Química para Estudiantes de Nutrición - Unidad 6: Estequiometría
Conceptos Básicos
La estequiometría es la parte de la química que trata sobre cálculos de cantidades, como moles, número de moléculas, gramos, litros, etc; que acompañan a las reacciones químicas. Antes de desarrollar el problema, estas tienen que estar perfectamente balanceadas. De lo contrario todo cálculo aunque se encare correctamente desde el punto de vista matemático, dará resultados erróneos.
Antes de encarar los problemas veamos algunos conceptos teóricos necesarios para solucionarlos:
- Mol: El mol es el peso molecular de un compuesto expresado en gramos. Por ejemplo la molécula de agua tiene un peso molecular de 18, o sea que el mol del agua es de 18 gramos. El peso molecular del hidróxido de sodio (NaOH) es de 40 es decir que su mol es de 40 gramos.
Fuente: surfguppy.com
- Ley de Avogadro: Avogadro sostiene que cada mol de cualquier compuesto tiene siempre la misma cantidad de moléculas. Este número constante tiene un valor de 6.022×10^23 (elevado a la 23) moléculas. Obviamente es aplicable a aquellas sustancias que existen en estado monoatómico como los metales. En estos casos decimos que tiene esa cantidad de átomos en vez de moléculas. Avogadro también dice que un mol de cualquier sustancia gaseosa ocupa el mismo volumen bajo condiciones normales de presión y temperatura (C.N.P.T.). Este volumen es de 22,4 litros.
Fuente: surfguppy.com
- El peso atómico (símbolo: Ar): Es una cantidad física adimensional definida como la razón de las masas promedio de los átomos de un elemento (de un origen dado) a 1/12 de la masa de un átomo de carbono-12.1 2 El término es utilizado generalmente sin mayor calificación para referirse al peso atómico estándar, publicado a intervalos regulares por la International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC)3 4 y se pretende que sean aplicables a materiales de laboratorios normales.
- El peso molecular: Es la suma de los pesos atómicos que entran en la fórmula molecular de un compuesto. Para averiguarlo tomamos la fórmula molecular de un compuesto, tomamos los pesos atómicos de los elementos que lo componen y multiplicamos cada peso atómico por el subíndice que corresponde al elemento según la fórmula molecular.
Leyes Estiquiométricas
1. Ley de la conservación de la materia:
Esta Ley fue postulada por Antonie Lavoisier después de realizar variosexperimentos en los cuales la cantidad de más de las sustanciasconstituyentes rea igual al de las sustancias obtenidas de la masa de lassustancias obtenidas después del cambio químico sufrido.Por lo que su ley dice: la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma.
2.- Ley de las proporciones constantes
Esta ley es también conocida como ley de las proporciones definidas o fijas. En sus experimentos el químico francés Joseph Proust realizo innumerablesanálisis cuantitativos, en los cuales se percató de que los elementos, al unirsepara formar un compuesto, siempre lo hacen de la misma cantidad, la cualpermanece fija e invariable.Es por eso que esta ley dice: Los elementos que forman un compuesto secombinan siempre en la misma proporción.
3.- Ley de la proporciones múltiples
Dalton, al realizar sus experimentos, se dio cuenta de que hay elementos queal combinarse en diferente proporción forman compuestos distintos.Esta ley nos menciona lo siguiente: Dos elementos se pueden combinar enproporciones diferentes formando compuestos distintos.
Relaciones de masa en las Reacciones Químicas
A escala microscópica, la reacción química es una modificación de los enlacesentre átomos, por desplazamientos de electrones: unos enlaces se rompen yotros se forman, pero los átomos implicados se conservan . Esto es lo que llamamos la ley de conservación de la masa, que implica las dos leyes siguientes:
• la conservación del número de átomos de cada elemento químico
• la conservación de la carga total
Las relaciones estequiométricas entre las cantidades de reactivos consumidosy productos formados dependen directamente de estas leyes de conservación,y están determinadas por la ecuación (ajustada) de la reacción.Como analizamos en la unidad anterior, una ecuación química es larepresentación escrita de una reacción química. Se dice que está ajustada oequilibrada cuando respeta la ley de conservación de la materia, según la cualla suma de los átomos de cada elemento debe ser igual en los reactivos y enlos productos de la reacción. Para respetar estas reglas se pone delante decada especie química un número denominado coeficiente estequiométrico, queindica la proporción de cada especie involucrada
Reactivo Limitante
Cuando los reactivos de una reacción están en cantidades proporcionales a sus coeficientes estequiométricos se dice:
• La mezcla es estequiométrica;
• Los reactivos están en proporciones estequiométricas;
• La reacción tiene lugar en condiciones estequiométricas;
Las tres expresiones tienen el mismo significado.
En estas condiciones, si la reacción es completa, todos los reactivos se consumirán dando las cantidades estequiométricas de productos correspondientes.
Si no en esta forma, existirá el reactivo limitante que es el que está en menor proporción y que con base en él se trabajan todos los cálculos.
Fuente: Academia.edu
Rendimiento Porcentual de las Reacciones
El rendimiento téorico es la máxima cantidad de producto que podemos esperar obtener de una reacción basándonos en la cantidad de reactivo limitante. En la práctica, sin embargo, es difícil que los químicos obtengan el rendimiento máximo por varias razones.
Cuando se realiza una reacción en el laboratorio se puede perder algo del producto durante la purificación o los pasos de aislamiento. Incluso puedes llegar a decidir que vale la pena perder 10% de tu producto en un paso extra de purificación porque sabes que es más importante obtener un producto extremadamente puro en lugar de tener más cantidad de un producto menos puro.
Como los químicos ya saben que el rendimiento real va a ser menor que el rendimiento teórico, se reporta el rendimiento real usando el rendimiento porcentual, que nos dice qué porcentaje del rendimiento teórico vamos a obtener. Esta tasa puede ser muy valiosa para otras personas que quieren probar nuestra reacción. El rendimiento porcentual se determina usando la siguiente ecuación:
¿Cómo se aplica? Aquí hay un ejemplo del Khan Academy.
EJEMPLOS
La siguiente reacción se lleva a cabo con 1.56g de BaCl2 que es el reactivo limitante. Logramos aislar 1.82g del producto deseado, AgCl.
¿Cuál es el rendimiento porcentual de esta reacción?
Primero tenemos que revisar si la reacción está balanceada. Parece que tenemos el mismo número de átomos en los dos lados, por lo que podemos proceder a calcular el rendimiento teórico.
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