Estequiometría y Unidades Químicas

Estequiometría

• Es el estudio de las relaciones cuantitativas que existen entre las masas de las sustancias que intervienen en una reacción química.
• Proviene del griego: stoicheion (elemento) y metron (medir).
• Se trata de una rama de la química que trata sobre las relaciones cuantitativas entre las sustancias que participan en una reacción.

Unidades Químicas de Masa

Átomo Gramo (At-g)

• Cantidad de átomos presentes en una cantidad de gramos que equivale al número de la masa atómica del elemento.
• Un átomo-gramo o mol de átomos de un elemento contiene 6,022 x 10^23 átomos y pesan un número de gramos igual a la masa atómica de ese elemento.
• Ej: El peso atómico del carbono es 12, entonces 1 átomo-gramo tendrá 12 gramos de carbono.

Masa Atómica (m.A)

• Representa la masa relativa de un átomo y se expresa en uma (unidad de masa atómica).
• Uma: representa la doceava parte de la masa del átomo de carbono-12.

Masa Atómica Promedio

• Se calcula la masa promedio de la mezcla natural de isótopos de un elemento.
• Fórmula: mA = (MA1 * %1) + (MA2 * %2) + ... + (MAn * %n) / 100
• Donde: mA = Masa atómica promedio, MA = Masas atómicas de los isótopos (uma), % = Abundancia porcentual de los isótopos (%).

Masa Molecular (m.M.)

• Suma de las masas atómicas (en uma) en una molécula.

Masa Fórmula

• Se utiliza para compuestos iónicos que no contienen unidades moleculares discretas.

Mol

• Cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (átomos, moléculas u otras partículas) como átomos hay exactamente en 12 g del isótopo de carbono-12.
• Este número se conoce como el Número de Avogadro (NA).

Número de Avogadro (NA)

• 6,022 x 10^23
• Su nombre fue dado en honor al científico italiano Amedeo Avogadro (1776-1856).

Masa Molar

• Masa (en gramos o kilogramos) de 1 mol de unidades (como átomos o moléculas) de una sustancia.

Volumen Molar (Vo)

• Volumen que ocupa un mol de cualquier gas en condiciones normales (CN) o estándar de presión y temperatura (TPN) es igual a 22.4 L.
• 1 mol = 22,4 L

Composición Porcentual

• Porcentaje en masa de cada elemento presente en un compuesto.
• Se calcula dividiendo la masa de cada elemento contenida en 1 mol del compuesto entre la masa molar del compuesto y multiplicando por 100%.
• Fórmula: % = (n x M) / M̅ x 100
• “n” es el número de moles del elemento contenidos en 1 mol del compuesto.

Equivalente Gramo

• También llamada masa de combinación.
• Es la cantidad de una sustancia que reacciona con una cantidad arbitraria de otra sustancia en una reacción química determinada.
• Fórmula: Eq = M̅ / θ
• M̅ = Masa molar (g/mol)
• θ = Parámetro (Dependerá de la sustancia) (eq/mol)

Cálculos Estequiométricos de las Reacciones Químicas

• Expresan las cantidades conocidas como las desconocidas en términos de moles.
• Después, si es necesario, se convierten en otras unidades.
• Pasos:
  • Escriba una ecuación balanceada de la reacción.
  • Convierta la cantidad conocida del reactivo (en gramos u otras unidades) a número de moles.
  • Utilice la relación molar de la ecuación balanceada para calcular el número de moles del producto formado.
  • Convierta los moles de producto en gramos (u otras unidades) de producto.

Cálculos Estequiométricos

Reactivo Limitante (R.L.)

• Se consume primero en una reacción.
• Si se consume, no se puede formar más producto.

Reactivo Excedente (R.E.)

• Presente en mayor cantidad que lo necesario para reaccionar con la cantidad de reactivo limitante.

Pureza de Reactivos (% P)

• Las impurezas aumentan el peso de la sustancia pura, afectando la calidad del producto.
• Es necesario cuantificar las impurezas antes de hacer el cálculo estequiométrico.
• Permite conocer la cantidad real de reactivo puro.

Leyes Ponderales

• Ley de las proporciones definidas: Un compuesto dado siempre contiene los mismos elementos en la misma proporción en masa.
• Ley de las proporciones múltiples: Cuando dos elementos forman dos o más compuestos, las masas de un elemento que se combinan con una masa fija del otro elemento se encuentran en una relación de números enteros sencillos.
• Ley de la conservación de la masa: La masa de los reactivos de una reacción química es igual a la masa de los productos.
• Ley de las proporciones recíprocas: Cuando dos elementos reaccionan con un tercer elemento, la proporción en la que se combinan entre sí es la misma que la proporción en la que se combinan entre sí cuando reaccionan entre ellos.

Leyes Volumétricas

• Ley de los volúmenes de combinación: Los volúmenes de gases que reaccionan entre sí y los volúmenes de los gases que se producen, medidos a la misma temperatura y presión, se encuentran en una relación de números enteros sencillos.
• Ley de Avogadro: Volúmenes iguales de diferentes gases, a la misma temperatura y presión, contienen el mismo número de moléculas.

Rendimiento de una Reacción (% R)

Rendimiento Teórico

• Cantidad de producto que se forma cuando todo el reactivo limitante se consume, suponiendo que la reacción es completa.

Rendimiento Real

• Cantidad de producto realmente obtenida en una reacción específica.

Rendimiento Recuperado

• Cantidad de producto puro que se obtiene en una reacción.

Razones que Afectan el Rendimiento de una Reacción

• Los reactivos no se convierten por completo en productos.
• Reactivos que experimentan dos o más reacciones al mismo tiempo y forman productos deseados y no deseados (Reacciones secundarias).
• Dificultad para separar el producto deseado, lo que dificulta recuperar todo el producto formado.
• Descuido al manipular el producto obtenido.
• Condiciones inadecuadas de la reacción (temperatura o presión).