1

QUMICA. 2 BACHILLERATO.

REVISIN DE CONCEPTOS BSICOS

Contenidos:

1) Sistemas materiales. Clasificacin

2) Formulacin qumica inorgnica

3) Masas atmicas y moleculares. N de Avogadro. Mol. Determinacin de la frmula de un

compuesto.

4) Ecuacin de estado de los gases ideales. Volumen molar de gases.

5) Masas equivalentes. Equivalente qumico.

6) Disoluciones. Formas de expresar la concentracin.

7) Reacciones qumicas. Clculos estequiomtricos.

1.- SISTEMAS MATERIALES. CLASIFICACIN.

Los intentos de conocer el origen y la naturaleza de la materia aparecen ya en los albores de nuestra

civilizacin. Los babilonios proponan que el agua era el origen de todo, idea recogida tambin en la poca

de los griegos por Tales de Mileto. Empdocles (s. V a. C.) sugiri por primera vez la existencia de cuatro

elementos: fuego, agua, aire y tierra, constituidos por partculas muy pequeas que no se pueden transformar

unas en otras. Esta primera concepcin atomista de la materia encuentra su desarrollo posterior en Leucipo y

Demcrito (s. V-IV a. C.) quienes asignan tamao y forma a los tomos constituyentes de los cuatro

elementos.

Aristteles (s. IV a. C.) el ms influyente de los filsofos griegos acept tambin la existencia de

cuatro elementos, a los que aadi un quinto: el ter, como constituyente de la materia celeste.

La poca alquimista aport poco desde el punto de vista conceptual, no producindose un salto

cualitativo hasta 1661 con la publicacin de la obra El qumico escptico por Robert Boyle (1627-1691), en

la cual expona que los elementos eran:

Ciertos cuerpos primitivos y simples que no estn formados de otros cuerpos, y que son los

ingredientes de todos los cuerpos mixtos.

A finales del siglo XVIII, A. L. Lavoisier (1743-1794) acept el concepto de elemento de Boyle, y

en su libro Tratado elemental de Qumica, public una lista de 33 sustancias que l consideraba elementos,

de acuerdo con el criterio de Boyle. De entre ellos, dos, la luz y el calrico no eran sustancias sino formas de

energa (el calrico se pensaba por entonces era la sustancia que se intercambiaba entre los cuerpos calientes

y los cuerpos fros). De los 31 elementos restantes, 8 sabemos hoy no son realmente elementos sino

compuestos (como la cal y la magnesia).

A comienzos del siglo XIX, la evidencia experimental a favor de una materia constituida por

partculas fue en aumento, lo cual acab desembocando en la hiptesis atmica de Dalton. Las evidencias

2

3

experimentales mencionadas son las conocidas hoy como leyes ponderables de la qumica: ley de la conservacin de la masa, ley de las proporciones definidas, ley de las proporciones mltiples, ley de las proporciones recprocas y ley de los volmenes de combinacin.

Hoy da se interpreta nuestro mundo fsico en trminos de materia y energa, cada una de las cuales

puede presentarse en diversidad de formas y en multitud de transformaciones, pero en todo cambio de la

materia interviene la energa, bien sea porque sea necesaria para que el cambio tenga lugar, bien porque se

desprende a raz de dicho cambio. La materia es algo que ocupa espacio y posee masa (e inercia).

La materia se clasifica atendiendo a diferentes criterios, por ejemplo, atendiendo a su estado de

agregacin, la materia se clasifica en slida, lquida y gaseosa. Desde el punto de vista qumico nos interesa

clasificar la materia atendiendo a su composicin, tal como se ve en la tabla siguiente.

CLASIFICACIN DE LOS SISTEMAS MATERIALES

MATERIA

SUSTANCIA PURA Formada por un nico componente, es un sistema homogneo, es decir, tiene unas propiedades intensivas definidas (punto de fusin, de ebullicin, densidad, etc.).

SUSTANCIA ELEMENTAL (ELEMENTO QUMICO) Definicin 1: Son sustancias que no pueden ser descompuestas en otras ms sencillas mediante cambios qumicos (corresponde con la definicin de Boyle). Definicin 2: Porcin de materia constituida por una clase particular de tomos (definicin establecida a partir de la segunda dcada del siglo XX). Ejemplos: hidrgeno, oxgeno, carbono, etc. SUSTANCIA COMPUESTA (COMPUESTOS QUMICOS) Son sustancias puras que estn formadas por dos o ms clases diferentes de tomos (corresponden a las sustancias mixtas de la definicin de Boyle). Ejemplos: dixido de carbono, cido sulfrico, agua, etc.

MEZCLA Compuesta por dos o ms sustancias puras, cada una de las cuales conserva su identidad y propiedades especficas.

MEZCLAS HETEROGNEAS Sus componentes son fciles de reconocer (a simple vista), como una mezcla de aceite y agua, o el granito (mezcla de cuarzo, feldespato y mica). MEZCLAS HOMOGNEAS (DISOLUCIONES) Son mezclas de dos o ms sustancias en las que las partculas que se mezclan tienen tamaos del orden molecular, que no sedimentan ni mediante fuerzas centrfugas enormes. Por ejemplo: una disolucin de sal comn en agua.

Aclaraciones:

Elementos qumicos

En la actualidad se conocen alrededor de 118 elementos qumicos, pero no todos se encuentran en la

naturaleza. Concretamente en la naturaleza podemos encontrar alrededor de 90 elementos qumicos.

Respecto de la segunda definicin de elemento qumico, es necesario aclarar qu se entiende por

una clase particular de tomos. Con esta expresin se indica un tomo cuyo ncleo tiene una carga

elctrica determinada. Lo que diferencia las diferentes clases de tomos (elementos) es el nmero de

protones de su ncleo (Z). No fue hasta 1913 cuando se supo asignar correctamente el nmero de protones a

4

un elemento gracias a los trabajos de Moseley que obtuvo los espectros de emisin de rayos X de los

diferentes elementos.

Compuestos qumicos

Los compuestos qumicos se representan por frmulas constituidas por los smbolos de los elementos

contenidos en ellos; por ejemplo, NaCl es la frmula del cloruro sdico, que est formada por igual nmero

de tomos de sodio y cloro.

La cantidad de compuestos qumicos conocidos es ingente. El nmero CAS (Chemical Abstract

Service) es un nmero nico que se asigna a cada compuesto qumico que haya sido catalogado en la

literatura cientfica. Actualmente (2008) hay ms de 23 millones de compuestos qumicos diferentes y su

nmero aumenta diariamente en unos 4000 (fuente: wikipedia).

