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Aprendiendo Qumica 2 Dora Mara Rodrguez Anglica Sofa Ramrez

Primera edicin 2011

Edicin: Tzitzil A. Anguiano MacasCorreccin de estilo y editorial: Zoraida Reyes GonzlezDiseo y formacin editorial: Lourdes Arredondo

Diseo de portada: Laura Mndez MontejanoPreprensa: Sergio Mjica RamosIlustracin: Dora Mara Rodrguez y Aldo F. Botello Bez (p. 220 y 255)Fotografa: Anglica Sofa Ramrez www.clipart.com

Stock.Xchng: Michael Lorenzo, p. 92 (gelatinas); Ramzi Hashisho, p. 92 ( jugos); Terra, p. 92 (mostaza); Scott Snyder, p. 92 (salsas); Pascal Thauvin (ceras, p. 210). Chemistry Department, Science Division, Bellevue College, p. 142

NASA Image Gallery, pp. 62 y 68

La presentacin y la disposicin en conjunto de Aprendiendo Qumica 2son propiedad del editor. Ninguna parte de e

obra puede ser reproducida o transmitida, mediante ningn sistema o mtodo, electrnico o mecnico (incluyendofotocopiado, la grabacin y el almacenamiento de informacin) sin consentimiento por escrito del editor.

NUEVA EDITORIAL LUCERO S.A. DE C.V.Tekit nm. 726, Col. Cultural Maya,Mxico, D.F., C.P. 14230Tels. (0155) 24-57-59-50 al 52, Fax (0155) 26-15-29-62Lada sin costo 01800-685-5668Correo electrnico: [email protected] de la Cmara Nacional de la Industria EditorialRegistro nm. 3498

Derechos Reservados 2011ISBN: 968-5042-78-0

Esta obra se termin de imprimir en el mes de enero del 2011 en los talleres de Programas Educativos, S.A. de C.V. cdomicilio en Calzada Chabacano nm. 65 Local A, Colonia Asturias, Delegacin Cuauhtmoc, C.P. 06850, Mxico, D.F.

Impreso en Mxico/Printed in Mexico

Vistenos en Internet: www.lucerolozano.com.mx

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QUERIDOALUMNO:Bienvenido a tu nuevo curso de Qumica! En semestres y ciclos anteriores has estado en contacto con las cienexperimentales. Por ello, seguro puedes identificar fcilmente a qu asignatura pertenece un laboratorio escolar:

Si algo se mueve sobre la mesa, el laboratorio es de biologa Si el experimento no sale, es de fsica Y si apesta Es qumica!

Por desgracia, no se trata de una metfora. Para muchos estudiantes, la qumica huele mal. En general, se le responsab

o asocia con la contaminacin, el armamento, las mutaciones, el cncer, la drogadiccin y el calentamiento global, eotros males.

La imagen negativa de la qumica, sin embargo, no es consecuencia exclusiva del conjunto de problemas ecolgicsociales enumerados antes. Lo que realmente contribuye a la quimiofobia es el hecho de que esta ciencia le reaburridsima a la mayora de las personas. Quiz estas ideas nacen en la sociedad y se difunden gracias a los mediocomunicacin, los cuales presentan una imagen deformada de la qumica. Peor an, en ocasiones, tal imagen negse fortalece en el aula, en donde los alumnos padecen clases consistentes en enfrentar un pizarrn saturado de smbincomprensibles que deben copiar en su cuaderno. Por supuesto esto no es qumica!

Y es que la tan temida ciencia est presente en todo lo que nos rodea. La qumica es el olor de las flores y el del zor

es la emocin que sentimos cuando vemos a la persona que nos gusta y el miedo que nos hace correr cuando algoamenaza; es el color turquesa del mar y el negro del tinte para el cabello; es el sabor del chocolate y tambin el del ajel timbre de los platillos de una batera y el sonido de la plvora de los cuetes en nuestras fiestas...

La qumica, adems, es una ciencia creativa, innovadora y dinmica que permite desarrollar materiales y tecnologa procurarnos comodidades y satisfacer las necesidades de vestido, alimentacin, transporte, salud, entretenimiento, aenerga y vivienda de un nmero de personas cada vez mayor.

En este texto, te invitamos a que le des una nueva oportunidad a la qumica. En l podrs desarrollar conocimienhabilidades, actitudes y valores por medio de lecturas y actividades que fueron diseadas considerando tus intererelacionan tu vida cotidiana con el mundo de la ciencia.

Nuestro propsito es que, en esta nueva oportunidad, cambies tu percepcin de la qumica y te construyas como un jreflexivo y crtico que lleva consigo los conocimientos y los emplea para tomar decisiones que le procurarn una mcalidad de vida. Desde luego, no descartamos la idea de que la qumica te resulte una ciencia apasionante.

ATENTALas au

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ESTIMADOPROFESOR:

Con frecuencia, se dice que nuestra ciencia es muy buena orientadora vocacional: los estudiantes optan por cualqucarrera, con tal de que no tenga que ver con la qumica.

Para los jvenes que cursan el bachillerato, la qumica es una materia con alto ndice de reprobacin, difcil, sin aplicacislo para nerds. Por otra parte, los resultados alcanzados en el aprendizaje de las ciencias en nuestro pas son desalentadoral parecer, los estudiantes cada vez aprenden menos y, peor an, se interesan menos por lo que aprenden.

En ese sentido, algunos estudios sugieren que los contenidos no corresponden con los intereses de los jvenes, que lmtodos de enseanza son mecnicos y tradicionales, mientras que los recursos no compiten con los medios electrnicovirtuales a los que los alumnos tienen acceso. Ante esta perspectiva, sin duda, los docentes enfrentamos un gran reto.

En este orden de ideas, proponemos este texto que pretende promover la disposicin y la apertura para el aprendizaje la qumica, partiendo de la relacin que guarda con el entorno y con la vida cotidiana de nuestros estudiantes, es decasignndole un papel mediador.

El objetivo de la presente propuesta es contribuir al cambio en la percepcin que los estudiantes tienen de la qumiEn ese sentido, se inicia en lo que el alumno conoce y se le lleva a la construccin de aquello que desconoce, para adarle significado. Adems, las actividades planteadas le dan al estudiante la oportunidad de que reflexione sobre spropias ideas y las contraponga con las de sus compaeros; as se implica en la experiencia del aprendizaje colaborativfomentando su curiosidad y enriqueciendo su interaccin con el medio.

Consideramos que el material presentado contribuye al desarrollo de las habilidades del pensamiento tales como el anlila sntesis, la identificacin y solucin de problemas, el razonamiento lgico, la discusin, la indagacin, la creatividad,metacognicin y el aprendizaje autnomo. Con ello se modifican los hbitos escolares que los estudiantes adquiriercomo consecuencia de su preocupacin por la acreditacin, ms que por el aprendizaje.

Finalmente, esta obra incide en el trabajo administrativo del profesor, ya que hace ms sencilla la planeacin del cursplantea las actividades de aprendizaje, motiva el avance en las unidades de competencia y facilita la evaluacin continla autoevaluacin y la coevaluacin. Esto permitir que la labor docente se centre en la construccin de un ambiente confianza y comunicacin favorable para el desarrollo de las competencias de los estudiantes.

ATENTAMELas auto

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PresentacinCmo es tu libro

Bloque 1.El mol en la cuantificacin de los procesos qumicosT qu dices?

Leyes ponderalesUnidades qumicas y factores de conversin

El mol

Masa frmula, masa molar y volumen molarClculos estequiomtricos

Reactivo limitanteComposicin porcentual, frmula mnima y molecular

Repasa lo importanteQu dices ahora?Ests en forma?

Bloque 2. Acciones para evitar la contaminacin del aire, del agua y del suelo

T qu dices?Contaminacin ambiental

Contaminacin del aireContaminacin del aguaContaminacin del suelo


Bloque 3.Sistemas dispersosT qu dices?

Clasificacin de la materia

De lo tangible a lo intangibleSistemas dispersos o mezclas

Disoluciones, coloides y suspensiones

DisolucionesConcentracin de disolucionesColoidesSuspensiones

Unidades de concentracincidos, bases y pHPropiedades de cidos y basesTeoras cido-baseConstante de ionizacin del aguaPotencial de hidrgeno (pH)


ndice

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Bloque 4.La importancia de los compuestos del carbono 14T qu dices? 14El carbono y sus compuestos 14Estructura molecular de los compuestos del carbono 14

Hibridacin del carbono 14Formacin de cadenas y geometra molecular 15Tipos de cadenas, de frmulas y de isomera 15

Hidrocarburos 16Nomenclatura de los hidrocarburos acclicos 16

Repasa lo importante 18

Qu dices ahora? 18Ests en forma? 18

Bloque 5.Macromolculas naturales y sintticas 18T qu dices? 19

Macromolculas naturales 19Carbohidratos 19Lpidos 20Protenas 21

Polmeros sintticos 22Polmeros de adicin 22

Polmeros de condensacin 22Uso de polmeros, su impacto social y ambiental 22Repasa lo importante 23Qu dices ahora? 23Ests en forma? 23

Anexos 231. Listas de cotejo 232. Rbricas 243. Portafolio de evidencias 254. Tabla peridica 25

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Cmo es tu libro Aprendiendo Qumica 2

Entrada del bloque

En las dos primeras pginas de cada bloque encontrars imgenes que se relacionan con el contenido del bloque. Constun puente que enlaza lo que conoces con lo que aprenders.

Se presenta la unidad de competencia, es decir, elobjetivo general del bloque. En ella, se resumen las co-mpetencias que debes desarrollar. Todo el plantea-miento del bloque est orientado para que logreseste gran propsito.

Competencias a desarrollar

Esta seccin est tomada literalmente del progde Qumica 2, emitido por la Direccin GenerBachillerato DGB de la SEP. En ella, se establecemanera especfica los conocimientos, habilidaactitudes y valores que desarrollars duranbloque. Es conveniente que no la pierdas de vistque te permitir orientar tus esfuerzos.

Indicadores de desempeo

Aqu encontrars una lista de acciones que po-drs realizar en cuanto hayas desarrollado las com-petencias pertinentes, por lo que dan cuenta de tudesempeo a lo largo del bloque.

Evidencias de aprendizaje

Es el listado de los productos de aprendizajerealizars durante el bloque: reportes, mapasceptuales, grficas, investigaciones, resoluciproblemas, etctera, para poner de manifiesdesarrollo de tus competencias.

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T que dices?

Es una invitacin a reflexionar en tus saberes pre-vios y a aceptar el reto de desarrollar nuevas com-petencias. Al terminar el bloque, podrs compararlo que contestaste y modificar tus respuestas. De estamanera, te servir como indicador de tus avances.

Recuadros

Son reas destacadas con informacinrelevante que te permiten centrar tuatencin en los conceptos funda men-tales y facilitan una revisin rpida deltexto.

Para saber ms Dale clic!

En esta seccin te invitamos a navegaren la web y visitar las pginas suge ri-das para conocer ms sobre los temasestudiados en el bloque. Al mismotiempo podrs desarrollar tus habilida-des para usar de manera crtica lasTecnologas de la Informacin y laComunicacin (TIC).

Glosario

Son notas que contienen el signifi-cado de los trminos poco comunesusados en el texto.

