. C real1 mol C real1

R/ se obtienen 2,25 mol C real

Las moles de C que se obtienen son reales, porque si hay % de eficiencia

= n mol C real

Nota: el 90 (ef%) en la transformación de unidades queda en el numerador, esto explica porque algunos autores hacen una “regla de tres directa”

1 mol C real6 eq gr. C real

X

X

X



Las umas de agua al 75% que se obtienen ( ?W uma D imp real)

18 g D puro real1 mol D real

75 g D puro real100g D imp real

90 eq gr. D real100 eq gr. D teor

1 eq gr. D teor1 eq gr. RL

1 eq gr. D real1 mol D real

6.02x1023 uma D imp real1g D imp real

Con los 6 factores construidos por interpretación de lectura:

1 2 3

4 5 6


15 eq gr. RL 1 eq gr. D teor1 eq gr. RL

6

90 eq gr. D real100 eq gr. D teor

5

1 mol D real1 eq gr. D real

2-1

18 g D puro real1 mol D real

3

100 g D imp real75 g D puro real

4-1

6.02x1023 uma D imp real1g D imp real

1

= W uma D imp real

Son: 15 eq gr. D teor, 13.5 eq gr. D real, 243 g D puro real, 324 g D imp real

R/. Se obtienen 1.95x1026 umas D imp real; imp porque si hay pp% y real porque si hay ef%

W = 1.95x1026

X X X

X X X



Notas:

Los factores75 g D puro real100g D imp real

1 eq gr. D real1 mol D real

2 4y

Se usan al contrario de su construcción,

ya que así lo exige la evolución de la transformación de unidades.

1 mol D real1 eq gr. D real

2-1100 g D imp real75 g D puro real

4-1

Además se puede notar que el 90 del % de eficiencia va en el numerador, por lo cual, a mayor valor de la eficiencia mayor sería la respuesta, por esta razón al hacer estos cálculos por regla de tres, algunos autores la plantean directamente proporcional.

También se puede observar que el 75 del % de pureza del producto va en el denominador, por lo cual, a mayor valor de la pureza menor sería la respuesta, por esta razón al hacer estos cálculos por regla de tres, Algunos autores la plantean inversamente proporcional.



Cuánto sobra del reactivo en exceso, el ácido, si la eficiencia de la reacción es por pérdida de productos


H2SO4 Aℓ(OH)3

500 mL A imp 3.01x1024 molec BTeníamos:

19.8 eq gr. A 15 eq gr, B

-15 eq gr, B-15 eq gr. A

Sobra:

Que equivalen a:

Se consumen en proporción 1 a 1:

4.8 eq gr. A 0

Para dar respuesta a cuanto sobra del reactivo en exceso, debemos transformar los eq gr. que sobran del ácido a “mL A imp” con la equivalencia calculada entre “mL A imp” y eq gr.

4.8 eq gr. A 500 mL A imp19.8 eq gr. A

= 121.21mL de Ácido al 98%, que sobran

Estos mililitros que sobran, también se pueden calcular con los 4 factores construidos para el ácido

RL



H2SO4 Aℓ(OH)3

500 mL A imp 3.01x1024 molec BTeníamos:

19.8 eq gr. A 15 eq gr. B

-13.5 eq gr. B-13.5 eq gr. A

Sobra:

Que equivalen a:

Se consumen en proporción 1 a 1:

6.3 eq gr. A 1.5 eq gr. B

Para dar respuesta a cuanto sobra del reactivo en exceso, debemos transformar los eq gr. que sobran del ácido a “mL A imp” con la equivalencia calculada entre “mL A imp“ y “eq gr”.

6.3 eq gr. A 500 mL A imp19.8 eq gr. A

= 159.09mL de Ácido al 98%, que sobran

Estos mililitros que sobran, también se pueden calcular con los 4 factores construidos para el ácido

Cuánto sobra del reactivo en exceso, el ácido, si la eficiencia de la reacción es por lentitud de la reacción

En este caso del reactivo límite se consume el 90% de 15 eq gr, es decir 13.5 eq gr.

