QUÍMICA

CLASES DE CÁLCULOS QUÍMICOS

 

 

La estequiometría se encarga de hacer cálculos matemáticos a partir de ecuaciones químicas balanceadas. Una ecuación química balanceada permite averiguar las cantidades de los reaccionantes que se requieren para formar cierta cantidad de producto.

 

Los cálculos estequiométricos se basan en las relaciones fijas de combinación que hay entre las sustancias. Dichas relaciones están indicadas por los índices numéricos que aparecen en las fórmulas y por los coeficientes de la ecuaciones balanceadas.

 

Los cálculos estequiométricos requieren una unidad química que relacione los pesos de los reactantes con los pesos de los productos. Esta unidad es la mol.

 

Una mol es una cantidad de material que contiene el número de Avogadro de partículas: 6.02 x 10²³. Una mol corresponde en gramos, al peso fórmula (peso atómico o molecular) de una sustancia. Por ejemplo, una mol de SO₂ pesa 64 gramos y contiene 6.02 x 10²³ moléculas. Una mol de átomos de H contiene 6.02 x 10²³ átomos de este elemento y su peso es 1 gr.

 

 

Número de moles

El número de moles se refiere a la cantidad de estas unidades presentes en una muestra. Se representa con la letra n.

Para calcular el número de moles se divide el valor en gramos de la muestra por el peso de un mol de dicha muestra. Es decir,

 

n = gramos de la muestra ÷ peso de 1 mol de la muestra

 

En 160 gramos SO₃ hay 2 moles porque, S = 32; O = 16 × 3 = 48;

Peso molecular = 32 + 48 = 80 gr/mol

n = 160 g ÷ 80 gr/mol = 2 moles

 

Cálculos que se pueden obtener de una ecuación química:

• La cantidad de producto que se puede preparar a partir de ciertas cantidades de reactivos.

• El reactivo limite, el cual determina que tanto producto se puede obtener de una ecuación química, cuando no se dispone de una cantidad limitada de uno de los reactivos.

• Los porcentajes de producción.

• La pureza del compuesto.

 

¿Cómo hallar la cantidad de un producto que se puede preparar a partir de ciertas cantidades de reactivos?

 

Una reacción química balanceada indica la cantidad exacta de producto que se obtiene a partir de cantidades exactas de reactivos. Por ejemplo:

Esta reacción indica que 2 moles de KClO₃ producen 2 moles de KCl y 3 moles de O₂. Si el análisis se hace en gramos, se establece que 245,1 gr de KClO₃ producen 149,1 gr de KCl y 96 gr de O₂.

 

 

Cálculos mol-mol

Cuando se conocen los moles que participan en una reacción y se tiene la ecuación balanceada, se establece una relación molar entre reactivos y productos, teniendo en cuenta que los moles en una ecuación están dados por los coeficientes estequiométricos.

 

Ejemplo:

La combustión del octano, uno de los componentes de la gasolina, produce gas carbónico, agua y cierta cantidad de calor (proceso exotérmico), de acuerdo con la siguiente reacción:

Cuando se quema una muestra de gasolina que contiene 38,5 moles de octano, ¿cuántos moles de gas carbónico se producen y cuántos moles de agua se forman en la combustión?

Solución: planteamos y balanceamos la ecuación:

Establecemos el factor molar, teniendo en cuenta los coeficientes estequiométricos:

Se producen 308 moles de CO₂ cuando se queman 38,5 moles de C₈H₁₈.

Se forman 346,5 moles de H₂O cuando se queman 38,5 moles de C₈H₁₈.

Cálculo masa-masa

En este tipo de cálculos químicos, las cantidades de las sustancias se expresan en gramos; estos cálculos son conocidos como relación masa-masa. Para resolver este tipo de cálculos, se convierten a moles las cantidades de las sustancias; se establece la relación molar entre ellas y, por último, se convierten los moles a gramos para dar la respuesta.

Ejemplo:

El ácido nítrico (HNO₃) se emplea para producir el explosivo trinitrotolueno (TNT). La ecuación que nos representa esta relación es:

Cálcula los gramos de TNT que se producen al hacer reaccionar 500 g de tolueno del 100% de pureza con la cantidad suficiente de ácido nítrico (HNO₃), ácido sulfúrico y calor.

Solución: planteamos y balanceamos la ecuación:

Cálculamos las masas moleculares del tolueno y del TNT:

Masa molecular del tolueno (C₇H₈) = 92 g/mol.

Masa molecular del TNT (C₇H₅N₃O₆) = 227 g/mol.

Determinamos el número de moles del tolueno (C₇H₈):

Establecemos el factor molar entre el tolueno (C7H₈) y el TNT (C7H₅N₃O₆), teniendo en cuenta los coeficientes estequiométricos:

Como la respuesta debe expresarse en unidades de masa (g), convertimos los moles de TNT a gramos:

Se producen 1232,6 g de TNT al reaccionar 500 g de tolueno (C₇H₈).

También se pueden resolver si se convierten a gramos las moles de los reactivos y los productos, que nos suministra la ecuación balanceada y luego, realizar una regla de tres simple, para obtener el resultado en gramos.

Cálculos mol-masa

Pueden efectuarse cálculos estequiométricos cuando unas cantidades de sustancia se expresan en moles y otras en masa; este tipo de relaciones se conocen como mol-masa o, también, masa-mol. Para realizar esta serie de conversiones, se convierte, primero, la masa de la sustancia a moles, empleando la masa molecular y, luego, se siguen los pasos descritos en los casos anteriores.

Ejemplo:

El amoníaco se oxida a 850°C en presencia del platino, produciendo monóxido de nitrógeno (NO) y agua en el proceso Ostwald. Si se oxidan 5,8 moles de amoníaco, ¿cuántos gramos de NO se producen?

Solución: planteamos y balanceamos la ecuación:

Hallamos las masas moleculares del NH₃ y del NO:

Masa molecular del NH₃ = 17 g/mol.

Masa molecular del NO = 30 g/mol.

Hallamos los moles de NO, estableciendo el factor molar:

Convertimos los moles de NO a g para dar la respuesta:

Se producen 174 g de NO cuando se oxidan 5,8 moles de NH₃.

PREGUNTA: Una mol de H₂O, ¿cuántas moléculas contiene?