CAPTULO 3ESTEQUIOMETRA

ANLISIS DIMENSIONALLa palabra dimensin tiene un significado especial en Fsica, ya que esta suele significar la naturaleza de una cantidad

Los smbolos empleados para especificar masa, longitud y tiempo, son: M, L y T, respectivamente. Para indicar ciertas unidades fsicas frecuentemente se hace uso de corchetes [ ].

Las dimensiones de rea y volumen se resean a continuacin:

rea (L2) Volumen (L3)

Habr ocasiones que se tendr que deducir ciertas frmulas, para lo cual el anlisis dimensional es muy til, ya que se puede utilizar en el proceso de deduccin y verificacin de la expresin final.

El anlisis dimensional aprovecha el hecho de que las dimensiones pueden tratarse como cantidades algebraicas. Es decir, las cantidades pueden sumarse o restarse slo si se tienen las mismas dimensiones, asimismo los trminos en ambos lados de una ecuacin deben tener las mismas dimensiones.

FACTORES DE CONVERSIN

En muchas situaciones en Fsica, tenemos que realizar operaciones con magnitudes que vienen expresadas en unidades que no son homogneas. Para que los clculos que realicemos sean correctos, debemos transformar las unidades de forma que se cumpla el principio de homogeneidad.CONVERSIN DE UNIDADES

Por ejemplo, si queremos calcular el espacio recorrido por un mvil que se mueve a velocidad constante de 72 Km/h en un trayecto que le lleva 30 segundos, debemos aplicar la sencilla ecuacin S = vt, pero tenemos el problema de que la velocidad viene expresada en kilmetros/hora, mientras que el tiempo viene en segundos.

Esto nos obliga a transformar una de las dos unidades, de forma que ambas sean la misma, para no violar el principio de homogeneidad y que el clculo sea acertado. Para realizar la transformacin utilizamos los factores de conversin. Llamamos factor de conversin a la relacin de equivalencia entre dos unidades de la misma magnitud, es decir, un cociente que nos indica los valores numricos de equivalencia entre ambas unidades

En nuestro caso, el factor de conversin entre horas y segundos viene dado por las expresiones anteriores:1 hora = 3600 segundosPara realizar la conversin, simplemente colocamos la unidad de partida y usamos la relacin o factor adecuado, de manera que se nos simplifiquen las unidades de partida y obtengamos el valor en las unidades que nos interesa. En nuestro caso, deseamos transformar la velocidad de Km/hora a Km/segundo, por lo cual usaremos la primera de las expresiones, ya que as simplificamos la unidad hora

Sistema Internacional de UnidadesEn este sistema tenemos 7 magnitudes y sus correspondientes unidades los llamamos fundamentales, mientras que el resto de unidades son derivadas, es decir, se expresan en funcin de las fundamentales.

TEORA ATMICA DE DALTONTeora de Dalton En 1808, John Dalton retoma las antiguas ideas de Leucipo y de Demcrito y publica su teora atmica; en dicha teora sugiere:

POSTULADOS DE LA TEORA ATMICA DE DALTON.Los elementos qumicos estn constituidos por partculas llamadas tomos, que son indivisibles e inalterables en cualquier proceso fsico o qumico.Los tomos de un elemento son todos idnticos en masa y en propiedades.Los tomos de diferentes elementos son diferentes en masa y en propiedades.Los compuestos se originan por la unin de tomos de distintos elementos en una proporcin constante.

-De la teora atmica de Dalton destacamos las siguientes definiciones:Un tomo es la partcula ms pequea de un elemento que conserva sus propiedades. Un Elemento es una sustancia que est formada por tomos iguales. Un Compuesto es una sustancia fija que est formada por tomos distintos combinados en proporciones fijas.

LEYES FUNDAMENTALES DE LA QUMICA

Ley de conservacin de la masa (Lavoisier).Ley de proporciones definidas (Proust).Ley de proporciones mltiples (Dalton).Ley de proporciones recprocas (Ritcher-Wenzel)Ley de volmenes de combinacin (Gay-Lussac)Hiptesis de Avogadro

LEY DE CONSERVACIN DE LA MASA (LAVOISIER)

En toda transformacin qumica la masa se conserva, es decir, la masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos de la reaccin.Ejemplo: 2 gramos de cloro y 3 gramos de sodio producen 5 gramos de cloruro de sodio.