Ante tal cantidad de compuestos qumicos, se hace necesaria una clasificacin de los mismos y el

establecimiento de unas reglas de formulacin y nomenclatura adecuadas. En una primera divisin, los

compuestos qumicos se dividen en:

- Compuestos inorgnicos

- Compuestos orgnicos

Los compuestos orgnicos son sustancias qumicas que contienen carbono formando enlaces

covalentes C-C, C=C y CC. En un principio se denominaron as porque se crea que era necesaria una

fuerza vital para su sntesis, fuerza vital que estaba presente en los seres vivos (cido actico, alcohol

etlico, urea, etc.). Hoy da esta definicin no es vlida pues se sintetizan con normalidad en los laboratorios

todo tipo de compuestos orgnicos. Son con diferencia el grupo ms numeroso de compuestos qumicos. El

resto de compuestos se denominan inorgnicos.

Disoluciones

Las disoluciones pueden ser clasificadas atendiendo a muy diversos criterios: proporcin relativa de

soluto y disolvente (diluidas, concentradas, saturadas y sobresaturadas), nmero de componentes (binarias,

ternarias, etc.). Lo ms importante en este curso respecto de las mismas es establecer la concentracin de una

disolucin, es decir, la proporcin en la que se encuentra el soluto respecto del disolvente o de la disolucin

(punto 6 del tema).

2.- FORMULACIN QUMICA INORGNICA

La IUPAC (Unin Internacional de Qumica Pura y Aplicada) se fund en 1919 cuando los qumicos

de los sectores industrial y universitario reconocieron la necesidad de estandarizar la simbologa qumica

para que no hubiera confusin alguna. Actualmente la IUPAC tiene como miembros las Sociedades

Nacionales de Qumica.

Una de las funciones ms reconocibles de la IUPAC es la de establecer reglas para nombrar los

compuestos orgnicos e inorgnicos. Estas reglas estn contenidas en dos publicaciones conocidas como

Libro Azul y Libro Rojo respectivamente. Pero la funcin anterior no es la nica de este organismo, as,

tambin edita el llamado Libro Verde, donde se describen las recomendaciones para el uso de smbolos de

las diferentes magnitudes fsicas y qumicas, y el Libro Dorado, que contiene las definiciones de un gran

nmero de trminos tcnicos utilizados en qumica.

La funcin primaria de la nomenclatura es asegurar que la persona que oiga un nombre qumico no

albergue ninguna duda sobre el compuesto qumico en cuestin, es decir, cada nombre se debe referir a una

nica sustancia, aunque una sustancia puede tener varios nombres. Tambin es preferible que el nombre lleve

alguna informacin bsica sobre la estructura del compuesto.

5

El primer intento serio de establecer un sistema de nomenclatura para los compuestos inorgnicos se

dio a finales del siglo XVIII de la mano del qumico francs Guyton de Morveau. Su sistema fue refinado

por otros qumicos franceses como Berthollet y Lavoisier, quien promovi la aparicin de dicho sistema de

nomenclatura en los libros de texto. Hoy da llamamos a esta nomenclatura como sistema tradicional y,

aunque no est recomendado por la IUPAC, est fuertemente arraigado entre los qumicos, motivo por el

cual se acepta en algunos compuestos como tambin se aceptan algunos nombres tradicionales de los

compuestos (amoniaco, fosfina, estibina, etc.).

La IUPAC recomienda el uso de la nomenclatura sistemtica (la propia de la IUPAC) y la de Stock

(Alfred Stock, 1876-1946, qumico alemn que propuso su sistema en 1919).

(Ver apuntes bsicos sobre formulacin y nomenclatura de compuestos inorgnicos)

6

3.- MASAS ATMICAS Y MOLECULARES. N DE AVOGADRO. MOL. DETERMINACIN DE LA FRMULA DE UN COMPUESTO.

3.1.- Masa atmica

La masa atmica es la masa de un tomo en reposo, la unidad SI en la que se suele expresar es la

unidad de masa atmica unificada. La masa atmica puede ser considerada como la masa total de los

protones y neutrones en un tomo nico en estado de reposo.

La masa atmica, tambin se ha denominado peso atmico, aunque esta denominacin es incorrecta,

ya que la masa es propiedad del cuerpo y el peso depende de la gravedad.

Una unidad de masa atmica, cuyo smbolo es u (antiguamente era u.m.a), equivale a una duodcima

(1/12) parte de la masa de un tomo de carbono-12.

Las masas atmicas de los elementos qumicos se suelen calcular con la media ponderada de las

masas de los distintos istopos de cada elemento teniendo en cuenta la abundancia relativa de cada uno de

ellos, lo que explica la no correspondencia entre la masa atmica en u.m.a, de un elemento, y el nmero de

nucleones que alberga el ncleo de su istopo ms comn.

En cambio, la masa atmica de un istopo s coincide aproximadamente con la masa de sus

nucleones. Esta diferencia es debida a que los elementos no estn formados por un solo istopo si no por una

mezcla con unas ciertas abundancias para cada uno de ellos. Mientras que cuando medimos la masa de un

istopo en concreto no tenemos en cuenta las abundancias. De todas formas ni siquiera la masa atmica de

los istopos equivale a la suma de las masas de los nucleones. Esto es debido al defecto de masa.

Problema resuelto.

El litio consta de dos istopos estables: el Li-6 (7,59%) y el Li-7 (92,41%). Con estos datos, calcula la masa

atmica del litio.

Resolucin:

Multiplicando la masa de cada istopo (6,015 y 7,016 respectivamente) con su abundancia (en %), los clculos seran:

759 6015 9241 7016

100 694

El valor resultante, como era de esperar, est entre los dos anteriores aunque ms cerca del Li-7, ms abundante.

3.2.- Masa molecular

La masa molecular relativa es un nmero que indica cuntas veces mayor es la masa de una

molcula de una sustancia con respecto a la unidad de masa atmica. Se determina sumando las masas

atmicas relativas de los elementos cuyos tomos constituyen una molcula de dicha sustancia.

La masa molecular se calcula sumando las masas atmicas de los elementos que componen la

molcula. Por ejemplo:

Masa molecular del agua, H2O = 18 u.

Masa molecular del cido sulfrico, H2SO4 = 98 u.

Masa molecular del cido actico, CH3COOH = 60 u.

Masa molecular del sulfato amnico, (NH4)2SO4 = 132 u.

7

3.3.- Mol y nmero de Avogadro

El mol (smbolo mol) es la unidad con que se mide la cantidad de sustancia, una de las siete

magnitudes fsicas fundamentales del Sistema Internacional de Unidades.

Dada cualquier sustancia (elemento qumico, compuesto o material) y considerando a la vez un

cierto tipo de entidades elementales que la componen, se define como un mol a la cantidad de esa sustancia

que contiene tantas entidades elementales del tipo considerado como tomos de C12 hay en 12 gramos de C12.

El nmero de unidades elementales tomos, molculas, iones, electrones, u otras partculas o grupos

especficos de stas existentes en un mol de sustancia es, por definicin, una constante que no depende del

material ni del tipo de partcula considerado. Esta cantidad es llamada nmero de Avogadro (NA) y equivale

a 6,02214179 1023 unidades elementales por mol.

