QUÍMICA GENERAL

3. ECUACIONES Y ESTEQUIOMETRIA 3.1 Peso molecular. 3.2 Porcentaje en peso. 3.3 Fórmula empírica. 3.4 Composición centesimal. 3.5 Tipos de reacción. 3.6 Balanceo de ecuaciones por tanteo y método del estado de oxidación. 3.7 Factores químicos de conversión , relaciones de peso, rendimiento de reacción y reactivo limitante.

Peso fórmula Peso (masa) molecular = suma de los pesos (masas) atómicas [en unidades de masa atómica –uma-] en una molécula. H2O : 2(peso atómico del H) + (peso atómico del O) 2(1,008) + 16,00 = 18,02 uma Para la cafeína: C8H10N4O2 : 8(12) + 10(1) + 4(14)+ 2(16) =194 uma Para la mayoría de los efectos es suficiente el valor entero de los números atómicos

Peso molecular Si el compuesto constituye moléculas (entidades con enlaces covalentes entre sus átomos): peso fórmula = peso molecular En el caso de los compuestos iónicos (NaCl, K2S) – el enlace es entre átomos cargados (iones) y no se distinguen moléculas- se dice sólo peso fórmula.

Porcentaje en peso Composición porcentual : % de la masa que corresponde a cada elemento de una sustancia % elemento = (#áts. Elemento)(P.A. elemento) Peso fórmula del compuesto En el caso ya visto de la cafeína: C8H10N4O2 : 8(12) + 10(1) + 4(14)+ 2(16) =194 C : 96/194 * 100 = 49,5 % H : 10/194 * 100 = 5,2 % Siempre verifique N : 56/194 * 100 = 28,8 % que la suma = 100% O : 32/194 * 100 = 16,5 %

Porcentaje en peso Calcule la composición porcentual de los siguientes compuestos: NH3 H3PO4 K2Cr2O7 H2SO4 C6H12O6

Peso fórmula a partir del % en peso Como dato se da la composición porcentual. Se plantea una “fórmula porcentual” Se divide cada % entre el peso atómico del elemento Se multiplican o dividen todos los números obtenidos hasta que todos los subíndices sean enteros y estén en la mínima proporción Si el dato fuera la composición porcentual de la caseína: C49,5%H5,2%N28,8%O16,5%

Peso fórmula a partir del % en peso 2) Se divide cada % entre el peso atómico del elemento C49,5/12H5,2/1N28,8/14O16,5/16 C4,125H5,2N2,057O1,031 Esto da aproximadamente: C4H5N2O Fueron las pruebas posteriores las que demostraron que la molécula de cafeína conserva esta proporción pero la proporción real entre sus átomo es: C8H10N4O2 Parta de las composiciones porcentuales del ejercicio anterior y calcule las fórmulas de los compuestos

Fórmula empírica (Empírico: de la experiencia) Sólo indica el número relativo de los átomos (en la mínima proporción de números enteros) La fórmula empírica de la cafeína entonces es: C4H5N2O Del peróxido de hidrógeno H2O2 es HO Del eteno C2H2 es CH Del benceno C6H6 es CH Analice esta expresión: “Las fórmulas de los compuestos iónicos son empíricas”

Composición centesimal Es la expresión de la composición porcentual (tanto por ciento) en tanto por uno; lo cual determina que los subíndices sean números decimales hasta la centésima: En el caso ya visto de la cafeína: Porcentual Porcent. Redondeada Centesimal C : 49,5 % 49% 0,49 H : 5,2 % 5% 0,05 N : 28,8 % 29% 0,29 O : 16,5 % 17% 0,17

La ecuación química Los números de átomos deben ser iguales a ambos lados de la ecuación: ECUACIÓN “BALANCEADA” REACCIONANTES PRODUCTOS Reacciona con Produce 2 H2 + O2 2 H2O COEFICIENTES SUBÍNDICES

Balanceo de ecuaciones químicas Balancear una ecuación: determinar los coeficientes de las sustancias que logren la misma de cantidad átomos de cada elemento en cada lado de la ecuación. Casi siempre lo mejor es comenzar por los elementos que se encuentren en el menor número de fórmulas.

