ESTEQUIOMETRIAESTEQUIOMETRIA

La estequiometríaLa estequiometría es el estudio cuantitativo es el estudio cuantitativo de reactivos y productos en una reacción de reactivos y productos en una reacción química. química.

Reacción químicaReacción química: proceso en el cual una : proceso en el cual una sustancia (o sustancias) cambia para formar una sustancia (o sustancias) cambia para formar una o más sustancias nuevas. o más sustancias nuevas.

Las reacciones químicas se representan medianteLas reacciones químicas se representan mediante

ecuaciones químicasecuaciones químicas..

El MolEl Mol

Es la cantidad de sustancia que contiene tantas Es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales (átomos, moléculas, entidades elementales (átomos, moléculas, unidades fórmula, etc.) como átomos hay en unidades fórmula, etc.) como átomos hay en 0,012 kg (12 g) de carbono-12; 0,012 kg (12 g) de carbono-12;

Se ha demostrado que este número es: Se ha demostrado que este número es: 6,0221367 x 106,0221367 x 1023 23

Se abrevia como Se abrevia como 6.02 x 106.02 x 102323, y se conoce como , y se conoce como número de Avogadronúmero de Avogadro..

Masa molar.-Masa molar.- Es la masa de un mol de una Es la masa de un mol de una sustancia. sustancia.

CC44HH1010 + O + O22 H H22O + COO + CO22

reactantes reactantes productosproductos

Ecuación balanceadaEcuación balanceada

22 CC44HH1010 + + 1313 OO22 1010 HH22OO + + 88 COCO22

Coeficientes estequiométricosCoeficientes estequiométricos

Plan general para cálculos Plan general para cálculos estequiométricosestequiométricos

MASA DE REACTANTES

MASA DE PRODUCTOS

MOLES DE REACTANTES

MOLES DE PRODUCTO

Factor estequiométrico

2 Al(s) + 3 Br2 Al(s) + 3 Br22(liq) ------> Al(liq) ------> Al22BrBr66(s)(s)

REACTIVO LIMITANTE

REACTIVO LIMITANTEREACTIVO LIMITANTE

Al reactivo que se ha consumido en Al reactivo que se ha consumido en su totalidad en una reacción química su totalidad en una reacción química se le denominase le denomina reactivo limitantereactivo limitante, , ya que limita la cantidad de producto ya que limita la cantidad de producto formadoformado..

REACTIVO LIMITANTE REACTIVO LIMITANTE

HCl HCl + + Na OH Na OH →→ NaCl NaCl + + H H22O O

1 mol 1 mol 1 mol 1 mol 36,5 gr 40 gr. 36,5 gr 40 gr.

Pero qué sucede si se coloca a reaccionar 50 gr Pero qué sucede si se coloca a reaccionar 50 gr de HCl con 40 gr de NaOH. de HCl con 40 gr de NaOH.

HCl se encuentra en EXCESOHCl se encuentra en EXCESO. ( 13.5g). ( 13.5g)

NaOH es el REACTIVO LIMITANTENaOH es el REACTIVO LIMITANTE. .

Rendimiento de una Rendimiento de una reacciónreacción

La cantidad de producto que se obtiene si La cantidad de producto que se obtiene si reacciona todo el reactivo limitantereacciona todo el reactivo limitante se se denomina el denomina el rendimiento teórico de la rendimiento teórico de la reacción.reacción.

La cantidad de producto que se obtiene La cantidad de producto que se obtiene realmente en una reacciónrealmente en una reacción es eles el rendimiento realrendimiento real . .

Rendimiento real < Rendimiento teóricoRendimiento real < Rendimiento teórico

El rendimiento porcentual o El rendimiento porcentual o porcentaje de rendimiento describe porcentaje de rendimiento describe la relación entre el rendimiento real y la relación entre el rendimiento real y el rendimiento teórico: el rendimiento teórico:

   % de rendimiento = % de rendimiento = Rendimiento realRendimiento real x x

100100 Rendimiento teóricoRendimiento teórico

Tipos de solidosTipos de solidos

Sólido atómico sólido iónico sólido molecular

Fórmula.-Fórmula.- Combinación de símbolos que indica Combinación de símbolos que indica la composición química de una sustancia la composición química de una sustancia

Unidad fórmula o fórmula unitaria.-Unidad fórmula o fórmula unitaria.- La menor La menor unidad repetitiva de una sustancia, molécula para unidad repetitiva de una sustancia, molécula para las sustancias no iónicas. las sustancias no iónicas.