Si la masa molecular de una sustancia en u.m.a la cambiamos por gramos, obtenemos la masa de 1

mol de dicha sustancia. Por tanto, la masa molecular tambin se puede expresar en g/mol.

Si la masa atmica de un elemento en u.m.a las cambiamos por gramos, obtenemos la masa de un

mol de dicho elemento (tambin llamado tomo-gramo). Por tanto la masa atmica tambin se puede

expresar en g/mol g/tomo-gramo.

Equivalencias

Aclaraciones:

1) Al multiplicar por el nmero de Avogadro se obtiene el nmero de molculas si la sustancia es un

compuesto; si la sustancia es un elemento se obtienen tomos.

2) Al multiplicar por el nmero de Avogadro debemos escribir:

N moles x 60221023 molculas/mol = molculas

3) Al multiplicar por la masa molecular (M) debemos escribir:

N moles x M gramos/mol = gramos

4) Al multiplicar por 224 debemos escribir:

N moles x 224 litros/mol = litros

5) c.n. significa condiciones normales, es decir, 0 C y 1 atm.

8

3.4.- Determinacin de la frmula de un compuesto.

Veremos el procedimiento con dos ejemplos concretos.

Problema resuelto.

Determinar la composicin centesimal del sulfato cprico pentahidratado.

Resolucin.

- La frmula del sulfato cprico pentahidratado es CuSO45H2O - Si partimos (arbitrariamente) de 100 gramos de sustancia, entonces la composicin que hallemos ya es la

composicin centesimal.

- La masa molecular del sulfato de cobre pentahidratado es, Mm = 2495 g/mol - El nmero de moles de sulfato de cobre contenidos en los 100 g de producto son:

100 1 2495 0

40 - Segn la estequiometra de la frmula, por cada mol de sulfato hay un mol de cobre, un mol de azufre, 4 moles de

oxgeno y 5 moles de agua (consideraremos en estas sales hidratadas el agua de hidratacin como un todo). En

nuestro caso tenemos 040 moles de sulfato, en los que habr:

o 040 moles de Cu = 040 ! "# $ 254

o 040 moles de S = 040 % "# $ 128

o 4 040 = 160 moles de O = 160 # "# $ 256

o 5 040 = 200 moles de agua de hidratacin = 200 #' "# $ 36

- El porcentaje de cada elemento en el sulfato ser: 254% de Cu; 128% de S; 256% de O; 36% de agua de hidratacin.

Problema resuelto.

Al realizar el anlisis de un determinado compuesto qumico, se ha encontrado la siguiente composicin:

Ag: 6998%, As: 1622% y O: 1380%. Calcula la frmula ms sencilla que corresponde a este compuesto. Las

masas atmicas de Ag, As y O son respectivamente 10787 g/mol, 7492 g/mol y 16 g/mol.

Resolucin:

- Primero vemos que la suma de los porcentajes es 100.

- Convertimos los porcentajes en gramos y los pasamos a moles:

- 6988 g de Ag son6988 # $#)* '+" 06477

- 1622 g de As son: 1622 # $*, +%" 02165

- 1380 g de O son: 1380 # $# " 08625 - Dividimos cada cantidad obtenida en moles entre la ms pequea de ellas:

- Ag: 06477/02165 = 299 3

- As: 02165/02165 = 1

- O: 08625/02165 = 398 4

- El compuesto debe ser el arseniato de plata: Ag3AsO4

4.- ECUACIN DE ESTADO DE LOS GASES IDEALES. VOLUMEN MOLAR DE GASES.

La ley de los gases ideales es la ecuacin de estado del gas ideal, un gas hipottico formado por partculas puntuales, sin atraccin ni repulsin entre ellas y cuyos choques son perfectamente elsticos (conservacin de momento y energa cintica). Los gases reales que ms se aproximan al comportamiento del gas ideal son los gases monoatmicos en condiciones de baja presin y alta temperatura.

9

Empricamente, se observan una serie de relaciones entre la temperatura, la presin y el volumen, son las leyes de Boyle-Mariotte, Charles y Gay-Lussac. Estas leyes empricas dan lugar, como veremos a la ley de los gases ideales, deducida por primera vez por mile Clapeyron en 1834. Estas relaciones

La Ley de Boyle-Mariotte (o Ley de Boyle, como se la conoce a veces), formulada por Robert Boyle y Edme Mariotte, es una de las leyes de los gases ideales que relaciona el volumen y la presin de una cierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante, y dice que el volumen es inversamente proporcional a la presin:

PV = k

donde k es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes.

Cuando aumenta la presin, el volumen disminuye, mientras que si la presin disminuye el volumen aumenta. El valor exacto de la constante k no es necesario conocerlo para poder hacer uso de la Ley; si consideramos las dos situaciones, manteniendo constante la cantidad de gas y la temperatura, deber cumplirse la relacin:

P1V1 = P2V2

La ley de Charles y Gay-Lussac, frecuentemente llamada ley de Charles o ley de Gay-Lussac, relaciona el volumen y la temperatura de una cierta cantidad de gas ideal, mantenido a una presin constante, mediante una constante de proporcionalidad directa. En esta ley, Charles dice que a una presin constante, al aumentar la temperatura, el volumen del gas aumenta y al disminuir la temperatura el volumen del gas disminuye. Esto se debe a que "temperatura" significa movimiento de las partculas. As que, a mayor movimiento de las partculas (temperatura), mayor volumen del gas.

La ley fue publicada primero por Louis Joseph Gay-Lussac en 1802, pero haca referencia al trabajo no publicado de Jacques Charles, de alrededor de 1787, lo que condujo a que la ley sea usualmente atribuida a Charles. La relacin haba sido anticipada anteriormente en los trabajos de Guillaume Amontons en 1702.

La ley de Charles es una de las ms importantes leyes acerca del comportamiento de los gases, y ha sido usada de muchas formas diferentes, desde globos de aire caliente hasta acuarios. Se expresa por la frmula:

-. /

Adems puede expresarse como:

-#.#

-%.%

Por otra parte, se considera como ley de Gay-Lussac la siguiente: A volumen constante, la presin

vara en relacin directa a la temperatura, expresada en kelvin:

0#.#

0%.%

10

Estas tres leyes se pueden globalizar en una sola ecuacin, conocida como Ecuacin de estado de

los gases ideales.

123 4565

172737

182838

Fue precisamente Gay-Lussac quien unific las tres leyes. Se puede observar que para un mol de

cualquier gas a 1 atm y 273 K, que, como sabemos, ocupa un volumen de 22 4 litros:

0-. 4565

1 224273 0

082 65 9 : A esta constante la llamaremos R o constante de los gases ideales. Utilizando R, la ecuacin de

estado de los gases para 1 mol de sustancia quedar:

0-. ; < 0- ;.

y para n moles nos quedar:

0- ;. Esta es la ecuacin conocida como Ecuacin de Clapeyron o Ecuacin de los gases ideales.

