Antes de comenzar un cálculo estequiométrico es necesario tener en mente dos cosas: en primer término conocer la interpretación macroscópica y microscópica de la reacción química escrita y en segundo lugar que cumpla con la ley de la conservación de la materia, es decir que esté balanceada.
Antes de intentar explicar la reacción desde el punto de vista micro y macro, es necesario recordar que la palabra molécula es el diminutivo de mol, e indica una sola especie química que por su naturaleza no es posible manejar ni ver a simple vista.
Por otro lado, la palabra “mol” Indica una cantidad muy grande de especies pequeñas llamadas moléculas o especies químicas definidas que sí se pueden manejar en la realidad y sí es posible ver; así un mol es una cantidad real de moléculas que sí se puede ver e incluso pesar a diferencia de una molécula que es una de las especies diminutas que pertenece al montón llamado mol. Y que no se puede ver ni pesar directamente en la realidad.
Con base en lo anterior y en la siguiente reacción, las dos visiones consisten en lo siguiente:
2Al + 3Cl 2 ð 2AlCl3
La visión microscópica indica que dos átomos de aluminio reaccionan con 3 moléculas de cloro y produce dos moléculas de cloruro de aluminio, esta visión solo permite reconocer a la reacción como el registro de un cambio químico.
En cambio la visión macroscópica muestra la reacción como un instrumento real que permite verla en la práctica. La interpretación es: 2 moles (o montones) de aluminio reacciona con tres moles (o montones) de moléculas de cloro para producir 2 moles (o montones) de cloruro de aluminio, pero como los moles (o montones) de cualquier elemento o compuesto se pueden pesar y son reales, entonces la reacción sí se puede llevar a la práctica.
Ahora véase como es posible con la visión macro y el balanceo de la reacción, hacerla real y que cumpla con la ley de la conservación de la materia.
2 Al ------------ 26.98 X 2 = 53.96 g
3Cl2 ------------ 35.46 X 2 = 70.92 g
70.92 X 3 = 212.76 g
2ACl3 ----------- 26.98 + 3(35.46) = 133.36
133.36 X 2 = 266.72 g
53.96 g 212.76 g 266.72 g
2Al + 3Cl 2 ð 2AlCl3
Simplificando se tiene
266.72 g 266.72 g
2Al + 3Cl 2 ð 2AlCl3
Así, la materia no se crea ni se destruye sólo se transforma en ambos lados de la reacción. Es importante hacer notar que si la reacción no estuviera balanceada los cálculos no cumplen con esta ley.
Así, 53.96 g de 2Al, indica el peso de dos moles de átomos de aluminio, 212.76 g de 3Cl2, es el peso de tres moles de moléculas de cloro y 266.72 g de 2AlCl3, es el peso de 2 moles de cloruro de aluminio. Por tanto el peso de un mol, por lógica se le llama peso molar y debe estar expresado en unidades de masa, por otro lado, al peso de una partícula de ese mol se le llama peso molecular y también debe estar expresado en unidades de masa.
Cuando el peso molecular se da en gramos se refiere al peso real de una molécula el cual es un número extremadamente pequeño del orden de 10-24 gramos, pero cuando se da en unidades u.m.a., éste está relacionado con la doceava parte del peso de un átomo de carbono.
Con base en la reacción anterior:
Calcular la cantidad necesaria de aluminio para producir 500 g de cloruro de aluminio
53.96 g 212.76 g 266.72 g
2Al + 3Cl 2 ð 2AlCl3
La reacción anterior indica que 53.96 g de aluminio producen 266.72 g de cloruro de aluminio, por lo tanto, este dato se puede relacionar con el problema para calcular la cantidad de cloruro de aluminio mediante una regla de tres simple, porque el problema está entre el aluminio y el cloruro de aluminio y se da como dato 500 g de cloruro de aluminio:
53.96 g 212.76 g 266.72 g
2Al + 3Cl 2 ð 2AlCl3
X 500 g (dato)
X 500 g
(53.96g de Al)(500 g de AlCl3)
X = -------------------------------------------------- = 101.15 g de Al
266.72 g de AlCl 3
Por lo tanto para obtener 500 g de cloruro de aluminio es necesario poner a reaccionar 101.15 g de aluminio.
