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CIbercuaderno de Quimica - AT II trimestre


2 TRIMESTRE
PLAN TRIMESTRAL

                      APUNTES TEÓRICOS.

1. ECUACIONES ESTEQUIOMETRICA.
A. CONCEPTO DE ESTEQUIOMETRICA.
B. LEYES QUE RIGEN LA ESTEQUIOMETRICA.
C. DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE SOLUCIONES.
C.1. POR MÉTODO FÍSICOS.
C.1.1. PORCENTAJE PESO/PESO.
C.1.2. PORCENTAJE PESO/VOLUMEN .
C.1.3. PORCENTAJE VOLUMEN/VOLUMEN.
C.1.4. FRACCIÓN MOLAR.
C.1.5. PARTES POR MILLON (P.P.M).
C.2. POR MÉTODOS QUIMICOS.
C.2.1. MOLARIDAD.
C.2.2. MOLALIDAD.
C.2.3. NORMALIDAD.
D. FORMAS DE BALANCEAR  ECUACIONES QUÍMICAS.
D.1. MÉTODO ALGEBRAÍCO.
D.1.2. MÉTODO OXIDACIÓN REDUCCIÓN
D.1.3. MÉTODO DE IÓN ELECTRÓN.
D.1.4. OTROS.
E. COMPOSICIÓN CENTESIMAL.
F.FORMAS DE INTERPRETAR ECUACIONES ESTEQUIOMETRICAS.
G. CONCEPTO DE RAZÓN MOLAR.
H. REACTIVOS LIMITANTES.
I. RENDIMIENTO TEÓRICO Y REAL.
J. RENDIMIENTO Y PUREZA.
                              DESARROLLO:

I. ECUACIONES ESTEQUIOMETRICA

A.CONCEPTO DE ESTEQUIOMETRIA
La Estequiometria (del 
griego στοιχειονstoicheion, 'elemento' y μετρονmétrón, 'medida') es el cálculo de las relaciones cuantitativas entre los componentes reducidos1 y oxidado (química)|productos]] en el transcurso de una reacción química.2 Estas relaciones se pueden deducir a partir de la teoría atómica, aunque históricamente se enunciaron sin hacer referencia a la composición de la materia, según distintas leyes y principios.

B.LEYES QUE RIGEN LA ESTEQUIOMETRIA.
1ª Ley de la Estequiometría o Ley de conservación de masa de Lavoisier.

“En toda reacción química las cantidades en masa de los reactivos son iguales a las cantidades en masa de lo productos”.

2ª Ley de las proporciones constantes de Proust.

“Cuando dos o más elementos se unen para formar un mismo compuesto, siempre lo hacen en una relación ponderal constante”. 

3ª Ley de las proporciones múltiples de Dalton.

“Cuando dos o más elementos se unen para formar una serie de compuestos, si el peso de uno de ellos permanece constante y el otro varía, las cantidades de este son múltiplos enteros de la menor de ellas”.

4ª Ley de las Proporciones Recíprocas o Equivalentes de Richter - Wenztel.

“Cuando dos elementos se combinan separadamente con un peso fijo de un tercer elemento, los pesos relativos de aquellos son los mismos que sí se combinan entre sí“.

C.DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACIÓN  DE SOLUCIONES.
La concentración de una solución expresa la cantidad de soluto presente en una cantidad dad de solvente o de solución. En términos cuantitativos, esto es, la relación o proporción matemática entre la cantidad de soluto y la cantidad de solvente o, entre soluto y solución. Esta relación suele expresarse en porcentaje. 

C.1 POR MÉTODOS FÍSICOS

C.1.1 PORCENTAJE PESO/PESO

Relaciona la masa del soluto, en gramos, presente en una cantidad dad de solución. Teniendo en cuenta que el resultado se expresa como porcentaje de soluto, la cantidad de patrón de solución suele tomar como 100 gr. 

