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INTRODUCCIÓN
El estudio de la naturaleza cuantitativa de la formulas químicas y las reaccionesquímicas es conocida como estequiometria, palabra derivada del griego
stoicheion (elemento) y metron (medida).
La estequiometria es la parte de la química que se refiere a la determinación de
las masas de combinación de las substancias en una reacción química, hace
referencia al número relativo de átomos de varios elementos encontrados en una
sustancia química y a menudo resulta útil en la calificación de una reacción
química, en otras palabras se puede definir como la parte de la Química que trata
sobre las relaciones cuantitativas entre los elementos y los compuestos en
reacciones químicas.
Para entender mejor a esta rama de la química, es necesario establecer algunos
conceptos como lo es; mol que se define como la cantidad de materia que tiene
tantos objetos como el número de átomos que hay en exactamente en 12 gramos
de 12C, así como también La reacción química se define como,
el proceso mediante el cual una o más sustancias sufren un proceso de
transformación; entre otras definiciones importantes las cuales se estará
desarrollando de una manera más explícita y detallada en la
siguiente investigación realizada. (1).
OBJETIVOS:
Definir las relaciones que existen entre los pesos de las sustancias
reaccionantes y de los productos.
Observar los cambios cualitativos y cuantitativos que ocurren en una reacción
química.
Comprobar experimentalmente la ley de la conservación de la masa.
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II. FUNDAMENTO TEORICO
La estequiometria es el cálculo de las relaciones cuantitativas entre reactantes1 (o
también conocidos como reactivos) y productos en el transcurso de una reacción
química. Estas relaciones se pueden deducir a partir de la teoría atómica. La
estequiometria es la ciencia que mide las proporciones cuantitativas o relaciones de
masa de los elementos químicos que están implicados. (1)
2.1 ECUACIONES QUÍMICAS
Una ecuación química es una representación escrita de una reacción química. Se
basa en el uso de símbolos químicos que identifican a los átomos que intervienen y
como se encuentran agrupados antes y después de la reacción. Cada grupo de
átomos se encuentra separado por símbolos (+) y representa a las moléculas que
participan, cuenta además con una serie de números que indican la cantidad de
átomos de cada tipo que las forman y la cantidad de moléculas que intervienen, y
con una flecha que indica la situación inicial y la final de la reacción. (2). Así por
ejemplo en la reacción:
→
Tenemos los grupos de átomos (moléculas) siguientes:
O2
H2
H2O
2.1.1 Subíndices
Los subíndices indican la atomicidad, es decir la cantidad de átomos de cada tipo
que forma cada agrupación de átomos (molécula). Así el primer grupo arriba
representado, indica a una molécula que está formada por 2 átomos de oxígeno, el
segundo a dos moléculas formadas por 2 átomos de hidrógeno, y el tercero
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representa a un grupo de dos moléculas formadas cada una por 2 átomos de
hidrógeno y uno de oxígeno, es decir dos moléculas de agua. (3)
2.1.2 Coeficiente estequiométrico
Es el número de moléculas de un determinado tipo que participa en una ecuación
química dada en el orden en el que está escrita. Debe observarse que los
coeficientes estequiométricos de los reactivos serán negativos mientras que los de
los productos tendrán signo positivo (4). En el siguiente ejemplo:
→
El coeficiente del metano es (-1), el del oxígeno (-2), el del dióxido de carbono (1) y
el del agua 2. Los coeficientes estequiométricos son en principio números enteros,
aunque para ajustar ciertas reacciones alguna vez se emplean números
fraccionarios.
Cuando el coeficiente estequiométrico es igual a 1 o -1, no se escribe. Por eso, en
el ejemplo CH4 y CO2 no llevan ningún coeficiente delante.
Así, por ejemplo:
O2
Debe leerse como 1(O2) es decir, un grupo de moléculas de oxígeno. Y la expresión:
2H2O
Debe leerse como 2(H2O), es decir dos grupos o moléculas, cada uno de los cualesse encuentra formado por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.