Otros valores de la constante R, cuando se mide en otras unidades, son:

; 831 = :

; 198 46 :

; 0082 65 9 :

Ley de Avogadro. Volumen molar

Avogadro estableci que igual nmero de molculas de diferentes gases ocupan el mismo volumen

siempre que las condiciones de presin y temperatura sean idnticas para dichos gases. Por otra parte, un mol

de cualquier sustancia, ya sea slida, lquida o gaseosa, contiene el mismo nmero de molculas, nmero que

se llam en su honor nmero de Avogadro (NA). Si unimos estos dos postulados, podremos decir:

Un mol de cualquier gas ocupar siempre el mismo volumen, sea cual sea el gas, si las condiciones

de presin y temperatura son las mismas.

Experimentalmente se ha comprobado que el volumen de un mol de cualquier gas, medido a 1 atm

de presin y 273 K (condiciones normales), es de 224 litros.

Problema resuelto.

Calcular la masa molecular del nitrgeno a partir de los siguientes datos: a 720 mmHg y 25 C, un litro del

gas tiene una masa de 1084 g.

Resolucin:

- La densidad del gas, segn los datos aportados es d = 1084 g/L.

- La temperatura en kelvin es de 25 + 273 = 298 K

- La presin en atmsferas es

11

720 > 1 65760 > 0947 65

- Partiremos de la ecuacin de los gases ideales, PV = nRT. Si m es la masa del gas y Mm su masa molecular

0- $ ;.

0$ - ;.

0$ ?;.

- Todos los miembros de la ecuacin son conocidos, excepto la masa molecular, por tanto:

$ 1084 0082 298

0947 2797 @ 28 /

Problema resuelto.

Un xido de nitrgeno gaseoso contiene 30,49% de nitrgeno y 69,51% de oxgeno. En c.n. de presin y

temperatura 0,252 g de dicho gas ocupan un volumen de 61,3 ml. Calcula la frmula qumica del xido.

Resolucin

Partiremos de 100 g de dicho xido.

En dicha cantidad, 30,49 g son de nitrgeno, es decir, 2,178 moles.

En dicha cantidad, 69,51 g son de oxgeno, es decir, 4,344 moles.

La relacin entre estas cantidades es 4,344:2,178 = 1,99. Luego la frmula emprica es NO2.

Con los datos que se dan se puede determinar la masa molecular del gas:

PV = nRT;

10,0613 = n0,082273; n = 0,002738;

Masa molecular = masa/n = 0,252/0,002738 = 92 g/mol.

La masa molecular de la frmula emprica es 14 + 32 = 46, es decir, la mitad de la masa molecular obtenida de los datos

experimentales. Por tanto la frmula molecular es el doble de la emprica, N2O4.

5.- MASAS EQUIVALENTES. EQUIVALENTE QUMICO

Empezaremos por la ley de las proporciones recprocas, ley de Richter (Jeremas Richter, qumico

alemn) enunciada en 1792:

Los pesos de diferentes elementos que se combinan con un mismo peso fijo de otro, son los

pesos relativos de aquellos elementos cuando se combinan entre s, o bien mltiplos o

submltiplos de dichos pesos.

Veamos dicha ley aplicada a un ejemplo:

Reaccin 1: Oxgeno + Hidrgeno Agua

16 g 2 g 18 g Observable en el laboratorio

Reaccin 2: Oxgeno + Carbono Dixido de carbono 32 g 12 g 44 g Observable en el laboratorio

12

Para que se cumpla el enunciado de la ley debemos dejar las cantidades de oxgeno iguales. Para ello

podemos dividir todas las cantidades de la primera reaccin entre dos y todas las cantidades de la segunda

reaccin entre cuatro:

Reaccin 1: Oxgeno + Hidrgeno Agua

8 g 1 g 9 g Observable en el laboratorio

Reaccin 2: Oxgeno + Carbono Dixido de carbono 8 g 3 g 11 g Observable en el laboratorio

Los pesos de

diferentes

elementos

que se combinan

con una

cantidad

fija de otro,

son los pesos relativos de dichos elementos cuando se combinan entre s,

Carbono + Hidrgeno Metano 3 g 1 g 4 g Observable en el laboratorio

o bien mltiplos o submltiplos de dichos pesos Carbono + Hidrgeno Metano 12g 4 g 16 g Observable en el laboratorio Indica que la ley es emprica

Esta ley permite hacer el siguiente razonamiento: si un elemento se combina fcilmente con otros

muchos elementos, podemos hacer una tabla de masas de combinacin de esos elementos con una cantidad

fija de este elemento que tan fcilmente se combina. Esta tabla nos dar la razn de combinacin de los

elementos entre s. Por ejemplo, podemos hacer una tabla como la siguiente:

Oxgeno + Hidrgeno Agua 8 g 1 g Oxgeno + Carbono Dixido de carbono 8 g 3 g Oxgeno + Carbono Monxido de carbono 8 g 6 g Oxgeno + Cloro Monxido de dicloro 8 g 355 g Oxgeno + Cloro Trixido de dicloro 8 g 118 Oxgeno + Silicio Dixido de silicio 8 g 7 g Etc

13

Esta tabla, en el siglo XIX era importante pues la teora atmica que permitiera conocer

perfectamente la composicin de las sustancias (n de tomos en sus molculas) no se desarroll

completamente hasta el siglo XX. Por tanto, se utilizaban tablas como la anterior ya que segn la ley de

Richter, las masas que aparecen en la columna de los elementos que se combinan con 8 g de oxgeno

(hidrgeno, carbono, cloro, silicito, etc) son las masas de combinacin de estos elementos entre s (o

mltiplos o submltiplos de las mismas). Hemos visto ya un ejemplo de combinacin (el metano). Veamos

otros:

Hidrgeno + Silicio Silano 1 g + 7 g 8 g Hidrgeno + Cloro Ac. Clorhdrico

1 g

+ 3 x 118 = = 355 g

365 g

En este caso se trata de un mltiplo del nmero

que aparece en la tabla

Como el elemento que mejor se combina con todos los dems es el oxgeno, se tom a este como

referencia para definir los pesos de combinacin:

Peso equivalente de un elemento es la masa del mismo que se combina con 8 g de oxgeno

Se fij la cantidad de 8 g de oxgeno por ser la cantidad de oxgeno que reacciona con 1 g de

hidrgeno para dar agua (el hidrgeno fue el primer elemento que originalmente se tom para realizar las

tablas de pesos equivalentes). Por tanto, segn lo mencionado:

Peq (O) = 8 g/eq

Peq (C) = 3 g/eq

Peq (C) = 6 g/eq etc

Se puede observar que:

0 BCDE65, 0GH 66 65D46

-64D6 luego, el peso equivalente de un elemento se calcula dividiendo su masa atmica entre la valencia de dicho

elemento en el compuesto que se est considerando. As, por ejemplo, en el silano, el silicio tiene valencia 4

y su peso equivalente es 28/4 = 7; en el dixido de carbono, el carbono tiene valencia 4 y su peso equivalente

ser 12/4 = 3; en el monxido de carbono, el carbono tiene valencia 2 y su peso equivalente ser 12/2 = 6;

etc.

