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CÁLCULOS ESTEQUIOMETRICOS

ESTEQUIOMETRIA
La estequiometría es el concepto usado para designar a la parte de la química que estudia las relaciones cuantitativas de las sustancias y sus reacciones.

La estequiometría es la ciencia que mide las proporciones cuantitativas o relaciones de masa en la que los elementos químicos que están implicados.

El término Estequiometría se emplea para designar el cálculo de las cantidades de las sustancias que participan en las reacciones químicas.

En química, la estequiometría (del griego "στοιχειον" = stoicheion (elemento) y "μετρον"=métrón, (medida)) es el cálculo de las relaciones cuantitativas entre reactivos y productos en el transcurso de una reacción química.

Estas relaciones se pueden deducir a partir de la teoría atómica, aunque históricamente se enunciaron sin hacer referencia a la composición de la materia, según distintas leyes y principios.
El primero que enunció los principios de la estequiometría fue Jeremias Benjamin Richter (1762-1807), en 1792. Escribió:
Contenido
1 Principio
2 Ajustar o balancear una reacción
3 Coeficiente estequiométrico
4 Mezcla/proporciones/condiciones estequiométricas


Principio
En una [[reacción química]] se observa una modificación de las sustancias presentes: los reactivos se consumen para dar lugar a los productos.

REACTIVOS ------Reaccion---= PRODUCTOS

Ejemplos
A+B ---Reacc== C+D

2H2 + O2 -----= 2H2O

A escala microscópica, la reacción química es una modificación de los enlaces entre átomos, por desplazamientos de electrones: unos enlaces se rompen y otros 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 consumidos y productos formados dependen directamente de estas leyes de conservación, y están determinadas por la ecuación (ajustada) de la reacción.

Un reactivo es, en química, toda sustancia que interactua con otra (también reactivo) en una reacción química da lugar a otras sustancias de propiedades, características y conformación distinta, denominadas productos de reacción o simplemente productos.
Por tratarse de compuestos químicos, los reactivos se pueden clasificar según muchas variables: propiedades físico-químicas, reactividad en reacciones químicas, características del uso del reactivo.

Sin embargo, por tratarse del concepto de reactivo la clasificación más adecuada en este caso sería la de características de su uso, según la cual se clasifican en el uso al que están destinados los reactivos. Esta clasificación viene dada en el envase del reactivo y depende del tratamiento que se le haya dado, de su riqueza, de su pureza que determina el uso químico que se le va a poder dar, teniendo en cuenta la precisión, exactitud y error absoluto que se ha de tener en la operación química a realizar.
Así los reactivos se pueden clasificar en:
PB: Destinado a bioquímica.
PA: Destinados a aplicaciones analíticas
QP: Químicamente puro, destinado a uso general en laboratorio.
DC: Destinados a las aplicaciones del análisis clínico.
Que produce reacción. Substancia que se emplea en química para reconocer la naturaleza de ciertos cuerpos por medio de la acción que produce sobre ellos (es casi lo mismo que sustancia reactante).

CALCULOS ESTEQUIOMETRICOS


El Porque de la estequiometria
Los cálculos estequiométricos se basan en las relaciones fijas de combinación que hay entre las sustancias en las reacciones químicas balanceadas. Estas relaciones están indicadas por los subíndices numéricos que aparecen en las fórmulas y por los coeficientes.
Este tipo de cálculos es muy importante y se utilizan de manera rutinaria en el análisis químico y durante la producción de las sustancias químicas en la industria.

Por razones económicas los procesos químicos y la producción de sustancias químicas deben realizarse con el menor desperdicio posible, lo que se conoce como "optimización de procesos". Cuando se tiene una reacción química, el Químico se interesa en la cantidad de producto que puede formarse a partir de cantidades establecidas de reactivos. Esto también es importante en la mayoría de las aplicaciones de las reacciones, tanto en la investigación como en la industria.
En una reacción química siempre se conserva la masa, de ahí que una cantidad específica de reactivos al reaccionar, formará productos cuya masa será igual a la de los reactivos. Al químico le interesa entonces la relación que guardan entre sí las masas de los reactivos y los productos individualmente.

Los cálculos que comprenden estas relaciones de masa se conocen como cálculos estequiométricos.

¿Cómo se realizan los cálculos estequiométricos?
Los cálculos estequiométricos requieren una unidad química que relacione los pesos de los reactantes con los pesos de los productos. Esta unidad química es el mol.

a) Unidades de Medida - Mol-gramo Es un número de moléculas contenidas en la molécula-gramo o el peso molecular de una sustancia expresada en gramos.
Ejem. H2O = 18 (U.M.A.); 18 gr Conversión de moles a gramos:
Ejemplo: N2 ¿Cuántos moles hay en 14,0 g? PM = 14,01 x 2 = 28,02 g/mol por lo que tenemos 0. 5 moles.

