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Contenido principal

Estequiometría

Introducción

Galletas recién horneadas sobre una rejilla para enfriar
Podrías utilizar tus habilidades de estequiometría ¡para hacer el doble de una receta de galletas! Crédito de imagen: "Chocolate Chip Cookies" (Galletas de chispas de chocolate) por Kimberley Vardeman en Wikimedia Commons, CC-BY 2.0.
Una ecuación química balanceada se parece a una receta para hacer galletas con chispas de chocolate. Muestra qué reactivos (los ingredientes) se combinan para formar qué productos (las galletas). También muestra las relaciones numéricas entre los reactivos y los productos (como cuántas tazas de harina se necesitan para hacer un grupo de galletas).
Estas relaciones numéricas se conocen como estequiometría de una reacción, un término derivado de las palabras del griego antiguo stoicheion ("elemento") y metron ("medida"). En este artículo, examinaremos cómo podemos utilizar las relaciones estequiométricas de las ecuaciones químicas balanceadas para determinar la cantidad de sustancias consumidas y producidas en las reacciones químicas.

Ecuaciones balanceadas y relaciones molares

Un tipo común de relación estequiométrica es la proporción molar, que relaciona la cantidad de moles de dos sustancias cualesquiera en una reacción química. Podemos escribir una proporción molar para un par de sustancias examinando los coeficientes que hay delante de cada especie en la ecuación química balanceada. Por ejemplo, consideremos la ecuación para la reacción entre óxido de hierro (III) y aluminio metálico:
start text, F, e, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, s, right parenthesis, plus, start color #11accd, 2, end color #11accd, start text, A, l, end text, left parenthesis, s, right parenthesis, right arrow, start color #e84d39, 2, end color #e84d39, start text, F, e, end text, left parenthesis, l, right parenthesis, plus, start text, A, l, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, s, right parenthesis
Los coeficientes en la ecuación nos indican que 1 mol de FeX2OX3\ce{Fe2O3} reacciona con 2 moles de A, l, y forman 2 moles de F, e y 1 mol de AlX2OX3\ce{Al2O3}. Podemos escribir la relación entre el FeX2OX3\ce{Fe2O3} y el A, l como la siguiente proporción molar:
1, start text, m, o, l, space, F, e, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript, colon, start color #11accd, 2, end color #11accd, start text, m, o, l, space, A, l, end text
Con esta proporción, podríamos calcular cuántos moles de start text, A, l, end text se necesitan para reaccionar completamente con cierta cantidad de start text, F, e, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript, o viceversa. En general, las proporciones molares se pueden utilizar para convertir entre las cantidades de dos sustancias cualquiera involucradas en una reacción química. Para ilustrar esto, vayamos paso a paso con un ejemplo donde usamos una proporción molar para convertir entre cantidades de reactivos.

Ejemplo: el uso de relaciones molares para calcular la masa de un reactivo

Considera la siguiente ecuación no balanceada:
NaOH(ac)+HX2SOX4(ac)HX2O(l)+NaX2SOX4(ac)\ce{NaOH}(ac) + \ce{H2SO4}(ac) \rightarrow \ce{H2O}(l) + \ce{Na2SO4}(ac)
¿Cuántos gramos de N, a, O, H se requieren para consumir 3, point, 10 gramos de HX2SOX4\ce{H2SO4} completamente?
Primero lo primero: ¡tenemos que balancear la ecuación! En este caso, tenemos 1 átomo de N, a y 3 átomos de H del lado de los reactivos y 2 átomos de N, a y 2 átomos de H del lado de los productos. Podemos balancear la ecuación colocando un 2 frente al N, a, O, H (para que haya 2 átomos de start text, N, a, end text de cada lado) y otro 2 frente al HX2O\ce{H2O} (para que haya 6 átomos de O y 4 átomos de H de cada lado). Hacer esto nos da la siguiente ecuación balanceada:
2NaOH(ac)+HX2SOX4(ac)2HX2O(l)+NaX2SOX4(ac)\ce{2NaOH}(ac) + \ce{H2SO4}(ac) \rightarrow \ce{2H2O}(l) + \ce{Na2SO4}(ac)
Ahora que tenemos la ecuación balanceada, vamos a resolver el problema. Recordemos: queremos encontrar la masa de N, a, O, H que se necesita para reaccionar completamente con 3, point, 10 gramos de HX2SOX4\ce{H2SO4}. Podemos abordar este problema de estequiometría con los siguientes pasos:

Paso 1: convertir la masa conocida del reactivo a moles

Con el fin de relacionar las cantidades de HX2SOX4\ce{H2SO4} y N, a, O, H usando una proporción molar, primero tenemos que saber la cantidad de HX2SOX4\ce{H2SO4} en moles. Podemos convertir los 3, point, 10 gramos de HX2SOX4\ce{H2SO4} a moles con la masa molar de HX2SOX4\ce{H2SO4} (98, point, 08, space, g, slash, m, o, l):
3, point, 10, start cancel, start text, g, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, end cancel, times, start fraction, 1, start text, m, o, l, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, divided by, 98, point, 08, start cancel, start text, g, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, end cancel, end fraction, equals, 3, point, 16, times, 10, start superscript, minus, 2, end superscript, start text, m, o, l, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript

Paso 2: utilizar la proporción molar para encontrar los moles del otro reactivo

Ahora que tenemos la cantidad de HX2SOX4\ce{H2SO4} en moles, vamos a convertir moles de HX2SOX4\ce{H2SO4} en moles de N, a, O, H usando la proporción molar apropiada. De acuerdo con los coeficientes en la reacción química balanceada, se requieren 2 moles de N, a, O, H por cada 1 mol de HX2SOX4\ce{H2SO4}, por lo que la proporción molar es:
start fraction, 2, start text, m, o, l, space, N, a, O, H, end text, divided by, 1, start text, m, o, l, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, end fraction
Multiplicar el número de moles de HX2SOX4\ce{H2SO4} por este factor nos da el número de moles de N, a, O, H que se necesitan:
3, point, 16, times, 10, start superscript, minus, 2, end superscript, start cancel, start text, m, o, l, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, end cancel, times, start fraction, 2, start text, m, o, l, space, N, a, O, H, end text, divided by, 1, start cancel, start text, m, o, l, space, H, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, S, O, end text, start subscript, 4, end subscript, end cancel, end fraction, equals, 6, point, 32, times, 10, start superscript, minus, 2, end superscript, start text, m, o, l, space, N, a, O, H, end text
Observa cómo escribimos la proporción molar para que se puedan cancelar las moles de HX2SOX4\ce{H2SO4}, lo que da como resultado moles de N, a, O, H como unidad final. Para conocer cómo se pueden tratar las unidades como números y así llevar la cuenta en problemas como este, mira este video sobre análisis dimensional.

Paso 3: convertir moles de otros reactivos a masa

Nos piden la masa de N, a, O, H en gramos, por lo que nuestro último paso es convertir los 6, point, 32, times, 10, start superscript, minus, 2, end superscript moles de N, a, O, H a gramos. Podemos hacerlo usando la masa molar de N, a, O, H (40, point, 00, space, g, slash, m, o, l):
6, point, 32, times, 10, start superscript, minus, 2, end superscript, start cancel, start text, m, o, l, space, N, a, O, H, end text, end cancel, times, start fraction, 40, point, 00, start text, g, space, N, a, O, H, end text, divided by, 1, start cancel, start text, m, o, l, space, N, a, O, H, end text, end cancel, end fraction, equals, 2, point, 53, start text, g, space, N, a, O, H, end text
Por lo tanto, se requieren 2, point, 53, space, g de N, a, O, H para consumir completamente 3, point, 10 gramos de HX2SOX4\ce{H2SO4} en esta reacción.
Atajo: podríamos haber combinado los tres pasos en un solo cálculo, como se muestra en la siguiente expresión:
3.10  g H2SO4 × 1  mol H2SO498.08  g H2SO4  ×  2  mol NaOH1  mol H2SO4  ×  40.00  g NaOH1  mol NaOH = 2.53  g NaOHPaso 1Paso 2Step 3Encontrar moles de H2SO4Usar proporcioˊn molarEncontrar g de NaOH\underbrace{3.10\; \cancel{\text{g H}_2\text{SO}_4} ~\times~ \dfrac{1\; \cancel{\text{mol H}_2\text{SO}_4}}{98.08\; \cancel{\text{g H}_2\text{SO}_4}}} ~~\times~~ \underbrace{\dfrac{2\; \cancel{\text{mol NaOH}}}{1\; \cancel{\text{mol H}_2\text{SO}_4}}} ~~\times~~ \underbrace{\dfrac{40.00\; \text{g NaOH}}{1\; \cancel{\text{mol NaOH}}}} ~=~ 2.53\; \text {g NaOH} \\ \kern5.6em \text{Paso 1} \kern9.5em \text{Paso 2} \kern5.6em \text{Step 3} \\ \kern3.1em \text{Encontrar moles de H}_2\text{SO}_4 \kern4.8em \text{Usar proporción molar} \kern2.1em \text{Encontrar g de NaOH}
Sin embargo, ¡asegúrate de poner atención especial a las unidades si usas esta estrategia!