El concepto de peso equivalente, adems de a los elementos, se puede extender a los compuestos

qumicos. En este caso:

0 BCDE65, 0GH 66 4C6J

donde n es un nmero que depender del tipo de compuesto. Se le suele llamar valencia del compuesto.

Concretamente nos interesa saber que:

- En un cido, n es el nmero de hidrgenos que dicho cido puede liberar. Ejemplos:

14

0GHK>LM 3661 36

5 /B

0GHK>%NO,M 982 49 /B

- En los hidrxidos, n es el nmero de grupos hidroxilo que el hidrxido puede liberar. Por

ejemplo:

0GHKP6O>M 401 40 /B

0GHKL6KO>M% M 742 37 /B

- En las sales, n es el producto de las cargas del anin y catin que forman la sal. Por ejemplo:

0GHKL6L%M 1112 55

5 /B

pues la carga del catin calcio es 2+ y la del cloruro es 1-.

0GHQR%KNO,MS 4006 66

7 /B

pues la carga del catin frrico es 3+ y la del sulfato es 2-.

6.- DISOLUCIONES. FORMAS DE EXPRESAR LA CONCENTRACIN

Una disolucin es una mezcla homognea de dos o ms sustancias qumicas diferentes. El trmino

homognea indica que la mezcla es uniforme a la observacin visual directa o al microscopio; las

partculas de la mezcla tienen tamaos del orden molecular (inferior al nanmetro); y la distribucin de las

partculas no tiene orden alguno.

En una disolucin podemos distinguir como componentes el disolvente, que es el que se encuentra

en mayor cantidad o proporcin, y el o los solutos, que son los componentes que se encuentran en menor

proporcin (se dice del soluto que es la sustancia que se disuelve o se dispersa en el disolvente).

Nos interesan especialmente las disoluciones en las que el disolvente es agua. Estas disoluciones,

segn la proporcin de sus componentes se pueden clasificar (cualitativamente) en:

- Diluidas: la proporcin de soluto es pequea respecto a la de disolvente.

- Concentradas: la proporcin de soluto es grande respecto a la de disolvente.

- Saturadas: la disolucin, a la temperatura a la que se encuentra, ya no admite ms cantidad de

soluto, es decir, la proporcin de soluto respecto a la cantidad de disolvente es la mxima. Se define

la solubilidad de un soluto en un disolvente como la mxima cantidad de soluto que se puede

disolver en una determinada cantidad de disolvente a una temperatura determinada. Referida al agua,

la solubilidad se suele expresar en gramos de soluto disueltos en 100 mililitros de agua a una

temperatura de 20 C.

Tal como se ha definido una disolucin saturada, la cantidad de soluto disuelta en dicha disolucin es

su solubilidad a la temperatura a la que se encuentre. Cualquier adicin posterior de soluto a una disolucin

saturada hace que ste no se disuelva, establecindose un equilibrio entre el soluto no disuelto y el que s se

encuentra disuelto.

15

En general (no siempre), al aumentar la temperatura aumenta la solubilidad. Esta circunstancia

permite conseguir disoluciones sobresaturadas, es decir, que contienen ms soluto disuelto que el que viene

establecido por su solubilidad a la temperatura considerada. Para ello slo hay que disolver el soluto hasta

saturacin en agua muy caliente; si se deja enfriar lentamente, la disolucin resultante contendr cada vez

ms soluto del que debera contener segn su solubilidad a la temperatura considerada, la disolucin estar

sobresaturada. Las disoluciones sobresaturadas son inestables pues con facilidad suele aparecer en el seno de

la disolucin (precipita) la cantidad de soluto que haya en exceso.

Cuantificacin de la cantidad de soluto en una disolucin: formas de expresar la concentracin Se vern las siguientes formas:

- Tanto por ciento en masa

- Tanto por ciento masa-volumen

- Tanto por ciento volumen-volumen

- Gramos por litro

- Molaridad

- Fraccin molar

- Normalidad

- Molalidad

Tanto por ciento en masa (% m/m % masa) Es el nmero de gramos de soluto disueltos en 100 g de disolucin,

% K66M KC5M K?DC4DM 100

% K66M KC5M100 K?DC4DM

donde, g (disolucin) = g (soluto) + g (disolvente)

Tanto por ciento masa-volumen (% m/V) Es el nmero de gramos de soluto disueltos en 100 cm3 de disolucin.

% K/-M KC5M4 K?DC4DM 100

% K/-M KC5M100 4 K?DC4DM

Tanto por ciento volumen-volumen (% V/V) Es el nmero de mililitros de soluto disueltos en 100 ml de disolucin (100 cm3).

% K-/-M KC5M K?DC4DM 100

% K-/-M KC5M100 K?DC4DM donde, ml (disolucin) = ml (soluto) + ml (disolvente)

16

Gramos por litro (g/L) Es el nmero de gramos de soluto disueltos en un litro de disolucin.

9

KC5M9 K?DC4DM

-

donde ms representa la masa de soluto en gramos; y V, el volumen de disolucin en litros.

Esta forma de expresar la concentracin se puede confundir, por sus unidades, con una densidad.

Molaridad (M, o tambin, moles/L) Es el nmero de moles de soluto disueltos en un litro de disolucin.

6JD?6? KC5M9 K?DC4DM -

$-

donde ns representa el nmero de moles de soluto; V, el volumen de disolucin en litros; ms, la masa de

soluto en gramos; y Mm, la masa molecular del soluto en gramos/mol.

Fraccin molar (X) La fraccin molar de soluto (Xs) representa la razn entre el nmero de moles de soluto y el nmero

de moles totales (de soluto y disolvente). La fraccin molar de disolvente (Xd) representa la razn entre el

nmero de moles de disolvente y el nmero de moles totales.

U ? C5

? C5 ? ?DE5

V

UV ? ?DE5

? C5 ? ?DE5 V

V

es evidente que

U UV 1

Normalidad (N, o tambin eq/L) Es el nmero de equivalentes de soluto disueltos en un litro de disolucin.

PJ6D?6? BCDE65 KC5M9 K?DC4DM B-

0GH-

donde eq es el nmero de equivalentes de soluto; V, es el volumen de disolucin en litros; ms, es la masa de

soluto en gramos; y Peq, es el peso equivalente del soluto en gramos/equivalente.