Recordar para determinar moles =n = gs/MM

- Átomo-gramo Cantidad de sustancia que contiene el peso atómico Molécula-gramo del elemento expresado en gramo.
H = 1,0079 (U.M.A.); 1,0079 gr 1.-un átomo – gramo de oxígeno pesa 16 gramos 2.-un átomo – gramo de nitrógeno pesa 14 gramos 3.-un átomo – gramo de carbono pesa 12 gramos

CALCULOS ESTEQUIOMETRICOS
Pasos a seguir
1. Escribir la ecuación química del proceso o transformación química, expresando las fórmulas de reactivos y productos, y después ajustar la ecuación correspondiente.
2. Establecer las relaciones, derivadas de los coeficientes estequiométricos, del ajuste de la reacción, entre los moles de los reactivos y de los productos.
3. A partir de las masas moleculares de las sustancias que intervienen, establecer las relaciones entre las masas o volúmenes, si se trata de gases, de las sustancias correspondientes.
4. Partiendo de los datos conocidos y aplicando la relación matemática de proporcionalidad directa, determinar las cantidades desconocidas.

Cálculo de masas
Masas atómicas y moleculares
Masa atómica H =1
Masa atómica O = 16
Masa molecular H2 = 2
Masa molecular O2 = 32
Masa molecular H2O = 18

Para aprender a hacer cálculos en las reacciones químicas, lo mejor es comenzar con un ejemplo. Leemos el siguiente enunciado:
«En la reacción entre el oxígeno y el hidrógeno para dar agua, calcular la masa de hidrógeno que reacciona con 10 gramos de oxígeno».

1. El primer paso es escribir y ajustar la reacción:

2H2 + O2 ------= 2H2O

Se indica debajo de cada sustancia que interviene en la reacción la cantidad de sustancia en mol. Los moles coinciden con el coeficiente estequiométrico (número que figura delante de cada componente). Si no tiene coeficiente, es que es 1 mol.

2H2 + O2 -----= 2H2O
2 mol +1 mol -- = 2 mol

2. El segundo paso es calcular la cantidad de sustancia de la que tengamos datos (en este caso, 10 g de O2). A partir de aquí podremos calcular cualquier dato que nos pidan, como veremos; 10 gramos de O2 son:

n (mol) = masa ( g ) /masa molecular ( g / mol ) = 10 g/ 32 (g/mol) = 0,3 mol de O2

3. El tercer paso es calcular la cantidad de H2. Para ello, planteamos la proporción entre la cantidad de H2 y O2 que reacciona. Según los coeficientes de la reacción ajustada: 1 mol de O2 reacciona con 2 mol de H2.

Haciendo relacion para regla de 3
1 mol O2-------2 mol H 2
0 , 3 mol O2---- x mol H 2 → x = 0, 6 mol de H2

4. El último paso es calcular la masa en gramos de H2, sabiendo que son 0,6 mol: con formula; gs =MMx n (moles)
m (g)= 0, 6 mol * 2 (g/mol)→ m = 1,2 g de H2

Cuando se expresa una reacción, la primera condición para los cálculos estequimétricos es que se encuentre balanceada, por ejemplo :

Mg + O2 ® MgO
2 Mg + O2 ® 2 MgO Reacción balanceada

La reacción anterior se lee como : 2 ATG de Magnesio reaccionan con un mol de Oxígeno y producen 2 moles de Oxído de magnesio (reacción de síntesis)
2ATG Mg = 49 g 1 mol de O2 = 32 g 2 moles de MgO = 81 g

49 g +32 g = 81 g
2Mg + O2 --® 2 MgO

Lo que demuestra la ley de Lavoisiere " la materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma " , cuando reaccionan 49g más 32g y se producen 81 g .

REACTIVOS O PRODUCTOS En una reacción química se puede calcular la cantidad de reactivos que se necesitan para generar una cantidad definida de productos, o la cantidad de productos que se forma con una cantidad definida de reactivo. Es necesario contar con una reacción balanceada y establecer la cantidad de ATG o moles que participan (teóricamente) en la reacción.

Ejemplos DIA 26 Nov-09
¨ ¿Cuántos g de Na se necesitan para preparar 12 g de sal (NaCl) ?

Reacción: 2 Na + Cl2 ----® 2 NaCl

2 ATG de sodio = 46 g , 1 mol de cloro = 71g y 2 moles de cloruro de sodio = 117 g (la suma de los reactivos es igual al producto).

Teórica 46 g 71 g 117 g

2 Na + Cl2 ----® 2 NaCl
Real X 12 g

Se establece la relación teórico-Práctica, y se calcula la cantidad de sodio.

Na NaCl
46 g ------ 117 g
X ------ 12 g X = (46) (12) / 117 X = 4.7 g

¨ ¿Cuántos g de H2O se producen cuando reaccionan 28 g de Zn(OH) 2 ?

Reacción: Zn(OH) 2 + H2S ® ZnS + 2 H2O

1mol de hidróxido de zinc = 99.5 g reaccionan con 1 mol de ácido sulhídrico = 34 g y produce 1 mol de sulfuro de zinc = 97.5 g más 2 moles de agua = 36 g (la suma de los reactivos es igual al producto).

Teórica 99.5 g 34 g 97.5 36 g

Zn(OH) 2 + H2S ---® ZnS + 2 H2O
Real 28 g X

Se establece la relación teórico-Práctica, y se calcula la cantidad de agua.

Zn(OH) 2 H2O
99.5 g -------- 36 g
28 g ------- X X = (28) (36) /99.5 X = 10.1 g

F.Valadez