CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO

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El cálculo estequiométrico está basado en la relación de igualación de las proporciones de cantidades que nos interesan, con la proporción de valores absolutos adecuados de los números estequiométricos correspondientes. Casi todas las tareas estequiométricas se pueden resolver en cinco sencillos pasos, con sólo un conocimiento básico de las matemáticas.

1. Extracción de los datos de la tarea
2. Convertir las cantidades en una misma unidad de medida
3. Escritura de una reacción equilibrada
4. Determinación de la estequiometría de una reacción
5. El cálculo de las cantidades requeridas

Vamos a observarlo en un ejemplo sencillo:

Tarea: Calcular la concentración de ácido clorhídrico para la titulación del 0.2451 g del carbonato de sodio se ha gastado 23.09 cm³ de ácido clorhídrico.

Bueno, vamos - paso a paso.

 

Paso 1. Se extraen los datos de la tarea

Como siempre, el camino a la solución comienza con el primer paso (y el más difícil), que requiere no sólo los ojos bien abiertos, pero el cerebro también debe ser puesto en marcha. Antes de empezar cualquier trabajo, lea cuidadosamente la tarea. Cuando se entera de lo que se requiere de Ud., sepárelo de otros datos y organícelos por especie al que se refieren. No sea demasiado rígido porque - el punto central de esto es ayudarle en la tarea, o ayudarle en encontrar las fórmulas que necesita.

Tenga cuidado de marcar siempre, al escribir la magnitud física (entre paréntesis o como un índice), a qué especie de magnitud se refiere (recordemos que la especie puede ser un átomo, molécula, ion, manzana ...). La magnitud física sin marca de la especie a la que se refiere no tiene ningún sentido.

Tenga en cuenta que la última información no está en la tarea. Pero ya ha aprendido que, siempre que lo necesite, y en general lo necesita cuando trabaja con las masas, la masa de un mol de un elemento o compuesto siempre se puede encontrar en la tabla periódica de los elementos.

Un consejo: si usted tiene dada sólo la composición de algo (en partes o porcentajes) es suficiente decir (también puede mentir, no importa) que tiene un kilogramo, mol o un litro de eso (dependiendo si las partes son en masas, cantidades o volúmenes) las partes también se convertirán automáticamente en magnitudes con las cuales se puede contar (partes de kilogramos, moles o litros).

 

Paso 2. Todas las unidades de medida se conviertan en las mismas unidades de base

A menudo sucede que las unidades en la tarea están mezcladas con sus múltiplos o submúltiplos (como en nuestro caso - el volumen se da en cm³ y la concentración requerida en mol dm^-3) y se debe reducir en la misma unidad (lo mejor es convertir todo en moles, dm, g). Para ese asunto lo mejor es utilizar un análisis dimensional simple. Tenga cuidado y recuerde: siempre que se realice una operación matemática en una unidad, lo mismo tiene que hacer con el número delante de él (y viceversa).

Por ejemplo, si un 1 dm tiene 10 cm, entonces (1 dm)³ tiene (10 cm)³, es decir, 1 dm³ tiene 1000 cm³, o escrito de una manera matemática

Sin ningún tipo de problemas puede escribir la relación recíproca (1000 cm³/1 dm³) si lo prefiere - en ambos casos el resultado es el mismo (1). Seleccione la forma en la que, cuando todo se acorta, a la derecha permanecerá únicamente la unidad en la que reducimos.

es decir 23.09 cm³ = 23.09·10^-3 dm³

Tenga en cuenta que 1 mL = 1 cm³ o que 1 L = 1 dm³. Para saber cuáles son los magnitudes, unidades y prefijos que se pueden usar, mire en el El Sistema Internacional de Unidades.

En un ejemplo más complejo se puede ver por qué esto se llama un simple análisis dimensional. Vamos a ver cuántos metros por segundo supera el coche que va 45 km/h.

Necesitamos convertir kilómetros a metros y horas a segundos. Cada unidad requiere su factor de conversión: 1 km = 1000 m y 1 h = 3600 s (porque la hora tiene 60 minutos, y un minutos tiene 60 segundos)

Si las unidades de respuesta (unidades en el lado derecho) no es un múltiplo o submúltiplo de la unidad en el lado izquierdo, ha elegido un factor de conversión incorrecto.

