36 Estequiometría Por lo anterior, tenemos que: 110 g de C 0.375 mol de C 8 ( 8 ) 41.25 g de C H 8 14 Procedimiento alterno En el caso anterior la relación molar existente es:, o bien, Para calcular el número de moles necesarias se realiza la siguiente operación: 3 mol de CO ( ) 0.375 mol de C 8 Si utilizamos la masa molar calculada para el octino, podemos calcular la masa del octino producida; para ello realizamos la siguiente operación: 0.375 mol de C 8 ( 110 g de C 8 1 mol de C ) 41.25 g de C H 8 14 8 EJEMPLO 1.13 De acuerdo con la ecuación del ejemplo 1.12, calcular los gramos de hidrógeno que reaccionarán con 3 moles de CO. a) La ecuación está balanceada. b) Las sustancias que participan son el hidrógeno y el monóxido de carbono. c) Puesto que el enunciado nos proporciona el dato en unidades mol y solicita la respuesta en gramos, determinamos que el cálculo es de tipo mol masa. d) Por facilidad del cálculo, se prefiere utilizar las relaciones molares, por ello a partir de este ejemplo utilizaremos únicamente las relaciones molares. La relación molar existente en este caso es:, o bien, 15 mol de H 2 15 mol de H 2 e) Calculamos la masa molar del hidrógeno (H 2 ). H: (2 átomos)(1 uma) 2 g/mol Recuerda: las masas molares tienen como unidad g/mol.
Cálculos estequiométricos 37 f) Con los datos obtenidos se puede hacer el cálculo de los gramos de hidrógeno que se obtendrán. 15 mol de H 2 2 g de H 2 3 mol de CO ( ) ( ) 11.25 g de H 2 1 mol de H 2 Recuerda Para calcular la masa molar de una sustancia, se realiza lo siguiente para cada elemento presente en la fórmula: (Número de átomos presentes en la fórmula)(masa atómica dada en la tabla periódica) La masa molar de una sustancia equivale a la masa de 1 mol de esa sustancia. Actividad de consolidación Para que compruebes tus conocimientos y habilidades, realiza los siguientes ejercicios. A partir de la siguiente ecuación: calcula: Ca 2 HNO 3 Ca(NO 3 ) 2 H 2 a) La masa en gramos de calcio que reaccionará con 3.75 moles de ácido nítrico, HNO 3. b) Los gramos de nitrato de calcio, Ca(NO 3 ) 2, que se producirán si empleamos 0.25 moles de calcio. c) Los gramos de hidrógeno que se producirán si usamos 10 moles de calcio. d) La masa de nitrato de calcio que se obtiene al producir 15 moles de hidrógeno. Figura 1.6 En los laboratorios escolares los alumnos realizan cálculos estequiométricos para utilizar racionalmente las sustancias químicas en sus trabajos experimentales.
80 Sustancias puras y mezclas = molécula de disolvente = molécula de soluto Figura 2.1 Una mezcla está formada por partículas de soluto distribuidas entre las partículas del disolvente. Los científicos han clasificado las presentaciones naturales de la materia en dos grandes grupos: sustancias puras y mezclas. Las sustancias puras están formadas por elementos y por compuestos químicos; en tanto que las mezclas se subdividen en mezclas homogéneas y mezclas heterogéneas. Se llaman elementos químicos aquellas sustancias que no pueden descomponerse en otras sustancias más simples mediante reacciones químicas, por lo tanto, el oro, el hierro, el aluminio, el uranio, etc., son elementos químicos porque no pueden descomponerse en sustancias más sencillas. Ejemplo de sustancia que no es elemento químico es el agua, pues puede descomponerse en hidrógeno y oxígeno. Así pues, si la sustancia estudiada está en la tabla periódica de los elementos químicos y tiene un símbolo químico, es un elemento químico. Cuando un elemento químico se combina químicamente con otro elemento mediante una reacción química forman un compuesto químico. Un compuesto químico es una sustancia formada por la combinación química de dos o más elementos químicos, además, cada componente siempre está presente en las mismas proporciones de masa. Es importante recordar que cuando los elementos reaccionan para formar un compuesto, pierden sus propiedades individuales y lo que se observa son las propiedades del compuesto. Los compuestos químicos pueden identificarse porque tienen un nombre y una fórmula química que los identifica. Ejemplos de compuestos son: el agua, H 2 O; el cloruro de sodio (la sal de cocina), NaCl; el óxido de mercurio (II), HgO, etcétera. Tanto a los elementos como a los compuestos químicos se les llama sustancias puras, pues tienen una composición constante y definida, es decir, en cada muestra que tomemos de ellas sólo existe una sustancia. Contrarias a las sustancias puras se encuentran las mezclas. Las m ezclas son combinaciones físicas de sustancias puras, las cuales tienen composición variable. El azúcar y el agua pueden mezclarse en proporciones variables, es decir, el azúcar puede disolverse en el agua en diversas cantidades para dar muchas mezclas de diversas composiciones (Fig. 2.1). Las mezclas pueden identificarse porque tienen nombre, pero no tienen fórmula química. Las mezclas pueden ser clasificadas en homogéneas y heterogéneas. Las m ez clas homogéneas (del griego homo común y genos origen), tienen sus propiedades uniformes en cualquier parte de la mezcla. Lo anterior quiere decir que si examinamos los componentes de una