LEY DE PROPORCIONES DEFINIDAS (PROUST)

Los elementos se combinan para formar compuestos en una proporcin de masa fija y definida.Ejemplo: El azufre y el hierro se combinan para formar sulfuro de hierro (II) en la siguiente proporcin: 4 gramos de azufre por cada 7 gramos de hierro.

LEY DE PROPORCIONES DEFINIDAS (PROUST) EJEMPLOSAzufre + Hierro Sulfuro de hierro 4 g 7 g 0 gInicial11 gFinal 4 g 10 g 0 gInicial 3 g 11 g Final 8 g 7 g 0 gInicial 4 g11 gFinal

LEY DE PROPORCIONES DEFINIDAS (PROUST). EJEMPLOSAzufre + Hierro Sulfuro de hierro12 g 30 g 0 gInicial 9 g33 gFinal25 g 35 g 0 gInicial 5 g55 gFinal 13,5 g 24,9 g 0 gInicial 1,275 g 37,125 gFinal

Se sabe que 8 g de azufre reacciona con 12 g de oxgeno para dar 20 g de trixido de azufre: a) Cuntos gramos de oxgeno reaccionarn con 1 g de azufre y qu cantidad de trixido de azufre se obtendr;b) si se descomponen 100 g de trixido de azufre cuntos gramos de azufre y de oxgeno se obtendrn?EJEMPLO:

a)Azufre + Oxgeno Trixido de azufre 8 g 12 g 20 g 1 g m(O2) m(SO3) 1g 12 g 1 g 20 g m(O2) = = 1,5 g ; m(SO2) = = 2,5 g 8 g 8 gb) m(S) m(O2) 100 g 100 g 8 g 100 g 12 g m(S) = = 40 g ; m(O2) = = 60 g 20 g 20 g

EJEMPLO:

LEY DE PROPORCIONES MLTIPLES (DALTON).

Cuando en la unin de dos elementos se puede formar ms de un compuesto, se cumple que para una cantidad fija de uno de los elementos, la relacin en la que se encuentra el otro en los compuestos que se forman es una relacin sencilla (2/1, 3/1, 3/2).

LEY DE PROPORCIONES MLTIPLES (DALTON). EJEMPLO.xidos de cobre % cobre% oxgeno I 88,83 11,17 II 79,90 20,10 masa cobre masa oxgeno I7,953 masa Cu / masa Ox. II3,975 masa Cu / masa Ox. 7,953 / 3,975 2 / 1

Dependiendo de las condiciones experimentales 14 g de nitrgeno pueden reaccionar con 8 g, 16 g, 24 g, 32 g y 40g de oxgeno para dar cinco xidos diferentes. Comprobar que se cumple la ley de Dalton.EJEMPLO:

EJEMPLOSean los xidos I, II, III, IV y V respectivamente.Las distintas masas de O que se combinan con una cantidad fija de N (14 g) guardan las relaciones: m Ox. (V) 40g 5 m Ox. (IV) 32 g 4 = = ; = = m Ox. (I) 8 g 1 m Ox. (I) 8 g 1

m Ox. (III) 24g 3 m (II) Ox. 16 g 2 = = ; = = m Ox. (I) 8 g 1 m (I) Ox. 8 g 1

LEY DE LOS PESOS DE COMBINACIN (RITCHER-WENZEL)Las masas de elementos diferentes que se combinan con una misma masa de un elemento dado, nos dan la relacin con la que aquellos se combinan entre si, o bien mltiplos o submltiplos de dichas masas.

LEY DE PROPORCIONES RECPROCAS (RITCHER). EJEMPLO.

Si 2 g de hidrgeno se combinan con 16 g de oxgeno para dar agua, y 6 g de carbono se combinan tambin con 16 gramos de oxgeno para dar dixido de carbono, entonces 2 g de hidrgeno se combinarn con 6 g de carbono al formar metano.

LEY DE VOLMENES DE COMBINACIN (GAY-LUSSAC).

A temperatura y presin constantes, los volmenes de los gases que participan en una reaccin qumica guardan entre s relaciones de nmeros sencillos.

EJEMPLO DE LA LEY DE VOLMENES DE COMBINACINGAY-LUSSAC

2 litros de hidrgeno se combina con 1 litro de oxgeno para dar 2 litros de agua (gas).

1 litro de hidrgeno se combina con 1 litro de cloro para dar 2 litros de cloruro de hidrgeno.