Ponte en forma

Esta seccin es la parte fundamental de tu libroEst integrada por un amplio conjunto de actividades que favorecen y guan el desarrollo gradude conocimientos, habilidades, actitudes y valor

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Repasa lo importante

Es un resumen que te permitir repasar los conceptosdesarrollados en el bloque.

Listas de cotejo

Son los listados en los que se esta blecenlos criterios de elaboracin y evaluacinde las actividades de aprendizaje. Estaseccin te permitir autoevaluar y regu-lar tu desempeo acadmico.

Ests en forma?

Para cerrar el bloque, te proponemosesta seccin, que puede considerarsecomo un instrumento de autoevalua-cin, coevaluacin o evaluacin su-mativa, ya que podrs recortarla yentregarla a tu profesor.

Portafolio de evidencias

El portafolio de evidencias es la colecde documentos que demuestrarealizacin de las actividades de andizaje y el desarrollo de las cotencias correspondientes a cada blo

Debers integrarlo considerandosugerencias proporcionadas en seccin y las recomendaciones dprofesor o profesora.

Qu dices ahora?

sta es una seccin que esperamos disfrutes mucho. En debes retomar el reto inicial para replantear tus respuconsiderando las competencias que desarrollaste en elque. Despus, trabajars en equipo para poner en juegonuevos saberes.

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Bloque

Al terminar el bloque, podrs:

Utilizar la nocin de mol para realizar clculos estequiomtricos en los que aplicarslas leyes ponderales y argumentars la importancia de tales clculos en procesos quetienen repercusiones econmicas y ecolgicas en tu entorno.

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El mol en la cuantificacin

de los procesos qumicosConocimientos Habilidades

Describe al mol como la unidad bsi-ca del SI para medir la cantidad desustancia.

Describe el significado de las leyes pon-derales: ley de la conservacin de la masa,ley de las proporciones definidas, leyde las proporciones mltiples y ley delas proporciones recprocas.

Analiza las implicaciones ecolgicas,industriales y econmicas de los clcu-los estequiomtricos.

Utiliza los conceptos de mol, masa frmu-la, masa molary volumen molaren clcu-los estequiomtricos (relaciones mol-

mol, masa-masa y volumen-volumen)que implican la aplicacin de las leyesponderales.

Determina la frmula mnima y molecularde compuestos a partir de su compo-sicin porcentual.

Calcula, para una reaccin qumica, elreactivo limitante y el rendimiento te-rico.

Analiza la implicacin ecolgica y eco-nmica de la estequiometra en las in-dustrias.

Utiliza clculos estequiomtricos en la ela-boracin de prcticas de laboratorio.

Actitudes y valores

Valora la importancia del mol prealizar clculos en el laboratorio yla industria qumica.

Reflexiona sobre la importancia deaplicacin de clculos estequiomtrpara evitar problemas de carecolgico y econmico.

Promueve el cuidado ambientapartir de la limpieza en el aula.

Indicadores de desempeo Evidencias de aprendizaje

Explica la relacin entre los conceptos de mol, masa molar,masa frmulay volumen molar.

Resuelve ejercicios sobre clculos estequiomtricos en losque se involucran las relaciones masa-masa, mol-mol y vo-lumen.

Resuelve ejercicios en los que determina el reactivo limitantey el rendimiento terico de una reaccin.

Sustenta una postura brindando argumentos sobre las im-plicaciones industriales, ecolgicas y econmicas que se oca-sionan a partir de la omisin de clculos estequiomtricos enla industria.

Discute en grupo las implicaciones ecolgicas y econmicasde los clculos estequiomtricos.

Resumen o cuadro sinptico de los conceptos de mol, mfrmula, masa molary volumen molar.

Elenco de ejercicios donde aplica las leyes ponderales en clcmasa-masa, mol-mol y volumen-volumen.

Elenco de ejercicios donde determina la frmula mnima frmula molecular de un compuesto a partir de su composiporcentual.

Prctica experimental donde constata la aplicacin de las leponderales y entrega el reporte correspondiente, incluyeclculos.

Competencias a desarrollar

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En la mayora de las profesiones, es necesario determinar cantidades exactas de los materiales que se requieren; ael administrador de una empresa necesita prever cuntopagar a los empleados de acuerdo con el salario diario, las holaboradas o los permisos que han solicitado, un panaderequiere saber las cantidades de harina, azcar, mantequy otros ingredientes; un pintor precisa conocer la cantidad esmalte que debe comprar para cubrir un rea determinad

por mencionar algunos casos. De forma similar, un qumnecesita calcular las cantidades de reactivos y productque intervienen en una reaccin qumica. En este bloqaprenders a calcular las cantidades de sustancias que tervienen en un proceso qumico y reflexionars acerca la gran importancia econmica y ecolgica que tienen estclculos para evitar el desperdicio de materias primasproductos y la generacin de contaminantes.

Un carpintero tiene un cajn lleno de tornillos y requiere saber cuntas piezas hay l; aunque estos objetos no son tan pequeos, contarlos resultar una tarea laborioPodras ayudarlo?

Forma un equipo de cuatro integrantes. Propn una estrategia para determinar cuntos tornillos hay en el cajn d

carpintero, sin contarlos. Comntala con tu equipo.

Despus de que todos los miembros del equipo expongan su propuesta, elijuna de de ellas y escrbanla en las siguientes lneas.

Para hacer mediciones, los qumicos frecuentemente recurren a mtodos indirectos, debia que el objeto de estudio es demasiado pequeo. En este bloque aprenders a contpartculas como lo hacen los qumicos.

T qudices?

Una modista debe calcular la cantidad de tela y forro necesarios paraconfeccionar una prenda.

Cmo podras ayudar al carpinteroa determinar cuntos tornillos hay,sin contarlos uno por uno?

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LEYES PONDERALES

Los procesos industriales nunca ocurren de manera casual o inesperada. Por el contrario, las empresas deben operamanera controlada y programada, de esta manera conocen de antemano la cantidad de materias primas necesarias obtener los productos que proyectan vender. Adems, cuantifican los productos secundarios, desperdicios, contaminay cualquier otro material que se derive del proceso.

Para cuantificar las cantidades de materia que intervienenen los procesos, la estequiometra se basa en las leyes pon-derales de la qumica, que son:

1) Ley de la conservacin de la masa. Antoine Lavoisierestableci que, en una reaccin qumica, la masa nose crea ni se destruye. Esto significa que en un cambioqumico la masa de los reactivos siempre ser igual a lamasa de los productos.

Tomando en cuenta la teora atmica, esta ley tambinenuncia que, en una reaccin qumica, los tomos no secrean ni se destruyen, solamente sufren un reacomodo.

2) Ley de las proporciones constantes o ley de las propor-ciones definidas. Fue planteada por Joseph Louis Proust,y seala que los elementos que forman un compuestosiempre se unen en proporciones de masa definida.

Proust encontr que un gramo de H2O siempre est compuesto por 0.888 g de oxgeno y 0.111 g de hidrgeno es

88.88% de oxgeno y 11.11% de hidrgeno.

La balanza permite determinar la masa de los reactivos y productointervienen en una reaccin qumica.

La ley de Proust se basa en el descubrimiento de composicin del agua siempre es constante.

2H

2+ O

22H

2O

4 g + 32 g 36 g

36 g 36 g

+

La rama de la qumica que permite tales actividades es la estequiometra, que seencarga del estudio de la relacin entre masas, volmenes y moles de reactivos yproductos de una reaccin qumica.

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Una de las herramientas ms empleadas para solucionar problemas estequiomtricos es la utilizacin de factores conversin, los cuales consisten en equivalencias para cambiar unidades de un sistema a otro (cuadro 2).

Unidades qumicas y factores de conversin

Como puedes notar, la masa de nitrgeno permanece constante en los tres compuestos, mientras que la del oxgenvara en una relacin de mltiplos del menor: 16, 48 y 80.

4) Ley de las proporciones recprocas. Fue propuesta por Benjamin Richter y ms tarde por Karl Friederich Wenzel, por

que tambin se conoce como ley de Richter-Wenzel. Expone que cuando dos elementos reaccionan por separado coun masa fija de un tercer elemento, stos reaccionan entre s en la misma proporcin. Esta ley se pone de manifiesto el siguiente ejemplo:

As, vemos que la masa del agua que se combina con el MgO es la misma que se combina con el Br2O

5, entonces,

masas correspondientes de estos dos compuestos pueden reaccionar entre s.

Cuadro 1. Relacin en masa en los xidos del nitrgeno

Monxido de

dinitrgeno (N2O)

Trixido de

dinitrgeno (N2O3)

Pentxido de

dinitrgeno (N2O5)Masa de nitrgeno 28 g 28 g 28 g

Masa de oxgeno 16 g 48 g 80 g

Relacin entre tomos 2:1 2:3 2:5

Relacin en masa 28:16 28:48 28:80

MgO + H2O Mg(OH)2 40 g + 18 g 58 g

Br2O

5+ H

2O 2HBrO

3

240 g + 18 g 258 g

MgO + Br2O

5Mg(BrO

3)2

40 g + 240 g 280 g

Cuadro 2. Ejemplos de equivalencias y factores de conversinEquivalente Factor (1) Cambio de __ a __ Factor (2) Cambio de __ a __

1 docena = 12 piezas1 docena12 piezas

Piezas a docenas12 piezas1 docena

Docenas a piezas

1 m = 100 cm 1 m

100 cmCentmetros a metros

100 cm1 m

Metros a centmetros

1 hora = 60 minutos 1 hora

60 minutosMinutos a

horas60 minutos

1 horaHoras aminutos

3) Ley de las proporciones mltiples. Fue propuesta por John Dalton y en ella estableci que si dos elementos se combinpara formar ms de un compuesto, si la cantidad en masa de uno de ellos permanece constante, la del otro vara una proporcin de un mltiplo del menor. Por ejemplo, el nitrgeno puede formar varios compuestos con el oxgensegn se observa en el cuadro 1:

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Para que te familiarices con el uso de los factores de conversin, analiza el siguiente ejemplo.

Ejemplo 1. Se acerca el 14 de febrero y la sociedad de alumnos de tu escuela quiere regalar una rosa a cada una de laalumnas. Si las rosas se venden por docena, cuntas docenas deben comprar?

Datos: 540 rosas A cuntas docenas equivalen? Equivalente: 1 docena de rosas = 12 rosas

Factores: 1 docena de rosas o 12 rosas

12 rosas 1 docena de rosas

Desarrollo: (540 rosas) 1 docena de rosas

12 rosas

Respuesta: La sociedad de alumnos debe comprar 45 docenas de rosas.

Te has percatado de que en nuestras actividades cotidianas es muy comn cuantificar cosas? A cada momento empleadistintas unidades de medida para conocer cunto hay de algo que nos interesa y ese algo corresponde a una magnfsica (masa, volumen, temperatura, etc.); para cuantificar recurrimos a unidades como el metro (m), el kilogramo (kglitros (L), los grados Celsius (C), por mencionar algunas. Considera, por ejemplo, un supermercado: toda la mercase ofrece con diferentes unidades de medida, como un kilogramo de sal, una docena de huevos, un litro de leche,piezas de pan. Igualmente, si vas a viajar de un lugar a otro, necesitas cuantificar qu distancia recorrers, cunta gasgastars, cunto pagars de peajes, etctera.

