Estequiometria

CAP. 3 Estequiometria: Cálculos con Formulas y Ecuaciones Químicas

La estequiometría es una herramienta indispensable en química. Problemas tan diversos como medir la concentración de ozono en la atmósfera, determinar el rendimiento potencial de oro de una mina o la evaluación de diferentes procesos para convertir carbón en combustibles gaseosos implican aspectos de estequiometría.

3.1Ecuaciones químicas

Las reacciones químicas se representan mediante ecuaciones químicas. Por ejemplo, cuando el hidrógeno, H2, arde, reacciona con oxigeno, O2, del aire para formar agua, como sigue:

2H2 + O2 2H2O

Reactivos Productos

Si se satisface la ley de conservación de la masa, una ecuación química debe tener el mismo número de átomos de cada elemento en ambos lados de la ecuación.[Ecuación balanceada].

Balancear una ecuación química, implica determinar los coeficientes que producen números iguales de cada tipo de átomos en cada miembro de la ecuación. Generalmente coeficientes enteros.

Es importante entender la diferencia entre un coeficiente y un subíndice. Nunca deben modificarse los subíndices.

A fin de ilustrar consideremos la reacción:

CH4 + O2 CO2 + H2OCasi siempre es mejor balancear primero los elementos que ocurren en una sola sustancia.
En el ejemplo C como H aparecen en solo en un reactivo, y por separado, solo en un producto cada uno, para comenzar concentraremos la atención en el CH4.
Consideremos primero el carbono y luego el hidrógeno.
Adviértase que una molécula de CH4 contiene el mismo número de átomos de C que una molécula deCO2. Por lo tanto, los coeficientes de estas sustancias deben ser iguales, y por lo pronto se supondrá que será 1. Sin embargo CH4 contiene más átomos de H (cuatro) que el producto H2O (dos). Si colocamos un coeficiente 2 antes de H2O, habrá cuatro átomos de H en cada miembro de la ecuación:

CH4+ O2 CO2 + 2H2O (no balanceada)

Hasta ahora los productos tienen más átomos de O que losreactivos. Si colocamos un coeficiente de 2 antes de O2, completaremos el balance.
[La estrategia usada para balancear la ecuación es de prueba y error y se aplica a la mayoría de ecuaciones químicas].

Es común indicar entre paréntesis el estado de cada sustancia en una ecuación química, usando los símbolos (s), (l), (g), (ac).
Así, la ecuación balanceada puede escribirse:

CH4(g) + 2O2(g) CO2(g)+ 2H2O(g)
Muchas veces arriba o abajo de la ecuación se anotan las condiciones en las que se efectúa la reacción. Por ejemplo, podría indicarse la temperatura. Es común colocar el símbolo arriba de la flecha para indicar la adición de calor.

Ejercicios:

Balancee las siguientes ecuaciones químicas insertando los coeficientes adecuados:

Na(s) + H2O(l) NaOH(ac) + H2(g)

C2H4 + O2 CO2+ H2

Al + HCl AlCl3 + H2.

3.2 Patrones de reactividad química

Empleo de la Tabla Periódica

Podemos identificar los reactivos y los productos experimentalmente por sus propiedades. Sin embargo, en muchos casos podemos predecir lo que sucederá en una reacción si hemos visto una reacción similar antes. Naturalmente, si podemos reconocer un patrón general de reactividad para una clasede sustancias entenderemos mejor lo que sucede si nos limitamos a memorizar un gran numero de reacciones sin relación entre si. La Tabla Periódica puede ser un aliado muy valioso en este sentido.
Por ejemplo, si sabemos que el sodio, Na, reacciona con agua, H2O, para formar NaOH y H2 podremos predecir lo que sucede cuando colocamos potasio, K, en agua.

2K(s) + 2H2O(l) 2KOH(ac) + H2(ac)2M(s) + 2H2O(l) 2MOH(ac) + H2(g)

Metal alcalino + agua Hidróxido + hidrógeno

Combustión en aire

Las reacciones de combustión son reacciones rápidas que producen una flama. En la mayor parte de reacciones de combustión que observamos interviene O2 del aire como reactivo.
Cuando quemamos hidrocarburos, estos reaccionan con O2 para formar CO2 y H2O. Por ejemplo la combustión del...