UD 0. Cálculos en química 1- Reacciones y ecuaciones químicas. 2- Cálculos estequiométricos. 2.0 Cálculos con moles 2.1 Cálculos con masas 2.2 Cálculos con volúmenes gaseosos 2.3 Rendimiento y pureza 3- Cálculos con disoluciones 1-Reacciones y ecuaciones químicas Una molécula es una agrupación de átomos unidos mediante enlaces, por ejemplo: H 2, O 2, H 2 O. Un grupo de moléculas iguales se llama especie o sustancia química. Cuando tenemos 6,02x10 23 moléculas de una especie química, podemos decir que tenemos 1 mol de dicha especie. Una reacción sirve para expresar cómo unas especies se trasforman en otras, mediante la reordenación de los átomos. Por lo tanto, existe el mismo número de átomos antes y después de la reacción química, pero no existen las mismas especies. Ley de conservación de la masa de Lavoisier: La masa total en una reacción química permanece invariable; por tanto, la masa total de las sustancias que reaccionan (reactivos) es igual a la masa total de las sustancias que se originan (productos). Las especies que se transforman (desaparecen) se llaman reactivos y las especies que se forman (aparecen) se llaman productos. De tal forma que, en la siguiente reacción los reactivos son el H 2 y el O 2 y solo tenemos un producto, que es el H 2 O. Se dice que una reacción está ajustada, cuando tiene el mismo número de átomos antes que después de la flecha. Otros ejemplos: MgCO 3 CO 2 + MgO C 6 H 6 + 15/2 O 2 6 CO 2 + 3 H2O 2Al + 6 HCl 2AlCl 3 + 3 H 2 ZnS + 3/2 O 2 ZnO + SO 2 1/9 q2n_t0_e160902
2-Cálculos estequiométricos Los cálculos estequiométricos estudian la relación numérica que entre todas las especies químicas presentes en una reacción. 2.0 Cálculos con moles: Como pasar de mol a mol Los moles de las especies químicas de una reacción, se relacionan mediante sus coeficientes estequiométricos. Para ello utilizamos el siguiente esquema: Si tenemos 10,0 mol de Al, según la reacción, Cuántos moles de HCl serán necesarios para que el Al reaccione (desaparezca) completamente? Cuántos moles de H 2 se formarán cuando haya reaccionado todo el Al? 2Al + 6 HCl 2AlCl 3 + 3 H 2 2.1 Cálculos con masas: Masa molecular (M): Es la suma de la masa atómica de todos los átomos de la molécula. Ejemplo 1: Cuál es la masa molecular del agua? Es decir: Ejemplo 2: Cuál es la masa molecular del tricloruro de aluminio? Es decir: 2/9 q2n_t0_e160902
Reactivo limitante: El reactivo limitante es el que se agota primero. La reacción se detiene, porque uno de los reactivos ya no está disponible. Reactivo en exceso: El reactivo en exceso es el que no se ha agotado, en el momento que la reacción se detiene. Como pasar de masa a mol: Para convertir la masa (m) de una especie química en número de moles (n ó mol) de esa misma especie, seguimos el siguiente esquema: Ejemplo 1: Si tenemos 10,0 g de H 2 O, Cuántos moles de H 2 O tenemos? Ejemplo 2: Si tenemos 10,0 g de AlCl 3, Cuántos moles de AlCl 3 tenemos? 3/9 q2n_t0_e160902
Cálculos con masas en las reacciones químicas: La masa de las especies químicas de una reacción se relaciona siempre mediante el siguiente esquema. Teniendo en cuenta la reacción, cuántos gramos de O 2 reaccionan con 10,0 g de H 2? Resolución utilizando factores de conversión: Resolución utilizando fórmulas: 2.2Cálculos con volúmenes gaseosos: Como pasar de volumen a volumen El volumen de las especies químicas gaseosas se relaciona, mediante sus coeficientes estequiométricos, siempre y cuando las condiciones de P y T se mantengan constantes. Para ello utilizamos el siguiente esquema: Si tenemos 10,0 litros de H 2, según la reacción, Cuántos litros de O 2, en las mismas condiciones de P y T, necesitaremos para que el H 2 reaccione completamente? 4/9 q2n_t0_e160902
Como pasar de volumen a mol: Cuando las especies químicas son gaseosas, en ocasiones, es más fácil expresar la cantidad de materia mediante volumen que mediante masa. Seguimos el siguiente esquema: Para ello, utilizamos la ecuación de estado de los gases ideales: Siendo: ; Cálculo del número de moles que hay en 20,0 litros de O 2 a 1,00 atm de presión y a 25ºC. Es decir: 5/9 q2n_t0_e160902
Cálculos con masas y volúmenes en las reacciones químicas: La masa y los volúmenes de las especies químicas de una reacción se relacionan siempre, mediante el siguiente esquema: Ejemplo 1: Calcular los litros de O 2, en condiciones estándar (C.E.), que serán necesarios para hacer reaccionar completamente 10,0 gramos del hidrocarburo C 21 H 44. (g) Ejemplo 2: Calcular los litros de O 2 a 750 mmhg y 20ºC, que serán necesarios para hacer reaccionar completamente 10,0 gramos del hidrocarburo C 21 H 44. (g) 6/9 q2n_t0_e160902
2.3 Rendimiento y pureza: Como pasar de cantidad de producto total a cantidad de producto útil: Las cantidades expresadas en las reacciones químicas son ideales (teóricas). En el mundo real, las cantidades obtenidas de los productos son siempre inferiores a las teóricas. La relación entre cantidad obtenida y cantidad teórica se llama rendimiento: ó Los cálculos estequiométricos de una reacción nos dicen que obtenemos obtendremos 8,62 g de Hg, sin embargo sabemos que el rendimiento es del 92,7%. Cuántos gramos de Hg se obtienen? Como pasar de cantidad de reactivo total a cantidad de reactivo útil: La pureza de un reactivo relaciona la cantidad útil (aprovechable) del mismo con la cantidad total. Para calcular el rendimiento o la pureza, seguimos uno de los siguientes esquemas: La riqueza de O 2 en el aire es del 20%. Cuántos litros de O 2 hay en 50 litros de aire? 7/9 q2n_t0_e160902
3-Cálculos con disoluciones Concentración molar: La cantidad de materia de los reactivos en disolución se puede expresar en forma de concentración molar (C M ) Como pasar de volumen de un reactivo en disolución a mol, conociendo la C M Para convertir un volumen de un reactivo con una concentración molar (C M ) determinada a número de moles del mismo, seguimos el siguiente esquema: Cuántos moles hay en 225 ml de HCl 2,00 M? 8/9 q2n_t0_e160902
Como pasar de volumen de un reactivo en disolución a mol, conociendo la riqueza en % m Para convertir un volumen de un reactivo con una riqueza expresada en %m a número de moles del mismo, seguimos el siguiente esquema: Cuántos moles hay en 225 ml de HCl al 35% en masa? Datos: Densidad HCl (35%)= 1,38 g/ml Resolución utilizando factores de conversión: Resolución utilizando fórmulas: 9/9 q2n_t0_e160902