Fórmula empírica (fórmula más simple).-Fórmula empírica (fórmula más simple).- Es Es la fórmula más sencilla que expresa el número la fórmula más sencilla que expresa el número relativo de átomos de cada clase que contiene. relativo de átomos de cada clase que contiene.

Los números que figuran en la fórmula empírica Los números que figuran en la fórmula empírica deben ser enteros. deben ser enteros.

Fórmula molecularFórmula molecular.- .- Indica el número de Indica el número de átomos de cada clase que están contenidos en átomos de cada clase que están contenidos en una molécula de una sustancia. Se trata siempre una molécula de una sustancia. Se trata siempre de algún múltiplo entero de la fórmula empírica de algún múltiplo entero de la fórmula empírica

Ejemplo 1Ejemplo 1 Determine la fórmula empírica Determine la fórmula empírica

sabiendo que el análisis elemental de sabiendo que el análisis elemental de una muestra de un sulfuro de hierro una muestra de un sulfuro de hierro indica que los porcentajes de cada indica que los porcentajes de cada elemento son:elemento son:

Fe : 53.73%Fe : 53.73%

S : 46.27%S : 46.27%

Base de cálculo : 100gBase de cálculo : 100g

MasaMasa

ggmolesmoles RelaciónRelación

FeFe 53.7353.73 0.9620.96200

0.9620/0.9620 =10.9620/0.9620 =1 22

SS 46.2746.27 1.4581.458 1.458/0.9620=1.51.458/0.9620=1.51616

3.03.022

Fórmula Fe2S3

Peso atómico Fe = 55.85 g Peso atómico S = 32.06 g

Ejemplo 2Ejemplo 2 Se determinaron los porcentajes de Se determinaron los porcentajes de

C,H,O contenidos en la vitamina C, C,H,O contenidos en la vitamina C, quemando una muestra que pesa quemando una muestra que pesa 2mg; los pesos de CO2mg; los pesos de CO2 2 y H y H22O O formados son :formados son :

COCO2 2 == 3mg3mg

HH22O = 0.816mg O = 0.816mg

Masa de C contenido en COMasa de C contenido en CO22 , , formadoformado Peso atómico C= 12Peso atómico C= 12

Peso molecular COPeso molecular CO22= 44= 44

44 g CO2 44 g CO2 → 12 g C→ 12 g C

0.003g → x0.003g → x

x = 8.18xx = 8.18x-4-4g Cg C

Masa de H contenido en HMasa de H contenido en H22O , O , formadaformada

Peso atómico H = 1Peso atómico H = 1 Peso molecular HPeso molecular H22O= 18O= 18

18g H18g H22O O → 2g H→ 2g H

0.816x100.816x10-3 -3 g → xg → x

x= 9.066x10x= 9.066x10-5 -5 g g

% de C y de H en la muestra% de C y de H en la muestra

% de C = masa C x 100 = % de C = masa C x 100 = 8.18x108.18x10-4 -4 = 40.9= 40.9

masa muestra 2x10masa muestra 2x10-3-3

% de H = masa H x 100 = % de H = masa H x 100 = 9.066x109.066x10-5 -5 = 4.53= 4.53

masa muestra 2x10masa muestra 2x10-3-3

% de O = 100 – (40.9+4.53) = 54.5% de O = 100 – (40.9+4.53) = 54.5

Ejemplo 3Ejemplo 3 Calcule la fórmula empírica de la vitamina CCalcule la fórmula empírica de la vitamina C % C = 40.9 ; % H = 4.53 % O = 54.5 % C = 40.9 ; % H = 4.53 % O = 54.5 Base de cálculo 100Base de cálculo 100

Masa/gMasa/g molesmoles AmplificamAmplificamos os

Por 3 Por 3

CC 40.940.9 3.413.41 11 33

H H 4.534.53 4.534.53 1.321.32 3.963.96

OO 54.554.5 3.413.41 11 33

Fórmula empírica C3 H4 O3

Calcule la fórmula molecular de la Calcule la fórmula molecular de la vitamina C sabiendo que el peso vitamina C sabiendo que el peso molecular es de 180.molecular es de 180.