Tambin podemos poner

Normalidad = Molaridad n

donde n es un nmero que depende del tipo de compuesto al que pertenece el soluto. En la pgina 16 de estos

apuntes se explica cmo determinar el valor de n.

17

Molalidad (m) Es el nmero de moles de soluto por cada kilogramo de disolvente.

6D?6? KC5M/ K?DE5M

Problema resuelto.

Se dispone de una disolucin de cido clorhdrico cuya riqueza es del 35% y 118 g/cm3 de densidad.

Determina la molaridad, normalidad, fraccin molar de soluto y disolvente, % m/v y molalidad de la

disolucin.

Resolucin:

- Un litro de disolucin, de acuerdo con los datos del problema, tiene una masa de 1180 gramos (ver dato de densidad).

- Con el dato del porcentaje en masa podemos saber cunto soluto (HCl) hay en un litro:

66 ? C5, 1180 W 035 413

- Podemos averiguar ya el porcentaje masa-volumen:

% K - M - K?DC4D, 9M 100 4131000 100 41

3 % K -M

- Calcularemos ahora los moles de soluto presentes en la disolucin (Mm (HCl) = 365 g/mol)

$

413365 11

32

- La molaridad de la disolucin es, por tanto

6JD?6? - 1132

1 1132 D5JY 1132

- Para calcular la normalidad lo ms rpido es (el cido clorhdrico tiene un hidrgeno que ceder como cido)

PJ6D?6? 1132 1 1132 B 9Y 1132 P

- Tambin podemos calcular la molalidad pues sabemos que 1 litro de disolucin tiene una masa de 1180 kg y que

contiene 1132 moles de soluto:

6D?6? 11321180 959 /Y 959

- Para calcular la fraccin molar de soluto y disolvente necesitamos conocer el nmero de moles de disolvente (agua, Mm

= 18 g/mol). Si la disolucin, un litro, pesa 1180 g y de ellos 413 g son de cido clorhdrico, el resto es disolvente, es decir:

VZ[G\G 1180 ] 413 767

V 767 1 18 42

61

- Ya podemos calcular las fracciones molares

U

V 1132

1132 4261 021

UV 1 ] U 1 ] 021 079

18

Problema resuelto. Preparacin de una disolucin: soluto slido y disolvente lquido.

Prepara una disolucin 015 M de hidrxido sdico en agua, disponiendo para ello de un matraz de 100 ml

e hidrxido sdico comercial en forma de lentejas de una riqueza del 95%.

Resolucin:

En primer lugar hay que calcular la cantidad de hidrxido sdico en gramos que se necesita para obtener la disolucin de

concentracin deseada. Puesto que la masa molecular del NaOH es 40 g/mol,

6JD?6? $-

015 9 0

19 40 060 ? P6O>

Pero el hidrxido sdico comercial est impurificado, y, como lo que necesitamos es una cantidad de 060 g de NaOH

puro, entonces se precisa una cantidad mayor, de forma que:

66 P6O> D^CJ 060 10095 063

Para preparar la disolucin se pesa en una balanza de precisin 063 g de NaOH comercial, depositndolo en un vidrio de

reloj, que previamente habremos tarado. A continuacin, se vierte el NaOH con un embudo en el matraz aforado,

lavndolo despus con agua destilada, para arrastrar los restos de NaOH dentro del matraz. Posteriormente, se aade

agua destilada en el matraz y se agita para favorecer el proceso de disolucin. Una vez disuelto el hidrxido sdico, se

llena el matraz aforado con agua destilada hasta el enrase que indica los 100 ml y, de esta manera, se obtienen 100 ml de

una disolucin de NaOH 015 M.

Alternativamente: se pesa en una balanza de precisin 063 g de NaOH comercial, depositndolo en un vaso de

precipitados de 100 ml, que previamente habremos tarado. A continuacin se aade al vaso un poco de agua destilada

(siempre menos de la que tericamente debe contener el matraz de 100 ml) y se disuelve el NaOH. Una vez disuelto se

pasa la mezcla al matraz aforado, se lava el vaso de precipitados varias veces con un poco de agua destilada y se recogen

todas estas aguas de lavado en el matraz aforado. Finalmente, se llena el matraz aforado con agua destilada hasta el

enrase que indica los 100 ml. En este procedimiento hay que tener cuidado en que la cantidad de agua utilizada en la

disolucin y en los lavados no exceda de la necesaria para enrasar el matraz.

Problema resuelto. Preparacin de una disolucin: soluto y disolvente lquidos.

Prepara 250 cm3 de una disolucin de cido clorhdrico 03 M, sabiendo que el frasco del laboratorio del

HCl tiene las siguientes indicaciones: densidad 118 g/cm3 y riqueza del 35%.

Resolucin:

En un problema resuelto anterior (pgina 17) hemos determinado que el frasco de HCl del laboratorio con las

especificaciones que da el enunciado tiene una molaridad de 1132 M.

En realidad, lo que se va a hacer es diluir la disolucin del laboratorio hasta conseguir 250 cm3 de HCl 03 M. Podemos

utilizar la siguiente expresin:

#-# %-%

donde M1 y V1 son, respectivamente, la molaridad de la disolucin y el volumen de la disolucin de partida (la disolucin

concentrada). M2 y V2 son, por tanto, la molaridad y el volumen de la disolucin diluida. En nuestro caso:

1132 -# 03 250 de donde, V1 = 66 cm

3.

De esta forma, se miden con una pipeta graduada, perfectamente limpia y seca, 66 cm3 del cido clorhdrico del frasco,

se vierten luego en el matraz aforado y se completa el volumen con agua destilada hasta enrasar a 250 cm3, para obtener

as 250 cm3 de una disolucin HCl 03 M.

Es conveniente que al verter el cido en el matraz aforado ya hubiera en este una buena cantidad de aguad destilada con

objeto de verter el cido sobre el agua (si se vierte primero el cido en el matraz, luego el agua caer sobre el cido). Esta

operacin es importante con algunos cidos como el sulfrico pues la reaccin de este cido con el agua es muy

exotrmica y se pueden producir proyecciones de cido y fuertes calentamientos del matraz al caer lar primeras gotas de

agua.

19

7.- REACCIONES QUMICAS. CLCULOS ESTEQUIOMTRICOS

Una reaccin qumica es una transformacin, mediante una readaptacin de sus enlaces, de una o

unas sustancias de partida (reactivos) en una o varias sustancias finales (productos).

Las reacciones qumicas se representan mediante ecuaciones qumicas. En general

xA + yB mC + nD

donde A y B son las sustancias de partida o reactivos, C y D las sustancias finales o productos y x, y, m y n

son los coeficientes estequiomtricos.

La flecha que separa reactivos de productos puede variar, siendo la simbologa ms utilizada la

siguiente:

Una flecha sola indica que la reaccin qumica transcurre completamente de

izquierda a derecha, es decir, la reaccin transcurre hasta que uno de los

reactivos (reactivo en defecto) se agote.

