Estequiometria

ESTEQUIOMETRIA En química, la estequiometria es el cálculo de las relaciones

cuantitativas entre los reactivos y productos en el transcurso de una reacción química.

El primero que enunció los principios de la estequiometria fue Jeremias Benjamin Richter (1762-1807), en 1792, quien describió la estequiometria de la siguiente manera:

«La estequiometria es la ciencia que mide las proporciones cuantitativas o relaciones de masa de los elementos químicos que están implicados (en una reacción química)».

También estudia la proporción de los distintos elementos en un compuesto químico y la composición de mezclas químicas.

La suma total de cargas antes y después de la reacción química permanece constante.

ley de conservación de la masa se denomina ley de conservación de la carga.

ECUACIONES QUÍMICASUna ecuación química es una representación escrita de una reacción química. Se basa en el uso de símbolos químicos que identifican a los átomos que intervienen y como se encuentran agrupados antes y después de la reacción. :

El coeficiente del metano es 1, el del oxígeno 2, el del dióxido de carbono 1 y el del agua 2. Los coeficientes estequiométricos son en principio números enteros, aunque para ajustar ciertas reacciones alguna vez se emplean números fraccionarios.

BALANCE DE MATERIA Para balancear una ecuación, se deben ajustar los

coeficientes, y no los subíndices. Esto es así porque cada tipo de molécula tiene

siempre la misma composición, es decir se encuentra siempre formada por la misma cantidad de átomos, si modificamos los subíndices estamos nombrando a sustancias diferentes:

Método de balanceo por tanteo

MÉTODO DE TANTEOEn el ejemplo, se puede observar que el elemento que participa con un estado de oxidación de mayor valor absoluto es el carbono que actúa con estado de oxidación (+4), mientras el oxígeno lo hace con estado de oxidación (-2) y el hidrógeno con (+1).

MÉTODO DE BALANCEO ALGEBRAICO El método algebraico se basa en el planteamiento de

un sistema de ecuaciones en la cual los coeficientes estequiométricos participan como incógnitas, procediendo luego despejar estas incógnitas.

Es posible sin embargo que muchas veces queden planteados sistemas de ecuaciones con más incógnitas que ecuaciones, en esos casos la solución se halla igualando a uno de cualquiera de los coeficientes a 1 y luego despejando el resto en relación a él.

Finalmente se multiplican todos los coeficientes por un número de modo tal de encontrar la menor relación posible entre coeficientes enteros.

En el ejemplo:

Ejemplo 1: Balancear la ecuación por el método algebraico: El ácido sulfúrico se combina con el hidróxido dehierro para obtener sulfato de hierro y

agua.

Escribimos la ecuación sin balancear.

H2SO4 + Fe(OH)3 → Fe2(SO4)2 + H2O Asignamos un coeficiente literal (a, b, c, d) delante de cada formula.

aH2SO4+ bFe(OH)3 → cFe2(SO4)2 + dH2O

Escribir una ecuación algebraica para cada elemento.

Hidrogeno (H) 2a+3b=2d Azufre (S) a=3c Oxigeno (O) 4a+3b=2c+3b=12c+d Hierro (Fe) b=2c

Asignar un valor a cualquiera de los coeficientes y dar solución a cada ecuación algebraica planteada. (En la mayoría de casos el valor asignado es

1). En este caso se asignara el valor uno a la variable c.

c = 1  a = 3c b = 2c 2a+3b=2d 12/2 = d a = 3(1) b = 2(1) 2(3) + 3(2) = 2d 6 = da = 3 b = 2 6 + 6 = 2d 12 = 2d Reemplazar los coeficientesliterales por los valores obtenidos.

Reemplazar los coeficientesliterales por los valores obtenidos. 3H2SO4 + 2Fe(OH)3 → Fe2(SO4)2 + 6H2O

Reactivos Productos H: 6 + 6 H: 6 + 6 S: 3 S: 3 O: 12 + 6 O: 12 + 6 Fe: 2 Fe: 2

EJERCICIOS ¿Cuántas moléculas de oxígeno se necesitan para oxidar completamente 2 moléculas deetano (C2H6) a CO2 y H2O?C2H6 + O2 CO2 + H2OSolución1° BALANCEAR: 2 C2H6 + 7 O2 4 CO2 + 6 H2O

Se necesitan 7 moléculas de oxígeno

2.- Determine el número de moléculas de CO2 que se obtiene cuando 2 mol de propano se queman en presencia de oxígeno, de acuerdo a la siguiente ecuación no igualada:

C3H8 + O2 CO2 + H2O

SOLUCIÓN

Al igualar la ecuación: C3H8 + 5 O2 3 CO2 +4 H2O 2moles x

MOLECULAS DE CO2.

3.- EL ZINC METÁLICO REEMPLAZA AL COBRE(II) EN SOLUCIÓN DE ACUERDO A LA SIGUIENTE ECUACIÓN:

ZNº + CUSO4 CUº + ZNSO4

¿QUÉ CANTIDAD DE ZN SE NECESITA PARA PREPARAR 250 G DE SULFATO DE ZINC?

Solución:La ecuación está igualada:Znº + CuSO4 Cu° + ZnSO4

R= 1.55mol de ZnSO4

4.-¿CUÁNTAS MOLÉCULAS DE O2 PUEDEN OBTENERSE POR LA DESCOMPOSICIÓN DE 300 G DE KCLO3 DE ACUERDO A LA SIGUIENTE ECUACIÓN NO IGUALADA?

KCLO3 KCL + O2

R= 2.21X 10²⁴MOLECULAS DE O₂

5.- Una de las preparaciones comerciales del oxígeno es la descomposición térmica, a 700ºC,del peróxido de bario de acuerdo a la siguiente ecuación química no igualada: BaO2 BaO + O2

El volumen de oxígeno, en L, obtenido a 25ºC y 1 atm a partir de la descomposición de 500 kg de peróxido de bario es:

SOLUCIÓNAl igualar la ecuación:2 BaO2 2 BaO + O2

2 mol de BaO2· 169,3 gmol1 mol de O2 =5 · 105 g de BaO2x mol de O2x = 1477 mol de O2

𝑉 = · · 𝑛 𝑅 𝑇𝑃V =1477 mol · 0,082 L · atmmol · K· 298 K1 atm= 36092 L de O2

El tetracloruro de titanio se oxida en presencia de oxígeno dando como productos dióxido de titanio y cloro: TiCl4 + O2 TiO2 + 2 Cl2

Determine la pureza del tetracloruro de titanio empleado si al hacer reaccionar 4 toneladas de TiCl4 en exceso de oxígeno se obtuvo 1,40 ton de dióxido de titanio. (Suponga 100 % de rendimiento).

SoluciónLa ecuación está igualada.TiCl4 + O2 TiO2 + 2Cl2 4 ton 1.4 ton

PM:TiCL4 =189.9 TiO2 = 79.9

1 mol de TiCl4 * 189,9 gmol1 mol de TiO2· 79,9 gmol=x ton de TiCl4· 106 gton1,40 ton de TiO2· 106gTon

x = 3,33 ton TiCl4 puro3,33 ton TiCl4 puro4,00 ton TiCl4impuro=x ton TiCl4 puro100 ton TiCl4 impurox = 83,3 % de pureza