RL



? ?

Ilustración 2.

Se preparó tetracloruro de carbono (CCℓ4) haciendo reaccionar 100 g de Cℓ2 del 66.67%, con suficiente cantidad de disulfuro de carbono (CS2), según la reacción:

CS2 + Cℓ2 CCℓ4 + S2Cℓ2

Calcular la eficiencia de la reacción si se obtienen 2.61x1025 umas de CCℓ4

Procedemos a balancear la reacción, como no es de neutralización, asignamos los números de oxidación, si hay cambios se balancea por redox:

C S2 + Cℓ2 C Cℓ4 + S2 Cℓ2

-2+4 0 -1+4 -1+1

3

6x2

1

2x2

212e-

2 26

C:

S:

Cℓ:

2 X 12 x1 ? = 2

2 x 2 ? X 2 ? = 2

6 x 2 2 x 2 12 = 12 OK2 x 4 +

Como todo los ce son pares, simplificar por dos



reacción Balanceada

CS2 + Cℓ2 CCℓ4 + S2Cℓ21 1 136e-

Enunc.100 g de A100 g de A imp

66.67%,

2.61x1025 umas de B2.61x1025 umas de B puro2.61x1025 umas B puro real

Pasap? no

Si factor

6.02x1023 uma B1 g B 1 g B puro

¡E!2 eq gr. A1 mol A

6eq gr. B1 mol B1 mol B real

Si factor

154 g B puro1 mol Bg ?

Si factor

71 g A puro1 mol A

pp%?

Si apodo impuro a: g y factor No apodo puro a: g, uma66.67 g A puro

100g A imp

ef %? Si apodo real y factores?X eq gr. B real

100 eq gr. B teor

1 eq gr B teor1 eq gr. RL?¡puente!

6.02x1023 uma B puro 1 g B puro real 6.02x1023 uma B puro real

6eq gr. B real

1 mol B real

154 g B puro real

?ef % = X



RL?Cuál es el reactivo límite?

Como nos dan información de sólo un reactivo, él es el RL

El # de eq gr. de éste reactivo lo calculamos con los 3 factores construidos:

2 eq gr. A1 mol A

71 g A puro1 mol A

66.67 g A puro100g A imp

Partiendo de 100 g de A imp: la transformación de unidades es

1 2 3

100 g A imp 66.67 g A puro100g A imp

3

1 mol A71 g A puro

2-1

2 eq gr. A1 mol A

1

Son: 66.67 g A puro 0.939 mol A

=1.88 eq gr. A

Por lo tanto tenemos 1.88 eq gr. de RL

X X X



= 2.61x1025 umas B puro real

(6.02x10 23 )

(2.61x10 25 )

Ya podemos ir Desde 1.88 eq gr de RL Hasta 2.61x1025 umas de B puro real

Con los 5 factores construidos para el producto


6 eq gr. B real1 mol B real

154 gr. B puro real1 mol B real

?X eq gr. B real100 eq gr. B teor

1 eq gr. B teor1 eq gr. RL

6.02x1023 uma B puro real1 gr. B puro real1 2 3

54

1.88 eq gr. RL 1 eq gr. B teor1 eq gr. RL

5

?X eq gr. B real100 eq gr. B teor

4

1 mol B real6 eq gr. B real

2-1

154 g B puro real1 mol B real

3

6.02x1023 uma B puro real1 g B puro real

1

X =(154)

(6) (100)

(1.88)X = 89.85 R/. La eficiencia vale 89.85%

X

X X

X X



Ilustración 3: La reacción entre el yodo y el ácido nítrico se indica por la reacción:

I2 + HNO3 HIO3 NO2+ + H2O

En una experiencia particular se sometieron a reacción 5.1 g del agente reductor y 6.3 g del agente oxidante, se pregunta:

Moles del agente reductor que reaccionan Gramos de HIO3 que se producen

Solución

Procedemos a balancear la reacción, como no es de neutralización, asignamos los números de oxidación. si hay cambios, se balancea por redox:

I2 + H N O3 H I O3 N O2+ + H2 O0 1 5 -2 1 5 -2 4 -2 1 -2

5x2

10

1x1

1

Sust. oxidadaAg. reductor

Sust. reducidaAg. oxidante

1 10? ? ?2 10 4

10e-

Como en este enunciado no hay porcentajes, sobran los “apodos”.