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2.1.3 Lectura de una ecuación química
Dado que una ecuación química es una representación simplificada o mínima de
una reacción química, es importante considerar todos los datos representados; ya
que perder de vista a alguno significa no entender realmente la situaciónrepresentada. Los símbolos y subíndices representan a las especies químicas que
participan, y los coeficientes representan al número de moléculas de cada tipo que
se encuentran participando de la reacción. (5).
Finalmente, la flecha indica cual es el sentido predominante en el cual la reacción
química progresa. Así en el ejemplo anterior vemos que CH4 y O2 se encuentran en
la situación "antes de", es decir del lado de los reactivos y H2O y CO2 se encuentran
en la situación de "después de", es decir del lado de los productos. (6). La ecuación
completa debería leerse así:
«Una molécula de metano (CH4) reacciona químicamente con dos moléculas de
Oxígeno diatómico (2O2) para formar una molécula de dióxido de carbono (CO2) y
dos moléculas de agua (2H2O)».
2.2 BALANCE DE LA MATERIA
Se dice que una ecuación química se encuentra ajustada, equilibrada o balanceada
cuando respeta la ley de conservación de la materia, según la cual la cantidad de
átomos de cada elemento debe ser igual del lado de los reactivos (antes de la flecha)
y en lado de los productos de la reacción (después de la flecha). (2).
Para balancear una ecuación, se deben ajustar los coeficientes, y no los subíndices.
Esto es así porque cada tipo de molécula tiene siempre la misma composición, es
decir se encuentra siempre formada por la misma cantidad de átomos, si
modificamos los subíndices estamos nombrando a sustancias diferentes. (2):
H2O es agua común y corriente, pero H2O2 es peróxido de hidrógeno una sustancia
química totalmente diferente. Al modificar los coeficientes sólo estamos diciendo
que ponemos más o menos de tal o cual sustancia.(2).
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Por ejemplo, en la reacción de combustión de metano (CH4), éste se combina
con oxígeno molecular (O2) del aire para formar dióxido de carbono (CO2) y agua.
(H2O). La reacción sin ajustar será. (2):
. . → . .
En esta ecuación, las incógnitas son A, B, C Y D, que son los
denominados coeficientes estequiométricos. Para calcularlos, debe tenerse en
cuenta la ley de conservación de la materia, por lo que la suma de los átomos de
cada elemento debe ser igual en los reactivos y en los productos de la reacción.
Existen tres métodos principales para balancear una ecuación estequiométrica, que
son, el método de tanteo, el método algebraico y el método de ion-electrón paraecuaciones de tipo redox. (2).
2.2.1 Método de balanceo por tanteo
El método de tanteo se basa simplemente en modificar los coeficientes de uno y otro lado
de la ecuación hasta que se cumplan las condiciones de balance de masa. No es un método
rígido, aunque tiene una serie de delineamientos principales que pueden facilitar el
encontrar rápidamente la condición de igualdad. (1).
Se comienza igualando el elemento que participa con mayor estado de oxidación en
valor absoluto.
Se continúa ordenadamente por los elementos que participan con menor estado de
oxidación.
Si la ecuación contiene oxígeno, conviene balancear el oxígeno en segunda instancia.
Si la ecuación contiene hidrógeno, conviene balancear el hidrógeno en última instancia.
En el ejemplo, se puede observar que el elemento que participa con un estado de oxidación
de mayor valor absoluto es el carbono que actúa con estado de oxidación (+4), mientras
el oxígeno lo hace con estado de oxidación (-2) y el hidrógeno con (+1).
Comenzando con el carbono, se iguala de la forma más sencilla posible, es decir con
coeficiente 1 a cada lado de la ecuación, y de ser necesario luego se corrige.
. . → . .
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Se continúa igualando el oxígeno, se puede observar que a la derecha de la
ecuación, así como está planteada, hay 3 átomos de oxígeno, mientras que a la
izquierda hay una molécula que contiene dos átomos de oxígeno. Como no se
deben tocar los subíndices para ajustar una ecuación, simplemente añadimos
media molécula más de oxígeno a la izquierda. (1):
→ .