En 1960, con la finalidad de regular las unidades de medida, se aprob el Sistema Internacional de Unidades (SI) XI Conferencia Internacional de Pesos y Medidas. sta constituye el organismo internacional responsable de determinunidades para medir diversas magnitudes fsicas, como la masa, el tiempo, y el volumen. Cabe sealar que la precisisus estndares ha mejorado continuamente. Las unidades del SI se muestran en el cuadro 3.

Ahora bien, una cantidad que se aprecie a simple vista, de cualquier material, contiene no cientos, ni miles, ni siqmillones de partculas submicroscpicas; una muestra visible de una sustancia est constituida por miles de billonepartculas. Para poder contarlas se emplea una unidad que las agrupa:

Cuadro 3. Unidades bsicas del SI

Magnitud Unidad Smbolo

Longitud Metro mMasa Kilogramo kg

Temperatura Kelvin KTiempo Segundo s

Cantidad de sustancia Mol molCorriente elctrica Amperio A

Intensidad luminosa Candela cd

= 45 docenas de rosas

El mol

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Como seguramente ya habrs supuesto, el mol es una candad muy grande:

6.022 1023unidades = 602 2003000 0002000 0001000 00

Te imaginas esta cantidad? Es enorme!! Para que tenguna idea ms clara, veamos algunos ejemplos.

Si la Tierra fuera hueca, con un mol de huevos podras lnarla 35 veces.

El mol es una unidad de medida y se emplea de manera similar al uso que se da a algunas otras unidades, como puedver en el cuadro 4.

Con el nmero de Avogadro se puede contar cualquier tipo de objetos, en el caso de la qumica, se ocupa para contpartculas submicroscpicas. En el cuadro 5 se muestran algunos ejemplos de su uso.

Cuadro 4. Distintos conjuntos y la cantidad de elementos que agrupan

Nombre del conjunto Cantidad de elementos en el conjunto Ejemplo

1 par 2 1 par de zapatos

1six 6 1sixde refrescos

1 decena 10 1 decena de aos

1 docena 12 1 docena de rosas

1 centena 100 1 ciento de naranjas

1 millar 1 000 1 millar de hojas blancas

1 mol 6.022 1023 1 mol de partculas

Cuadro 5. Usos del concepto de mol

Mol Partculas (tomos, molculas, iones, objetos, etctera)1 mol de C 6.022 1023tomos de carbono

1 mol de H2O 6.022 1023molculas de agua

1 mol de Cl 6.022 1023iones cloruro

1 mol de tortillas 6.022 1023tortillas

El mol es la cantidad de sustancia que equivale a 6.022 1023unidades elementales(tomos, molculas, iones o partculas). Esta cantidad se conoce como nmero deAvogadro.

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Si un hombre tuviera un mol de dlares, sera aproximada-mente 11 billones de veces ms rico que Bill Gates, fundadorde la empresa Microsoft, productora del software ms utili-zado del mundo.

Sin embargo, dado el tamao de los dlares o cualquier otroobjeto macroscpico, es ms fcil contarlos por docena opor kilogramo; de hecho, sera absurdo utilizar el mol para

contarlos, pues resulta imposible tener un nmero de ellostan grande.

El nmero de Avogadro es una equivalencia que nos per-mite convertir nmero de moles a nmero de partculas oviceversa, para ello, se plantean factores de conversin:

1 mol dex o bien 6.022 1023tomos dex

6.022 1023tomos dex 1 mol dex

PONTEenforma

1. Completalasiguientetabla.

2. Lapoblacinmundialen2009fuede67551987239personas.DeterminacuntosmolesdepersonashabitaronlaTierraenel2009.

ProcedimientoRespuesta

3. Compartetusresultadosconelgrupoytuprofesor.Proponganotrosejemplosenlosquepuedanutilizarelmolyantenlosensuscuadernos.

ConversindeunidadesqumicasSustancia Moles

PartculasCO2 0.472mol

H2O

1.41022molculasdeH2OFe

1.331024tomosdeFeO2 0.35mol

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PONTEenforma

4. Completaelsiguientecuadroconayudadeunatablaperidicadeloselementos.A

lterminar,comparatus

respuestasconlasdeuncompaeroycomntenlas

conelrestodelgrupo.

Elemento Masaatmica Masamolar

Nmerodetomos

Oro39.098uma 6.0210

23tomosdeyodo

26.982g/mol

Cobre

Calcular el nmero de tomos o molculas presentes en una muestra de determinada sustancia parece una tarea imposibdebido al gran nmero de partculas que la forman y al tamao tan pequeo de stas. Pero, gracias a diversos experimentconocemos el valor de las masas atmicas promedio de los elementos, que aparecen en la tabla peridica.

Como recordars, la masa atmica de un elemento es la masa promedio de sus istopos, tomando como base la marelativa del carbono-12, la cual corresponde a 12.000 uma (unidades de masa atmica). La masa atmica tiene un vanumrico igual a la masa molar.

Los qumicos han determinado que un mol de tomos de carbono-12 posee una masa de 12 g y contiene 6.022 10tomos de carbono; estos 12 g equivalen a la masa molar del carbono-12. As, la masa atmica del carbono-12 es 12 umsu masa molar es de 12 g/mol.

De forma similar, el oxgeno tiene una masa atmica de 15.998 uma y su masa molar es de 15.998 g/mol. Por lo tantpuedes ver que si conocemos la masa atmica de un elemento, sabemos cul es su masa molar. En el cuadro 6 se presentalgunos ejemplos del uso de la masa atmica y la masa molar.

Masa frmula y masa molar

Masa frmula, masa molar y volumen molar

Cuadro 6. Masa atmica y molar de algunos tomos

Elemento Masa atmica Masa molar Nmero de tomos

Cloro 35.453 uma 35.453 g/mol 6.022 1023tomos de cloro

Sodio 22.990 uma 22.990 g/mol 6.022 1023tomos de sodioHierro 55.847 uma 55.847 g/mol 6.022 1023tomos de hierroAzufre 32.066 uma 32.066 g/mol 6.022 1023tomos de azufrePlata 107.868 uma 107.868 g/mol 6.022 1023tomos de plata

La masa molares la masa de un mol de tomos o molculas de una sustancia puraexpresada en gramos.

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La masa atmica de los elementos qumicos est reportada en la tabla peridica.

Los trminos peso molecular,peso frmula, masa molecularo masa frmulase han usado para expresar la masa dcompuesto en unidades de masa atmica (uma). Aunque todos son correctos, en la presente obra preferiremos los ltdos (masa frmula o masa molecular).

Ahora veamos algunos ejemplos para aclarar estas ideas.

Ejemplo 2. Determina la masa molar del agua (H2O).

Ejemplo 3. Determina la masa molar del sulfato de aluminio [Al2 (SO4)3].

Elementos que forman el

compuesto

Nmero de tomos

presentes

Masa molar

(g/mol)

Masa total del elemento

(g)

H 2 1.001 2.002O 1 16.00 16.00

Masa molar 18.002 g/mol

Masa frmula 18.002 uma

Para calcular la masa molar de un compuestose suman las masas molares de todos lostomos que lo forman; si hay ms de un tomode cualquier elemento, su masa se considera elnmero de veces correspondiente a stos.

Como ya mencionamos, la masa molar es lamasa de un mol de una determinada sustanciaexpresada en gramos. Entonces, la masa molarde una molcula o compuesto tiene un valornumrico igual a la masa frmula.

Elementos que forman el

compuesto

Nmero de tomos

presentes

Masa molar

(g/mol)

Masa total del elemento

(g)Al 2 26.98 53.96S 3 32.07 96.21O 12 16.00 192.00

Masa molar 341.98 g/molMasa frmula 341.98 uma

La masa frmulao masa moleculares igual a la suma de las masas atmicas de lostomos que forman la molcula.

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2020

PONTEenforma

5. Determinalasmasasmolaresdelossiguientesco

mpuestos.

a)Al2O3

b)NaCl,CaCO3,K3PO4,Mn(ClO2)7,Mg(O

H)2

6. Comparalasmasasmolaresdelossiguientescom

puestosyescribedentrodelrecuadroelsigno>,

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21

La masa molar permite plantear una equivalencia para convertir el nmero de moles de una sustancia a su masa en gray viceversa, a travs de factores de conversin.

Veamos los siguientes ejemplos.

Ejemplo 4. Determina el nmero de moles y tomos de hierro que hay en un alambre quetiene una masa de 100 g.

Datos:

Tomando en cuenta estos datos y los factores correspondientes, el nmero de moles sedetermina de la siguiente manera:

1 mol de Fe

55.847 g de Fe

6.022 1023tomos de Fe

1 mol de Fe

Respuesta: 100 g de hierro corresponden a 1.790 mol de hierro y a 1.07 1024 tomos dehierro.

El alambre de hierro se vendrollo.

7. LafrmulaqumicadelacafenaesC8H

10N

4O

2.EscribeenelrecuadrounaFsielenunciadoesfalsoyuna

siesverdadero.Alterminar,comentalasrazonesdetueleccinconelrestodelgrupo.a) Lamasamolardelacafenaes180g/mol.b) Unamolculadecafenaestformadapor20tomosentotal.c) 24.25gdecafenaequivalena

0.125mol.d) 50molculasdecafenacorrespondena50moldecafena.e) 0.1moldecafenatiene6.0221022molculasdecafena.

De masa en g a mol

1 mol dex

masa molar dex

De mol a masa en g

masa molar dex

1 mol dex

Masa atmica del hierro Masa molar del hierro Masa de un mol 55.847 uma 55.847 g/mol 55.847 g

= 1.790 mol de Fe100 g de Fe

1.790 mol de Fe = 1.07 1024tomos de hierro

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2222

PONTEenforma

8. Seguramentealgunavezhastomadoaspirinasparaaliviareldolordecab

eza.La

sustanciaactivadeestemedicamentoesdecir,la

queproduceelalivioesel

cidoacetilsaliclico (C9H8O

4)y representaunode lo

sanalgsicosmscomunes.

Calculacuntasmolculasdeestecidoingieresen

unatabletade0.500g.


Ejemplo 5. Determina lo siguiente.

a) A cuntos mol de azcar (C12H22O11) equivale una cucharadita (5 g)?b)Cuntas molculas estn presentes en esa cantidad de azcar?

Datos: 5 g de C12H22O11

a) Cuntos moles son?

b) Cuntas molculas estn presentes?

Clculo de la masa molar:

Elementos que formanel compuesto

Nmero de tomospresentes

Masa molar(g/mol)

Masa total (g)

C 12 12.01 144.12

H 22 1.01 22.22O 11 16.00 176.00

Masa molar: 342.34 g/mol

a) Clculo del nmero de moles:

1 mol de C12

H22

O11

342.34 g de C12H22O11

b) Clculo del nmero de molculas:

6.022 1023de C12

H22

O11

1 mol de C12

H22

O11

Respuesta: una cucharadita de 5 g de azcar equivale a 0.0146 mol y contiene 8.789 1021molculas de azcar (C12

H22

OAs que de hoy en adelante, puedes pedir tu caf con 0.03 mol de azcar, por favor.

Laaspirinaesunodelosanalg-

sicosmscomunes.