Peso según fórmula empírica:Peso según fórmula empírica:

C3H4O3 = 3(12)+4(1)+3(16)= 88 Relación pesos 180 ~ 2 88

Fórmula molecular C6H8O6

Masa atómicaMasa atómica.- .- De un átomo es la masa del átomo De un átomo es la masa del átomo expresada en unidades de masa atómica. expresada en unidades de masa atómica.

Peso atómico.-Peso atómico.- El peso promedio de las masas de los El peso promedio de las masas de los isótopos constituyentes de un elemento; masas relativas de isótopos constituyentes de un elemento; masas relativas de los átomos de diferentes elementos. los átomos de diferentes elementos.

Masa molecular.-Masa molecular.- Es la que se obtiene como suma de las Es la que se obtiene como suma de las de todos los átomos que intervienen en la fórmula de todos los átomos que intervienen en la fórmula molecular de una sustancia. molecular de una sustancia.

Peso molecular.-Peso molecular.- Masa de una molécula de una sustancia Masa de una molécula de una sustancia no iónica en unidades de masa atómica. no iónica en unidades de masa atómica.

Masa fórmulaMasa fórmula.- .- Es la que se obtiene como suma de las de Es la que se obtiene como suma de las de todos los átomos que intervienen en la fórmula empírica de todos los átomos que intervienen en la fórmula empírica de una sustancia. una sustancia.

Peso fórmula.-Peso fórmula.- La masa de una fórmula unitaria de La masa de una fórmula unitaria de sustancias en unidades de masa atómica. sustancias en unidades de masa atómica.

SUSTANCIAS CON IMPUREZASSUSTANCIAS CON IMPUREZAS

Si tenemos como reactivo 40 gramos de un HCl de Si tenemos como reactivo 40 gramos de un HCl de 46 % de pureza, en realidad solo hay 8,4 gr de 46 % de pureza, en realidad solo hay 8,4 gr de HCl para reaccionar.HCl para reaccionar.

Si tenemos medio litro de solución 0,6 Normal de Si tenemos medio litro de solución 0,6 Normal de HNO3, en realidad solo se dispone de 18,9 gr de HNO3, en realidad solo se dispone de 18,9 gr de HNO3 para reaccionar.HNO3 para reaccionar.

En muchas reacciones intervienen como En muchas reacciones intervienen como reactivos, y también son productos, sustancias en reactivos, y también son productos, sustancias en el estado gaseoso. El número de moles de una el estado gaseoso. El número de moles de una masa gaseosa se puede conocer conmasa gaseosa se puede conocer con

PV = nRTPV = nRT

EJEMPLOEJEMPLO Se coloca en un reactor 60 gramos de HNOSe coloca en un reactor 60 gramos de HNO33 del del 85 % de pureza para que reaccionen con 75 g 85 % de pureza para que reaccionen con 75 g

de de Mg(OH)Mg(OH)22 del 95 % de pureza. del 95 % de pureza. Se sabe que la reacción procede con un Se sabe que la reacción procede con un rendimiento porcentual del 88 %. rendimiento porcentual del 88 %.

La reacción igualada es :La reacción igualada es :

2 HNO2 HNO33 + + Mg (OH)Mg (OH)22 →→ Mg ( NOMg ( NO33 ) )2 2 + + 2 H2 H22OO

¿Cuál es el reactivo limitante?¿Cuál es el reactivo limitante? ¿Cuál es la cantidad de productos formados ?¿Cuál es la cantidad de productos formados ?

1) 1) 2 HNO2 HNO33 + + Mg (OH)Mg (OH)22 →→ Mg ( NOMg ( NO33 ) )2 2 + + 2 2 HH22OO

Datos Datos 60 gr al 85 % 75 gr al 95% % R60 gr al 85 % 75 gr al 95% % R = = 88 % gr. 88 % gr.

Reactantes puros (g)Reactantes puros (g) 60 x 0,85 75 x 0,9560 x 0,85 75 x 0,95 51 gr 71,25 gr51 gr 71,25 gr

Reactantes (moles)Reactantes (moles) 51 /63 71,25 / 5851 /63 71,25 / 58 0,809 moles 1,228 moles0,809 moles 1,228 moles

Teoricamente: (2:1)Teoricamente: (2:1) 0,809 moles 0,4045 moles 0,809 moles 0,4045 moles →→ 0,4045 moles 0,809 0,4045 moles 0,809

molesmoles

Reactivo limitante HNO3 Reactivo limitante HNO3 Reactivo en exceso de Mg (OH)Reactivo en exceso de Mg (OH)22