I 1 x 2 ? = 2

10 = 10 OK

?x 1

N 10 x 1 ? = 10?x 1

O 10 x 3 4 = ?10 x 2 + ? x 1

H 10 x 1 2 x 1 + 4 x 2



rxn I2 + HNO3 HIO3 NO2+ + H2Obal 1 10 2 10 4

10e-

Enunc. 5.1 g A 6.3 g B ?W g C

Pasap? no no no

10 eq gr. A1 mol A

1eq gr. B1 mol B¡E!

5eq gr. C1 mol C

Si factor63 g B1 mol B

g ?

Si factor254 g A1 mol A

Si factor176 g C1 mol C

pp%? ef %?y Estos pasos se omiten, no hay porcentajes

1 eq gr. C1 eq gr. RL?

¡puente!



1 mol B63 g B


El reactivo límite (RL) es el reactivo que posee el menor número de equivalentes gramo, y el número de eq gr. de cada reactivo se calcula con sus factores construidos por interpretación de lectura, entonces:

Para el I2 por interpretación de lectura para pasar

desde 5.1 g A hasta el # de eq gr. construimos 2

factores:

5.1 g A

10 eq gr. A1 mol A

254 gr. A1 mol A

1

2

1 mol A254 g A

2-1

10 eq gr. A1 mol A

1

= 0.2 eq gr. A

De igual manera. para el HNO3 por interpretación de lectura para pasardesde 6.3 g B hasta el # de eq gr. construimos 2 factores:

6.3 g B

2-1

1 eq gr. B1 mol B

1

= 0.1 eq gr. B



= W g C176 g C1 mol C

Como 0.1 eq gr. B < 0.2 eq gr. A

Entonces: el agente oxidante, HNO3 (B) es el reactivo límite

Conclusión: Tenemos 0.1 eq gr. RL

Los gramos de HIO3 que se producen (?W gr. C)

Para el HIO3 por interpretación de lectura para pasar desde 0.1 eq gr. RL hasta el W gr. C. construimos 3 factores:

5eq gr. C1 mol C

1 eq gr. C1 eq gr. RL

1

2

3

0.1 eq gr. RL 1 mol C5 eq gr. C

1-1

1 eq gr. C1 eq gr. RL

3

W = 3.52

R/. Se obtienen 3.52 g de HIO3

176 g C1 mol C

2



Moles del agente reductor, (I2) que reaccionan (A)

0.1 eq gr. A = 0.01 mol A1 mol A

10 eq gr. A

I2(A)Sustancia oxidadaAgente reductor

(B) HNO3

Sustancia reducidaAgente oxidante

5.1 gr. A 6.3 gr. BTeníamos por enunciado:

0.2 eq gr. A 0.1 eq gr. B

0.1 eq gr. B0.1 eq gr. A

Que equivalen a:

reaccionan en proporción 1 a 1:

RL

Para pasar desde eq gr. que reaccionan hasta las moles pedidas, usamos el factor E

R/. Reaccionan 0.01 mol del agente reductor, I2



? ? ?

¿Cual será la pureza del ácido sulfúrico cuando 196 gramos de él reaccionan con suficiente hidróxido cálcico para producir 214.2 gramos de sal neutra de una pureza del 80%, si la eficiencia de reacción es del 90%?

¿Cuántas umas de la base se requieren para esta reacción?


