UNIDAD 4 Relaciones de masa en las reacciones químicas

Transcripción

1 UNIDAD 4 Relaciones de masa en las reacciones químicas QUIMICA-CPAM. FCMUNA 2016

2 Masa de los átomos Los científicos de los siglos XVIII y XIX no contaban con medios para medir la masa de cada tipo de átomo, sin embargo definieron una escala relativa de masas atómicas.

3 Masa de los átomos En los años 60s se estableció como parámetro de referencia al carbono 12 para definir las masas de los demás átomos. Una unidad de masa atómica (1 uma) se define como la 12va parte de la masa de un átomo de carbono-12.

4 Masa de los átomos 1 uma es 1/12 de la masa del carbono-12. La escala de masas atómicas es relativa a la unidad de masa atómica (uma).

5 Masa atómica Es la masa de un átomo en unidades de masa atómica (uma) Por definición: 1 átomo 12 C pesa 12 uma En esta escala: 1 H = uma 16 O = uma Na = 22,9897 uma

6 Masa atómica promedio: Es el promedio de las masas de los diferentes isótopos por su abundancia en la naturaleza. Abundancia isotópica: Es el porcentaje de cada uno de los diferentes isótopos de un elemento en la naturaleza.

7 Masa atómica promedio del litio El litio en la naturaleza se encuentra como (isótopos): 7.42% 6 Li (6.015 uma) 92.58% 7 Li (7.016 uma) 7.42 x x = uma

8 Masa atómica promedio (6.941)

9 Masa formular La masa formular es la suma de las masas atómicas (en uma) en una fórmula unitaria de un compuesto. El término se aplica tanto para compuestos iónicos o covalentes. NaCl 1Na 1Cl NaCl uma uma uma

10 Masa molecular Masa molecular (o peso molecular) es la suma de masas atómicas (en uma) de los elementos de una molécula. 1S 2O SO uma + 2 x uma uma SO 2

11 OBSERVACION IMPORTANTE El término masa formular, se aplica tanto para moléculas como para compuestos iónicos mientras que masa molecular se refiere exclusívamente a compuestos covalentes..

12 Cuál es la masa formular de Ca 3 (PO 4 ) 2? 1 fórmula unitaria de Ca 3 (PO 4 ) 2 3 Ca 3 x P 2 x O + 8 x uma

13 Masa de los átomos- El Mol La masa de un átomo, molécula o ion es tan pequeña que cualquier cantidad de sustancia que pueda verse, medirse o tocarse contiene miles de billones de estas partículas.

14 Mol Un mol es la cantidad de sustancia que contiene tantos átomos, moléculas o iones como hay en exactamente gramos de 12 C. 1 mol = N A = x El número de Avogadro (N A )

15 C S 12,01 gramos 32,06 gramos Hg 200,6 gramos 63,55 gramos Cu Fe 55,85 gramos

16 Masa molar Es la masa de un mol o 6, partículas (átomos, moléculas o iones). Es igual a la masa atómica, molecular o formular expresada en gramos. 1 mol de átomos 12 C = g 12 C 1 mol de átomos de litio = g de Li

17 Para el isótopo de carbono 12 ( 12 C) 1 mol x átomos g 1 átomo uma Para cualquier elemento masa atómica (uma) = masa molar (gramos)

18 Para el hidrógeno ( 1 H) 1 mol de H x átomos 1 g 1 átomo 1 uma 1 g x uma X 1 uma 1 uma = 1.66 x g

19 Para cualquier compuesto iónico masa de la fórmula (uma) = masa molar (gramos) 1 fórmula unitaria NaCl = uma 1 mol NaCl = g NaCl Para cualquier molécula masa molecular (uma) = masa molar (gramos) 1 molécula SO 2 = uma 1 mol SO 2 = g SO 2

20 Cuántos átomos hay en g de potasio (K)? 1 mol K g K x átomos K 0,551 g K X X= 8.49 x átomos K

21 Otra forma de realizar el mismo cálculo es usando FACTORES DE CONVERSION Cómo?

22 Masa del elemento N moles x M. molar Masa/ M. molar N moles del elemento N átomos / 6, N moles x 6, N átomos del elemento

23 Cuántos átomos hay en g de potasio (K)? 1 mol K = g K 1 mol K = x átomos K g K x 1 mol K g K x x 1023 átomos K = 1 mol K En 0,551 g hay 8.49 x átomos K

24 Cuántos átomos de H hay en 72.5 g de C 3 H 8 O? 1 mol C 3 H 8 O = (3 x 12) + (8 x 1) + 16 = 60 g C 3 H 8 O 1 mol C 3 H 8 O 60 g x moléculas 72,5 g X X= 7,27 x moléculas de C 3 H 8 O 1 molécula de C 3 H 8 O 8 átomos de H 7,27 x moléculas X X= 5.82 x átomos de H