2 HNO2 HNO33 + + Mg (OH)Mg (OH)22 →→ Mg ( NOMg ( NO33 ) )2 2 + + 2 H2 H22OO

teóricosteóricos0,809 moles 0,4045 moles 0,809 moles 0,4045 moles 0,4045 moles 0,809 moles0,4045 moles 0,809 moles

Considerando el rendimiento de 88%:Considerando el rendimiento de 88%:

Experimentales Experimentales

0,7119 moles 0,3559 moles 0,3559 moles 0,7119 0,7119 moles 0,3559 moles 0,3559 moles 0,7119 molesmoles

0,3559 x 148 0,3559 x 148 0,7119 x 180,7119 x 18 52,67 gr.52,67 gr. 12,8 gr.12,8 gr.

EQUIVALENTE-GRAMOEQUIVALENTE-GRAMO

Número de gramos de un elemento Número de gramos de un elemento que corresponde a la ganancia o que corresponde a la ganancia o pérdida de n electrones, cuando entra pérdida de n electrones, cuando entra en combinación química con otro en combinación química con otro elemento.elemento.

Peso equivalente gramo= átomo –gramoPeso equivalente gramo= átomo –gramo

número de oxidación número de oxidación

1eq-g = masa fórmula / carga

EJEMPLOSEJEMPLOS

Equivalente –gramo del metal en :Equivalente –gramo del metal en :

NaCl = 23.00 / 1 = 23.00 gNaCl = 23.00 / 1 = 23.00 g

CaClCaCl22= 40.08 / 2 = 20.04 g= 40.08 / 2 = 20.04 g

FeFe22OO33= 55.85 / 3 = 18.62 g= 55.85 / 3 = 18.62 g

FeClFeCl22= 55.85 / 2 = 27.93 g= 55.85 / 2 = 27.93 g

Equivalente-gramo de ácidos, bases y sales

Equivalente-gramo de un ácido, base o sal representa al número de gramosdel compuesto que interviene en un cambio de electrones igual al número de Avogadro (6.02×1023 )

1eq-g = masa fórmula / carga

compuestocompuesto ionesiones cargacarga Peso eq-gPeso eq-g

HClHCl HH++ + Cl + Cl-- 11 36.46/1 = 36.46g36.46/1 = 36.46g

HH22SOSO44 2H2H++ + SO + SO442-2- 22 98.0872= 49.04g98.0872= 49.04g

NaOHNaOH NaNa++ + OH + OH-- 11 40.00/1=40.00g40.00/1=40.00g

Ca(OH)Ca(OH)22 CaCa2+ 2+ +2 OH+2 OH-- 22 74.10/2=37.05g74.10/2=37.05g

KK33POPO44 3K3K+ + + PO+ PO443-3- 33 212.3/3=70.77g212.3/3=70.77g

AlAl22(SO(SO44))33 2Al2Al3+ 3+ ++ SOSO442-2- 66 342.1/6=57.02g342.1/6=57.02g

Equivalente-gramo de oxidantes y Equivalente-gramo de oxidantes y reductoresreductores

1 equivalente –gramo = masa fórmula1 equivalente –gramo = masa fórmula

cambio en el número de oxidación cambio en el número de oxidación

Ejemplo.¿Cuántos gramos hay en un equivalente-gramo del oxidante y del

reductor en :

HNO3 + H2S → H2O + NO + S

NO3- → NO (+5 →+2) ⇒ 1eq-g de HNO3 = 63.02/ 3= 21.01g

H2S → S (-2 →0) ⇒ 1eq-g de H2S = 34.09/ 2= 17.05g

EjemploEjemplo Una base desconocida produce 0.030 Una base desconocida produce 0.030

moles de OHmoles de OH- - por 0.78 g de base ¿ Cual es por 0.78 g de base ¿ Cual es el peso equivalente de la base?el peso equivalente de la base?

Sabemos :Sabemos :

Un equivalente de base produce 1mol de OHUn equivalente de base produce 1mol de OH--

1eq base 1eq base → 1mol OH→ 1mol OH--

0.03eq base → 0.030moles OH0.03eq base → 0.030moles OH--

0.030 eq base = 0.78 g0.030 eq base = 0.78 g

⇒ ⇒ 1equiv. Base = 0.780/ 0.03 = 1equiv. Base = 0.780/ 0.03 = 26g.26g.