Libro De Quimica

CAPÍTULO III

ESTEQUIOMETRÍA

3.1 GENERALIDADES

Cuando Lavoisier, en 1789, estableció lo que hoy se conoce como ley de la conservación de la materia sentó las bases para la estequiometría que la podemos definir como el procedimiento químico-matemático por medio del cual se determinan las cantidades de reaccionantes y productos que intervienen en una reacción química. Su etimología viene del griego stoicheion que significa primer principio o elemento y metron que significa medida.

La estequiometría es de gran importancia para los procesos químicos, lo que la hace una herramienta indispensable, pues nos permite realizar los cálculos necesarios para determinar la masa de cada una de las materias primas que deben mezclarse y reaccionar, para obtener una masa determinada de producto. Además, problemas tan diversos, como por ejemplo, la medición de la concentración de ozono en la atmósfera, el control de la lluvia ácida, la determinación del grado de contaminación de un río, la cuantificación de la clorofila de una planta, el análisis bromatológico de un fruto, etc., comprenden aspecto de la estequiometría.

3.2 LA ECUACIÓN QUÍMICA

Recordemos que los compuestos químicos se representan por medio de fórmulas en la que cada uno de los elementos constituyentes se indica mediante un símbolo, y el número de átomos de cada elemento con un subíndice numérico (entero), además, que las reacciones químicas ocurren por interacción mutua entre elementos y/o compuestos, que dan como producto otros elementos y/o compuestos; la representación de esos procesos es lo que llamamos ecuación química.

En la ecuación química se escriben los reaccionantes a la izquierda y los productos a la derecha separados por una flecha o el signo igual, afectados por coeficientes y subíndices numéricos, de acuerdo con la proporción en que entran a la reacción. También se puede indicar las condiciones de la reacción, el estado físico tanto de reaccionantes como de productos (se utilizan los símbolos (g), (l), (s), y (ac) para gas, líquido, sólido y solución acuosa, respectivamente) y la energía involucrada en el proceso. La flecha indica el sentido en que se efectúa la reacción.

Ejemplo 3.1 Las siguientes son ecuaciones químicas:

a) 2H2 + O2 ⇒ 2H2O b) CuO(s) + C(s) ⇒ Cu(s) + CO(g) c) Ba(s) + ½O2(g) ⇒ BaO(s) + 520.7 J d) C6H6(l) + 7.5 O2(g) ⇒ 6CO2(g) + 3H2O(l) + 3267.6 kJ

3.2-BALANCEO O AJUSTE DE ECUACIONES QUÍMICAS

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Toda ecuación química que represente un proceso químico debe estar balanceada o ajustada, es decir, debe cumplir con la ley de la conservación de la materia: La masa total de los reaccionantes es igual a la masa total de los productos. Eso implica que el número total de átomos de un elemento A a la izquierda de la flecha deba ser igual al número total de átomos del elemento A a la derecha de la flecha. El balanceo puede efectuarse de varias formas: Por tanteo o error y ensayo, por el método algebraico y por oxidacción-reducción. En esta unidad describiremos los dos primeros.

3.2.1 Método de error y ensayo o tanteo. En este caso observamos si el número de átomos de un elemento a la izquierda es igual a la derecha de la flecha; si no lo es colocamos arbitrariamente coeficientes y volvemos a chequear; si siguen dando diferentes, colocamos otros coeficientes y chequeamos hasta que sean iguales. La operación se repite para cada elemento que participa en la reacción. En este proceso nunca se deben cambiar los subíndices, ya que al colocar un coeficiente antes de una fórmula solo cambia la cantidad y no la identidad de la sustancia. Recordemos que cuando el valor del coeficiente es uno, no se coloca ya que éste está implícito.

Ejemplo 3.2 Balancear las siguientes ecuaciones por el método de tanteo.

a) C3H8(g) + O2(g) ⇒ CO2(g) + H2O(l) b) C2H5OH(l) + O2(g) ⇒ CO2(g) + H2O(l)

Solución: Para la ecuación a) C3H8(g) + O2(g) ⇒ CO2(g) + H2O(l) , procedemos así: Observamos que a la izquierda de la flecha hay 3 C y a la derecha 1 C, lo cual sugiere que la molécula de CO2 debe multiplicarse por tres, quedando así:

C3H8(g) + O2(g) ⇒ 3CO2(g) + H2O(l)

Ahora notamos que hay ocho átomos de H a la izquierda y dos a la derecha de la flecha, entonces se busca un número que multiplicado por dos dé ocho, que como es lógico es cuatro, y se coloca como coeficiente del H2O para quedar así:

C3H8(g) + O2(g) ⇒ 3CO2(g) + 4H2O(l)

Faltando por balancear solo el O, contamos los de la izquierda, que en el primer producto tiene seis (3x2) y en el segundo cuatro (4x1) para un total de 10 átomos de O, ahora se busca un número que multiplicado por dos (el subíndice del O) dé 10, el cual es cinco y lo colocamos delante de la molécula de O2 para que la ecuación quede completamente balanceada.

C3H8(g) + 5O2(g) ⇒ 3CO2(g) + 4H2O(l)

Se recomienda balancear primero aquellos elementos que se presentan solamente en una sustancia en cada lado de la ecuación, y por lo general el O se deja de último.

Para al ecuación b) C2H5OH(l) + O2(g) ⇒ CO2(g) + H2O(l) , procedemos así: La parte del C es idéntica al ejercicio anterior, dos C a la izquierda y uno a la derecha; con un dos delante del CO2, balanceamos el C.

C2H5OH(l) + O2(g) ⇒ 2CO2(g) + H2O(l)

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Para el H, tenemos seis a la izquierda y dos a la derecha, con un tres como coeficiente del H2O, se balancea el H.

C2H5OH(l) + O2(g) ⇒ 2CO2(g) + H2O(l)

Para el H, se nota que hay seis a la izquierda y dos a la derecha de la flecha, lo cual indica que el H2O debe tener como coeficiente el número tres.

C2H5OH(l) + O2(g) ⇒ 2CO2(g) + 3H2O(l)

Para el O, en este caso es diferente al ejercicio anterior, a la derecha tenemos cuatro (2x2) en el primer producto y tres (3x1) en el segundo producto, para un total de siete átomos de O contra tres átomos a la izquierda de la flecha; como hay uno en una molécula y dos en la otra se tiene que buscar la forma que la sumatoria de siete. Si le restamos uno (el de él C2H5OH) al siete, nos faltan seis que deben corresponder al O2 y para ello la multiplicamos por el número tres, con lo cual la ecuación

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