Tema 2. Estequiometría - A-WEAR

1 Tema 2. Estequiometr a Masas At micas Escala del carbono 12. Masas at micas relativas Concepto de mol Relaciones de masa de las f rmulas qu micas Composici n centesimal F rmula emp rica. F rmula molecular Disoluciones. Unidades de concentraci n Molaridad Molalidad Fracci n molar Porcentaje en masa (ppm). Relaciones de masa en las reacciones Ajuste de reacciones Relaciones de masa en las ecuaciones Masas at micas Unidad de masa at mica (uma) es la doceava parte de la masa de un tomo de 12C. Peso at mico masa de un tomo expresado en uma 1 uma = 10-24 g 1H pesa 12 veces menos que 12C = 1 uma 16O = 16 umas Masas at micas CaCO3 CaO + CO2. CH3CH2OH + O2 CO2 + H2O. Concepto de mol N mero de Avogadro (NA) es el n mero de tomos que hay en 12 g de C-12 y su valor es de 10 23. NA = Mol es la cantidad de cualquier sustancia que contiene tantas unidades elementales como tomos de 12C hay en 12 g de 12C.

2 Es decir, es la cantidad de sustancia que contiene el NA de tomos, mol culas, Concepto de mol Mol cula N mero de Avogadro de mol culas Concepto de mol Un mol de cualquier sustancia es la cantidad en gramos que contiene el N mero de Avogadro de esa sustancia La masa (o peso) at mico del O es de 16 umas lo que significa que 1 tomo de O tiene una masas de 16 umas y como ya se ha indicado 1 uma = g por tanto: g 16 umas x = g que pesa 1 tomo de O. uma Cu ntos gramos pesa 1 mol de tomos de O?: 23 tomos 16 x x tomog de O x 10-24. -24 g/ = 16 g/mol tomo de O mol 1 uma = 1 g/mol Concepto de mol Un mol de cualquier sustancia es la cantidad en gramos que contiene el N mero de Avogadro de esa sustancia: Un mol de He x 1023 t de He Un mol de H2SO4 23 mol culas de H2SO4. tomos de H; tomos de S y tomos de O. La masa (o peso) molecular (M) es igual a la suma de las masas (en umas) de los tomos de la f rmula de dicha sustancia: M(H2SO4) = 2 M(H) + M(S) + 4 M(O) = 2( uma) + ( uma) + 4( ) = uma Luego la masa de un mol de H2SO4 es 98 gramos (98 g/mol) = 1 mol de mol culas de H2SO4 pesa 98 g y contiene 2( uma) = 2 umas de H= 2 g de tomos de H; 32 g de tomos de S y 4 ( ) = 64 g de tomos de O.

3 H 1 uma = 1g/mol O 16 umas = 16 g/mol S 32 umas = 32 g/mol Conversiones mol-gramo Para convertir en moles (n) los gramos (m) de cualquier sustancia s lo hay que dividir por la masa molecular (M) de dicha sustancia: m n=. M. Cu ntos moles hay en grs de cido sulf rico (H2SO4)? Ya sabemos que el peso molecular es de 98 grs/mol, por lo que 1 mol de H2SO4. 24,5 grs de H2SO4 x = mol de H2SO4. 98 grs de H2SO4. Composici n centesimal Esta magnitud especifica los porcentajes en masa de cada uno de los elementos presentes en un compuesto. masa del elemento % elemento = x 100. masa total del compuesto Ejemplo: H2SO4. Masa molecular = 98 grs 2. H : 2 mol x 1. grs/mol = 2 grs %H= x 100 = % de H. 98. 64. O = 4 mol x 16 grs/mol = 64 grs %O= x 100 = % de O. 98. 32. S = 1 mol x 32 grs/mol = 32 grs %S= x 100 = % de S. 98. F rmula emp rica A partir de la composici n de un compuesto (que puede obtenerse mediante un analizador elemental), es posible deducir su f rmula m s simple, o f rmula emp rica, que es una relaci n simple de n meros enteros entre los tomos que lo componen.