 
 
 
 
C.1.2. PORCENTAJE PESO /VOLUMEN
Representa la masa de soluto (en gr) por cada 100 ml de solución. Se puede calcular según la expresión: 

 
 
 


C.1.3 PORCENTAJE VOLUMEN /VOLUMEN
Se refiere al volumen de soluto, en mL, presente en cada 100 ml de solución La expresión que utilizamos para calcularlo es 
 
 

C.1.4. FRACCIÓN MOLAR
Expresa el número de moles de un componente de la solución, en relación con el número total de moles, incluyendo todos los componentes presentes calcula mediante la expresión:
 
 

C.1.5. PARTES POR MILLÓN (P.P.M.)
para medir algunas concentraciones pequeñas, por ejemplo, las partículas contaminantes que eliminan los automotores o la cantidad de cloro o fluor presentes en el agua potable, se utiliza una unidad de concentración denominada partes por millón (ppm), que mide las partes de soluto presentes en un millón de partes de solución. Para soluciones solidad se utilizan, por lo general, las unidades mg/Kg. y las soluciones liquidas mg/L. La siguiente expresión, permite calcular las partes por millón 

 
 
C.2 POR MÉTODOS QUÍMICOS

C.2.1.MOLARIDAD
Es la forma más usual de expresar la concentración de una solución. Se define como el numero de moles de soluto disueltos en un litro de solución. Alternativamente, se puede expresar como mili moles de soluto disuelto en mL de solución. Matemáticamente se expresa así:


 
C.2.2. MOLALIDAD
Indica la cantidad de moles de soluto presentes en un Kg. (1.000 gr) de solvente. Cuando el solvente de agua, y debido a que la densidad de esta es 1gr/ml, 1 Kg. de agua equivalente a un litro. La molalidad se calcula mediante la expresión:
 
                      
 
C.2.3 NORMALIDAD
Relaciona el numeró de equivalentes gramos o equivalentes químicos de un soluto con la cantidad de solución, en litros. Se expresa como: 


 D. FORMAS DE BALANCEAR ECUACIONES QUÍMICAS
Cuando la reacción química se expresa como ecuación, además de escribir correctamente todas las especies participantes (nomenclatura), se debe ajustar el número de átomos de reactivos y productos, colocando un coeficiente a la izquierda de los reactivos o de los productos. El balanceo de ecuaciones busca igualar el de átomos en ambos lados de la ecuación, para mantener la Ley de Lavoisiere. 
Por ejemplo en la siguiente reacción (síntesis de agua), el número de átomos de oxígenos de reactivos, es mayor al de productos.

H2 + O2 ® H2O

Para igualar los átomos en ambos lados es necesario colocar coeficientes y de esta forma queda una ecuación balanceada.


2 H2 + O2 ® 2 H2O

D.1 MÉTODOS ALGEBRAÍCO

Este método es un proceso matemático que consistente en asignar literales a cada una de las especies , crear ecuaciones en función de los átomos y al resolver las ecuaciones, determinar el valor de los coeficientes.
Ecuación a balancear:

FeS + O2 ® Fe2O3 + SO2

Los pasos a seguir son los siguientes:

1. Escribir una letra, empezando por A, sobre las especies de la ecuación:

A

 

B

 

C

 

D

FeS + O2 à Fe2O3

+

SO2
2. Escribir los elementos y para cada uno de ellos establecer cuántos hay en reactivos y en productos, con respecto a la variable. Por ejemplo hay un Fe en reactivos y dos en productos, pero en función de las literales donde se localizan las especies (A y C) se establece la ecuación A = 2C .

El símbolo produce (® ) equivale al signo igual a (=).

      Fe       A = 2C

       S         A = D

       O        2B = 3C + 2D

3. Utilizando esas ecuaciones, dar un valor a cualquier letra que nos permita resolver una ecuación (obtener el valor de una literal o variable) y obtener después el valor de las demás variables. Es decir se asigna un valor al azar (generalmente se le asigna el 2) a alguna variable en una ecuación, en este caso C = 2 , de tal forma que al sustituir el valor en la primera ecuación se encontrará el valor de A. Sustituyendo el valor de A en la segunda ecuación se encuentra el valor de D y finalmente en la tercera ecuación se sustituyen los valores de C y D para encontrar el valor de B.