Como esta es una reacción de neutralización, se balancea por tanteo

Aclaraciones

Abreviaturas: H2O es D.Ca (SO4) es C,Ca(OH)2 es B,H2SO4 es A,

Ilustración 4:

rxn. H2 S O4 + Ca (O H)2 Ca (S O4) + H2 O1 1 21bal.MCM = 2

Ca: ? x 1 ? = 1

8 = 8 OKS: ? x 1 ? = 11 x 1

O: 1 x 4 2 = ?1x 4 + ? x 1

H: 1 x 2 4 x 2

1 x 1 + 1 x 2

+ 1 x 2



reacción. balanceada

1 H2 S O4 + 1 Ca (O H)2 1 Ca (S O4) + 2 H2 OMCM = 2

Enunc.

pp%?

ef %?

¡E!

¡puente!

g ?

Pasap?

196 g A ?X uma B 214.2 g C

90%?Y% 80%

Si 6.02x1023 uma B

1g BNo, no factorNo, no factor

2 eq gr. A1 mol A

2 eq gr. B1 mol B

2 eq gr. C1 mol C

Si: factor

98 g A puro1 mol A

Si: factor

74 g B puro1 mol B

Si: factor

136 g C puro1 mol C

Si: apodo impuro a: g y factor

196 g A imp

?Y g A puro100g A imp

?X uma B puro

1 g B puro

6.02x1023 uma B puro

No: apodo puro uma, g


214.2 g C imp

80 g C puro100g C imp

214.2 g C imp real

1 mol C real2 eq gr C real

1 mol C real

136 g C puro real

100 g C imp real

80 g C puro real

90 eq gr C real100 eq gr. C teor

1 eq gr C teor1 eq gr. RL?

1 eq gr B 1 eq gr. RL?

Si apodo real y factores



Normas A


Como solo nos dan información del ácido, él es el reactivo límite (RL) y su número de eq gr se calcula con sus factores construidos por interpretación de lectura, entonces:

Para el H2SO4 por interpretación de lectura

para pasar desde 196 g A imp hasta el

# de eq gr. construimos 3 factores:

2 eq gr. A1 mol A

98 g A puro1 mol A

?Y g A puro100g A imp

1

3

2


196 g A imp

3

?Y g A puro100 g A imp

1 mol A98 g A puro

2-1

2 eq gr. A1 mol A

1

X

X

X

= 0.04 Y eq gr. A

Son: 1.96 Y g A puro, 0.02 Y mol A

Si usamos el “puente” para ir desde 0.04Y eq gr RL hasta X uma B puro, usando los cuatro factores de la base nos queda una ecuación con dos incógnitas: X & Y

Conclusión: Tenemos 0.04Y eq gr. RL

Si usamos el “puente” para ir desde 0.04Y eq gr RL hasta 214.2g C imp real, usando los cinco factores de la sal nos queda una ecuación con una incógnita: Y



= 214.2 g C imp real

(100 )

(214.2 )

Ya podemos ir Desde 0.04Y eq gr de RL Hasta 214.2 g de C imp real

Con los 5 factores construidos para el producto


2 eq gr C real1 mol C real

136 g C puro real1 mol C real


1 eq gr. C teor1 eq gr. RL

80 g C puro real100 gr. C imp real31 2

54

0.04 Y eq gr. RL 1 eq gr. C teor1 eq gr. RL

5


4

1 mol C real2 eq gr. C real

1-1

136 g C puro real1 mol C real

2

100 g C imp real80 g C puro real

3-1

(136)

(80) (100)

(90)Y = Y = 70 R/. El ácido tiene una pureza del 70%

X

X X

X X

(2)

(0.04)



Ilustración 5: Se someten a reacción 38 gramos de sulfato ferroso al 88% con 48.5 gramos de ácido hipobromoso al 25% y 7.3 gramos de ácido clorhídrico al 50%, si la eficiencia de la reacción vale 95%. ¿Cuántas moles de cloruro férrico se obtienen?. Si la reacción es:

Fe S O4 + H Br O Fe2 (S O4)3 + H2 O+ H Cℓ +Fe Cℓ3 Fe Br3 +

B a l a n c e o

2 6 -2 1 1 -2 1 -1 3 -1 3 6 -2 3 -1 1 -2

1x1 x1

1

2

2

2 1? ? ?? ?

