ESTEQUIMETRIA

Es el cálculo de las relaciones cuantitativas entre los reactantes y productos en el transcurso de una reacción química.Estas relaciones se pueden deducir a partir de la teoría atómica, aunque históricamente se enunciaron sin hacer referencia a la composición de la materia, según distintas leyes y principios.

Ecuaciones químicas

Una ecuación química es una representación escrita de una reacción química. Se basa en el uso de símbolos químicos que identifican a los átomos que intervienen y como se encuentran agrupados antes y después de la reacción. Cada grupo de átomos se encuentra separado por símbolos (+) y representa a las moléculas que participan, cuenta además con una serie de números que indican la cantidad de átomos de cada tipo que las forman y la cantidad de moléculas que intervienen, y con una flecha que indica la situación inicial y la final de la reacción. Así por ejemplo en la reacción:

Coeficiente estequiométrico

Es un número que funciona en cierta forma como un multiplicador indicando el número de moléculas de un determinado tipo que participa en una ecuación química dada. En el ejemplo anterior:

Balance de materia

Se dice que una ecuación química se encuentra ajustada, equilibrada o balanceada cuando respeta la ley de conservación de la materia, según la cual la cantidad de átomos de cada elemento debe ser igual del lado de los reactivos (antes de la flecha) y en lado de los productos de la reacción (después de la flecha).

Para balancear una ecuación, se deben ajustar los coeficientes, y no los subíndices. Esto es así porque cada tipo de molécula tiene siempre la misma composición, es decir se encuentra siempre formada por la misma cantidad de átomos, si modificamos los subíndices estamos nombrando a sustancias diferentes:

H₂O es agua común y corriente, pero H₂O₂ es peróxido de hidrógeno una sustancia química totalmente diferente. Al modificar los coeficientes sólo estamos diciendo que ponemos más o menos de tal o cual sustancia.

Por ejemplo, en la reacción de combustión de metano (CH₄), éste se combina con oxígeno molecular(O₂) del aire para formar dióxido de carbono (CO₂) y agua. (H₂O). La reacción sin ajustar será:

Método de balanceo por tanteo

El método de tanteo se basa simplemente en modificar los coeficientes de uno y otro lado de la ecuación hasta que se cumplan las condiciones de balance de masa. No es un método rígido, aunque tiene una serie de delineamientos principales que pueden facilitar el encontrar rápidamente la condición de igualdad.

• Se comienza igualando el elemento que participa con mayor estado de oxidación en valor absoluto.
• Se continúa ordenadamente por los elementos que participan con menor estado de oxidación.
• Si la ecuación contiene oxígeno, conviene balancear el oxígeno en segunda instancia.
• Si la ecuación contiene hidrógeno, conviene balancear el hidrógeno en última instancia.

En el ejemplo, se puede observar que el elemento que participa con un estado de oxidación de mayor valor absoluto es el carbono que actúa con estado de oxidación (+4), mientras el oxígeno lo hace con estado de oxidación (-2) y el hidrógeno con (+1).

Comenzando con el carbono, se iguala de la forma más sencilla posible, es decir con coeficiente 1 a cada lado de la ecuación, y de ser necesario luego se corrige.

Se continúa igualando el oxígeno, se puede observar que a la derecha de la ecuación, así como está planteada, hay 3 átomos de oxígeno, mientras que a la izquierda hay una molécula que contiene dos átomos de oxígeno. Como no se deben tocar los subíndices para ajustar una ecuación, simplemente añadimos media molécula más de oxígeno a la izquierda:

Método de balanceo algebraico

El método algebraico se basa en el planteamiento de un sistema de ecuaciónes en la cual los coeficientes estequiométricos participan como incógnitas, procediendo luego despejar estas incógnitas. Es posible sin embargo que muchas veces queden planteados sistemas de ecuaciones con más incógnitas que ecuaciones, en esos casos la solución se halla igualando uno cualquiera de los coeficientes a 1 y luego despejando el resto en relación a él. Finalmente se multiplican todos los coeficientes por un número de modo tal de encontrar la menor relación posible entre coeficientes enteros.

Balanceo de las ecuaciones Redox

Las reacciones electroquímicas se pueden balancear por el método ion-electrón donde la reacción global se divide en dos semirreacciones (una de oxidación y otra de reducción), se efectúa el balance de carga y elemento, agregando H⁺, OH⁻, H₂O y/o electrones para compensar los cambios de oxidación. Antes de empezar a balancear se tiene que determinar en que medio ocurre la reacción, debido a que se procede de una manera en particular para cada medio.

Mezcla, proporciones y condiciones estequiométricas

Cuando los reactivos de una reacción están en cantidades proporcionales a sus coeficientes estequiométricos se dice:

• La mezcla es estequiométrica;
• Los reactivos están en proporciones estequiométricas;
• La reacción tiene lugar en condiciones estequiométricas;

Las tres expresiones tienen el mismo significado.

Cálculos estequiométricos

Los cálculos estequiométricos se basan en las relaciones fijas de combinación que hay entre las sustancias en las reacciones químicas balanceadas. Estas relaciones están indicadas por los subíndices numéricos que aparecen en las fórmulas y por los coeficientes. Este tipo de cálculos es muy importante y se utilizan de manera rutinaria en el análisis químico y durante la producción de las sustancias químicas en la industria. Los cálculos estequiométricos requieren una unidad química que relacione las masas de los reactantes con las masas de los productos. Esta unidad química es el mol.