A
 
B
 
C
 
D
FeS
+
O2
à 
Fe2O3
+
SO2

    Fe    A = 2C                     Sí C =2       A= D         2B = 3C + 2D 
    S     A = D                        A= 2C         D = 4         2B = (3)(2) + (2)(4) 
   O   2B = 3C + 2D            A= 2(2)                         2B = 14

                                                       A = 4                              B = 14/2     B = 7

4. Asignar a cada una de las especies el valor encontrado para cada una de las variables:

 

A
 
B
 
C
 
D
4 FeS
+
O2
à
2Fe2O3
+

4SO

 

 

D.1.2. MÉTODOS OXIDACÍON REDUCCIÓN

Para balancear una reacción por este método , se deben considerar los siguiente pasos

1)Determinar los números de oxidación de los diferentes compuestos que existen en la ecuación.

Para determinar los números de oxidación de una sustancia, se tendrá en cuenta lo siguiente:

En una formula siempre existen en la misma cantidad los números de oxidación positivos y negativos

El Hidrogeno casi siempre trabaja con +1, a ecepcion los hidruros de los hidruros donde trabaja con −1

El Oxigeno casi siempre trabaja con −2

Todo elemento que se encuentre solo, no unido a otro, tiene numero de oxidación 0

2) Una vez determinados los números de oxidación , se analiza elemento por elemento, comparando el primer miembro de la ecuación con el segundo, para ver que elemento químico cambia sus números de oxidación

0 0 +3 −2

Fe + O2 Fe 2 O 3

Los elementos que cambian su numero de oxidación son el Fierro y el Oxigeno, ya que el Oxigeno pasa de 0 a −2 Y el Fierro de 0 a +3

3) se comparan los números de los elementos que variaron, en la escala de Oxido-reducción

0 0 +3 −2

Fe + O2 Fe 2 O 3

El fierro oxida en 3 y el Oxigeno reduce en 2

4) Si el elemento que se oxida o se reduce tiene numero de oxidación 0 , se multiplican los números oxidados o reducidos por el subíndice del elemento que tenga numero de oxidación 0

Fierro se oxida en 3 x 1 = 3

Oxigeno se reduce en 2 x 2 = 4

5) Los números que resultaron se cruzan, es decir el numero del elemento que se oxido se pone al que se reduce y viceversa

4Fe + 3O2 2Fe2O3

Los números obtenidos finalmente se ponen como coeficientes en el miembro de la ecuación que tenga mas términos y de ahí se continua balanceando la ecuación por el método de tanteo

Otros ejemplos

K Cl O 3 KCl + O2

+1 +5 −2 +1 −1 0

K Cl O 3 KCl + O2

Cl reduce en 6 x 1 = 6

O Oxida en 2 x 1 = 2

2KClO3 2KCl + 6O2

Cu + HNO3 NO2 + H2O + Cu(NO3)2

0 +1 +5 −2 +4 −2 +2 −2 +2 +5 −2

Cu + HNO3 NO2 + H2O + Cu(NO3)2

Cu oxida en 2 x 1 = 2

N reduce en 1 x 1 = 1

Cu + HNO3 2NO2 + H2O + Cu(NO3)2

Cu + 4HNO3 2NO2 + 2H2O + Cu(NO3)2

D.1.3. MÉTODOS DE IÓN ELECTRÓN 
En el método de ión-electrón(conocido también como método de medida reacción), la reacción total se separa en medias reacciones que se balancean y suman por separado. Aunque este método es un poco más complicado que el método de oxidación, se apega más a la realidad para reacciones de redox en soluciones acuosas. El método ión-electrón reconoce no sólo un elemento sufre un cambio sino la molécula o ion completo. Este método también proporciona las bases apropiadas para el estudio de la electroquímica, en la que intervienen aplicaciones de medias balanceadas.

Las reglas para balancear ecuaciones son un poco diferentes en solución ácida[con iones H+ (ac)], que en solución básica [con iones OH-(ac)].

Ambos casos se toman por separado, estudiando primero las reacciones en solución ácida. Para simplificar las ecuaciones, se balancean sólo las ecuaciones iónicas netas.