25 Composición porcentual Es el porcentaje en masa de cada elemento dentro de un compuesto n x masa molar del elemento masa molar del compuesto x 100% n es el número de moles del elemento en 1 mol del compuesto

26 Cálculo de la composición porcentual Calcular la composición porcentual del etanol %C = 2 x (12.01 g) g x 100% = 52.14% %H = 6 x (1.008 g) g x 100% = 13.13% C 2 H 6 O %O = 1 x (16.00 g) g x 100% = 34.73% 52.14% % % = 100.0%

27 Composición porcentual y fórmula empírica A partir de la composición porcentual de un compuesto puede determinarse su fórmula empírica.

28 % en masa Convertir a gramos y dividir por la Masa molar Moles de cada elemento Dividir por el menor número de moles Razón molar de los elementos Escribir los subíndices en números enteros Fórmula empírica

29 Determine la fórmula de un compuesto que tiene la siguiente composición porcentual en peso: % K, % Mn, % O n K = g K x 1 mol K g K = mol K n Mn = g Mn x 1 mol Mn = mol Mn g Mn n O = g O x 1 mol O g O = mol O

30 Composición porcentual y fórmulas empíricas n K = , n Mn = , n O = K : ~ Mn : = 1.0 KMnO O : ~

31 El ácido úrico es el producto final de degradación de los nucleótidos purínicos en el ser humano y se elimina en la orina. En 250 g de ácido úrico, hay 89,3 g de carbono, 71,38 g de oxígeno, 83,3 g de nitrógeno y 6,00 g de hidrógeno. Definir la fórmula empírica del ácido úrico. C 5 H 4 N 4 O 3

32 Reacciones y ecuaciones químicas Un proceso en el que una o más substancias se transforman en una o más sustancias nuevas se llama reacción química Una ecuación química emplea símbolos para mostrar lo que ocurre en una reacción química. reactivos productos

33 2 moléculas de H 2 1 molécula de O 2 2 moléculas de H 2 O 2 H 2 O 2 2 H 2 O +

34 Cómo leer ecuaciones químicas 2 Mg + O 2 2 MgO 2 átomos de Mg + 1 molécula de O 2 forman 2 fórmulas unitarias de MgO 2 moles de Mg + 1 mol O 2 forman 2 moles de MgO 48.6 gramos de Mg gramos de O 2 forman 80.6 g MgO

35 Balanceo de ecuaciones químicas 1. Escriba la(s) fórmula(s) correctas para los reactivos en el lado izquierdo de la ecuación y la(s) fórmula(s) correcta(s) de los productos del lado derecho El etano reacciona con oxígeno y produce dióxido de carbono y agua C 2 H 6 + O 2 CO 2 + H 2 O 2. Cambie los números antecediendo las fórmulas (coeficientes) para igualar el número de átomos en ambos lados de la ecuación. No cambie los subíndices. 2C 2 H 6 NO ES IGUAL A C 4 H

36 3. Comience balanceando los elementos que aparecen en solo un reactivo y un producto. C 2 H 6 + O 2 CO 2 + H 2 O Comience con C o H pero no con O 2 carbonos en el lado izquierdo 1 carbono en el lado derecho multiplique CO 2 por 2 C 2 H 6 + O 2 2CO 2 + H 2 O 6 hidrógenos en el lado izquierdo C 2 H 6 + O 2 2 hidrógenos en el lado derecho 2CO 2 + 3H 2 O multiplique H 2 O por 3

37 4. Balancee los elementos que aparecen en dos o más reactivos o productos C 2 H 6 + O 2 2CO 2 + 3H 2 O 2 oxígenos en el lado izquierdo 4 oxígenos (2 x 2) 3 oxígenos (3 x 1) = 7 oxígenos en el lado derecho Multiplique O 2 por 7 2 C 2 H O 2 2CO 2 + 3H 2 O 2 Quite la fracción multiplicando ambos lados por 2 2C 2 H 6 + 7O 2 4CO 2 + 6H 2 O

38 5. Revise que tenga el mismo número de cada tipo de átomos en ambos lados de la ecuación 2C 2 H 6 + 7O 2 4CO 2 + 6H 2 O 4 C (2 x 2) 4 C 12 H (2 x 6) 12 H (6 x 2) 14 O (7 x 2) 14 O (4 x 2 + 6) Reactivos 4 C 12 H 14 O Productos 4 C 12 H 14 O

39 Estequiometría de reacción 1. Escriba la ecuación química balanceada. 2. Convierta cantidades conocidas de sustancias en moles. 3. Use los coeficientes estequiométricos para calcular el número de moles de la cantidad buscada. 4. Convierta los moles de la cantidad buscada en las unidades deseadas.

