Arnulfo G_T3_PI - Eugenio Gonzalez Bernal

Vista previa del material en texto

Tarea 3: Estequiometria, cálculos estequiométricos, Balance de materia y de energía.
ESTEQUIOMETRÍA
El estudio de la naturaleza cuantitativa de las fórmulas químicas y las reacciones químicas es conocida como estequiometría, palabra derivada del griego stoicheion ("elemento") y metron ("medida"). A finales del siglo XVIII Antoine Lavoisier observó que la masa total de todas las sustancias presentes después de una reacción química es igual a la masa total antes de la reacción. Esta observación, conocida como ley de conservación de la masa, es una de las leyes fundamentales del cambio químico. En 1789 Lavoisier publicó un libro de texto de química en el que afirmaba: "Podemos asentar como axioma incontrovertible que, en todas las operaciones del arete y la naturaleza, nada se crea; existe una cantidad igual de materia tanto antes como después del experimento." Con el advenimiento de la teoría atómica, los químicos comenzaron a entender las bases de esta ley: los átomos no se crean ni se destruyen durante ninguna reacción química. La misma colección de átomos está presente antes y después de una reacción. Los cambios que ocurren durante cualquier reacción sólo implican un reacomodo de los átomos.
La estequiometría es una herramienta indispensable en química y por lo tanto de la ingeniería química, una vez analizados los diversos tipos de reacciones se pueden estudiar los aspectos cuantitativos de las mismas (la cantidad en las que estas reacciones forman productos), es decir; trata de los cambios matemáticos de fórmula molecular a fórmula-gramos, de fórmula-gramos a fórmula molecular, y de fórmula porcentual (análisis) a fórmula molecular, por lo tanto para interpretar una reacción cuantitativamente, se requiera aplicar el conocimiento de las masas molares y el concepto de mol, éste se basa en el hecho de que los coeficientes estequiométricos en una ecuación química se interpretan como el número de moles de moléculas de cada sustancia presentes en un sistema reaccionante. Problemas tan diversos como medir la concentración de ozono en la atmósfera, determinar el rendimiento potencial de oro de una mena o la evaluación de diferentes procesos para convertir carbón en combustibles gaseosos implican aspectos de estequiometría.
Reacciones de oxidación-combustión: El oxígeno (O2) es una de las sustancias más reactivas que se conocen. Reacciona con la mayoría de los metales, dando lugar a óxidos metálicos; y con compuestos orgánicos, que contienen C, H, N, P, S, dando lugar a combinaciones de oxígeno con dichos elementos. Normalmente, las reacciones en las que interviene el oxígeno, van acompañadas de un desprendimiento de energía. Cuando el desprendimiento es considerable, llegando a producirse una llama, la reacción se denomina de combustión. Es lo que ocurre con la materia orgánica, si bien es necesario aportar una cantidad inicial de energía. Ejemplo la combustión de un hidrocarburo para producir agua y dióxido de carbono.
C6H12O6 + O2 → H2O + CO2
Reacciones acido-base: También llamadas reacciones son doble desplazamiento o intercambio. Su particularidad es que ocurren entre un ácido y una base y los productos de la reacción son agua y una sal formada por el catión de la base y el anión del ácido. Por ejemplo, la reacción entre el ácido sulfúrico y el hidróxido de sodio resulta en la formación de agua y sulfato de sodio.
H2SO4 + 2NaOH → 2H2O + Na2SO4
Reacciones de sustitución: En este tipo de reacciones, un compuesto A B reacciona con un elemento C. El elemento C sustituye a B en el compuesto, dejándolo libre. Como ejemplo tenemos la reacción entre el magnesio y una solución de sulfato de cobre. El magnesio, por ser un metal más activo que el cobre, lo reemplazará en el compuesto formando sulfato de magnesio. A la vez, el cobre queda en su estado libre como otro producto de la reacción.
Mg + CuSO4 → MgSO4 + Cu
Reacciones de síntesis o de formación de compuestos: Consisten en la formación de un compuesto a partir de los elementos que lo componen en estado puro como sustancias simples. Algunas de ellas, la formación de óxidos metálicos, ya las hemos estudiado. Ejemplo la formación de ácido clorhídrico.
H2 + Cl2 → 2HCl
Reacciones de descomposición: Podemos hacer reaccionar un único compuesto para descomponerlo en otros compuestos o en sustancias simples. Normalmente es necesario un aporte energético para que la reacción se lleve a cabo. Ejemplo la descomposición térmica del óxido de mercurio.
2HgO → 2Hg + O2
Una reacción química se expresa mediante una ecuación química. En La ecuación aparecen las fórmulas de reactivos y productos, una flecha que indica el sentido en el que se da la reacción y los coeficientes estequiométricos, que indican la proporción en que reaccionan o se producen las moléculas de las sustancias que intervienen en la reacción. Como ejemplo tenemos la obtención de agua:
2H2 + O2 → 2H2O
En algunos casos también se incluye el estado de agregación de las sustancias que intervienen en la reacción: (s): sólido, (l): líquido, (g): gas, (ac): disolución acuosa:
2H2 (g) + O2 (g) → 2H2O (l)
Cuando hablamos de coeficientes estequiométricos, nos referimos a que es necesario balancear o ajustar la ecuación química, es decir, colocar un coeficiente delante de la fórmula o símbolo, de tal forma que exista el mismo número de átomos de cada elemento a cada lado. La estequiometria es la parte de la química que estudia las relaciones entre las cantidades (masas volúmenes) de las diferentes sustancias (reactivos o productos) que intervienen en una reacción química. Los cálculos estequiométricos son, por tanto, todas aquellas operaciones encaminadas a determinar las masas o volúmenes con los que participan las sustancias en una determinada reacción química. El ajuste de una ecuación química incluye todos aquellos pasos y/o cálculos necesarios para conseguir que exista el mismo nº de átomos de cada elemento en ambos miembros de la ecuación química: reactivos y productos.
Para ajustar las reacciones químicas, pueden utilizarse varios métodos generales, que son:
· Ajuste “a ojo”, colocando aleatoriamente los coeficientes hasta conseguir el ajuste. Es útil y rápido en ecuaciones sencillas.
· Ajuste por el “método algebraico o de los coeficientes”, basado en la aplicación de un balance de materia a cada uno de los elementos que intervienen en el proceso químico.
· Ajuste por “métodos de oxidación reducción (redox)”, basado en la igualación del número de electrones intercambiados entre los reactivos.
Los tipos de problemas que más se resuelven con la ayuda de cálculos estequiométricos son:
- Cálculos masa-masa
- Cálculos masa - volumen o volumen – masa
- Cálculos volumen – volumen
A partir de la información que se obtiene de la ecuación química balanceada podemos realizar cualquier cálculo sin más que relacionar las cantidades de las sustancias conocidas con aquellas que hemos de calcular. Es útil y sencillo realizar los cálculos en moles ya que el número de moles de cada reactivo o producto que intervienen en la reacción balanceada coincide con el coeficiente que afecta a ese compuesto.
Bibliografía:
http://www.caminantes.metropoliglobal.com/web/quimica/esteq.htm
http://www.ur.mx/cursos/diya/quimica/jescobed/lab03.htm
http://www.edulat.com/diversificado/quimica/4to/22.htm
http://www.eis.uva.es/~qgintro/esteq/tutorial-02.html
http://www.eis.uva.es/~qgintro/esteq/tutorial-03.html