El balanceo en una solución acuosa ácida se ilustra por medio de la siguiente ecuación no balanceada:

CrO - (ac) + Cl- (ac) + H+ (ac) Cr (ac) + Cl (g) + H O

1.- Separe la molécula o ion que contenga un elemento que ha sido oxidado o reducido y el producto que contenga el elemento que cambió. Si es necesario calcule los estados de oxidación de cada elemento, hasta que sea posible reconocer las especies que cambiaron. En realidad no es necesario conocer el estado de oxidación, el proceso de reducción es:

Cr O Cr+

2.- Si es necesario, balancee el elemento que sufra un cambio en el estado de oxidación. En este caso es el Cr.

Cr O 2Cr+

3.- Balancee los oxígenos, agregando H2O del lado que se requieran (un H2O por cada O requerido).

Cr2 O7 2Cr + 7H2O

4.- Balancee los hidrógenos agregando H+ al lado contrario de los H2O (2H+ por cada H2O agregado).

14H + Cr2 O7 2Cr + 7H2O

5.- Los elementos en la media reacción están ahora balanceados. Revise para estar seguro. La carga para ambos lados de la media reacción debe de estar balanceada, para hacer esto, agregue el número apropiado de electrones al lado mas positivo. La carga total a la izquierda es (14 x + 1) + (−2) = +12. La carga total a la derecha es (2 x + 3) = +6. Agregando 6e a la izquierda, las cargas se balancean a ambos lados y la media reacción queda balanceada:

6e + 14H + Cr 2 O 7 2Cr + 7H2O

6.- Repita el mismo procedimiento para la otra media reacción:

Cl- Cl2

2Cl- Cl2

2Cl- Cl2 + 2e

7.- Las 2 medias reacciones se suman, de modo que los electrones se cancelan( los electrones ganados igualan a los perdidos). Observe que el proceso de oxidación se multiplican por 3, ya que se necesitan 6e para el proceso de reducción.

3(2Cl- Cl2 + 2e )

6Cl- 3Cl2 + 6e

La adición da como resultado la ecuación iónica balanceada

6e + 14H + Cr 2 O 7 2Cr + 7H2O

6Cl- 3Cl2 + 6e

14H (ac) + 6Cl- (ac) + Cr 2 O 7- (ac) 2Cr (ac) + 3Cl2 (g) + 7H2O

D.1.4. OTROS

Balanceo de ecuaciones por el método de Tanteo

El método de tanteo consiste en observar que cada miembro de la ecuación se tengan los átomos en la misma cantidad, recordando que en

H2SO44 hay 2 Hidrogenos 1 Azufre y 4 Oxigenos

5H22SO24 hay 10 Hidrógenos 5 azufres y 20 Oxígenos

Para equilibrar ecuaciones, solo se agregan coeficientes a las formulas que lo necesiten, pero no se cambian los subíndices.

Ejemplo: Balancear la siguiente ecuación

H2O + N 2 O 5 NHO3

Aquí apreciamos que existen 2 Hidrógenos en el primer miembro (H2O). Para ello, con solo agregar un 2 al NHO3 queda balanceado el Hidrogeno.

H2O + N 2 O 5 2 NHO3

Para el Nitrógeno, también queda equilibrado, pues tenemos dos Nitrógenos en el primer miembro (N 2 O 5) y dos Nitrógenos en el segundo miembro (2 NHO3)

Para el Oxigeno en el agua (H2O) y 5 Oxígenos en el anhídrido nítrico (N 2 O 5) nos dan un total de seis Oxígenos. Igual que (2 NHO3)

Otros ejemplos

HCl + Zn Zn Cl 2? H2

2HCl + Zn Zn Cl 2 H2

K Cl O 3 KCl + O2

K Cl O 3 2KCl + 3O2

E.COMPOSICIÓN CENTESIMAL

La composición centesimal indica el porcentaje en masa, de cada elemento que forma parte de un compuesto.1 Se obtiene a partir de la fórmula molecular del compuesto, ya que ésta nos indica el número de átomos de cada elemento presentes en el compuesto.

Para calcular la composición centesimal de cada elemento, se aplica la siguiente expresión:

C_i =  cfrac {n_i cdot PM_i}{PM_{compuesto}} cdot 100

En donde ni indica el número de átomos del elemento i considerado y PMi la masa atómica de dicho elemento.