4 Ejemplo: calcular la f rmula emp rica para un compuesto que contiene g de K, g de Cr y g de O. a) Se calcula el n mero de moles de cada elemento: b) Y se divide por el menor n mero de moles 1 mol de K. grs de K x = mol de K / mol K = 1 mol K /mol K. grs de K. 1 mol de Cr grs de Cr x = mol de Cr / mol K = 1 mol Cr /mol K. grs de Cr 1 mol de O. grs de O x = mol de O / mol K = mol O /mol K. grs de O. 1 K : 1 Cr: O 2 K: 2 Cr: 7 O K2Cr2O7. F rmula molecular La f rmula emp rica no tiene necesariamente que coincidir con la f rmula molecular. Por ejemplo, la f rmula emp rica del benceno es CH, que no tiene correspondencia con ninguna mol cula real, mientras que su f rmula molecular es C6H6. H. C. H H. CH C6H6. C C. C C. f rmula emp rica H. C. H f rmula molecular H. Para poder calcular la f rmula molecular es preciso conocer la f rmula emp rica y la masa molecular de la sustancia, ya que la f rmula molecular pesa n veces la f rmula emp rica.

5 Ejemplo: la f rmula emp rica de la glucosa es CH2O, y su masa molecular es 180. Escribir su f rmula molecular. F rmula molecular = (CH2O)n 180 grs/mol glucosa n= =6 (CH2O)6. Masa CH2O = 12 + 2 + 16 = 30, 30 grs de CH2O. C6H12O6. Disoluciones Unidades de concentraci n: Molaridad Fracci n molar Porcentaje en masa (ppm). Molalidad Unidades de concentraci n Una disoluci n es una mezcla homog nea de un soluto (sustancia disuelta que est en menor proporci n) distribuido en un disolvente (sustancia que produce la disoluci n, est en mayor proporci n y determina el estado de agregaci n en el que se encuentra la disoluci n). Disoluci n Componentes Disoluciones gaseosas Aire N2, O 2, H2 y otros Gas Natural CH4, C 2H6. Disoluciones L quidas Agua de mar H2O, NaCl, y muchos otros Vinagre H2O y cido ac tico Gaseosa H2O, CO2, sacarosa, y otros Disoluciones S lidas Lat n amarillo Cu-Zn Amalgama para dientes Ag-Sn-Hg Unidades de concentraci n Relaci n entre la cantidad de soluto y la de disolvente concentraci n Disoluci n = soluto +.

6 Disolvente Soluto (sustancia l quida, s lida o gaseosa): NaCl, HCl, . Disolvente (sustancia l quida que se encuentra en mayor cantidad): agua, etanol, . Unidades de concentraci n Soluto Disoluci n Disolvente = soluto +. disolvente Volumen de disolvente = Volumen de disoluci n masa de disolvente masa de disoluci n Masa de soluto + masa disolvente Molaridad Molalidad Fracci n molar: moles de soluto moles de soluto moles de soluto A. M= m= XA =. litros de disoluci n Kg de disolvente moles disoluci n Unidades de concentraci n % en masa o composici n centesimal masa de soluto % masa = x 100. masa total de disoluci n masa de soluto ppm = x 106 = % masa x 104. masa total de disoluci n Para disoluciones muy diluidas se utilizan: ppm: partes por mill n ppb: partes por bill n ppt: partes por trill n Unidades de concentraci n Relaci n entre la cantidad de soluto y la de disolvente concentraci n Disoluci n = soluto +.

7 Disolvente Soluto (sustancia l quida, s lida o gaseosa): NaCl, HCl, . Disolvente (sustancia l quida que se encuentra en mayor cantidad): agua, etanol, . Unidades de concentraci n HNO3 concentrado = HNO3+ impurezas + agua Disoluci n Es el x % de HNOHNO. HNO. HNO HNO3 HNO33. 3 3 3 HNO3. la disoluci n HNO3. HNO. HNO HNO3 HNO3. 3 3 HNOHNO3. HNOHNO3 3 3. HNO3. HNO3 HNO3 HNO3. HNO3. HNO3 HNO. HNO HNOHNO3 3. HNO3 3 3 HNO 3. HNO HNO3. HNO3 3. HNO3. H2O. HNO3. HNO3. HNO3. HNO3. Escritura de ecuaciones qu micas Una ecuaci n qu mica debe contener: n Todos los reactivos Todos los productos El estado f sico de las sustancias Las condiciones de la reacci n . CaCO3 (s) CaO(s) + CO2 (g). Ajuste de ecuaciones qu micas Las ecuaciones qu micas deben estar ajustadas, de forma que se cumpla la ley de conservaci n de la masa. Debe igualmente haber el mismo n mero de tomos de cada elemento a ambos lados de la ecuaci n, en los reactivos y en los productos.

