TEMA 2. ESTEQUIOMETRÍA 1.- Pesos atómico y molecular 2.- El mol 3.- Reacciones químicas 4.- Reactivo limitante 5.- Rendimiento de un proceso 6.- Clasificación de las reacciones químicas 7.- Concentración de una disolución. Reglas de solubilidad LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA MASA (LAVOISIER) En un sistema cerrado, sin intercambio con el exterior, la masa contenida en él permanece constante aunque se produzcan reacciones químicas en su interior. (en una reacción química, la cantidad de materia es la misma al final y al comienzo de la reacción) Una unidad de masa atómica (uma) es la doceava parte de la masa del átomo (isótopo) de carbono de número másico 12; equivale a 1.6605655.10 -27 kg Masa atómica, A, también llamada peso atómico de un elemento, es la masa de uno de sus átomos expresada en unidades de masa atómica. Masa atómica relativa de un elemento es el número de veces que la masa media de sus átomos contiene a la doceava parte de la masa de un átomo de C-12. Esta es adimensional. Y representa la media de las masas isotópicas ponderadas, de acuerdo a las abundancias en la naturaleza de los isótopos del elemento. Concepto de mol, Número de Avogadro Mol es una unidad de cantidad de sustancia. Se define como la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades elementales como átomos hay en 12g del isótopo 12 del carbono. Tendremos que especificar a que entidades elementales se refiere (átomos, moléculas, iones, electrones….) CALCULO DE LA COMPOSICIÓN CENTESIMAL DE UNA SUSTANCIA Se determina a partir de su fórmula que como sabemos nos expresa su composición cualitativa y cuantitativa. Para determinar el porcentaje en peso en que interviene cada elemento en la constitución de la sustancia, el producto del número de átomos que aparece en la fórmula por su masa atómica se divide entre la masa atómica y se multiplica por 100. DEDUCCIÓN DE LA FÓRMULA EMPÍRICA Y MOLECULAR A PARTIR DE LA COMPOSICIÓN ELEMENTAL Las etapas para la obtención de la fórmula empírica son: Composición elemental (puede ser en %) se divide entre la masa atómica→ Obtenemos la relación en moles se divide entre el nº de moles mas pequeño→ Obtenemos la relación entre los átomos en números sencillos→Fórmula empírica masa molecular → Fórmula molecular TRANSFORMACIONES DE LA MATERIA • TRANSFORMACIÓN FÍSICA. Se dice que se ha producido una transformación física cuando una muestra de materia cambia alguna de sus propiedades físicas, aspecto físico, pero su composición permanece inalterada. Eje. Paso de agua sólida a agua líquida. • TRANSFORMACIÓN QUÍMICA. Se dice que se ha producido una transformación QUÍMICA cuando una muestra de materia se transforma en otra muestra de composición diferente. Eje. C2H5OH + 3O2 → 2CO2 +3H2O Ecuación química La ecuación química ajustada simboliza la naturaleza y cantidades de las sustancias que participan en un proceso o cambio químico. La relación entre las cantidades de las sustancias que intervienen en la ecuación química se denomina estequiometría. Una ecuación química ajustada es una ecuación algebraica, en la que se ponen las sustancias reaccionantes en el primer miembro y los productos de la reacción en el segundo, separados ambos miembros por una flecha cuya punta indica el sentido en el que se produce la reacción. Cuando la reacción es reversible se pone una doble flecha. Las condiciones de la reacción se suelen poner por encima o debajo de la o las flechas. reactivo 1 + reactivo 2 → producto 1+ producto 2 Fe (s) + Cl2 (g) → FeCl3 (s) Símbolo + → (s) (l) (g) (ac) Significado Separa 2 o más reactivos o productos Separa reactivos de productos Identifica el estado sólido Identifica el estado líquido Identifica el estado gaseoso Identifica la solución en agua ¿Qué es un coeficiente? Es un número escrito frente a un símbolo químico de un elemento o compuesto que indica el menor número de moléculas (o moles) involucradas en una reacción. No se escribe si su valor es igual a 1. Ejemplo: 3KCL, 2H2O, 6HCL ¿Qué es un subíndice? Es un número entero escrito con letras pequeñas después de un símbolo de un elemento químico, indica el número de átomos de un elemento en un compuesto. No debes modificarlos ya que si lo haces cambias la identidad de la sustancia. Ejemplo: O2, Cl2, H2, F2 ,H2O Reacciones con reactivo limitante • • • Hay veces que no nos dan las relaciones estequiométricas de todos los reactivos. En estos casos, uno de los reactivos quedará en exceso y no reaccionará todo él. El otro