= 0.0146 mol de C12H22O11 5 g de C12H22O11

= 8.789 1021molculas de C12H22O11 0.0146 mol de C12H22O11

22

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23

9. Lacafena(C8H

10N

4O

2)esunalcaloidequeendosisaltaspuedesermortal,peroendosismoderadasestim

el sistema nervioso central, el msculo cardiaco y el sistema respiratorio, adems, reduce la sensacincansancio, agudiza la percepcin, es vasodilatador, diurtico y retrasa la fatiga, entre otros efectos.encuentraenproductoscomoelcaf,elt,losrefrescosdecolaylasbebidasenergticas.Sienunalata(250mL)bebidaenergticahay1.751020molculasdecafena,cuntosmolesycuntosgramosdecafenatiene? Procedimiento

Respuesta

10.Lahemoglobina(C2952H4664N812O832S8Fe4)eselcompuestoquetransportaeloxgenoenlasangre.Siunadulto

promedioposee7.111021molculasdehemoglobinaensutorrentesanguneo,cuntosmolesycuntosgramosdehemoglobinatiene?


La cafena presente en el caf es un alcaloide que estimula el sistema nerviosocentral.

Como viste anteriormente, el mol funciona como un puente entre la masa de unasustancia (lo que podemos ver, tocar y medir) y el nmero de partculas que laforman (que no percibimos). Asimismo, el mol se relaciona con el volumen deun gas en condiciones de temperatura y presin determinadas (recuerda que suvolumen depende de estos dos factores).

Volumen molar

Un mol de helio, el gas que se usa paraglobos, ocupa un volumen de 22.4 L a 0Atm de presin.

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24

PONTEenforma

11.Completalatablaeincluyeeldibujodeunape

lotainfladacon1moldecadaunodelosdiferente

sgasesen

condicionesTPN.Comentatusrespuestascontugr

upoyprofesor.

En la actividad anterior pudiste notar que un mol de cualquier gas, en condiciones normales, ocupa el mismo volumentiene el mismo nmero de tomos o molculas, pero su masa es diferente. Por ejemplo, para distintos gases en condicionTPN, tenemos los siguientes valores (cuadro 7):

El volumen molar es una equivalencia que permite convertir el nmero de moles de un gas al volumen que ocupa. Desluego, tambin puede darse la conversin contraria: dado el volumen que ocupa un gas, determinar su nmero de molsiempre y cuando ste se encuentre en condiciones TPN.

Frmuladelgas NeO

2

SO2

Dibujo

Masamolar

Volumenmolar

Cuadro 7. Masas molares de distintos gases

Gas Nm. de moles Masa molar Volumen molar Nm. de partculas

He 1 4.003 g/mol 22.4 L 6.022 1023de tomos de helioN

21 28.014 g/mol 22.4 L 6.022 1023de molculas de nitrgeno

CO2 1 44.01 g/mol 22.4 L 6.022 1023de molculas de dixido de carbono

El volumen que ocupa un mol de cualquier gas se conoce como volumen molary su valor se ha determinado expementalmente.

El volumen molares el que ocupa un mol de cualquier gas en condiciones de tem-peratura y presin normales (TPN = Temperatura de 0 C y presin de 1 atm) y equivalea 22.4 L.

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25

Para hacer estos clculos, se pueden plantear los siguientes factores de conversin:

Todo esto podemos representarlo esquemticamente:

* tomos, molculas, iones.

Ejemplo 6. El gas natural (CH4) se emplea como combustible en los hogares. Determina:

a) Qu volumen ocupa en condiciones TPN una muestra de 80 g de este gas?b) Cuntas molculas estn presentes en la muestra?

Datos: 80 g de CH4a TPN.

a) Calcular el volumen que ocupa.b) Calcular cuntas molculas hay.

Clculo de la masa molar:

Clculo del nmero de moles:

1 mol de CH4

16.00 g de CH4

De L a mol

1 mol dex

22.4 L

De mol a L

22.4 L

1 mol dex

ElementoNm. de tomos

presentesMasa molar

(g/mol)Masa total delelemento (g)

C 1 12.001 12.001

H 4 1.001 1.001Masa molar: 16.00 g/mol

= 5.00 mol de CH4

80 g de CH4

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2626

PONTEenforma

12.Completalasiguientetabla.

*Recuerdaqueelvolumenmolarseconsiderae

ncondicionesTPN.

13.Determinaquvolumenocupanlossiguientesg

asesa0Cy1atmdepresin.

a) Clculo del volumen molar:

22.4 L de CH4 1 mol de CH4

b) Clculo del nmero de molculas:

6.022 10

23

molculas de CH4 1 mol de CH4

Respuesta: 80 g de gas natural equivalen a 5 moles, ocupan un volumen de 11.651 litros en condiciones TPN, y en elestn presentes 3.01 1024molculas.

SustanciaMasamolar

(g/mol)Masa(g) Nm.dem

olesNm.de

partculas

Volumenmolar

(L)*

CO2(g)100

Ne(g)0.5

O2(g)

6.0221025

NO2(g)50

AgNO3(s)25

Mn(OH)7(s)15

Br2(l)

7.81015

Volumen

aTPN

a)34.08gdeNH3___________________

______________________________________

___________________________

b)24gdeO3___________________

______________________________________

__________________________

c)6.0221023molculasdeCH4 __________________

______________________________________

___________________________

d)50.45gdeNe___________________

______________________________________

__________________________

e)1.8071024molculasdeC4H10 ________________

______________________________________

___________________________

= 112.00 L de CH4

5.00 de CH4

= 3.01 1024molculas de CH45.00 de CH4

26

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27

14.Losgasesestnsiemprepresentesenelaparatodigestivo.Unadultonormalpuedeproducirhasta1.5litrogasesqueusualmenteeliminaporelrectoenformadeventosidadesoflatos.Losgasesintestinalesestnformadospordixidodecarbono(CO

2),nitrgeno(N

2),oxgeno(O

2),hidrge

(H2)y,algunasveces,metano(CH

4).Elmalolorocasionaldelflatosedebeaquealgunasbacteriaspresentes

elintestinogruesoproducengasesquecontienenazufre,comoeltrixidodeazufre(SO3),quehueleahue

podrido.Siunapersonaprodujo6.24gdetrixidodeazufreencondicionesTPN,quvolumenocupare

gasensuintestino?

Procedimiento

Respuesta

15.SecalculaquedurantelaerupcindelmonteSantaElena,ocurridaalestedel territorio estadounidense el 18 de mayo de 1980, se emitieron a laatmsfera4105toneladasdedixidodeazufre(SO2).Determina:

a)QuvolumenocuparestegasencondicionesTPN?b)Cuntasmolculasdeestegasseemitieronalaatmsfera? Procedimiento

Respuesta

a)

b)

16.Formaunequipodecuatrointegrantesyhaganlassiguientesactividades.a)Definan,utilizandosuspropiostrminos,losconceptos:mol,masafrmula,masamolaryvolumenmolar.

b)Intercambienopinionessobrelarelacinquehayentrelosconceptosencuestin.c)Construyanelmapaconceptualcorrespondiente.

LaserupcionesvolcnicasemitenalaatmsferagrandescantidadesdeSO2.

La industria requiere cuantificar las materias primas con fines econmecolgicos.

Los clculos estequiomtricos se utilizan con frecuencia en el

anlisis qumico y en los procesos industriales para conocerlas cantidades (en masa, moles o volumen) de reactivos yproductos de un proceso, a partir de una ecuacin qumicaque cumpla con la ley de la conservacin de la masa.

CLCULOS ESTEQUIOMTRICOS

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Por lo que sta se puede leer de las siguientes maneras:

2 mol de hidrgeno molecular gaseoso reaccionan con 1 mol de oxgeno molecular gaseoso, para formar 2mol de agua gaseosa.

4.04 g de hidrgeno molecular gaseoso reaccionan con 32 g de oxgeno molecular gaseoso y forman 36.04 g agua gaseosa.

44.8 L de hidrgeno molecular gaseoso reaccionan con 22.4 L de oxgeno molecular gaseoso y forman 44.8 L agua gaseosa a TPN.

2 mol de hidrgeno molecular gaseoso, reaccionan con 1 mol de oxgeno molecular gaseoso y forman 36.04de agua gaseosa.

4.04 g de hidrgeno molecular gaseoso reaccionan con 32 g de oxgeno molecular gaseoso y generan 44.8 L agua gaseosa a TPN.

Esta informacin nos permite establecer las siguientes relaciones estequiomtricas, a travs del mtodo mol: mol-mmasa-masa, volumen-volumen, mol-masa, masa-volumen, mol-volumen.

Por lo tanto, independientemente de las unidades en las que se encuentren los reactivos y productos (sean moles, gramlitros u otras), los clculos se fundamentan en la relacin mol-mol y deben realizarse como se indica en el siguieesquema:

La informacin cuantitativa que proporciona una ecuacin qumica balanceada se puede interpretar de diversas formPor ejemplo, observa la siguiente:

2H2(g)

+ O2(g)

2H2O

(g)

2 molculas de H2

1 molcula de O2

2 molculas de H2O

2 moles de H2 1 mol de O2 2 moles de H2O

2(6.022 1023 molculas) de H2 6.022 1023 molculas de O2 2(6.022 10

23 molculas) de H2O

4.04 g de H2

32 g de O2

36.04 g de H2O

2(22.4 L) de H2

22.4 L de O2

2(22.4 L) de H2O

El mtodo mol consiste en interpretar los coeficientes estequiomtricos de unareaccin qumica como el nmero de moles de cada sustancia.

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29

Es la relacin que puede establecerse entre la cantidad de moles de dos sustancias que participan en una reaccin quEn otras palabras, la relacin mol-mol se usa para determinar el nmero de moles de una sustancia a partir del nmermoles de otra.

Retomando la reaccin de formacin del agua, tenemos que pueden establecerse las siguientes relaciones mol-mol:

2H2(g )

+ O2(g)

2H2O

(g)

2 mol de H2

1 mol de O2

2 mol de H2O

2 mol de H2 o 1 mol de O

2

1 mol de O2 2 mol de H2

2 mol de H2 o 2 mol de H

2O

2 mol de H20 2 mol de H

2

1 mol de O2 o 2 mol de H2O2 mol de H

2O 1 mol de O

2

Ejemplo 7. Considerando la ecuacin y los factores anteriores, determina:

a) Cuntos moles de O2se requieren para hacer reaccionar a 6 moles de H

2.

b) Cuntos moles de H2O se obtienen.

a) Clculo de moles de O2:

1 mol de O22 mol H2

b) Clculo de moles de H2O:

2 mol de H2O

2 mol H2

Respuesta: 6 moles de H2reaccionan con 3 mol de O

2y se producen 6 mol de H

2O.

sta se usa para determinar la masa de una sustancia a partir de la masa de otra, siempre y cuando se cuente coecuacin qumica balanceada que las involucra en el mismo proceso.

Ejemplo 8. Se pretende obtener 500 g de H2O por medio de la siguiente reaccin:

2H2(g)

+ O2(g)

2H2O

(g)

Relacin mol-mol

Relacin masa-masa

= 3 mol de O26 mol de H2

= 6 mol de H2O6 mol de H

2

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30

El gas butano es uno de los combustibles con mayor uso do-mstico.