EXPLICACIN VISUAL DE LAS LEYES DE PROUST Y DALTON A PARTIR DE LA TEORA ATMICA

Ley de DaltonLey de Proust

tomo El tomo es la menor fraccin en que puede dividirse un elemento simple sin que pierda sus propiedades qumicas y pudiendo ser objeto de una reaccin qumica. molculaPartcula formada por una agrupacin ordenada y definida de tomos, que constituye la menor porcin de un compuesto qumico que puede existir en libertad. TOMOS Y MOLCULAS

CONCEPTO DE MOLEL MOL ES UNA UNIDAD DE MASA EN QUMICAUN MOL DE UNA SUSTANCIA QUMICA EQUIVALE A UN NMERO DE GRAMOS QUE COINCIDE, SLO NUMRICAMENTE CON LA MASA MOLECULAR

NMERO DE AVOGADROES EL NMERO DE PARTCULAS CONTENIDAS EN UN MOL DE UNA SUSTANCIA DADANA = 6.023*1023

CONCEPTO DE MOLEs un nmero de Avogadro (NA= 6,022 1023) de tomos o molculas.En el caso de que sea NA tomos se le llama tambin tomo-gramo.Corresponde a la masa atmica o molecular expresada en gramos.Definicin actual: El mol es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales (tomos, molculas, iones...) como tomos hay en 0,012 kg de carbono-12 (12C).

HIPTESIS DE AVOGADRO.Volumenes iguales, medidos en las mismas condiciones de presin y temperatura, de gases distintos; contienen el mismo nmero de molculas.

Un mol de cualquier gas en condiciones normales, es decir ( P = 1 atm; T = 0 C); ocupa un Volumen de 22,4 litros y contienen:6,022 x 1023molculas,

MASAS ATMICAS Y MOLECULARESLa masa atmica de un tomo se calcula hallando la masa media ponderada de la masa de todos los istopos del mismo.La masa molecular (M) se obtiene sumando la masas atmicas de todos los tomos que componen la molcula.

Ejemplo: Calcular la masa molecular del H2SO4 M (H2SO4) = 1,008*2 + 32,06*1 + 16,00*4 = 98,076 es la masa de una molcula.Normalmente, suele expresarse como M (H2SO4) = 98,076 g/mol

CLCULO DEL NMERO DE MOLES. m (g) n (mol) = M (g/mol)Ejemplo: Calcular cuantos moles de CO2 habr en 100 g de dicha sustancia. m (g) 100 g n = = = 2,27 moles CO2 M (g/mol) 44 g/mol

Cuntas molculas de Cl2 hay en 12g de cloro molecular? Si todas las molculas de Cl2 se disociaran para dar tomos de cloro, Cuntos tomos de cloro atmico se obtendran? Ejercicio:

La masa molecular de Cl2 es 35,45 2 =70,9 . Luego un mol de Cl2 son 70,9 g. En los 12 g de Cl2 hay: 12 g = 0,169 moles de Cl2 70,9 g/molTeniendo en cuenta que en un mol 6,02 1023 molc. 0,169 moles contienen:0,169 moles 6,02 1023 molculas/mol = = 1,017 1023 molculas Cl2 2 t. Cl 1,0171023 molc. Cl2 = 2,0341023 t. Cl molc. Cl2

COMPOSICIN EN PESO DE UNA MOLCULA

A partir de la frmula de un compuesto podemos deducir la composicin centesimal de cada elemento que contiene aplicando simples proporciones.

La suma de las proporciones de todos los elementos que componen una sustancia debe dar el 100 %.

Calcular el % de plata, nitrgeno y oxgeno que contiene el nitrato de plata.Ejemplo:

M (AgNO3) = 107,9 +14,01 + 16,00 3 = 169,91 M (AgNO3) = 169,91 g/mol

107,9 g (Ag) 100 % Ag = = 63,50 % de Ag 169,91 g (AgNO3) 14,01 g (N) 100 % N = = 8,25 % de N 169,91 g (AgNO3) 48,0 g (O) 100 % O = = 28,25 % de O 169,91 g (AgNO3)

FACTOR GRAVIMTRICOUn factor gravimtrico (o factor qumico) puede definirse como el peso de una sustancia deseada equivalente al peso unitario de una sustancia dada.