Sustancias puras y mezclas 81 muestra de esta mezcla, por ejemplo, azúcar en agua, encontraremos las mismas propiedades en la muestra que en toda la mezcla. Puede decirse que una mezcla homogénea consiste de una fase, es decir, todas las muestras de la mezcla se ven igual. Una f ase se define como cualquier parte del sistema, es decir, de la porción del universo en estudio, que tiene un conjunto de propiedades uniformes y composición particulares (Fig. 2.2). Ejemplos de estas mezclas son el azúcar o la sal de cocina disueltas en agua, el agua carbonatada (bióxido de carbono disuelto en agua), las disoluciones de alcohol (etanol disuelto en agua) y el vinagre (ácido Sistema Fases 1 Agua acético disuelto en agua). Ocasionalmente los sólidos pueden disolverse en otros sólidos para formar mezclas homogéneas, las llamadas disoluciones sólidas, tal es el caso del latón, que es una disolución sólida de zinc disuelto en cobre. Agua A las disoluciones sólidas de los metales se les llama aleaciones. Agua salada Agua y arena Aceite y agua Aceite, agua líquida y hielo Agua mineral y hielo Aceite, hielo, agua salada y granito 1 Disolución de sal y agua 2 2 3 3 6 Agua Arena Aceite Agua Aceite Agua líquida Hielo Una mezcla heterogénea (del griego heteros diferente y genos origen) no es uniforme. Si tomamos muestras de una mezcla de aceite y agua encontraremos que en una parte sólo existen propiedades del aceite, en otra sólo propiedades del agua, mientras que en otra más existen tanto propiedades del aceite como del agua. Esta mezcla consiste de dos fases: el aceite y el agua; si agitamos la mezcla, el aceite forma muchas gotitas, pero todas ellas se consideran que forman una misma fase porque las propiedades de cada gotita son iguales. Es decir, después de Hielo Agua líquida Dióxido de carbono gaseoso Aceite Hielo Disolución de sal y agua Cuarzo Mica Feldespato Figura 2.2 Representación de diferentes sistemas con diferente número de fases. agitar la mezcla aceite-agua, seguimos teniendo dos fases. En una mezcla heterogénea tenemos dos o más fases. Las propiedades físicas de las mezclas son diferentes a las mostradas por sus componentes aislados; sin embargo, estas características se utilizan en forma práctica. El acero, que es una mezcla de hierro, carbono y otros elementos químicos, cuando se combina en proporciones adecuadas presenta dureza y resistencia muy diferentes a las del hierro solo.
262 Repaso y compruebo mis conocimientos I. Para practicar la elaboración de mapas conceptuales, te sugerimos que escribas los siguientes conceptos clave en el lugar que consideres adecuado en el mapa propuesto. Los conceptos son: Nucleófilo considera polaridad Tipo de agente o reactivo puede ser clasificar las reacciones permiten pueden ser Reactividad Química Orgánica Ruptura de enlaces Intermediarios de reacción Homolíticas efecto eutérico Eliminación Tipo de intermediario simetría molecular Radical libre Heterolíticas sustitución considera Factores que la modifican puede ser Carboanión Oxidación Adición puede ser Electrófilo Reducción Carbocatión en II. III. Escribe la información solicitada. a) El reactivo que acepta electrones se llama. b) El reactivo que posee electrones y busca compartirlos se llama. c) Escribe un ejemplo de un átomo con orbitales vacíos, un átomo con un par de electrones por compartir, una partícula positiva y una partícula negativa. Clasifica cada ejemplo en electrófilo y nucleófilo. Clasifica las siguientes partículas en electrófilos y nucleófilos. a) (H 3 O) 1 e) (NO 2 ) 1 b) (CN) 1 f) Cl 1 1 c) CH 2 CH 2 g) CH 3 CH 2 d) CH 3 NH 1 2 h) CH 3 IV. En las siguientes fórmulas, supón una ruptura homolítica en el enlace señalado y escribe el tipo de partículas que se formarán. a) CH 3 : CH 3 e) CH 3 CH : CH 3 b) H : H c) H 3 C : CH 2 CH 3 CH 3 d) Br : Br