4. Al hacer reaccionar 10 gramos de Dióxido del sulfuro de 75% con 50 gramos de trióxido férrico al 50% produciendo tan solo 80% de pureza determine el reactivo limite ,la cantidad de gramos sobrantes y la pureza  de los reactivos y la cantidad de pureza de los productos.

Fe2O3	SO2	FeS2	O2
2(55,84*2+16*3) =319,36gr	8(32,06+16*2) =312,48	4(55,84+32,06*2) =479,84gr	11(16*2) =352gr
50 gr Fe2 O3 del 50%	10 gr 50% del 75%	80% de FeS2

                                                                                     Desarrollo del problema                                                                                                         

Se establece la pureza del reactivo Fe2 O3 a partir del                     Se establece la pureza del reactivo SO2 a partir del                                     

Porcentaje y los gramos                                                                             porcentaje y los gramos

x%:50*50 gr Fe2O3                                                                                        x%:10%*75 gr SO2

          100%                                                                                                                 100%

= 25 gr Fe2 O3                                                                                                          =7,5 gr SO2                                                                                    

                                                                                               Calculo del reactivo limite

Calculo del reactivo a partir del reactivo A:                                           Calculo del reactivo B a partir del reactivo A:

25 gr Fe2 O3 *58,48 gr SO2                                                                       7,5 gr SO2*319,36 gr Fe2 O3

= 40,117 gr SO2                                                                                                       512,49 gr SO2

                                                                                                                                   = 4,673  gr Fe2 O3

                                                                                 Comparacion del reactive limite

L o real: 25 gr Fe O3                                                                                            Lo real: 7,5 gr SO2

Lo teórico: 4,67 gr Fe2 O3                                                                                  Lo teórico: 40,117 gr SO2

                                                                                                                   Al iniciar la reacción existe 7,5 gr SO2 pero se requiere

                                                                                                                    40,117 gr SO2 para que reaccione con 2,5 gr Fe2 O3.

                                                                                                                   Entonces no alcanza la cantidad de gramos.

Los gramos sobrantes Fe2 O3 25 gr -4,673=20,327 gr                    Reactivo limite es el SO2 con 7,5 gr

Respuesta en moles  :                                                                            Respuesta en moles :

20,327*2n                                                                                                 7,5 gr SO2*8n

    319,36   =0,12n                                                                                        512,18 gr    =0.11 n                                                                                         

                                                                      A partir del reactive limite se calculan los productos

Producto A:

X gr FeS2:7,5 gr SO2*479.84 gr FeO2

                    512,18 gr SO2                 = 7,02 gr FeO2

Producto B:

Xgr O2:7,5 SO2 *35 gr O2

          312,18 gr SO2                  =5,12 gr O2

                                                                            Se establece el porcentaje de pureza

Pureza del producto A:                                                                              Pureza del producto B se calcula en forma de

X gr FeS2:7,02gr FeS2*80%                                                                        pureza del reactivo A:

                    100%                                                                                         Xgr O2:5,616 gr FeS2*352 gr O2

= 5,616 gr FeS2                                                                                                           479,89 gr FeS2

                                                                                                                           = 4,119 gr O2

Respuesta argumentativa: al reaccionar 10 gramos de dióxido de sulfuro de 75% con 50 gramos de trióxido férrico al 50% de una pureza de 25 gr del Fe2O3 y de 7,5 del SO2 para hallar el reactivo limite que sería el dióxido sulfúrico y con el 80% de pureza del sulfuro de hierro obtenemos que la pureza del producto  B con 4,119 gr de pureza.

8. Cuantos gramos de sulfuro de trióxido férrico (Fe) pueden obtener con 0,5 gr de dióxido sulfuro del 85% de pureza si la eficiencia de la reacción es de 95%.

Fe203	SO2	FES2	02
2(55,84*2+16*3) = 319,36 gr	8(32,06*10*2) = 542,48 gr	4( 55,84+32,06*2) = 479,84 gr	11(16*2) = 352 gr
	0,5 gr SO2 del 50% de pureza	Cuantos gramos FeS2 con eficiencia 95%

Se establece la eficiencia del reactivo SO2 a partir del                        cantidad del reactivo B 2 gr FeO3:

Porcentaje y los gramos                                                                                    319,36 gr Fe2O3*42 gr SO2

X%=85%*0,5 gr SO2                                                                                                        512,48 gr SO2

            100%                                                                                                         = 0,26 gr Fe2O3

= 0,42 gr SO2

                                                                                           Calculo de la eficiencia

SSe halla la cantidad de gramos del producto a partir                    Proporción de gramos de FeS2

De la proporción del reactivo puro                                                       gr FeS2=0,48 gr SO2*479,84gr FeSO2

                                                                                                                              512,48 gr SO2

                                                                                                                                = 0,39 gr FeS2

Calcula la eficiencia 95% del FeS2                                                           X gr FeS2:10,39 FeS2 *95%

                                                                                                                                     100%

                                                                                                                              = 0,37 gr FeS2

Eficiencia de O2 a partir de FeS2                                                                y gr O2:352 gr O2 *0,37 gr Fe S2

                                                                                                                                           479,84 gr FeS2

                                                                                                                                     = 0,27 gr 02

A partir de 0,5 gr de dióxido de sulfuro  (so2) se establece la pureza del so2 con 0,42 gr para que a partir de estos se obtengan o,26 gr de trióxido de hierro cuya proporción es de 0,39 gr FeS2 calculando la eficiencia del FeS2 a a partir de 95% de eficiencia obteniendo 0,37 gr de disulfuro de hierro.