Resumen

Una ecuación química balanceada nos muestra las relaciones numéricas entre cada una de las especies involucradas en un cambio químico. Podemos usar estas relaciones numéricas para escribir proporciones molares, lo que nos permite convertir entre las cantidades de reactivos y/o productos (¡y así resolver problemas de estequiometría!).
Los ingredientes típicos para las galletas incluyen mantequilla, harina, almendras, chocolate, así como un rodillo y cortapastas. Todo está disperso sobre una mesa de madera
El llevar a cabo una reacción química es como hacer galletas. ¡Aunque esperamos que tu mesa de laboratorio esté más limpia que esta mesa de cocina! Crédito de la imagen: Congerdesign en Pixabay, Pixabay License.
Para saber más sobre otros cálculos estequiométricos comunes, revisa esta emocionante segunda parte sobre reactivos limitantes y rendimiento porcentual.

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  • Avatar piceratops ultimate style para el usuario Christian
    No entendí muy bien los ejercicios, pero no me rendiré. :l
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  • Avatar starky sapling style para el usuario Galindo Estudillo Gael Neftalí
    las galletas son un buen ejemplo, aunque me dio hambre ;)
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  • Avatar blobby green style para el usuario Shamael Duran
    como se yo cuanto es el peso molecular, si solo me dan 3,10?? de donde sale que sabemos que el peso molecular de H2 SO4 es de 98,09 g/mol " lo saben ellos, yo no lo se, de donde sale si no te dan esos datos cuando te lanzan la pregunta del ejercicio?
    (5 votos)
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    • Avatar blobby green style para el usuario Lyndell Fruci
      A mí me enseñaron que el peso molecular se saca de la siguiente manera:
      En el compuesto H2SO4 tenemos dos átomos de hidrógeno, lo cual lo multiplicaremos por su peso atómico sería:
      H=2x1.0079=2,0158
      Con el azufre y el oxígeno haremos el mismo proceso
      S=1x32.064=32.064
      O=4x15.999=63.996
      PD: En la tabla periódica te indica cuál es el peso atómico del elemento.
      Luego sumaremos el total de esas multiplicaciones
      2.0158+32.064+63.996=98.0758
      Supongo que ahí lo aproximaron.
      Espero que te haya servido mi explicación
      (2 votos)
  • Avatar blobby green style para el usuario putocid4
    Entonces me gusta la galleta
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  • Avatar aqualine seed style para el usuario Andrea Sanchez
    Tip: si se tiene solo los datos de gramos, para no hacer dos conversiones de gr a moles y luego de moles a gramos, se pueden poner los gramos arriba de la formula, y se saca el PM y se multiplica por el coeficiente de la formula ya balanceada, se saca de ambos compuestos, el que ya se tiene los gramos y el que es por obtener, luego solo se acomodan para regla de tres y listo, obtienes los gramos sin conversiones.
    Muy util su informacion, gracias.
    (3 votos)
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  • Avatar aqualine seed style para el usuario gabrielacontreras647
    no queda mejor hacer balance, sacar pesos y luego una regla de tres?
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  • Avatar blobby blue style para el usuario Guillermo Palomo
    Supongo que esta bien para repasar para la escuela
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  • Avatar blobby green style para el usuario Valeria Sánchez
    A las
    Para la comprobación deaconservación de la masa se usa el reactivo limitante o el que está en exceso
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  • Avatar blobby green style para el usuario Jose Ines Bernardo
    que es cla reacio9n valanceadad
    (1 voto)
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  • Avatar blobby green style para el usuario Maria Salinas
    no entendí mucho de este tema!
    (1 voto)
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