8 CH3CH2OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2 O. Relaciones de masa de las ecuaciones 4 Fe + 3 O2 2 Fe2O3. - Los coeficientes de una ecuaci n qu mica representan el n mero de mol culas o el n mero de moles de reactivos y productos. As , 4 moles de Fe reaccionan con 3 moles de O2 para dar 2 moles de Fe2O3. - Dichos coeficientes en una ecuaci n ajustada pueden emplearse como factores de conversi n para calcular la cantidad de producto formada o la de reactivo consumida. - Ejemplo: Cuantos moles de Fe2O3 se producir n a a partir de . 4 moles de Fe? 2 moles de Fe? 8 moles de Fe? 1 mol de Fe? 2 1 4 Relaciones de masa de las ecuaciones 2 Al(OH) 3 + 3 H2SO4 6 H2O + Al 2(SO4)3. 1. Cu ntos moles de H2SO4 se necesitan para producir moles de Al 2(SO4)3? 3 mol de H2SO4. 8 mol Al2(SO4)3 x = 24 mol de H2SO4. 1 mol Al2(SO4)3. 2. Cu ntos moles de H2O se obtendr n a partir de 156 g de Al(OH) 3 ?

9 1 mol Al(OH) 3 6 mol de H2O. 156 g Al(OH) 3 x x = 6 mol de H2O. 78 g Al(OH) 3 2 mol Al(OH) 3. Relaciones de masa de las ecuaciones 3. Cu ntos grs de Al(OH) 3 reaccionar n con 59 g de H2SO4? 2 Al(OH) 3 + 3 H2SO4 6 H2O + Al 2(SO4)3. 1 mol H2SO4 2 mol Al(OH) 3 78 g Al(OH) 3. 59 g H2SO4 x x x 98 g H2SO4 3 mol H2SO4 1 mol Al(OH) 3. = 31 g Al(OH) 3. Reactivo limitante Al llevar a cabo una reacci n qu mica, los reactivos pueden estar o no en la proporci n exacta que determinan sus coeficientes estequiom tricos. Si se parte de una mezcla de productos que no es la estequiom trica, entonces el que se halla en menor cantidad se denomina reactivo limitante, pues la reacci n s lo tendr lugar hasta que se consuma ste, quedando el otro (u otros) reactivo en exceso. 2H2(g) + O2(g) 2H2O(l). Rendimiento Te rico La cantidad m xima que puede obtenerse de un determinado producto en una reacci n qu mica se denomina Rendimiento Te rico.

10 Es una cantidad que se calcula a partir de los coeficientes estequiom tricos de una ecuaci n qu mica y de las cantidades de reactivos empleadas. Cu l es el rendimiento te rico de sulfato de aluminio a partir de 39 grs de hidr xido de aluminio? 2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 6 H2O + Al 2(SO4)3. 1 mol Al(OH)3 1 mol Al2(SO4)3 342 g Al2(SO4)3. 39 g Al(OH)3 x x x 78 g Al(OH)3 2 mol Al(OH)3 1 mol Al2(SO4)3. Rendimiento Te rico = g Al2(SO4)3. Rendimiento Te rico y Reactivo Limitante Qu sucede si existe un reactivo limitante? 2Sb(g) + 3I2(s) 2 SbI3(s). Si se hacen reaccionar mol de Sb y mol de I2, cu l ser el rendimiento te rico? 1) Se calcula la cantidad de producto que se formar a a partir de cada reactivo: 2 mol de SbI3. mol de Sb x = mol de SbI3 REACTIVO LIMITANTE. 2 mol de Sb 2 mol de SbI3. mol de I2 x = mol de SbI3. 3 mol de I2. 2) Se calcula el rendimiento te rico a partir del reactivo limitante: 2 mol de SbI3 1005 gr SbI3.