Determina:

a) Cuntos gramos de hidrgeno se requieren.b) Cuntos gramos de oxgeno se necesitan.

Para resolver este problema, es preciso seguir estos pasos:

Paso 1.Clculo de la masa en g de H2. Primero, los 500 g de agua se convierten a moles, usando la masa molar del H

como factor de conversin:

1 mol de H2O

18 g de H2O

Paso 2.Luego, se calcula el nmero de moles de hidrgeno que se necesitan:

2 mol de H2

2 mol de H2O

Paso 3.Posteriormente, usando la masa molar del H2como factor de conversin, se calcula la masa de H2requerida:

2.01 g de H2

1 mol de H2

Paso 4.Clculo de la masa en g de O2. A partir de los moles de agua, se calculan los moles de O

2que se necesitan:

1 mol de O2 2 mol de H

2O

Paso 5.Finalmente, se calcula la masa de O2usando la masa molar del O2como factor de conversin: 32 g de O2 1 mol de O

2

Respuesta: para obtener 500 g de H2O se necesitan 55.54 g de H

2y 444.16 g de O

2.

Tambin es posible hacer clculos estequiomtricos con volmenes mlares, siempre y cuando las sustancias involucradas sean gaseosas y reacciones se lleven a cabo en condiciones TPN. Analiza el siguienejemplo.

Ejemplo 9. El butano (C4H10) es empleado como gas domstico. Calcucunto dixido de carbono (CO

2) en litros se produce, si se consumen 3

de gas butano. Considera que la combustin se lleva a cabo en condicnes TPN y de acuerdo con la siguiente ecuacin:

Relacin volumen-volumen

= 27.77 mol de H2O 500 g de H2O

= 27.77 mol de H2

27.77 mol de H2O

= 55.54 g de H2 27.77 mol de H2

= 13.88 mol de O2

27.77 mol de H2O

= 444.16 g de O2

13.88 mol de O2

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31

2C4H

10(g)+ 13O

2(g) 8CO

2(g)+ 10H

2O

(g)

2 mol C4H

1013 mol O

28 mol CO

210 mol H

2O

Para resolver el problema, se plantean estos pasos y clculos:

Paso 1.Convertir los 30 L de C4H

10a moles de C

4H

10, usando el volumen molar como factor de conversin:

1 mol de C4H10 22.4 L de C4H10

Paso 2.Calcular los moles de CO2producidos:

8 mol de CO2

2 mol de C4H10

Paso 3.Finalmente, calcular los litros de CO2, usando el volumen molar como factor de conversin:

22.4 L de CO2 1 mol de CO2

Respuesta: a partir de la combustin de 30 L de butano se producen 120.06 L de CO2.

1

PONTEenforma

17.Calculamentalmenteyrespondesobrelaslneas.a)Cuntosgramosson1moldeCaCO

3?

_________________________b)Cuntoslitrosocupan2moldeO2aTPN?

_________________________c)Cuntasmolculashayen1moldetomosdeplata?_________________________d)Qutienemayormasa,1moldeH2o1moldeHe? _________________________e)Cuntosmoleshayen22.4LdecualquiergasaTPN?_________________________

18.Ordena las siguientes cantidades de gas Nen (Ne) de menora mayor cantidad de materia. Compara tus

resultadosyexplicaatuscompaerosculfueelcriterioqueelegistepararesolveresteejercicio

a)6.0221023tomosb)3molc)44.8LaTPNd)3.0111023tomose)2.5mol

>

>>

>

= 1.34 mol de C4H10 30 L de C4H10

= 5.36 mol de CO2 1.34 mol de C4H10

= 120.06 L de CO2 5.36 mol de CO2

31

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3232

19.Escribeenelrecuadroelsigno>,

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333

a)CuntosmolesdeNO2seproducenenlareaccincompletade0.55moldeNO?b)CuntosmolesdeO

2senecesitanparaqueselleveacabolareaccin?


a)

b)23.El acetileno (C

2H

2) es un gas altamente inflamable queardeenpresenciadeoxgeno(O

2);seempleaenequiposparasoldadurayenelcortedepiezasdeacero,porquesuflamapuedealcanzarunatemperaturade3500C.Obser-valareaccinyrespondelaspreguntas.

2C2H

2(g)+ 5O

2(g) 4CO

2(g)+ 2H

2O

(g)

a)Cuntosgramosdeoxgenosenecesitanparaque-mar100gdeacetileno?b)CuntosgramosdeCO

2seproducenalquemaruntanquede500gdeacetileno?


a)

b)24.La fosfina (PH

3) es un gas inflamable y venenoso que se ocupa co

mo fumigante, para proteger el granoalmacen

ado.Seproducegraciasalaaccindelaguasobreelfosfurodemagnesio(Mg3P

2),deacuerdoconla

siguientereaccin.

Mg3P

2(s)+6H

2O

(l2PH

3(g)+3Mg(OH)

2(g)a)CuntoskilogramosdeMg

3P

2senecesitanparaproducir1500kgdePH

3?b)Cuntastoneladasdefosfinasepuedenproducircon12toneladasdeMg

3P

2?


a)

b)25.Lanitroglicerina(C

3H

5N

3O

9)enpequeasdosisseutilizaparatratarlainsuficienciacardiaca,porsuspropiedades

comovasodilatador.Tambinesconocidacomounodelosexplosivosmspotentes.Sudescomposicingeneragrancantidaddecalorylarpidaformacindegasesqueproducenexplosin.

4C3H

5N

3O

9(s)6N

2(g)+12CO

2(g)+O

2(g)+10H

2O

(g)

Lacombustindelacetilenoalcanzatemperaturasmuyelevadas,porloqueseutilizaparacortarlminasmetlicas.

33

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34

Para elaborar un buen pastel, debes contar con lascantidades exactas de cada uno de los ingredientes.

a)CuntoskilogramosdeC3H5N3O9s

enecesitanparaproducir34kgdeN2?

b)CuntosgramosdeCO2seproducencuandoexpl

otan28gdeC3H5N3O9?


a)

b)

26.Eldixido de carbono (CO2) es el p

rincipal responsable el efecto inver-

nadero, asociado con elcalentamiento del plane

ta. La combustin del

octano(C8H18),unodeloscomponentesdela

gasolina,haocasionadoen

granmedidaelincrementodeCO2enlaat

msfera.

2C8H18(l)+O2(g)

CO2(g)+H2O(g)

Siunautomovilistaconsumealasemana35kg

deoctano

a)CuntoskilogramosdeCO2emitea

laatmsferaenestetiempo?

b)CuntoskilogramosdeO2senecesitanparalacombustincompleta

deloctano?


a)

b)

La combustin de la gasolinafavorece en

gran medida el efectoinvernadero, cau-

santedelcalentamientoglobal.

En los procesos qumicos tanto naturales como industriales, es comn que reactivos no se encuentren en la cantidad exacta requerida, es decir, alguno ellos puede estar en exceso, y de otros puede no haber la suficiente cantidaestos ltimos determinan cunto producto se formar.

Reactivo limitante

La sustancia que reacciona en su totalidad y limita lacantidad de producto formado en una reaccin qumicaes llamada reactivo limitante, mientras que el reactivoque no se consume en su totalidad es conocido comoreactivo en exceso.

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35

Para aclarar estos conceptos, considera esta analoga: cuntos automviles se pueden armar a par tir de 15 rue3 volantes y 4 carroceras? Slo se pueden armar 3 autos; el reactivo limitante seran los volantes, de los cuales slo hPor lo tanto, existe un exceso de ruedas y carroceras.

Ahora veamos un ejemplo qumico. Si 6 molculas de H2reaccionan con 3 molculas de F

2, cuntas molculas de H

pueden formar a partir de la siguiente reaccin qumica?

H2 + F22HF

Representacin nanoscpica de las cantidades de cada una de las sustancias:

6 molculas deH2

3 molculas de F2

6 molculas de HF

+

Observa que se pueden formar 6 molculas de HF, antes de que se agote el F2, que es el reactivo limitante, y qued

molculas de H2sin reaccionar; ste es el reactivo en exceso.

En los procesos industriales, es fundamental conocer cul es el reactivo limitante; a partir de l se realizarn todoclculos estequiomtricos. Para determinarlo, podemos seguir estos pasos:

1.Verificar que la ecuacin est balanceada, si no, balancearla.2.Determinar la cantidad en moles de producto que se forma a partir de cada reactivo.3.El reactivo que produce la menor cantidad de producto es el reactivo limitante, los otros reactivos estn en exce4.Para conocer la cantidad de reactivo en exceso, se calcula la cantidad que reacciona con el reactivo limitant

excedente corresponde a la cantidad de sustancia que queda sin reaccionar.

Ejemplo 10. El cido acetilsaliclico (C9H

8O

4), que como ya sabes, es un analgsico muy empleado, mejor conocido c

aspirina, se obtiene al hacer reaccionar cido saliclico (C7H

6O

3) con anhdrido actico (C

4H

6O

3). La reaccin se represent

la siguiente ecuacin:

C7H

6O

3+ C

4H

6O

3C

9H

8O

4+ H

2O

Si se hacen reaccionar 5 g de C7H

6O

3con 8 g de C

4H

6O

3:

a)Cul es el reactivo limitante?b)Cuntos gramos de aspirina se pueden producir?

Paso 1.Verificar que la ecuacin est balanceada. Y en caso de que no sea as, hay que balancearla:

2C7H

6O

3+ C

4H

6O

32C

9H

8O

4+ H

2O

+

+

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36

Paso 2.Calcular los moles de aspirina que se obtienen a partir de los 5 g de cido saliclico:

1 mol de C7H6O3 138.129 g de C

7H

6O

3

2 mol de C9H

8O

4

2 mol de C7H6O3

Paso 3.Calcular los moles de aspirina que se obtienen a partir de los 8 g de anhdrido actico:

1 mol de C4H

6O

3

102.092 g de C4H

6O

3

2 mol de C9H

8O

4

1 mol de C4H6O3

Paso 4.Determinar cul de los reactivos es el limitante: tenemos que con 5 g de cido saliclico se producen 0.036 m

de aspirina y con 8 g de anhdrido actico se generan 0.157 mol; entonces, la mxima cantidad de aspirina que se pueproducir con estas cantidades es de 0.036 mol; por lo tanto, el reactivo limitante es el cido saliclico, pues no hay suficienpara producir 0.157 mol de aspirina.

Paso 5. Determinar los gramos de aspirina que se producen:

180.163 g de C9H8O4 1 mol de C

9H

8O

4

Respuesta: con 5 g de cido saliclico y 8 g de anhdrido actico se producen 6.485 g de aspirina, y el reactivo limitante el cido saliclico.

36

PONTEenforma

27.Elamoniaco(NH3)atemperaturaambienteesun

gasincoloro,deolormuyfuerte;seusaenlaprodu

ccinde

fertilizantesycomoabonodirecto.Tambinseocu

paenlafabricacindeproductosdelimpiezadom

sticos.

Seobtienedeformanatural,porladescomposicin

delamateriaorgnica,ydeformaindustrial,dea

cuerdo

conlasiguientereaccin:3H2(g)+N2(g)

2NH3(g)

Sisecuentacon645kgdeN

2y645kgdeH2:

a)Culeselreactivolimitante?

b)CuntoskilogramosdeNH3seprod

ucen?