S: 2 x 1 ? = 2/3? x 1x 3

2/3

Br: 1 x 1 ? = 1/3? x 1x 3

1/3

Fe: 2 x 1 ? = 1/3? x 1 + +2/3 x 2 1/3 x 1

1/3

Cℓ: ? x 1 ? = 11/3 x 3

1

O: 1 x 1 ? = 1+2/3 x 4 x 3 ? x 12 x 4

1

H: 1 x 1 2 = 2 OK1 x 21 x 1

2 e -

Para terminar, amplificar por 3

+

+



reacción. balanceada

Enunc.

pp%?

ef %?

¡E!

¡puente!

g ?

Pasap?

6Fe S O4 3H Br O 2Fe2 (S O4)3+ 3H2 O+ 3H Cℓ 1Fe Cℓ3 1Fe Br3++ +6e -

48.5 g B 7.3 g C ? n mol D38 g A

50%88% 95%25%

No son de interés

No, no factorNo, no factor No, no factor No, no factor

1 eq gr. A1 mol A

2 eq gr. B1 mol B

2 eq gr. C1 mol C

6 eq gr. D1 mol D 1 mol D real

6 eq gr D real

Si: factor

151.85 g A puro1 mol A

Si: factor

96.9 g B puro1 mol B

Si: factor

36.5 g C puro1 mol C

No, no factor


38 g A imp

88 g A puro100g A imp


48.5 g B imp

25 g B puro100g B imp


7.3 g C imp

50 g C puro100g C imp

No: apodo puroy no factor

Si apodo real y factores

? n mol D real






El reactivo límite (RL) es el reactivo que posee el menor número de equivalentes gramo, y el número de eq gr. de cada reactivo se calcula con sus factores construidos por interpretación de lectura, entonces:

Normas B

Para cada reactivo por interpretación de lectura para

pasar desde gramos imp hasta el # de eq gr.

construimos 3 factores:pp%, Mw y E

La transformación es:

1 eq gr. A1 mol A

1 mol A151.85 g A puro


38 g A imp= 0.220 eq gr A

2 eq gr. B1 mol B

1 mol B96.9 g B puro

25 g B puro100 g B imp

48.5 g B imp= 0.250 eq gr B

2 eq gr. C1 mol C

1 mol C36.5 g C puro

50 g C puro100 g C imp

7.3 g C imp= 0.200 eq gr C RL

Conclusión: Tenemos 0.2 eq gr RL



= n mol D real1 mol D real

6 eq gr. D real

Para el FeCℓ3 por interpretación de lectura para pasar desde 0.2 eq gr. RL hasta ? n mol D real construimos 3 factores:



6 eq gr D teor1 mol D real


95 eq gr D real100 eq gr D teor

1 eq gr D teor 1eq gr RL

0.2 eq gr RL

= 0.0317 mol D real



Fórmula empírica (Fe): Es la fórmula molecular simplificada, indica la mínima relación entre cada elemento y el compuesto (por eso también se conoce como fórmula mínima). Y se llama empírica porque se obtiene con datos experimentalesLa suma de todos los pesos atómicos en la fórmula empírica es el “peso molecular de la fórmula empírica” representado por el símbolo Mfe

FÓRMULA EMPÍRICA (FE) Y FÓRMULA MOLECULAR (FM)

Fórmula molecular (Fm): Indica la relación (R) entre cada elemento y un compuesto, es el número de at-gr de cada elemento que hay en una mol del compuesto (mundo macro).

Sea K: Factor de simplificación. Es un número natural se cumple que:

K =

K x Fe = Fm

Mw: Es el peso molecular de la fórmula molecular.