Una doble flecha indica que la reaccin es reversible, es decir transcurre tanto si

se lee de izquierda a derecha como de derecha a izquierda. Estas reacciones son

equilibrios qumicos cuando las velocidades de reaccin directa (hacia la

izquierda) e inversa (hacia la derecha) se igualan.

= Una igualdad equivale tambin a un equilibrio qumico.

Tanto encima como debajo de los smbolos anteriores se pueden indicar las condiciones de reaccin,

Por ejemplo: _` abbbc *)) $ %)) d

eZ`G abbbbc

Ley de conservacin de la masa

Esta ley se cumple en todas las reacciones qumicas:

f KJ645DEM f K^J?C45M

Coeficientes estequiomtricos (anlisis microscpico)

Desde el punto de vista de la teora atmica (anlisis microscpico) los coeficientes

estequiomtricos representan el nmero de molculas (o de tomos si el coeficiente est delante de un

elemento simple) que intervienen en la reaccin. Sus valores son tales que el nmero de tomos de un

elemento qumico en reactivos coincide con el nmero de tomos de dicho elemento en productos. Hallar

estos nmeros se llama ajuste de la reaccin qumica. Veamos unos ejemplos (ya ajustados) y su

interpretacin.

Reaccin

ajustada C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O

Reactivos: 3 tomos de carbono, 8 de hidrgeno

y 10 de oxgeno

Productos: 3 tomos de carbono, 8 de

hidrgeno y 10 de oxgeno

Coeficientes

estequiomtricos

1 5 3 4

Interpretacin 1 molcula de propano reacciona con 5

molculas de oxgeno para dar

3 molculas de dixido de carbono y cuatro

molculas de agua

20

Reaccin

ajustada CH3CH2OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O

Reactivos: 2 tomos de carbono, 6 de hidrgeno

y 7 de oxgeno

Productos: 2 tomos de carbono, 6 de

hidrgeno y 7 de oxgeno

Coeficientes

estequiomtricos

1 3 2 3

Interpretacin 1 molcula de etanol reacciona con 3 molculas

de oxgeno para dar

2 molculas de dixido de carbono y 3

molculas de agua

Reaccin

ajustada 2 Al + 6 HCl 2 AlCl3 + 3 H2

Reactivos: 2 tomos de aluminio, 6 de hidrgeno

y 6 de cloro

Productos: 2 tomos de aluminio, 6 de

hidrgeno y 6 de cloro

Coeficientes

estequiomtricos

2 6 2 3

Interpretacin 2 tomos de aluminio reaccionan con 6

molculas de cloruro de hidrgeno para dar

2 molculas de cloruro de aluminio y 3

molculas de hidrgeno

Coeficientes estequiomtricos (anlisis macroscpico)

Vamos a comprobar cmo la teora atmica puede explicar perfectamente la ley de conservacin de

la masa, de Lavoisier. Lo haremos para el primero de los ejemplos anteriores.

Reaccin

ajustada C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O

Coeficientes

estequiomtricos

1 5 3 4

Interpretacin

microscpica

1 molcula de

propano

5 molculas

de oxgeno

3 molculas

de dixido

de carbono

4 molculas

de agua

Masas

moleculares

(g/mol)

44 32 44 18

Masas que

reaccionan

(teniendo en

cuenta los coeficientes

estequiomtricos)

144 = 44 g 532 = 160 g 344 = 132 g 418 = 72 g

44 + 160 = 204 g en reactivos 132 + 72 = 204 g en productos

Por tanto, desde un punto de vista macroscpico los coeficientes estequiomtricos equivalen al nmero de

moles de cada sustancia que intervienen en la reaccin. As, las reacciones ajustadas se interpretan en

trminos macroscpicos de la siguiente manera:

21

Reaccin

ajustada C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O

Interpretacin

1 mol de propano reacciona con 5 moles de

oxgeno para dar

3 moles de dixido de carbono y cuatro

moles de agua

Reaccin

ajustada CH3CH2OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O

Interpretacin

1 mol de etanol reacciona con 3 moles de

oxgeno para dar

2 moles de dixido de carbono y 3 moles de

agua

Reaccin

ajustada 2 Al + 6 HCl 2 AlCl3 + 3 H2

Interpretacin

2 moles de aluminio reaccionan con 6 moles de

cloruro de hidrgeno para dar

2 moles de cloruro de aluminio y 3 moles de

hidrgeno

Veremos a continuacin algunos problemas tipo en los que se realizan clculos estequiomtricos.

Con objeto de dar claridad, se tratarn problemas que se pueden clasificar de la siguiente manera:

- Clculos masa-masa

- Clculos masa-volumen

- Clculos volumen-volumen

- Reactivo limitante

- Reacciones con disoluciones

Problema resuelto. Clculos masa-masa (concepto de rendimiento de reaccin)

El sulfato de bario se obtiene tratando sulfuro de bario con sulfato sdico. Calcula los gramos de sulfato de

bario y sulfuro de sodio que se pueden obtener a partir de 500 g de sulfato de sodio si el rendimiento de la

reaccin es del 75%.

Resolucin:

Reaccin ajustada BaS + Na2SO4 BaSO4 + Na2S

Coeficientes

estequiomtricos 1 1 1 1

Masas moleculares

(g/mol) 1694 1420 2334 78

Cantidades de

partida 500 g

Cantidades

demandadas ? masa ? masa

Calculamos en primer lugar el nmero de moles de reactivo disponibles:

g8hij 500 # $#,% " 352

Como podemos ver en la fila de coeficientes estequiomtricos, por cada mol de sulfato de sodio que reacciona, se

obtiene un mol de sulfato de bario y otro mol de sulfuro de sodio. Por tanto, para el nmero de moles de reactivo disponibles se

producirn

khij 352 ? P6%NO, 1 ? l6NO,1 ? P6%NO, 3

52

22

g8h 352 ? P6%NO, 1 ? P6%N

1 ? P6%NO, 352

Conocidos los moles de productos obtenidos en reaccin, podemos conocer la cantidad de gramos de cada uno:

khij 352 2334 1 821

6

g8h 352 78 1 274

6

Las cantidades determinadas corresponden a un rendimiento de reaccin del 100%. Dado que el rendimiento es del 75%,

las cantidades que realmente se obtendrn son:

khij 8216 075 6162 g8h 2746 075 206

Problema resuelto. Clculos masa-volumen

El cido clorhdrico reacciona con el mrmol (carbonato clcico) formando cloruro de calcio, dixido de

carbono y agua.

a) Determina, a 25C y 700 mmHg, el volumen de dixido de carbono desprendido si de la reaccin

se han obtenido 250 g de cloruro de calcio.

b) De cuntos gramos de CaCO3 y HCl deberemos partir para que la reaccin se lleve en su

totalidad?