= 0.036 mol de C7H

6O

3 5 g de C

7H

6O

3

= 0.036 mol de C9H

8O

4 0.036 mol de C

7H

6O

3

= 0.078 mol de C4H6O3 8 g de C4H6O3

= 0.157 mol de C9H

8O

4 0.078 mol de C

4H

6O

3

= 6.485 g de C9H8O40.036 mol de C9H8O4

36

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377


a)

b)28.Elfluorurodehidrgeno(HF)seusaparaelaborarfluidosrefrigerantes(stosson

contaminantesquedestruyen

lacapadeozonodelaestratosfera,porloquecadavezesmenoscomnsuuso),yenlasntesisdepolmeros

comoeltefln.ElHFsegeneraconbaseenelfluorurodecalcio(CaF2)yelcidosulfrico(H

2SO

4),mediante

lasiguientereaccin:

CaF2(s)

+ H2SO

4(l) CaSO

4(s)+ 2HF

(s)Sisetienen945gdeCaF

2y850gdeH

2SO

4:

a)Culeselreactivolimitante?b)CuntosgramosdeHFseproducen?

Procedimiento Respuesta

a)

b)29.Eldiclorurodediazufre(S

2Cl

2)esunlquidoaceitosoconoloracre.Seaprovechaenlavulcanizacindelhule

y se prepara haciendo reaccionar azufre fundido (S8) con cloro gaseoso (Cl

2), de acuerdo con la siguiente

ecuacin:

S8(l)

+4Cl2(g)

S2Cl2(l)Sisehacenreaccionar96gde(S

8)con213gdeCl

2:

a)Culeselreactivolimitante?b)CuntosgramosdeS

2Cl

2seproducen?


a)

b)30.Enlossistemasdepurificacindeaireenlasnavesespacialesylossubmarinos,seusahidrxidodelitio(LiOH)paraabsorbereldixidodecarbonoexhaladoenlarespiracin.Lareaccindeesteprocesoes:

2LiOH(s)

+CO2(g)Li

2CO

3(s)+H

2O

(l)

37

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38

Unapersonaproducealrededorde900gdeCO2po

rda.Sielpurificadorde

airedeunanaveespacialcontrestripulantestien

e2900gdeLiOH,deter-

minasiessuficienteparaeliminarelCO2produci

doenunda.


Ejemplo 11. La dimetilamina (C2H

6NH) es aprovechada como agente depilador, y se emplea en bronceadores, tintes, jabone

productos de limpieza. Un dato curioso es su accin en el reino animal, pues las cucarachas la utilizan como una feromopara comunicarse. Esta sustancia se prepara haciendo reaccionar amoniaco (NH

3) y metanol (CH

3OH), segn la siguien

ecuacin:

NH3(g)

+ 2CH3OH

(l)C

2H

6NH

(l)+ 2H

2O

(l)

Hasta el momento has aprendido cmo se puede determinar las cantidades de reactivos y los productos que intervienen una reaccin. En la industria, los procesos que se llevan a cabo se controlan mediante clculos estequiomtricos como lque ya has hecho. Tambin es muy importante saber si un proceso est dando los resultados esperados o no. Para ello,determina la eficiencia de las reacciones que intervienen en el proceso por medio del clculo del rendimiento real, seglo veremos a continuacin.

Rendimiento de reaccin

La purificacin del airede las naves espa-

cialesesposiblegraciasalasreaccionesqu-

micas.

La cantidad mxima de producto que se puede obtener en una reaccin qumica, de-terminada mediante clculos estequiomtricos, se conoce como rendimiento terico.

Por lo general, el rendimiento obtenido al efectuar una reaccin qumica, ya sea enel laboratorio o en un proceso industrial, es menor que el esperado, debido a quecomnmente existen prdidas en el proceso; a ste se le conoce como rendimientoreal.

Por su parte, el rendimiento porcentual es un ndice que permite determinar laeficiencia de una reaccin qumica a travs de la relacin entre el rendimiento real yel rendimiento terico.

rendimiento real

rendimiento terico% de rendimiento = 100

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39

Determina:

a)Cunta dimetilamina se produce, tericamente, al hacer reaccionar 100 g de metanol.b)El rendimiento porcentual de la reaccin, si en realidad slo se producen 59.5 g de dimetil amina.

a)Calcular la cantidad de dimetilamina:

Paso 1.Calcular el nmero de moles de metanol:

1 mol de CH3OH 32 g de CH

3OH

Paso 2. Calcular los moles de dimetilamina que se producen:

1 mol de C2H

6NH

2 mol de CH3OH

Paso 3. Convertir a gramos los moles de dimetilamina que se producen:

45 g de C2H

6NH

1 mol de C2H6NH

a)Calcular el rendimiento porcentual de la reaccin.

rendimiento real

rendimiento terico

59.5 g de C2H

6NH

70.31 g de C2H6NH

Respuesta: a partir de 100 g de metanol, tericamente se producen 70.31 g de dimetilamina. El rendimiento por

de la reaccin es de 84.625%.

9

PONTEenforma

31.Eltetraclorurodecarbono(CCl4)seutilizacomodisolventeparaextraeraceites,grasasyceras.Seobtieneal

hacerreaccionarsulfurodecarbono(CS2)yclorogaseoso(Cl

2),delasiguienteforma:

CS2(s)

+ 3Cl2(g) CCl

4(l)+ S

2

Cl2(s)Sisehacenreaccionar100gdeCS

2consuficienteCl

2:a)CalculaelrendimientotericodelCCl

4.b)Calculaelrendimientoporcentual,siindustrialmenteseobtienen165gdeCCl

4.

OperacionesRespuesta

a)

b)

= 3.125 mol de CH3OH 100 g de CH

3OH

= 1.562 moles de C2H

6NH3.125 mol de CH

3OH

= 70.31 g de C2H6NH1.562 mol de C2H6NH

100 = 84.625%

% de rendimiento = 100

% de rendimiento =

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4040

32.Enlaindustria,elvanadiometlico(V)esrequ

eridoparaproduciracerodegran

tenacidadparafabricarherramientasquesonresis

tentesaaltasvelocidadesyala

corrosin.Elvanadio seobtienealhacer reacciona

rxidodevanadio (V2O5) con

calcio(Ca)enunreactordepresinatemperaturas

elevadas.

5Ca(s) + V2O5(s) 5CaO(s) + 2V(s)

Sienunprocesoreaccionan1500kgdeV2O5,consuficientecalcio:

a)CalculaelrendimientotericodelV.

b)Calculaelporcentajederendimiento,siindustrialm

enteseobtienen750kgdeV.

OperacionesRespuesta

a)

b)

33.Eltitanioesunmetalligeroyresistentealacorrosinconelqueseelaboranaleacio

nesmetlicas;adems

reemplaza al aluminio en naves espaciales, avione

s, misiles, motoresy bicicletas. Se purifica mediante l

reaccindeclorurodetitanioIVconmagnesiofun

dido,aunatemperaturade1000C:

TiCl4(1) + 2Mg(S) Ti(s) + 2M

gCl2(S)

Sisecuentacon3600toneladasdeTiCl4:

a)CalculaelrendimientotericodelTi.

b)Calculaelporcentajederendimiento,sienlapr

cticaseobtienen800toneladasdeTi.

Operaciones

Respuesta

a)

b)

34. En la elaboracinindustrial de galletas es

comn adicionar crmortrt

(KHC4H4O6)ybicarbonatodesodio (Na

HCO3)enpolvo;alhornearlasestos

compuestosreaccionanentresliberandodixido

decarbonogaseoso(CO2

gasquedaatrapadoenlagalletahorneadayhace

queseesponje.Laecua

querepresentalareaccineslasiguiente:

KHC4H4O6(s) + NaHCO3(s) KNaC4H4O6(s) + CO2(g) + H2O(l)

Sesabequelaproduccinde15gdeCO2porcada

kgdegalletasresultasufic

para obtener un esponjado adecuado. A partir de

los datos proporcion

calculaentucuaderno:

a)LacantidaddeKHC4H4O6queserequiereparapro

ducir1kgdegalleta

b)Elrendimientoporcentualdelareaccin,siseo

btuvieron12gdeCO2.

Losdiferentestiposdeacerose

producen a partir de lacombi-

nacinestequiomtricadelhie-

rroconotrosmetales.

En la elaboracindepastelesy

galletas,latexturadependedela

cantidaddeCO2queseforma.

40

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41

35.Pararealizarestaactividad,integraunequipodetrabajocontresdetuscompaeros.a)Elijanunodelosproyectosdeinvestigacindelasiguientelista:

Basurageneradaporelconsumodeproductosenlacafeteraescolar. CantidaddeCO2quesegeneramensualmenteporelconsumodegasolinaentugrupoescolar.

Cantidaddealuminioquepuedereciclarsemensualmenteentuescuela.b)Realicenlainvestigacincorrespondiente,considerandolossiguientesaspectos:

Recoleccindedatos Clculosestequiomtricosnecesarios Implicacionesecolgicas Implicacioneseconmicas Propuestasyalternativasdesolucin Conclusiones Referenciasbibliogrficas

c)Preparenunapresentacindesutrabajoyexpnganlaalrestodelgrupo.Siloprefieren,elaboren

unperidicomural.

Los descuentos que ofrecen las tiendas departamese indican en trminos porcentuales.

Es comn expresar la composicin de un producto en trminos porcentuales(%). Observa, por ejemplo, la composicin de la leche de vaca en el cuadro 8:

En las etiquetas comerciales se reporta la composicin porcentual de di-versos artculos: ropa, alimentos, productos de limpieza, medicamentos,etc. Pero en algunos casos las industrias slo estn obligadas a incluir enlas etiquetas el contenido porcentual de los componentes vigilados pordeterminadas normas, as, en un envase de leche procesada nicamentese proporciona el porcentaje de grasa y protena, y las bebidas alcohlicasslo deben indicar el porcentaje de alcohol.

Composicin porcentual

Composicin porcentual,frmula mnima y molecular

Cuadro 8Componente Composicin porcentual en la leche de vaca (%)

Agua 87.0Grasa 3.5

Protena 3.5Azcares 4.9

Sales minerales 0.8Vitaminas y enzimas 0.3

Total 100.0

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42

Recordemos que la ley de las proporciones definidas de Proust comprueba que la composicin de una sustancia siempreigual, es decir, un compuesto siempre tiene la misma composicin porcentual.

Para los qumicos, resulta muy conveniente emplear la composicin de las sustancias en trminos porcentuales; la matotal del compuesto representa 100%, mientras que la masa de cada uno de sus elementos corresponde a un porcentaparcial. Este porcentaje constituye la masa en gramos del elemento presente en 100 g del compuesto.

Para averiguar la composicin porcentual de un compuesto, se siguen estos pasos:

1. Determinar la masa molar del compuesto.2. Dividir la masa de cada elemento entre la masa molar del compuesto.3. Multiplicar el resultado por cien.

Este procedimiento se resume en el siguiente esquema:

Ejemplo 12. Calcula la composicin porcentual del sulfato de aluminio [Al2(SO

4)3].