Por lo tanto también se cumple que:

MwMFe



Pasos para determinar la fórmula empírica:

1. Conocida la masa de cada elemento, determinar el número de at-gr de cada uno de ellos, usando el peso atómico (Pa) en el mundo macro, ya que como factor es:

Pa g1 at-gr

La masa de cada elemento puede ser informada así:

En forma directa.

En forma casi directa, como composición porcentual en peso. En este caso asuma 100 gr del compuesto, por lo que la masa de cada elemento queda determinada en forma directa (los gramos de cada uno corresponde a su porcentaje), ya que todo porcentaje indica cuanto hay de la parte en 100 del todo.



un análisis ORSAT de la composición de los gases de la combustión según la reacción

En forma camuflada mediante una reacción de combustión de un hidrocarburo (HC), combustible natural que contiene H y C y además puede contener N, O, S. :

Por reglamentación ambiental el combustible no debe poseer azufre, ya que en los gases de la combustión sale SO3(g) que en contacto con el agua forma H2SO4 (lluvia ácida)

H C O?N?S? +O2(g) SO3(g) + N2(g) + CO2(g) + H2O(g)

Nos puede reportar el peso obtenido de cada gas a partir de una muestra conocida del HC,

Los gramos de S que hay en los gramos de SO3

Los gramos de C que hay en los gramos de CO2

Los gramos de H que hay en los gramos de H2O

Los gramos de N que hay en los gramos de N2 no se calculan porque coinciden

Los gramos de O que hay en los gramos de HC se calculan por diferencia entre el peso de la muestra y la suma de gramos de cada elemento

por macro – micro, con los factores de Pa, R Mw; podemos calcular:



6. Usar el valor de K en la ecuación

2. Dividir a todos los at-gr calculados por el menor número de los at-gr y aproxime (parámetros de aproximación 0.1).

3. Amplificar por 2, 3, …, 8 y aproxime (según el parámetro). Si no puede simplificar, esto significa que esta es la mínima relación de los átomo gramos, es decir, ha encontrado la Fe.

4. Calcule MFe. (Obvio que sumando los pesos atómicos de la fórmula empírica)

5. Con Mw conocido calcule K, con la ecuación

El peso molecular (Mw) puede ser conocido:

en forma directa

En forma indirecta

Mediante información crioscópica o ebulliscópica en las propiedades coligativas de las soluciones.

Relación Estequiométrica en una sustancia (macro – micro)

Mediante información relacionada con la ecuación de estado de los gases ideales.

y determinar la Fm.



El procedimiento para determinar la fórmla molecular (Fm) lo podemos reducir al siguiente diagrama de bloques (Mapa conceptual).

g c/elemento

directo

casi directo

camuflado Reacción de combustión de un hidrocarburo:

H C O N S + O2 SO3

+ N2+ CO2

+ H2O

w1 wO2 w2 w3 w4 w5

?g S g N ? g C ? g H

80 g SO3

1mol SO3

44 g CO2

1mol CO2

18 g H2O

1mol H2O 1 at-gr S

1mol SO3

1 at-gr C

1mol CO2

2 at-gr H

1mol H2O 32 g S

1at-gr S

12 g C

1at-gr C

1 g H

1at-gr H

+ = + + +

Los gramos de este oxigeno se determinan por Diferencia entre W1 y los gramos

conocidos de H, C,N & S

Mw g cto

1mol cto R at-gr elem

1mol cto Pa g elem

1at-gr elem

No tiene sentido calcular losGramos de

nitrógeno que hay en W3 Gramos de nitrógeno

Datos experimentales

Se cumple que: con Calcular los gramos de cada elemento Ley de la conservación de la masa

at-gr c/elemento

con Pa g elem

1at-gr elem

Por < # de at-grAproximaramplificar

Mfe Fe

Leo Mw

K =

MwMFe

K x Fe = Fm



4.4 gr. de un compuesto orgánico tienen 2.4 g de carbono, 0.4 g de hidrógeno y el resto es oxígeno. Si su peso molecular vale 87.67, determine la Fm