Balanceo de ecuaciones químicas Ejemplo: CH4 + O2 CO2 + H2O C: 1 de cada lado ; H: 4 en reac. ; 2 en prod. CH4 + O2 CO2 + 2 H2O O: 2 en reacc. ; 4 en prod. CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O

Reacciones de combinación y descomposición Combinación: dos o más sustancias forman un producto: 2 Mg(s) + O2(g) 2 MgO(s) Descomposición: una sustancia sufre una reacción para producir dos o más sustancias distintas CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

Reacciones de combinación y descomposición 2 Mg – 4e 2 Mg2+ O2 + 4e 2 O2- 2 Mg + O2 2 MgO Comp. Iónico (bengalas) Reacción de combinación: 2 o más sustancias reaccionan para formar un (sólo) producto

Reacciones de combinación y descomposición Reacción de descomposición: una sustancia sufre reacción para producir dos o más sustancias distintas. CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) [piedra caliza/conchas] [cal viva] (vidrio, concreto) 2 NaN3(s) 2 Na(s) + 3 N2(g) [azida de sodio] (Reacción en bolsas de aire en automóviles)

Reacciones de combinación y descomposición Balancee y clasifique las siguientes ecuaciones: C(s) + O2 (s) CO2(g) N2(g) + H2(g) NH3(g) KClO3(s) KCl(s) + O2(g) CaO(s) + H2O (l) Ca(OH)2(s) Cu(OH)2(s) CuO(s) + H2O (l)

Reacciones de combustión Son reacciones rápidas que producen flama. En la mayor parte interviene O2 como reactivo La reacción CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O es un ejemplo. El gas doméstico es el propano y su combustión completa se da en la reacción: C3H8(g) + 5 O2(g) 3 CO2(g) + 4 H2O(g) Combustión incompleta: 2 C3H8(g) + 7 O2(g) 6 CO (g) + 8 H2O(g)

Reacciones en disolución Reacciones de precipitación : ciertos pares de iones [disueltos en agua] con carga opuesta se atraen con tanta fuerza que forman un sólido iónico insoluble. Pb(NO3)2(aq) + 2 KI(aq) PbI2(s) + 2 KNO3(aq) [precipitado]

Reacciones de precipitación Solubilidad: cantidad de una sustancia que se puede disolver en una cantidad dada de disolvente. (Sólo 0,001 mol de PbI se disuelve en un litro de agua a 25ºC)

Ecuaciones iónicas Cuando los compuestos iónicos están solubilizados en agua (“electrolitos fuertes”) la ecuación se puede representar por sus iones: Pb(NO3)2 (aq) + 2 KBr (aq) PbBr2(s) + 2 KNO3(aq) Pb2+ + 2NO3- + 2K+ + 2Br- PbBr2(s) + 2K+ +2NO3- [Ecuación iónica completa] Pb2+ + 2Br- PbBr2(s) [Ecuación iónica neta] NO3- , K+ : iones “espectadores” Si todos los iones fueran espectadores es que no habría reacción

Reacciones de precipitación Complete y balancee las reacciones de precipitación que puedan ocurrir (analice la solubilidad de todos los reactivos que se plantean): Fe(NO3)2(aq) + KI(aq) Na2CO3(aq) + CaCI2(aq) Na3PO4(aq) + BaI2(aq) Hg2(NO3)2 (aq) + (NH4)2SO4(aq) Pb(NO3)2(aq) + KBr(aq)

Reacciones de precipitación En las reacciones de precipitación que ocurran, escriba las ecuaciones iónicas balanceadas y destaque los iones espectadores. Cu(NO3)2(aq) + NaOH(aq) CaI2(aq) + K3PO4(aq) Hg2(C2H3O2)2 (aq) + (NH4)2SO4(aq)