ElementoNmero de

moles de cadaelemento

Masa molar decada elemento

(g/mol)Masa total (g) Clculo

Porcentaje(%)

Al 2 26.982 2 26.982 = 53.964 53.964

342.15915.79

S 3 32.065 3 32.065 = 96.196 96.196

342.15928.11

O 12 16 12 16 = 192 192 342.159

56.14

Masa molar del compuesto: 342.159 Total: 100

100

100

100

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43

PONTEenforma

36.Uno de los ingredientes dejabones y cosmticos es el cidocinmico,cuyafrmulamolecularesC

9H

10O.Determinasucom-posicinporcentual(apyateenlatabla).Alterminar,compartetusrespuestascontuscompaerosyprofesor.

37.Calculalacomposicinporcentualdelmonmerodelnylon(C12

H22

O2N

2),queesunpolmerosintticodegran

importanciaenlaindustriatextil.

ProcedimientoRespue

sta

38.El cloroformo (CHCl3) fue empleado como anestsico, hasta que algunas investigaciones demostraron

que puede daar rganos como hgado, riones y corazn. Determina la composicin porcentualdeestecompuesto.

Procedimiento Respuesta

Elcidocinmico,eselresponsabledelolorafrutasenlosjabonesdetocador.

ElementoNmerodemolesdecadaelemento

Masamolardecadaelemento(g/mol)

Masatotal(g) Clculo Porcentaje(%)C 9

H 10

O 1

Masamolardelcompuesto:Total: 100

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44

Con frecuencia los laboratorios reciben muestras de sustancias a las que les realizan anlisis qumicos para determinqu elementos estn presentes y en qu proporcin. Es comn que el resultado del anlisis qumico de una muestrareporte en trminos porcentuales. A partir de estos datos, los qumicos pueden determinar la frmula del compuesto cuestin.

Ya hemos visto cmo calcular la composicin porcentual de un compuesto a partir de su frmula. Este proceso se puehacer de manera inversa, es decir, a partir de conocer la composicin porcentual, podemos determinar la frmula de compuesto. Para ello, los qumicos han establecido dos tipos de frmulas:

Debido a que la composicin porcentual de distintas sustancias puede ser la misma, como se muestra en el cuadro 9, resunecesario tambin contar con la masa molar del compuesto, lo que permite identificarlo. Por ello, se usan estos dos tipde frmulas: la frmula mnima y la frmula molecular.

Para determinar la frmula mnima de una sustancia, se necesita saber cues su composicin porcentual o la masa de cada elemento presente encompuesto. Para poner en prctica esto, analiza los siguientes ejemplos.

Ejemplo 13. El anlisis qumico de la nicotina, compuesto pre sente en hojas del tabaco, es el siguiente: 74% de carbono, 8.65% de hidrgeno17.35% de nitrgeno. Determina su frmula mnima.

Paso 1.Considerar 100 g del compuesto, para obtener los gramos de caelemento:

Cuadro 9. Composicin porcentual de la frmula mnima y la frmula molecular.

Elementos Frmula mnima CH (%)Frmula molecular del

acetileno C2H

2(%)

Frmula molecular delbenceno C

6H

6(%)

C 92.3 92.3 92.3

H 7.7 7.7 7.7

La nicotina es una sustancia adictiva presente en lashojas de tabaco.

Elemento Composicin porcentual en la nicotina (%) Masa (g)

C 74.0 74.0

H 8.65 8.65

N 17.35 17.35

Frmula mnima: tambin es conocida como frmula emprica, representa la m-nima relacin entre los tomos de cada elemento que forman un compuesto.

Frmula molecular: conocida como frmula verdadera, indica la relacin realentre los tomos de cada elemento que constituyen un compuesto, y correspondea un mltiplo de la frmula mnima.

Frmula mnima y molecular

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45

Paso 2.Determinar el nmero de moles de cada elemento presentes en el compuesto:

Paso 3. Determinar la mnima relacin molar entre los elementos, para ello, se divide el nmero de moles de cada uno eel nmero de moles menor:

Paso 4.Si los valores obtenidos son nmeros enteros o muy cercanos a la unidad, corresponden a los subndices de celemento, es decir, al nmero de tomos que constituyen la frmula emprica o mnima.

Resultado: la frmula mnima de la nicotina es C5H

7N.

Ejemplo 14. Determina la frmula mnima de un compuesto con 72% de magnesio (Mg) y 28% de nitrgeno (N).

En este caso, uno de los valores resultantes no es un nmero entero, para obtenerlo, es necesario multiplicar todovalores por un nmero con el que se obtengan nmeros enteros.Para este ejemplo, el factor es 2.

1.5 2 = 31.0 2 = 2

Resultado: la frmula mnima es Mg3N

2.

Por su parte, la frmula molecular se determina conociendo la frmula mnima y la masa molar del compuesto; recuque la frmula molecular puede ser igual a la frmula mnima o a un mltiplo de sta.

Elemento Masa (g) Masa molar (g/mol) Nmero de moles (n)

C 74.0 12.011 74

12.011

H 8.65 1.008 8.65

1.008

N 17.35 14.007 17.3514.007

Elemento Nmero de moles (n) Relacin molar

C 74

12.011 6.161

1.239

H

8.65

1.008

8.581

1.239

N 17.35

14.007 1.239

1.239

ElementoComposicin

porcentual (%)Masa

(g)Masa molar

(g/mol)Nmero de mol (n) Relacin molar

Mg 72 72 24.305 72

24.305 2.962

1.999

N 28 28 14.007 28

14.007 1.999 1.999

= 6.161

= 4.97= 6.161

= 8.581

= 6.93= 8.581

= 1.239

= 1.00= 1.239

= 2.962

= 1.999

= 1.5

= 1.0

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46

Para calcular la frmula molecular se determina el factor (f) que existe entre la masa molar de la sustancia y la masa mode la frmula mnima:

Masa molar del compuesto

Masa molar de la frmula mnima

El clculo de fnos permite obtener el nmero de veces que la frmula emprica se encuentra contenida en la frmumolecular.

Ejemplo 15. Determina la frmula molecular de un hidrocarburo cuya composicin es: 92.3% de carbono y 7.7% hidrgeno, y su masa molar es de 78.115 g/mol.

Paso 1.Determinar frmula mnima:

Entonces, la frmula mnima es CH.

Paso 2. Determinar la masa molar de la frmula mnima:

Paso 3. Calcular f

Masa molar del compuesto 78.115 g/mol

Masa molar de la frmula mnima 13.019 g/mol

El valor resultante significa que la frmula emprica est contenida 6 veces en la frmula molecular:

Frmula molecular = (frmula mnima)6= (CH)6

Resultado: la frmula molecular es C6H

6

ElementoComposicin

porcentual (%)Masa

(g)Masa molar

(g/mol)Nmero de moles (n) Relacin molar

C 92.3 92.3 12.011 92.3

12.011 7.685

7.639

H 7.7 7.7 1.008 7.7

1.008 7.639 7.639

Elemento Nmero de tomos Masa molar g/mol Masa total del elemento (g)

C 1 12.011 12.011H 1 1.008 1.008

Masa molar: 13.19 g/mol

f= = 6.0=

f=

= 7.685

= 7.639

= 1.01

= 1.01

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47

PONTEenforma

39.Culeslafrmulaempricadeuncompuestoquecontiene1.52gdenitrgeno(N)y3.47gdeoxgeno(O)

40.Elalcanforesuncompuestosemislidocristalino,confuerteoloracre.Sucomposicinporcentuales:78.9%deC,10.59%deHy10.51%deO.Culessufrmulaemprica?


41.LavitaminaCtambines llamadacidoascrbico.Seleconoceporsusaccionesteraputicas,puescuraelescorbutoyevitaelresfriadocomn.Sucomposicinporcentuales40.92%deC,4.58%deHy54.50%deO.Determinaentucuadernosufrmulaemprica.

42.Elcidofosfricoesunasustanciaqueseusaenlasbebidasgaseosaspararesaltarelsabor.Sucomposicinporcentualesde3.086%deH,31.61%dePy65.31%deO.De-terminasufrmulaemprica.

Procedimiento

Respuesta

43.El isopreno es un compuesto que puede polimerizarse para formar hule natural.Sucomposicines88.17%deCy11.83%deH.Culessufrmulamolecular,sisumasa molar determinada experimentalmente es de 68.11 g/mol? Responde en tucuaderno.

44.La sulfadiacinaseutilizenel tratamientode las infeccionesporbacterias.Alanalizar su composicin, se

obtuvieronlossiguientesresultados:48%deC,4%deH,22%deN,12.8%deSyelrestodeO.Sumasamolaresde250g/mol.Calculasufrmulamolecular.

45.Laestronaesunahormonasexualfemeninaquepresentalasiguientecomposicin:8.2%dehidrgeno,80%decarbonoy11.8%deoxgeno.Experimentalmente,sehaestablecidoquesumasamolaresde270g/mol.Determinasufrmulaempricaymolecular.

El olor caracterstico del alcanfor ahuyenta alosinsectos.

El cido fosfrico resaltaelsaborde lasbebidasga-seosas.

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48

REPASAlo importante

La estequiometraes la parte de la qumica que se encar-ga del estudio cuantitativo tanto de los reactivos partici-pantes como de los productos en una reaccin qumica;

para ello se basa en las leyes ponderales y utiliza el molcomo unidad para sus clculos.

La masa molares la masa de un mol de tomos o mol-culas de una sustancia expresada en gramos. En el ca sode que los gases estn en condiciones de temperaturay presin normales (TPN), el volumen molar equivale a22.4 L.

El moles la unidad que utiliza el Sistema Internacional deUnidades para medir la cantidad de sustancia y equivale a

6.022 1023partculas elementales (tomos, molculas,iones, etc.) A esta cantidad se le conoce como nmerode Avogadro.

Los clculos estequiomtricos permiten efectuar el an-lisis qumico y de los procesos industriales por mediode las relaciones mol-mol, masa-masa y volumen-volu-men. Estos clculos se realizan en moles. En el caso deque los datos o las cantidades solicitadas como respuestase encuentren en otras unidades (de masa, volumen onmero de partculas) es necesario hacer las conversiones

correspondientes.

Al ocurrir una reaccin qumica, la sustancia que setransforma completamente en el proceso, reaccionandoen su totalidad, se llama reactivo limitante. En tanto, el

reactivo que no se agota es el reactivo en exceso.

El rendimiento tericode una reaccin qumica se deter-mina mediante clculos estequiomtricos y corresponde ala mxima cantidad de producto que se puede obtener. Elrendimiento reales la cantidad de producto conseguidaen el proceso. La eficiencia de la reaccin se representacomo el rendimiento porcentual, que indica la relacinentre el rendimiento real y el rendimiento terico.

La constitucin de un compuesto se puede expresar

mediante su composicin porcentual. En los anlisisqumicos, es necesario determinar la frmula mnimao emprica y la frmula molecular o verdadera de uncompuesto a partir de su composicin porcentual.

La frmula mnima es la representacin de la relacinms simple que existe entre los tomos de cada elementoque forman un compuesto.

La frmula molecular representa la relacin real que hayentre los tomos de cada elemento que forman un compues-

to y es un mltiplo de la frmula mnima.

1. Regresa a la actividad de inicio de bloque y modifica la estrategia planteada, pero jutifica tu respuesta con lo que has aprendido en este bloque. Anota a continuacin

nueva respuesta o las modificaciones efectuadas.