Para calcular la cantidad de cloro se procede de la misma manera:
53.96 g 212.76 g 266.72 g
2Al + 3Cl 2 ð 2AlCl3
Y 500 g (dato)
Por lo tanto
Y 500 g
Así
212.76 g de Cl2) (500 g de AlCl3)
Y = ------------------------------------------------- = 398.84 g de Cl2
266.72 g de AlCl3
Los problemas estequiométricos también se pueden plantear en términos de mol, para lo cual se resuelven con la misma mecánica de cálculo haciendo relaciones de tres pero en lugar de utilizar unidades de masa en gramos, se utilizan unidades mol.
Para el ejemplo anterior:
Calcular el número de moles de aluminio necesarios para obtener 500 g de cloruro de aluminio.
El problema se puede resolver exactamente como se hizo anteriormente y finalmente se transforma los gramos a moles de átomos o moléculas, según se trate o, los 500 g de cloruro de aluminio se transforman a moles de moléculas, que es el procedimiento que se va a seguir para proporcionar más criterios de solución.
El peso molar del cloruro de aluminio es 133.3 g y los 500 g expresados en moles de moléculas es:
Peso en gramos (dato) 500 g de AlCl3
n = ------------------------- = ------------------------ = 3.74 moles de AlCl3
Peso molar del compuesto 133.36 g/mol
Ahora, de acuerdo con la reacción, la regla de tres en términos de mol se planea así:
2 mol de Al 2 mol de AlCl3
2Al + 3Cl 2 ð 2AlCl3
X 3.74 moles de AlCl3
Por lo tanto
X 3.74 moles de AlCl3
3.74 moles de AlCl3)( 2 moles de Al)
X moles de Al = --------------------------------------------- = 3.74 moles de Al
2 moles de AlCl3
Por lo tanto, el resultado es que se requieren 3.74 moles de aluminio para producir 3.74 moles de cloruro de aluminio. (De la misma manera se calculan los moles de Cloro)
Ejemplo 2
En base a la siguiente reacción
CaCl2 + Na2CO3 ð NaCl + CaCO3
Calcular el número de moles de cloruro de sodio que se producen cuando reaccionan 80 g de Na2CO3
En primer término se balancea la reacción quedando de la siguiente manera.
CaCl 2 + Na2CO3 ð 2NaCl + CaCO3
Ahora el problema está entre el carbonato de sodio y el cloruro de sodio con los cuales se construye la regla de tres.
Los pesos atómicos aproximados enteros son.
Na 2 x 23 = 46
C 1 x 12 = 12
O 3 x 16 = 48
-------
106 g (peso molar del Na2CO3)
Por lo tanto el número de moles es.
80 g
Moles de Na2CO3 = -------------- = 0.75 moles
106 g/mol
Ahora se construye la regla de tres con base en la reacción
1 moles 2 moles
CaCl 2 + Na2CO3 ð 2NaCl + CaCO3
0.75 moles X moles
0.75 moles de Na2CO3 X moles de NaCl
(0.75 moles de Na2CO3)(2 moles de NaCl)
X moles de NaCl = ---------------------------------------------------- = 1.5 moles de NaCl
1 mol de Na2CO3
Por lo tanto 80 g de Na2CO3 producen 1.5 moles de NaCl que es el resultado buscado.
NOTA: Para convertir de gramos a moles se utiliza la expresión vista anteriormente; y para convertir de moles a gramos se utiliza la misma expresión pero despejando a la masa, es decir
Masa de especie química = peso molar de especie química X número de moles de especie
Dejar en su cuaderno dos páginas para trabajo en clase
BAJAR TODO EL APUNTE AL CUADERNO
No hay comentarios:
Publicar un comentario