Reacciones de ácido - base Ácidos: se ionizan en disolución acuosa para formar iones hidrógeno (H+), aumentando así la concentración que de éste hay en el agua por su disociación. HCl ; HNO3 ; HC2H3O2 ; HClO4 H2SO4 ; H2CO3 ; H2CrO4 H3PO4 Clorhídrico, Nítrico, Acético, Perclórico: monopróticos Sulfúrico, Carbónico, Crómico: dipróticos Fosfórico: triprótico

Reacciones de ácido - base Bases: aceptan (reaccionan con) iones hidrógeno (H+). Al interactuar con el agua o directamente introducen iones hidróxido (OH-) aumentando así la concentración que de éste hay en el agua por su disociación. Ejemplos típicos (no las únicas bases) son los hidróxidos NaOH ; KOH ; NH4OH ; Ba(OH)2 ; Ca(OH)2 ; Cu(OH)2 ; Al(OH)3 ; Fe(OH)3 Hidróxido de … Sodio, Potasio, Amonio : monobásicos …. Bario, Calcio. Cobre II (cúprico) : dibásicos … Aluminio, Hierro III (férrico) : tribásicos

Reacciones de ácido - base Reacciones de neutralización entre un ácido y uno hidróxido y producen sal y agua. Sal: compuesto iónico cuyo catión proviene de una base (ej. Na+ de NaOH) y cuyo anión proviene de un ácido (ej. Cl- de HCl): HCl(aq) + NaOH (aq) H2O (l) + NaCl(aq) HCl, NaOH, y NaCl se encuentran disociados en iones; de aquí la ecuación iónica completa: Cl- + H+ + Na+ + OH- H2O (l) + Na+ + Cl- La siguiente es la ecuación iónica neta (fundamental de neutralización): H+ + OH- H2O (l)

Reacciones de ácido - base Reacciones de neutralización entre el hidróxido de magnesio (insoluble) y el ácido clorhídrico: 2 HCl(aq) + Mg(OH)2(s) 2 H2O (l) + MgCl2 (aq) HCl, y Mg2Cl se encuentran disociados en iones; de aquí la ecuación iónica completa: 2 Cl- + 2 H+ + Mg(OH)2(s) 2 H2O (l) + Mg2+ + 2 Cl- la ecuación iónica neta resulta: Mg(OH)2(s) + 2 H+(aq) H2O (l) + Mg2+(aq)

Reacciones de ácido - base 2 HCl(aq) + Mg(OH)2(s) 2 H2O (l) + MgCl2 (aq) La “leche de magnesia” es Hidróxido de Magnesio sólido en forma de suspensión de finísimas partículas. A medida que cae el ácido la suspensión se transparenta.

Reacciones de ácido - base Complete y balancee las siguientes ecuaciones HNO3 + Ca(OH)2 HC2H3O2 + NaOH HClO3 + Fe(OH)3 H2SO4 + Al(OH)3 H3PO4 + Ba(OH)2

Reacciones de ácido - base Reacciones ácido-base con formación de gas Se recordará que: Bases: aceptan (reaccionan con) iones hidrógeno (H+) Ejemplo de estas bases son los iones S2- y el HCO3- : 2 HCl(aq) + Na2S(aq) H2S(g) + 2 NaCl (aq) Iónica neta: 2 H+(aq) + S2-(aq) H2S(g)

Reacciones de ácido - base Reacciones ácido-base con formación de gas HCl(aq) + NaHCO3(aq) NaCl(aq) + H2CO3(aq) El ácido carbónico es inestable: se descompone en CO2 y H2O; H2CO3(aq) CO2 (g) + H2O(l) Ecuación molecular-resumen: HCl(aq) + NaHCO3(aq) NaCl(aq) + CO2 (g) + H2O(l) Iónica neta: H+(aq) + HCO3-(aq) CO2 (g) + H2O(l) [acidez estomacal] Base