reactivo se consume totalmente y se denomina reactivo limitante, ya que por mucho que haya del otro no va a reaccionar más. El rendimiento en las reacciones químicas. En casi todas las reacciones químicas suele obtenerse menor cantidad de producto de la esperada a partir de los cálculos estequiométricos. Esto se debe a: Perdida de material al manipularlo. Condiciones inadecuadas de la reacción. Reacciones paralelas que formas otros productos. Se llama rendimiento a: mproducto (obtenida) Rendimiento = ———————— · 100 mproducto (teórica) Clasificación de las reacciones químicas Síntesis: 2SO2 (g) + O2 (g) 2SO3(g) Combustión: CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O (l) Descomposición: 2NaN3 (s) 2Na (s) + 3N2 (g) Precipitación NaCl(l) + AgNO3(l) AgCl(s) + NaNO3 Neutralización: HCl + NaOH Oxidación Reducción Fe (s) + CuSO4 (ac) NaCl + H2O FeSO4 + Cu (s) Tipos de Reacciones Síntesis o combinación: Dos o más sustancias reaccionan para dar otra más compleja. A + B AB Las reacciones entre dos no metales dan compuestos covalentes: N2 + 3 H2 2 NH3 Las reacciones entre un no metal y un metal dan sales: S + Fe FeS Las reacciones entre un elemento y oxígeno producen óxidos: 2 Ca + O2 2 CaO S + O2 SO2 Las reacciones entre un óxido y agua producen hidróxidos: CaO + H2O Ca(OH)2 Las reacciones entre un anhídrido y agua producen ácidos: SO2 + H2O H2SO3 Las reacciones entre un óxido y un anhídrido dan sales: CaO + SO2 CaSO3 Descomposición: Una sustancia se descompone formando dos o más simples. AB A + B 2 KClO3 2 KCl + 3 O2 Desplazamiento o sustitución: Uno de los elementos de un compuesto es sustituido por otro elemento. AB + X AX + B Algunos metales reaccionan con ciertos ácidos, reemplazando el hidrógeno y formando la sal correspondiente: Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2 Un metal puede ser desplazado de sus sales por otro metal más activo: Zn + CuSO4 ZnSO4 + Cu Ácido-base. Neutralizaciones Un ácido reacciona con una base dando lugar a la formación de una sal y agua. En la reacción desaparecen simultáneamente las propiedades de ambos. Na+ + OH- + Cl- + H+ NaOH Cl- + Na+ + H2O HCl NaCl Precipitación Una reacción de precipitación consiste en la formación de un compuesto insoluble, que recibe el nombre de precipitado cuando se mezclan dos disoluciones. Ag+ + NO3AgNO3 (aq) solubilidad elevada → + I- + K + → KI (aq) AgI (s) + solubilidad baja solubilidad elevada Oxidación-Reducción (Redox) Consiste en la transferencia de electrones de una especie química, llamada agente reductor, a otra, llamada agente oxidante. Reducción: Cu 2+ + 2 e – → Cu Oxidación: Mg → Mg 2+ Cu 2+ KNO3 (aq) Precipitado solubilidad elevada NO3- + K+ + 2e– + Mg → Cu + Mg 2+ Combustión Es la reacción de una sustancia, llamada combustible, con oxígeno, al que se le llama comburente, en la reacción se forman dióxido de carbono y agua y se desprende gran cantidad de energía en forma de luz y calor Combustión de propano: C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O REACCIONES EN SOLUCIONES ACUOSAS SOLUCIÓN ACUOSA Es una mezcla homogénea en la cual una sustancia (SOLUTO) se disuelve en agua (DISOLVENTE). Los diferentes tipos de solutos en soluciones acuosas pueden existir como MOLÉCULAS (no electrolitos) o como IONES (electrolitos). Los electrolitos a su vez pueden ser: Fuertes o débiles FUERTES DEBILES los ácidos inorgánicos como HNO3, HClO4, H2SO4, HCl, HI, HBr, HClO·, HBrO3 Muchos ácidos inorgánicos como H2CO3, H3BO3,H3PO4,H2S, H2SO3 Los hidróxidos alcalinos y alcalinotérreos La mayoría de los ácidos orgánicos La mayoría de las sales Amoniaco y la mayoría de las bases orgánicas Reglas de solubilidad de compuestos iónicos Solubilidad de compuestos iónicos en agua a 25 ºC 1º Todos los compuestos de los metales alcalinos y los compuesto que contienen al ión amonio (NH4+) son solubles. 2º Todos los compuestos que contienen nitrato (NO3-), clorato (ClO3-) o perclorato (ClO4-) son solubles. 3º La mayoría de los sulfatos (SO42-) son solubles. Salvo: (CaSO4), (Ag2SO4), BaSO4, (HgSO4) y (PbSO4). 4º La mayoría de los compuestos que contienen cloruros Cl-, bromuros Br- o yoduros Ison solubles, con excepción de aquellos que contienen Ag+, Hg22+ y Pb2+ . 5º La mayoría de los hidróxidos (OH-) son insolubles; las excepciones son los hidróxidos de los metales alcalinos y el hidróxido de bario, Ba(OH)2. 6º Todos los carbonatos (CO32-), fosfatos (PO43-) y sulfuros (S2-) son insolubles, excepto los de los metales alcalinos y el ión amonio.