2. En muchas ocasiones nos hemos cuestionado sobre el papel que desempea la qumica nuestra vida cotidiana. Es una ciencia til o perjudicial? Por un lado, la qumica se entiencomo la ciencia que transforma los recursos naturales para resolver las necesidadfundamentales de los seres humanos; por otro, la utilizacin del conocimiento qumimplica riesgos. La siguiente lectura nos permite reflexionar en estos dos aspectos.

qu dicesahora?

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Integra un equipo de trabajo con tres de tus compaeros y realicen las actividades que seproponen a continuacin.

Comenten la lectura de Andoni Garritz, considerando los siguientes aspectos:

a) La qumica es una ciencia til o perjudicial?b) Cul es la importancia del uso de los clculos estequiomtricos en las cienciasmdicas?

c) Qu relacin hay entre las dosis de los frmacos recomendadas por los mdicosy la estequiometra?

Escriban un resumen breve con sus comentarios y comprtanlo con su grupo. De manera individual, determina la masa molar de los compuestos que intervienen en la

neutralizacin del cido oxlico:

Cuando una persona se intoxica por la accin de algn producto qumico, en ocasiones se le puede dar un antdoto, q

reacciona con el agente txico para producir sustancias que no son dainas al organismo. Un ejemplo es la intoxicacin c

cido oxlico (C2H

2O

4). Este compuesto es fuertemente txico para el organismo humano. De ser ingerido, su accin pue

neutralizarse por medio del permanganato de potasio (KMnO4). Lo que ocurre es la siguiente reaccin, en la que intervie

el cido clorhdrico del estmago:

5C2H

2O

4+ 2KMnO

4+ 6HCl 10CO2+ 2MnCl2+ 2KCl + 8H2O

La cantidad de permanganato de potasio que debe suministrarse a la persona intoxicada depende de la porcin de ci

oxlico que ingiri. Es importante que el permanganato de potasio est en exceso y que el cido oxlico sea el rea cti

limitante para garantizar que no quede veneno en el organismo.

Otro caso de intoxicacin ocurre cuando las personas ingieren metanol en lugar de etanol. El metanol se oxida y pr

duce formaldehdo, que a su vez se convierte en cido frmico. El cuerpo humano no es capaz de eliminar el cido frmi

por lo que el cido baja el valor del pH de la sangre, lo cual puede producir la muerte. Adems, la ingestin de metan

produce ceguera.

El cido frmico puede neutralizarse en el organismo suministrando bicarbonato de sodio. Nuevamente, en este caso

cido frmico tiene que ser el reactivo limitante, por lo que el bicarbonato de sodio se ingiere en cantidades excesivas.

En todos los casos de intoxicaciones, la idea del antdoto es que ste sea el reactivo en exceso y el veneno sea el reacti

limitante. De esta forma, el veneno reaccionar por completo y se terminar el problema.

Fragmento tomado de Manifestaciones de la Materia, Captulo 6, Estequiometra. Garritz, Andoni. http://garritz.com/andoni_garritz_ruiz/documen

Mi_curriculum/06-Garritz.pdf. (Consultado el 15 de septiembre de 2010.)

Intoxicaciones y hormonas

Nombre Frmula Masa molar

a) cido oxlico C2H2O4b) Permanganato de potasio KMnO4c) cido clorhdrico HCl

d) Dixido de carbono CO2e) Cloruro de manganeso MnCl

2

f) Cloruro de potasio KCl

g) Agua H2O

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Con base en la ecuacin, establece las relaciones estequiomtricas que se te solicitan.

5C2H

2O

4+ 2KMnO

4+ 6HCl 10CO2 + 2MnCl2 + 2KCl + 8H2O

a) Relacin mol-mol

C2H

2O

4KMno

4C

2H

2O

4MnCl

2MnO4 KCl

b) Relacin mol-masa

KMnO4

MnCl2

HCl MnCl2

C2H

2O

4KCl

PARA SABER MS...dale clic!

En las siguientes pginas de Internet encontrars informacin, ejercicios y actividades interactivas de estequiometra:http://garritz.com/andoni_garritz_ruiz/documentos/Mi%20curriculum/06-Garritz.pdfwww.chem.arizona.edu/chemt/idodown.htmlwww.eis.uva.es/~qgintro/esteq/esteq.html

Producto Usos Riesgo para la salud Propuesta para evitar daos

a)

b)

c)

d)

e)

Demuestra la ley de la conservacin de la masa en la ecuacin anterior. La cantidad de KMnO

4que debe suministrarse a la persona intoxicada depende de la cantidad de C

2H

2O

4que ingir

Determina cunto KMnO4debe suministrarse a un paciente que consumi por accidente 5 g de C

2H

2O

4.

Explica qu importancia tiene el mol para el clculo estequiomtrico de las sustancias que intervienen en el ejemplo anterio Investiga y anota cules son las ecuaciones para representar la oxidacin del metanol (CH

3OH), primero, para produ

formaldehdo (CH2O) y despus para obtener cido frmico (HCOOH).

Explica por qu en los casos de intoxicaciones, el antdoto debe ser el reactivo en exceso. Reflexiona: qu ocurrirael antdoto limitara la reaccin?

Diariamente usamos diversas sustancias qumicas que estn clasificadas como peligrosas porque representan riesgo para la salud. Revisa cules de ellas se encuentran en tu casa y completa la tabla.

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I. Escribe en el parntesis de la derecha, la letra que corresponda a la respuesta correcta.

1. Una ecuacin qumica es ( )a) la representacin de un cambio.b) el reacomodo de los tomos de ciertos compuestos llamados reactivos.c) un fenmeno qumico.

2. La ley de Lavoisier establece que ( )a) la energa se transforma.b) las ecuaciones qumicas se deben balancear.c) la materia se conserva.

3. Es necesario balancear una ecuacin qumica para ( )

a) realizar clculos estequiomtricos.b) obtener la cantidad de productos deseados.c) que haya la suficiente cantidad de reactivos

4. Ley ponderal que establece que los elementos que se combinan para formar un compuestosiempre lo hacen en proporciones definidas. ( )

a) Ley de Daltonb) Ley de Richter-Wenzelc) Ley de Proust

5. Es la unidad para determinar la cantidad de materia en el Sistema Internacional de Unidades. ( )

a) molb) kilogramoc) unidades de masa atmica (uma)

II. Realiza los clculos que se te piden.

1. Determina la masa de un mol de:a) Carbonato de amonio [(NH

4)

2CO

3]

b) cido sulfrico (H2SO

4)

c) Hipoclorito de sodio (NaClO)

2. Cuntos moles hay en:a) 96 g de O2b) 120 g de NaOHc) 500 g de CaCO

3

3. Determina las molculas hay ena) 56 g de monxido de carbono (CO)b) 32 g de azufre (S)c) 25.5 g de amoniaco (NH

3)

estsen forma?

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III. Escribe una X donde corresponda.

1. Qu tiene ms masa?Un mol de N

2 ____________ Un mol de CO

2____________

2. Qu ocupa ms volumen a TPN?Dos moles de O3 ____________ Tres moles de O2 ____________

3. Qu tiene ms molculas?1.5 mol de HCl ____________ 36.5 g de HCl ____________

4. Qu tiene ms tomos de O?Un mol de H

2O ____________ Un mol de H

2O

2 ____________

IV. Resuelve los siguientes problemas.

1. El acetileno (C2H2) es un gas que se utiliza para soldar. Si a un tanque que contiene 500 g de este gas se le extraen2.5 1024molculas, calcula la cantidad de gas que queda en el tanque en:

a) molesb) molculasc) gramos

2. Considera la siguiente reaccin:

N2(g)

+ 3H2(g)2NH

3(g)

a) Si hay un mol de N2, con cuntos moles de H

2reacciona?

b) Si hay un mol de N2, cuntos moles de NH

3se producen?

c) Si tenemos dos moles de N2, con cuntos moles de H2 reaccionan?d) Si tenemos dos moles de N

2, cuntos moles de NH

3se producen?

3. El carburo de silicio (SiC), tambin conocido como carborundo, es un abrasivo industrial importante que se preparaal hacer reaccionar a altas temperaturas xido de silicio (SiO2) y carbono. La ecuacin qumica es:

SiO2(S) + 3C(S)SiC(S) + CO(g)

Si se hacen reaccionar 50.0 g de SiO2con 50.0 g de C:

a) Cul es el reactivo limitante?b) Cuntos gramos de carburo de silicio se obtienen?

4. La produccin industrial del cido actico (CH3COOH) se realiza por la carbonilacin del metanol (CH3OH), hacindoloreaccionar con monxido de carbono (CO):

CH3OH(l) + CO(g) CH3COOH(l)

Si se hacen reaccionar 30 g de metanol:a) Determina cuntos gramos de cido actico se obtienen tericamente.b) Si el porcentaje de rendimiento del proceso es de 90%, calcula cunto cido actico se obtuvo indus-

trialmente.

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5. Algunos compuestos que contienen nitrgeno, como el nitrato de amonio (NH4NO

3), la guanidina [HCN(NH

2)

urea [CO(NH2)2] y el nitrato de sodio (NaNO

3) son empleados como fertilizantes. Si te piden que recomiendes

de ellos para aplicarlo en el empastado del campo de futbol que tiene deficiencia de nitrgeno, cul de eseleccionaras? Por qu?

6. La principal funcin de los carbohidratos, como la glucosa, es proveer energa al cuerpo; sta se encuentra en las fo en la miel y es el principal producto final del metabolismo de otros carbohidratos ms complejos. En condiciones normes la fuente exclusiva de energa del sistema nervioso, se almacena en el hgado y en el msculo en forma de

cgeno. En un anlisis experimental, se determin que su composicin porcentual es de: 40.1% de carbono, 6.66%hidrgeno y el resto de oxgeno, con una masa molar de 180.1 g/mol. Determina la frmula molecular de la gluco

Completa el siguiente texto.

En los seres humanos, el hierro es un mineral necesario para la produccin de hemoglobina, protena cuya funes transportar oxgeno desde los pulmones hasta todas las clulas del cuerpo. Su carencia puede producir:

El hierro puro no tiene muchas aplicaciones; pero si tiene importancia industrial, o porque es el metal ms usadla elaboracin de los productos siderrgicos, en los que da lugar a distintas aleaciones, las cuales son utilizada

El hierro es uno de los elementos ms abundantes en la corteza terrestre. Se representa mediante el smbolo qumico _________

se localiza en la tabla peridica en el __________periodo y en el grupo __________. Por lo tanto, debido a su ubicacin,

clasificamos como un ____________________. Su nmero atmico es __________. Un mol de tomos de hierro tiene una ma

de ____________________g y la masa de un tomo de hierro es ____________________umas.

Este elemento se encuentra formando parte de diversos minerales, como la hematita (Fe2O

3), la magnetita (Fe

3O

4), la limoni

(FeO(OH)), la siderita (FeCO3), la pirita (FeS

2) y la ilmenita (FeTiO

3), con las siguientes proporciones de hierro:

El hierro

Mineral % de hierro

Magnetita (Fe2O3)

Limonita [FeO(OH)]

Siderita (FeCO3)

Pirita (FeS2)

Ilmenita (FeTiO3)

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