O lo que es lo mismo:
→ .
Luego se iguala el hidrógeno. A la izquierda de la ecuación hay cuatro átomos de
hidrógeno, mientras que a la derecha hay dos. Se añade un coeficiente 2 frente a la
molécula de agua para balancear el hidrógeno (1):
→ .
El hidrógeno queda balanceado, sin embargo, ahora se puede observar que a la
izquierda de la ecuación hay 3 átomos de oxígeno (3/2 de molécula) mientras que
a la derecha hay 4 átomos de oxígeno (2 en el óxido de carbono (II) y 2 en las
moléculas de agua). Se balancea nuevamente el oxígeno agregando un átomo más
(1/2 molécula más) a la izquierda (1):
→ .
O lo que es lo mismo:
→ .
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Ahora la ecuación queda perfectamente balanceada. El método de tanteo es útil
para balancear rápidamente ecuaciones sencillas, sin embargo, se torna
sumamente engorroso para balancear ecuaciones en las cuales hay más de tres o
cuatro elementos que cambian sus estados de oxidación. En esos casos resulta
más sencillo aplicar otros métodos de balanceo (1).
2.2.2 Método de balanceo algebraico
El método algebraico se basa en el planteamiento de un sistema de ecuaciones en
la cual los coeficientes estequiométricos participan como incógnitas, procediendo
luego despejar estas incógnitas. Es posible sin embargo que muchas veces queden
planteados sistemas de ecuaciones con más incógnitas que ecuaciones, en esos
casos la solución se halla igualando cualquiera de los coeficientes a 1 y luego
despejando el resto en relación a él. Finalmente se multiplican todos los coeficientes
por un número de modo tal de encontrar la menor relación posible entre coeficientes
enteros (5).
. . → . .
Para el elemento hidrógeno (H) hay 4·A átomos en los reactivos y 2·D átomos en
los productos. De esta manera se puede plantear una condición de igualdad para el
hidrógeno:
Hidrógeno: 4·a = 2·d
Y procediendo de la misma forma para el resto de los elementos participantes se
obtiene un sistema de ecuaciones:
Hidrógeno: 4·a = 2·d
Oxígeno: 2·b = 2·c + d
Carbono: a = c
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2.2.3 Balanceo de las ecuaciones Redox
Las reacciones electroquímicas se pueden balancear por el método ion-
electrón donde la reacción global se divide en dos semirreacciones (una de oxidación
y otra de reducción), se efectúa el balance de carga y elemento,
agregando H+, OH−, H2O y/o electrones para compensar los cambios de oxidación.
Antes de empezar a balancear se tiene que determinar en qué medio ocurre la
reacción, debido a que se procede de una manera en particular para cada medio
(7).
a) Medio ácido:
En medio acido se agregan hidronios (cationes) (H+
) y agua (HO) a lassemireacciones para balancear la ecuación final.
Del lado de la ecuación que haga falta oxígeno se agregarán moléculas de agua, y
del lado de la ecuación que hagan falta hidrógenos se agregarán hidronios (7).
Por ejemplo:
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b) Medio básico
En medio básico se agregan iones hidróxidos (aniones) (−) y agua (HO) a las
semirreacciones para balancear la ecuación final (7).
2.3 MEZCLA, PROPORCIONES Y CONDICIONES ESTEQUIOMETRICAS
Cuando los reactivos de una reacción están en cantidades proporcionales a sus
coeficientes estequiométricos se dice:
La mezcla es estequiométrica;
Los reactivos están en proporciones estequiométricas;
La reacción tiene lugar en condiciones estequiométricas;
Las tres expresiones tienen el mismo significado.
En estas condiciones, si la reacción es completa, todos los reactivos se consumirán
dando las cantidades estequiométricas de productos correspondientes.