El denominador es la masa molecular del compuesto.

F. FORMAS DE INTERPRETAR ECUACIONES ESTEQUIOMETRICAS
  

Interpretacion de Una Ecuacion Quimica

 

En la ecuación se hace referencia al H2 y al O2 como reactivos, que son las sustancias iniciales en una reacción química. El agua es el producto, es decir, la sustancia formada como resultado de una reacción química. Una ecuación química es, entonces, la descripción breve que un químico hace de una reacción química. Por convenio, en una ecuación química los reactivos se escriben a la izquierda y los productos a la derecha de la flecha:

Reaccion Quimica
Para proporcionar información adicional, con frecuencia los químicos indican el estado físico de los reactivos y productos utilizando las letras g, l y s para los estados gaseoso, líquido y sólido, respectivamente. Por ejemplo:

Reacciones Quimicas

donde ac significa medio acuoso (es decir, agua). Al escribir H2O sobre la flecha se indica el proceso físico de disolver una sustancia en agua, aunque a veces no se escribe, para simplificar.
El conocimiento del estado físico de los reactivos y productos es muy útil en el laboratorio. Por ejemplo, cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en un medio acuoso, se forma un sólido, el bromuro de plata (AgBr). Esta reacción se representa mediante la ecuación:

Reaccion Quimica
G. CONCEPTO DE RAZÓN MOLAR

"Razón" es sinónimo de cociente o proporción o fracción.,por lo tanto la razón molar será un cociente entre concentraciones molares.
Es conocida la llamada FRACCIÓN MOLAR, y no es otra cosa que el numero de moles de la sustancia en estudio, dividida por la cantidad total de moles. eso se aplica mucho en los temas de gases (presiones parciales) y en destilación.

H.REACTIVO LIMITANTE

El reactivo limitante es el reactivo que en una reacción química determina, o limita, la cantidad de producto formado.

Cuando una ecuación está balanceada, la estequiometría se emplea para saber los moles de un producto obtenidos a partir de un número conocido de moles de un reactivo. La relación de moles entre reactivo y producto se obtiene de la ecuación balanceada.

Generalmente cuando se efectúa una reacción química los reactivos no se encuentran en cantidades estequiométricas exactas, es decir, en las proporciones que indica su ecuación balanceada. En consecuencia, algunos reactivos se consumen totalmente, mientras que otros son recuperados al finalizar la reacción. El reactivo que se consume en primer lugar es llamado reactivo limitante, ya que la cantidad de éste determina la cantidad total de producto formado. Cuando este reactivo se consume, la reacción se detiene. El o los reactivos que se consumen parcialmente son los reactivos en exceso.

I. RENDIMIENTO TEÓRICO Y REAL

 
La cantidad real obtenida del producto, dividida por la cantidad teórica máxima que puede obtenerse (100%) se llama rendimiento.

Rendimiento teórico

La cantidad de producto que debiera formarse si todo el reactivo limitante se consumiera en la reacción, se conoce con el nombre de rendimiento teórico.


A la cantidad de producto realmente formado se le llama simplemente rendimiento o rendimiento (real) de la reacción. Es claro que siempre se cumplirá la siguiente desigualdad


J. RENDIMIENTO Y PUREZA

Un rendimiento o eficiencia de la reacción de un 100%, base con la cual hemos obtenido una cantidad de productos teóricos o producido teórico. En la realidad de los procesos químicos, el caso común es que el rendimiento de la reacción sea menor que un 100%, o, en otras palabras, que el producido real sea menor que el teórico. Existen varias causas para esta disminución en el rendimiento como son reacciones incompletas de por sí o reacciones incompletas de por sí o reacciones secundarias que conducen a otros productos. 

Otros de los factores que influyen en el rendimiento, de la reacción es la Pureza de los reaccionantes o productos, que algunas veces pueden contener algunas impurezas, aún después de procesos previos de purificación
.


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Apentes Teoricos
CiberCuaderno de Quimica Perteneciente a : Kenisha Ogbeide de XI N Profesora: Ana Luisa Petit de Gongora Este sitio web fue creado de forma gratuita con PaginaWebGratis.es. ¿Quieres también tu sitio web propio?
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