Los factores gravimtricos son fundamentales para realizar clculos, especialmente cuando se hacen anlisis repetidos de un determinado constituyente.

LA REACCIN QUMICAUna reaccin qumica es el proceso por el cual unas sustancias se transforman en otras EJEMPLO: El H2 y el O2 reaccionan para formar un nuevo compuesto H2O.las sustancias iniciales se llaman reactivos o reactantes y las que resultan se llaman productos.

ECUACIN QUMICALa ecuacin qumica balanceada es una ecuacin algebraica con todos los reaccionantes en el primer miembro y todos los productos en el segundo miembro por esta razn el signo igual algunas veces se remplaza por un flecha que muestra el sentido hacia la derecha de la ecuacin, si tiene lugar tambin la reaccin inversa, se utiliza la doble flecha de las ecuaciones en equilibrio.

En la ecuacin qumica los nmeros relativos de molculas de los reaccionantes y de los de los productos estn indicados por los coeficientes de las frmulas que representan estas molculas.HCl + NaOH NaCl + H2O

Indica el estado fsico de los reactivos y productos ((l) liquido, (s) slido, (g) gaseoso y (ac) acuoso (en solucin)

2. Deben indicarse los catalizadores sustancias que aceleran o disminuyen la velocidad de la reaccin y que no son consumidos van encima o debajo de la flecha que separa reactantes y productos. CARACTERSTICAS DE LA ECUACIN:

6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2luz solar

3. Deben indicarse el desprendimiento o absorcin de energa 4. La ecuacin debe estar balanceada, es decir el numero de tomos que entran debe ser igual a los que salen EJEMPLO: 2H2(g)+ O2(g)2H2O (l) + 13 kcal

5. Si hay una delta sobre la flecha indica que se suministra calor a la reaccin EJEMPLO: KClO3 KCl + O2

BALANCEO DE ECUACIONESBalancear una ecuacin es realmente un procedimiento de ensayo y error, que se fundamenta en labsqueda dediferentes coeficientes numricos que hagan que el numero de cada tipo de tomos presentes en la reaccin qumica sea el mismo tanto en reactantes como en productos

1. MTODO DEL TANTEO O INSPECCIN Este mtodo es utilizado para ecuaciones sencillas y consiste en colocar coeficientes a la izquierda de cada sustancia, hasta tener igual nmero de tomos tanto en reactantes como en productos. EJEMPLO:N2 + H2 NH3HAY VARIOS MTODOS PARA EQUILIBRAR ECUACIONES

Para utilizar ste mtodo es necesario tener en cuenta que sustancia gana electrones y cual los pierde2. MTODO DE OXIDO REDUCCIN

ECUACIN QUMICA BALANCEADAEXPRESIN DE LA LEY DE LA CONSERVACIN DE LA MASA

BALANCE DE MATERIATOMOS, GRAMOS y MOLES

EXCESO O DEFICIENCIA DE REACTIVOSReactivo LimitanteCuando se ha ajustado una ecuacin, los coeficientes representan el nmero de tomos de cada elemento en los reactivos y en los productos. Tambin representan el nmero de molculas y de moles de reactivos y productos.

Aquel reactivo que se ha consumido por completo en una reaccin qumica se le conoce con el nombre de reactivo limitante pues determina o limita la cantidad de producto formado.Reactivo limitante es aquel que se encuentra en defecto basado en la ecuacin qumica ajustada.

Cuando una ecuacin est ajustada, la estequiometra se emplea para saber los moles de un producto obtenidos a partir de un nmero conocido de moles de un reactivo. La relacin de moles entre el reactivo y producto se obtiene de la ecuacin ajustada.

A veces se cree equivocadamente que en las reacciones se utilizan siempre las cantidades exactas de reactivos. Sin embargo, en la prctica lo normal suele ser que se use un exceso de uno o ms reactivos, para conseguir que reaccione la mayor cantidad posible del reactivo menos abundante.

RENDIMIENTORendimiento real Cantidad de producto puro que se obtiene en realidad de una reaccin dada.

Cantidad mxima de un producto especfico que se puede obtener a partir de determinadas cantidades de reactivos, suponiendo que el reactivo limitante se consume en su totalidad siempre que ocurra una sola reaccin y se recupere totalmente el producto. Rendimiento terico

Rendimiento real multiplicado por 100 y dividido por el rendimiento terico.

Rendimiento porcentual

REACCIONES SIMULTNEAS