Si no en esta forma, existirá el reactivo limitante que es el que está en menor
proporción y que con base en él se trabajan todos los cálculos (1).
Ejemplo:
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¿Qué cantidad de oxígeno es necesaria para reaccionar con 100 gramos
de carbono produciendo dióxido de carbono?
Masa atómica del oxígeno = 15,9994.
Masa atómica del carbono = 12,0107.
La ecuación química que representa la reacción química es:
→
Se tienen las siguientes equivalencias a partir de la reacción química y las masas
atómicas citadas:
12,0107 Gramos de C =1 mol de átomos de C
1 mol de átomos de carbono = 1 mol de moléculas de oxigeno
1 mol de moléculas de oxigeno =31,9988 gramos de oxigeno
Esta última relación es consecuencia de la fórmula química del oxígeno
molecular O
1 mol de moléculas de oxigeno =2x15.9994 gramos de oxigeno
Entonces para determinar la masa de oxígeno podemos realizar los siguientes
"pasos": determinamos las moles de átomos de carbono (primer factor), con estas
moles fácilmente determinamos las moles de moléculas de oxígeno (segundo factor
a partir de coeficientes de la ecuación química), y finalmente obtenemos la masa de
oxígeno (tercer factor).
=
,
,
Realizadas las operaciones:
X = 266.41 gramos de oxigeno
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2.4 CÁLCULOS ESTEQUIOMETRICOS
Los cálculos estequiométricos se basan en las relaciones fijas de combinación que
hay entre las sustancias en las reacciones químicas balanceadas. Estas relaciones
están indicadas por los subíndices numéricos que aparecen en las fórmulas y por
los coeficientes. Este tipo de cálculos es muy importante y se utilizan de manera
rutinaria en el análisis químico y durante la producción de las sustancias químicas
en la industria. Los cálculos estequiométricos requieren una unidad química que
relacione las masas de los reactantes con las masas de los productos. Esta unidad
química es el mol (3).
Ejemplo de la vida diaria. La estequiometria la podemos usar por ejemplo cuando
vamos al médico porque tenemos un dolor ocasionado por una infección, el doctor
debe de sacar la cuenta de nuestro peso con los gramos que contiene el
medicamento y en base a esto sacar la medida exacta para saber cuántas pastillas
o cuantos mililitros nos tenemos que tomar de dichos medicamentos (1).
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III. MATERIALES Y MÉTODOS
3.1 MATERIALES
3.1.1 Materiales de vidrio
Una probeta
de 50 ml
Matraces
Erlenmeyer
de 150 ml
Un embudo
de vástago
corto
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3.1.2 Materiales de plástico
Una pizeta
3.1.3 Materiales de apoyo
Materiales de
limpieza
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Un globo
grande
Una liga
3.2 EQUIPOS
Balanza analítica
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3.3 REACTIVOS
2 gramos de
bicarbonato de
sodio
25 ml de vinagre
comercial
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3.4 MÉTODOS Y PROCEDIMIENTO
Inductivo, deductivo y experimental.
3.4.1 Procedimento experimental
1. En una probeta de 50 ml medir 25 ml de vinagre comercial y verter a un
matraz Erlenmeyer de 150 ml.
2. Pesar 2g de bicarbonato de sodio y colocar cuantitativamente dentro de un
globo, utilizando un embudo seco.
3. Colocar con mucho cuidado el globo en la boca del matraz asegurado con
una liga, procurando no derramar dentro del matraz el bicarbonato que se
encuentra en su interior.
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4. Pesar el conjunto de matraz con el globo sujeto a este y con los reactivos en
su interior, sin mezclarlos. Anotar el peso 1.
5. Sin retirar de la balanza, voltear el globo d manera que caiga todo el
bicarbonato, contenido en él, esperara que concluya totalmente la reacción,
y registrar el peso nuevamente. Anotar peso 2. Reacción ocurrida.
→
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IV. RESULTADOS
Los resultados obtenidos en la práctica son los siguientes:
El globo se infla a través de una reacción química producida entre el bicarbonato de
sodio y vinagre.