40 Masa del compuesto A Masa del compuesto B Usar masa molar (g/mol) del compuesto A Usar masa molar (g/mol) del compuesto B Moles del compuesto A Moles del compuesto B Usar razón molar entre A y B a partir de la ecuación igualada.

41 El Metanol hace combustión en el aire según la ecuación: 2CH 3 OH + 3O 2 2CO 2 + 4H 2 O Si 209 g de metanol se consumen en la combustión, qué masa de agua es producida? Gramos CH 3 OH moles CH 3 OH Moles H 2 O gramos H 2 O Masa molar CH 3 OH Coeficientes en la ecuación Masa molar H 2 O

42 EJERCICIOS

43 El ácido palmítico, un ácido graso que forma parte de los triacilgliceroles del tejido adiposo tiene la siguiente fórmula: C 15 H 31 COOH Cuántos átomos de hidrógeno hay en 70 g de ácido palmítico? Rta: 5, átomos de hidrógeno Cuántos átomos de carbono hay en 4,5 moles de dicho ácido? Rta: 4, átomos de carbono Calcular la masa en uma de moles de ácido palmítico. Rta: 3, uma Cuántos átomos de carbono habrá en dicha masa de ácido palmítico? Rta: 1, átomos de carbono

44 La oxidación de glucosa en la célula responde a la siguiente ecuación: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O Cuántas moléculas de oxígeno se necesitan para oxidar totalmente 25 g de glucosa? Cuántos átomos de carbono de la glucosa deben oxidarse para generar 100 g de bióxido de carbono? Cuántos gramos y moléculas de agua se formarán por la oxidación total de 2,5 moles de glucosa?

45 La oxidación de glucosa en la célula responde a la siguiente ecuación: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O Cuántas moléculas de oxígeno se necesitan para oxidar totalmente 25 g de glucosa? Rta: 5, moléculas de oxígeno Cuántos átomos de carbono de la glucosa deben oxidarse para generar 100 g de bióxido de carbono? Rta: 1, átomos de carbono Cuántos gramos y moléculas de agua se formarán por la oxidación total de 2,5 moles de glucosa? Rta: 270 g y moléculas de agua

46 La glicólisis anaerobia es un proceso mediante el cual una molécula de glucosa se convierte en dos de ácido láctico según la siguiente ecuación: C 6 H 12 O 6 2 C 3 H 6 O 3 Cuántos moles de glucosa deben degradarse para generar moléculas de lactato? Cuántos átomos de hidrógeno en forma de lactato han de producirse a partir de 23 gramos de glucosa?

47 La glicólisis anaerobia es un proceso mediante el cual una molécula de glucosa se convierte en dos de ácido láctico según la siguiente ecuación: C 6 H 12 O 6 2 C 3 H 6 O 3 Cuántos moles de glucosa deben degradarse para generar moléculas de lactato? Rta: 1, átomos de carbono Cuántos átomos de hidrógeno en forma de lactato han de producirse a partir de 23 gramos de glucosa?

48 Cálculos estequiométricos usando factores de conversión

49 Cálculo de la relación entre gramo y uma C átomo uma x g x C átomos = 1.66 x g 1 uma 1 uma = 1.66 x g o 1 g = x uma M = masa molar en g/mol N A = Número de Avogadro (partículas/mol)

50 Cuántos átomos de H hay en 72.5 g de C 3 H 8 O? 1 mol C 3 H 8 O = (3 x 12) + (8 x 1) + 16 = 60 g C 3 H 8 O 1 mol C 3 H 8 O moléculas = 8 mol átomos de H 1 mol H = x átomos H 72.5 g C 3 H 8 O 1 mol C 3H 8 O x 60 g C 3 H 8 O x 8 mol átomos H 1 mol C 3 H 8 O x átomos H x = 1 mol átomos H 5.82 x átomos de H

51 El Metanol hace combustión en el aire según la ecuación: 2CH 3 OH + 3O 2 2CO 2 + 4H 2 O Si 209 g de metanol se consumen en la combustión, qué masa de agua es producida? gramos CH 3 OH moles CH 3 OH moles H 2 O gramos H 2 O Masa molar CH 3 OH Coeficientes en la ecuación Masa molar H 2 O 209 g CH 3 OH x 1 mol CH 3OH 32.0 g CH 3 OH x 4 mol H 2 O 2 mol CH 3 OH 18.0 g H 2 O x = 1 mol H 2 O 235 g H 2 O