Ilustración 1:

g c/elemento

directo

at-gr c/elemento

con Pa g elem

1at-gr elem

Por < # de at-grAproximaramplificar Mfe Fe

Leo Mw

K =

MwMFe

K x Fe = Fm

Según el algoritmo, tenemos

2.4 g C 1at-gr C

12 g C= 0.2 atgr C

0.4 g H 1at-gr H

1 g H= 0.4 atgr H

(4.4 – 2.4 – 0.4) g O 1at-gr O

16 g O= 0.1 atgr O

H C O2.40.4 1.6gramos

0.20.4 0.1 At-gr

Por 0.1,< # de at-gr 24 1

No hay que aproximar,(ya son enteros), ni amplificar

Fm H8C4O2

MFe = 4(1) + 2(12) + 1(16) MFe = 44

Leo Mw = 87.67 K =87.67

44 K =2

Fe H4C2O1



Ilustración 2: Se someten a combustión 19.4 gramos de un HC y se obtienen: 35.2 gramos de CO2, 9 gramos de H2O y 5.6 gramos de N2.

Si 3.01x1022 moléculas del HC pesan 9.7 gramos, determinar:

Gramos de cada elemento del HC.(H,C,O,N & S), Fórmula empírica, Peso molecular. Fórmula molecular. Gramos de O2 requeridos para la combustión

Según el algoritmo, tenemos

camuflado Reacción de combustión de un hidrocarburo: Datos experimentales

H C O N S + O2 SO3

+ N2+ CO2

+ H2O

19.4 No hay 5.6 35.2 9

g c/elemento

Gramos de S 0

Gramos de N 5.6 No tiene sentido calcular los gramos de nitrógeno que hay en 5.6 gramos de nitrógeno

Gramos de C en 35.2 g CO2 1 mol CO2

44 g CO2

1 at-gr C

1mol CO2

12 g C

1at-gr C

= 9.6 g C



Gramos de H en 9 g H2O 1 mol H2O

18 g H2O

2 at-gr H

1mol H2O

1 g H

1at-gr H

= 1 g H

Respuesta a gramos de cada elemento: H C O N S

9.61 5.6gramos

5.6

Gramos de O = 19.4 g HC – 1 g H – 9.6 g C – 5.6 g N = 3.2

3.2

Continúa el algoritmo: g c/elemento at-gr c/elemento con Pa g elem

1at-gr elemAt-gr de H: 1 g H 1 at-gr H

1g H

= 3.2 g O

= 1 at-gr H

At-gr de C: 9.6 g C 1 at-gr C

12 g C

= 0.8 at-gr C

At-gr de O: 3.2 g O 1 at-gr O

16 g O

= 0.2 at-gr O

At-gr de N: 5.6 g N 1 at-gr N

14 g N

= 0.4 at-gr N

La fórmula “fea” del HC es:

H C O Nat-gr: 0.81 0.40.2

Por 0.2,< # de at-gr H C O N45 21

No hay que aproximar,(ya son enteros), ni amplificar

MFe = 5(1) + 4(12) + 1(16) + 2(14) MFe = 97

Fe H5C4O1N2



Leo para Mw Si 3.01x1022 moléculas del HC pesan 9.7 gramos

3.01x1022 molec HC9.7 g HC 1 mol HCX g HC

6.02x1023 molec HC1 mol HC

=

X = 194

Fm K =19497

K =2 H10C8O2N4

Gramos de O2 requeridos para la combustión

Ley de la conservación de la masa

H C O N + O2 N2

+ CO2+ H2O

19.4 5.6 35.2 9wO2=+ + +

wO2= 5.6 + 35.2 + 9 – 19.4 30.4 g O2 se requieren para la combustión

UNIDADES ESTEQUIOMÉTRICAS macro micro Cálculos en una sustancia

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