El vinagre y el bicarbonato de sodio se han transformado en una especie de sal que
esta disuelta en el líquido; la sal y el gas son los productos de la reacción.
Es una reacción entre una sal básica (el bicarbonato de sodio) y un ácido (el vinagre,
ácido acético), esta reacción en realidad primero genera otro ácido, el ácido
carbónico H2CO3, que rápidamente se descompone en CO2 gaseoso y agua.
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Además:
El peso que nos dio al pesar el matraz Erlenmeyer con el globo sujeto con un liga
pero sin que se halla mezclado el bicarbonato que estaba dentro del globo fue de
156.3 g
El peso del matraz ,el globo y el oxígeno que se formó al combinar el bicarbonato
de sodio con el vinagre fue de 159.6 g
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Discusión del resultado
Autor Practica
Una ecuación química es una
descripción simbólica de
una reacción química. Muestra
las sustancias que
reaccionan(llamadas reactivos o
reactantes) y las sustancias que
se originan (llamadas productos).La ecuación química ayuda a ver
y visualizar los reactivos que son
los que tendrán una reacción
química y el producto, que es la
sustancia que se obtiene de este
proceso. (1).
Bueno yo solo quería decir que como ya
muchos sabemos a toda acción conlleva una
reacción es decir que si no hubo una acción no
hay reacción, o sea que lo que normalmente
vemos escrito como ecuación química es
exactamente eso una ecuación química que
como ya sabemos representa a algo, puede serun acción una reacción o algo pero solo lo
representa. En pocas palabras no podemos
contestar a la pregunta de ¿qué es una
reacción química? con una ecuación sino con lo
que sucede al hacer lo que la ecuación nos
dice, por lo tanto mi punto de vista respecto a la
práctica es que , en una reacción entre una sal
básica (el bicarbonato de sodio) y un ácido (el
vinagre, ácido acético al 5%), esta reacción en
realidad primero genera otro ácido, el ácido
carbónico H2CO3, que rápidamente se
descompone en CO2 gaseoso y agua.
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V. CONCLUSIÓN
La Estequiometria nos sirve para calcular y conocer la cantidad de materia de los
productos que se forma a partir de los reactivos.
Ahora bien, la estequiometria es de gran importancia para los procesos químicos,
lo que la hace una herramienta indispensable, pues nos permite realizar los
cálculos necesarios para determinar la masa de cada una de las materias primas
que deben mezclarse y reaccionar, para obtener una masa determinada de
producto. Además, problemas tan diversos, como por ejemplo, la medición de la
concentración de ozono en la atmósfera, el control de la lluvia ácida, la
determinación del grado de contaminación de un río, la cuantificación de la
clorofila de una planta, el análisis bromatológico de un fruto, etc.
Por lo cual llegamos a la conclusión de que al hacer reaccionar
→
Es una reacción entre una sal básica (el bicarbonato de sodio) y un ácido (el
vinagre, ácido acético), esta reacción en realidad primero genera otro ácido, el
ácido carbónico H2CO3, que rápidamente se descompone en CO2 gaseoso yagua.
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VI. CUESTIONARIO
1. Represente la reacción química de la práctica mediante una ecuación
química y explique la relación molar entre los reactivos y productos de
la reacción. → .
Relaciones molares:
Sabemos que hay una relación directa entre mol y molécula. Esta relación es
el número de Avogadro. Un mol siempre contiene el número de Avogadro de
moléculas. Por tanto las relaciones existentes entre moléculas dadas por loscoeficientes estequiométricos también son válidas para los moles.
Los coeficientes estequiométricos indican la proporción en la que
intervienen los moles de reactivos y productos en una reacción
química.
Cuando en una reacción química se indican las relaciones molares entre
productos y reactivos, si puede haber coeficientes estequiométricos
fraccionarios, ya que las cantidades de moléculas que intervienen son muy
elevadas, y podemos hablar de medio mol de moléculas o de un tercio de
mol de moléculas.