Volvamos a nuestra misión. Para evitar la confusión, copie las nuevas unidades detrás de los datos en el paso 1, de modo que al final de la línea añada un otro signo igual (=) y detrás de él escriba el nuevo valor y su nueva unidad, por ejemplo:

 

Paso 3. Se escribe una reacción equilibrada

Ahora, cuando se ha enterado de lo que se pide de usted y sabe con lo que puede contar, puede pasar a la etapa más importante - la igualación de ecuaciones químicas. Las pautas sencillas para igualar fácilmente la ecuación química se pueden encontrar en la página Balanceo de ecuaciones redox.

Sin ecuaciones químicas equilibradas ni siquiera trate de resolver la tarea. Al conseguir equilibrar una ecuación de reacción química, será capaz de determinar la relación (estequiometria) de la sustancia (especie) que le interesa.

 

Paso 4. Determinar la estequiometria de las especies

Este es un pequeño paso para usted pero grande para la solución de tareas. Su finalidad es conectar lo que está buscando con lo que tiene. El procedimiento es sencillo. En cuanto a una ecuación equilibrada, tiene que escribir la relación de dos especies en un lado, y la relación de los números que se interponen con ellos (también conocidos como los números estequiométricos o coeficientes estequiométricos) en el otro lado del signo de igualdad. Si delante de la fórmula de un especie no hay un número – el coeficiente estequiométrico es 1. No importa qué va a estar en el numerador y qué en el denominador (la cuenta es un poco más fácil si pone en el numerador lo que busca).

La expresión anterior puede leer de esta manera: el número de moléculas de carbonato de sodio en relación con el número de moléculas de ácido clorhídrico se refiere como 1:2, y a él se pueden aplicar las mismas reglas como a los números en álgebra. Pasen HCl a la derecha, multiplicando simplemente las dos fracciones con HCl (número de moléculas del ácido clorhídrico).

Y, dado que sabe que el número de moléculas dividido por el número de Avogadro da el número de moles, la expresión anterior se puede escribir de manera mucho más agradable e convertirla en una fórmula mágica para resolver nuestra tarea

Lo crea o no, pero en este momento ya se ha resuelto la tarea - solo que usted no se ha expresado bien. Solo es necesario expresar el número de moles en los lados izquierdo y derecho a través de algunas relaciones que incluyen magnitudes que tiene dados en la tarea. También se pueden combinar varias fórmulas (por ejemplo, del volumen y la densidad determinar la masa, y luego de la masa obtenida de esta manera, la cantidad), o utilizar la ecuación de estado de un gas ideal (pV = nRT).

Hasta que adquiera experiencia siempre haga las relaciones de sólo dos especies. Si usted tiene más reacciones, o tiene relaciones A / B de una y B / C de otra reacción (donde A está unido a C vía B) el número estequiométrico de especie B debe ser igual en ambas relaciones, es decir en ambas reacciones (incluso si por esto debe multiplicar una reacción por un número).

 

Paso 5. Se calcula la magnitud requerida

Finalmente llegamos al final. ¿De qué manera se puede, de todos los datos que usted tiene para alguna especie, llegar a la cantidad, consulte la página Expresión cuantitativa de la composición de mezclas y soluciones.

Al recuperarse del pánico causado por un gran número de fórmulas, dese cuenta de que cada unidad esconde una fórmula de la que se ha creado: la unidad para la masa molar es kg/mol (masa / cantidad), para la concentración es mol/dm³ (cantidad / volumen), para la densidad es kg/L (masa / volumen), etc.

De nuestros datos podemos ver inmediatamente que nuestras unidades para la concentración (mol/dm³) y el peso molecular (g/mol) en ellas mismas contienen moles. Vamos a escribir dichas fórmulas

Es totalmente igual si quiere calcular cada ecuación por separado o las incluirá todas en nuestra ecuación mágica del paso anterior. Ambos pertenecen a las matemáticas elementales.

Ponga c(HCl) en uno y todo el resto en el otro lado del signo igual. ¿No sabe cómo? Simplemente, multiplique ambos lados de la ecuación por 2 y divídalos por V(HCl).

Introduzca sus datos (arreglados en el paso 3.), tome una calculadora y calcule.

Mientras contempla su éxito, compruebe si el resultado obtenido tiene sentido (es poco probable que de 4 g de un reactivo obtenga 3 kg de producto) y si la unidad corresponde a su magnitud físico. ¿Se adapta? Bien, ahora puede ir al merecido descanso.

Al final, recuerde que esto no es la única forma en que puede resolver su tarea. Hay muchas, y un ejemplo basado en el análisis dimensional se puede encontrar en el Departamento de Química General e Inorgánica de la Facultad de Química e Tecnología en Split.