Resolucin:

En este problema los clculos masa-volumen corresponden al primer apartado. El apartado b) demanda de clculos masa-

masa.

Reaccin ajustada CaCO3 + 2 HCl CaCl2 + CO2 + H2O

Coeficientes

estequiomtricos 1 2 1 1 1

Masas moleculares

(g/mol) 100 365 111 44 18

Cantidades de

partida 250 g

Cantidades

demandadas ? masa ? masa

? volumen

(25C, 700mmHg)

Calculamos en primer lugar el nmero de moles de CaCl2 que se han obtenido:

__8 250 1 111 0

225

Como podemos ver en la fila de coeficientes estequiomtricos, es decir, teniendo en cuenta la estequiometra de la

reaccin:

_i8Km5D?M 0225 L6L% 1 LO%1 L6L% 0

225

__inK46JDM 0225 L6L% 1 L6LO1 L6L% 0

225

o_K46JDM 0225 L6L% 2 >L1 L6L% 0

45

23

En el caso del CO2 se pide el volumen que ocupan los 0225 moles. Para conocerlo utilizamos la ecuacin de los gases

ideales:

0- ;.

Previamente debemos pasar las unidades de las condiciones establecidas a otras ms adecuadas:

0 700 > 1 65760 > 092 65

. 25 273 298 : Por tanto:

092 65 - 0225 0082 65 9 : 298 :

- 598 9 ? LO%

En cuanto a los gramos de CaCO3 y HCl necesarios:

__in 0225 100 1 225

o_ 045 366 1 164

Problema resuelto. Clculos volumen-volumen

En la reaccin de combustin del metano,

a) Qu volumen de oxgeno necesitamos para quemar completamente 150 L de metano medidos

en condiciones normales?

b) Cuntos litros de dixido de carbono se obtienen?

c) Cuntos litros de aire nos haran falta si ste tiene un 21 % de oxgeno?

Resolucin:

Reaccin ajustada CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O

Coeficientes

estequiomtricos 1 2 1 2

Masas moleculares

(g/mol) 16 32 44 18

Cantidades de

partida 150 L (c.n.)

Cantidades

demandadas

?

volumen

?

volumen

Calculamos en primer lugar el nmero de moles de metano de que partimos. Estamos en condiciones normales:

_oj 150 9 1 224 9 6

70

Teniendo en cuenta la estequiometra de la reaccin:

_i8Km5D?M 670 L>, 1 LO%1 L>, 670

i8K46JDM 670 L>, 2 O%1 L>, 134

Empecemos por el dixido de carbono. El volumen que ocupan 670 moles de este gas en condiciones normales es,

evidentemente, el mismo que el volumen que ocupaban el mismo nmero de moles de metano, es decir,

24

V (CO2) 150 L

En cuanto al oxgeno, el volumen que ocupan los 13 4 moles necesarios es, en condiciones normales:

V (O2) = 2 150 = 300 L

pues el nmero de moles de oxgeno es doble que el nmero de moles de metano.

Si se trata de aire, al ser el porcentaje de oxgeno del 21%, el volumen de aire necesario ser:

-Z`G 300 10021 @ 1429 9

Problema resuelto. Reactivo limitante

Hacemos reaccionar 20 g de cloro con 20 g de sodio en las condiciones adecuadas para obtener cloruro

sdico.

a) Cuntos gramos de NaCl se obtienen?

b) Qu cantidad de reactivo excedente queda sin reaccionar?

Resolucin:

Reaccin ajustada Cl2 + 2 Na 2 NaCl

Coeficientes

estequiomtricos 1 2 2

Masas moleculares

(g/mol) 71 23 585

Cantidades de

partida 20 g 20 g

Cantidades

demandadas ? masa

Como podemos ver tenemos dos cantidades de partida, uno de los reactivos es limitante (se consumir todo) mientras

que el otro ser reactivo excedente. Primero determinaremos el nmero de moles de cada reactivo disponibles:

_8 20 1 71 0

28

g 20 1 23 0

87

Segn la estequiometra de la reaccin, el nmero de moles de Na necesarios para que reaccionen 028 moles de cloro es:

gK46JDM 028 L% 2 P61 L% 0

56

Es decir, necesitamos 056 moles de Na y tenemos 087 moles. El Na es el reactivo sobrante y el Cl2 es el reactivo

limitante. Los clculos en una reaccin se deben hacer con las cantidades del reactivo limitante, as, segn la estequiometra de la

reaccin, la cantidad de NaCl que se obtiene es de:

g_ 028 L% 2 P6L

1 L% 056

g_ 056 585 1 32

8

En cuanto a la cantidad de Na que sobra:

g KmJ65M 087 ] 056 031

25

Problema resuelto. Reacciones con disoluciones.

Se hacen reaccionar 500 g de un mrmol (cuya riqueza es del 85% en CaCO3) con una disolucin 1 M de HCl.

Los productos de la reaccin son dixido de carbono, cloruro de calcio y agua.

a) Cuntos gramos de CaCl2 se obtienen?

b) Qu volumen de CO2 se desprende si las condiciones del laboratorio son 20 C y 700 mmHg?

c) Qu volumen de la disolucin de cido debemos utilizar?

Reaccin ajustada CaCO3 + 2 HCl CaCl2 + CO2 + H2O

Coeficientes

estequiomtricos 1 2 1 1 1

Masas moleculares

(g/mol) 100 365 111 44 18

Cantidades de

partida

500 g

(85 % pureza)

Cantidades

demandadas

? volumen

(disolucin 1 M) ? masa

? volumen

(20C, 700mmHg)

Empezamos por calcular el nmero de moles de CaCO3 que tenemos:

__in 500 85100 425

__in 425 1 100 4

25

Segn la estequiometra de la reaccin:

__8Km5D?M 425 L6LO 1 L6L%1 L6LO 4

25

_i8Km5D?M 425 L6LO 1 LO%

1 L6LO 425

o_K46JDM 425 L6LO 2 >L

1 L6LO 850

La masa de NaCl2 que se obtiene es:

__8 425 111 1 @ 472

Las condiciones del laboratorio son:

P = 700 mmHg 1 atm/760 mmHg = 092 atm

T = 20 + 273 = 293 K

En estas condiciones, el volumen que ocupa el CO2 obtenido es:

PV = nRT

092 65 - 425 0082 65 9 : 290 :

V = 110 L

Finalmente, el volumen de la disolucin de HCl que se consume en la reaccin es:

26

6JD?6? KC5M9 K?DC4DM -

1 850

-

V = 850 L

Estos apuntes se finalizaron el 18 de octubre de 2009

en Villanueva del Arzobispo, Jan (Espaa)

Autor: Felipe Moreno Romero

fresenius1@gmail.com

http://www.escritoscientificos.es

Reconocimiento No Comercial Compartir Igual (by-nc-sa)

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/es/