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2. Calcular los moles de los reactivos y de los productos que intervienen
en esta reacción. →
Moles de los reactivos:
=
=número de moles los reactivos
=Peso de los reactivos
PM=peso molecular de los reactivos
Numero de moles del bicarbonato de sodio ():
=
()()
=
( ) ⁄
= . ()
Numero de moles de vinagre comercial o ácido acético ():
Nos dice que el volumen del ácido acético en la solución a preparar es de
25ml eso en condiciones estándar se convertirá en 25g.
Por lo tanto tenemos:
=()
()
= ( )
⁄
= . ()
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Moles del producto:
=
=número de moles los productos
=Peso de los productos
PM=peso molecular de los productos
Numero de moles del ( ):
Como sabemos que en condiciones estándar el volumen del vinagre que era
de 25ml se convirtió en 25g más los 2g del bicarbonato de sodio nos darían
27 g de solución.
Por lo tanto tenemos que:
=
=( )
( )
Como no sé qué cantidad de (CH3COONa) , de agua y dióxido de carbono
hay, tomare los 27 g de solución ya que la combinación del vinagre y el
bicarbonato de sodio.
=
( ) ⁄
= .
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3. Explique la toxicidad de los reactivos utilizados en la práctica.
Toxicidad
del
Bicarbonato
de sodio
Los bicarbonatos de sodio pueden incluir alcalosis
metabólica, edema debido a la sobrecarga de sodio,
insuficiencia cardíaca congestiva, síndrome hiperosmolar,
hipernatremia, hipervolemia, y la hipertensión debido a un
aumento de sodio. En los pacientes que consumen una dieta
alta en calcio o rica en lácteos, suplementos de calcio, o
antiácidos que contienen calcio, tales como carbonato de
calcio, el uso de bicarbonato de sodio puede causar el
síndrome de la leche y alcalinos, lo cual puede resultar en la
calcificación metastásica, cálculos renales e insuficiencia
renal (8).
La administración de bicarbonato de sodio en cantidades
que superan la capacidad de los riñones para excretar este
exceso de bicarbonato puede causar alcalosis metabólica.
Esta capacidad se reduce cuando se produce una reducción
en el bicarbonato filtrado, como se observa en la
insuficiencia renal, o cuando se produce la reabsorción
tubular mejorada de bicarbonato (8).
Toxicidad
del Vinagre
comercial
¿El vinagre es bueno o malo para la salud?
El vinagre a día de hoy no reporta ningún beneficio para lasalud, al igual que tampoco presenta inconvenientes. Sí que
es cierto que tiene muchos usos domésticos como
antiparasitario, desinfectante, disolvente, etc (9).
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4. En la reacción → haga primero el balance y luego calcule
el número de moles del producto, si se hacen reaccionar 0.25 moles de
B.
→
→
→
Por lo tanto si se hacen reaccionar 25 moles de a y 25 moles de b, el número demoles del producto será: (0.25moles +0.25moles) =0.5 moles del
producto.
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VII. BIBLIOGRAFÍA
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2. Umland B. Quimica general Mexico: Thomson learning; 2000.
3. Skoog A. Fundamentos de quimica analitica Barcelona: Reverte; 1988.
4. Ayres G. Analisis quimico cuantitativo mexico: Harla; 1978.
5. Lozano L, Rodrigues R. Quimica 3: Estequiometria Pearson Alhambra; 1992.
6. Pecsok R. Metodos modernos de analisis quimicos Mexico: Limusa; 1983.
7. Estequiometria, ecuaciones quimicas. [Online]. Available from:http://www.eis.uva.es/~qgintro/esteq/tutorial-02.html .
8. Planket ER. Manual de toxicologia industrial Bilbao: Urmo; 1974.
9. Propiedades del vinagre. [Online].; 2011 [cited 2016 junio 13. Available from:https://es.wikipedia.org/wiki/Vinagre .
