miércoles, 21 de abril de 2010

Estequiometría: El Factor Molar

ESTEQUIMETRÍA: EL FACTOR MOLAR Y SU USO

Hola muchachos!!

En estequiometría, como definición podemos decir que es la rama de la química que se encarga de estudiar las relaciones ponderales (de peso), masa-masa, mol-mol, masa-volumen, mol-volumen... de las substancias que participan en una reacción química.

En muchas ocasiones hemos mencionado que una reacción química la podemos relacionar con una receta, pongamos de ejemplo una bebida de limón, se necesitan 2 lts de agua, 200 grs de azúcar y 6 limones, el resultado es agua de limón para digamos 4 personas, lo colocaremos de esta manera:

2 lts de agua + 200 grs de azúcar + 6 limones ----> 4 personas tienen agua de limón

¿ Se parece a una reaccion química? por supuesto!!!! tenemos ingredientes (rectivos) que nos dan como resultado un producto. Si tengo que con 6 limones obtengo agua de limón para 4 personas, cuanto podria obtener de agua si tengo 12 limones?

A ojo de buen cubero, podemos decir que alcanzará para 8 personas, pero, ¿cual es el cálculo? muy sencillo, observamos que la relación es la siguiente:

6 limones ------> 4 personas (agua de limon)
12 limones------- x

¡¡¡ es una regla de 3 !!!! x = 12 limones ( 4 personas/ 6 limones ) = 8 personas

la expresión 4 personas/ 6 limones es una relacion estequiométrica que conocemos como FACTOR MOLAR, sabemos que en una reacción química, tendremos reactivos que reaccionarán para obtener productos, la relacion que existe entre ellos lo conocemos como FACTOR MOLAR, veamos otro ejemplo:

2Al + Fe2O3 ---> Al2O3 + 2Fe

como elegiremos nuestro factor molar? eso dependerá de la información que se nos esté requiriendo, por ejemplo: dada la reacción anterior, supongamos que contamos con 500 gr de trióxido de hierro y necesitamos saber cuanto podremos obtener de trióxido de aluminio.

Analicemos lo siguiente, el resultado que obtengamos de trióxido de aluminio, será el RENDIMIENTO TEÓRICO, porque en la realidad, es muy difícil, por no decir imposible que los reactivos reaccionen al 100%.

SOLUCION:

El problema nos indica que tenemos 500 grs de Trióxido de hierro y se nos pregunta cuanto obtendremos de Trióxido de aluminio, notése que en ningún momento se nos cuestiona sobre el aluminio, debemos asumir que el aluminio estará en cantidad suficiente para que reaccione en su totalidad con el trióxido de hierro, mas adelante veremos otros ejemplos en donde tocaremos lo que es el reactivo limitante, entonces mi FACTOR MOLAR lo realizaremos de la siguiente manera:

1 mol de Fe2O3 me produce 1 mol de Al2O3

Tengo que determinar los PESOS MOLECULARES de ambos compuestos,
......................peso atómico ..........# átomos
PM Fe2O3: Fe: 55.8 gr/mol .......X ......2 = 111.6
....................O: 15.9 gr/mol .......X ......3 = 31.8
...................................................-----
...............................................143.4 gr/mol

PM Al2O3: Al: 26.98 gr/mol .....X ......2 = 53.96
......................O: 15.9 gr/mol .....X...... 3 = 31.8
....................................................--------
................................................85.76 gr/mol

Quiero hacer la obsevación de que el peso molecular viene siendo lo que es el peso fórmula, el cual viene dado en umas (unidades de masa atómica), pero que para fines prácticos y que en otra ocasión explicaremos, se coloca en gr/mol.

El Factor molar me indica que la relación es 1 mol de Fe2O3 me produce 1 mol de Al2O3, pero mi problema me indica que tengo 500 grs de Fe2O3, el lenguaje coloquial que he usado con mis alumnos es que el "lenguaje químico" es un lenguaje que sólo algunos privilegiados conocemos, es decir si voy a al almacén en donde mi materia prima sea el Fe2O3, no le voy a decir al encargado "dame 3 o 4 moles de reactivo", simplemente me va a decir que se lo diga en cristiano, es por eso que traducimos los moles a gramos, esto lo logramos con la siguiente fórmula:

# moles = peso en gramos/ PM

pasamos los 500 grs de Fe2O3 a moles

# moles de Fe2O3 = 500 grs/ 143.4 gr/mol = 3.48 moles de Fe2O3, como la relacion estequiométrica me indica que 1 mol de Fe2O3 me produce 1 mol de Al2O3, por lo tanto si tengo 3.48 moles de Fe2O3, también obtendré 3.48 moles de Al2O3,entonces con el PM, obtengo la cantidad de Al2O3 que obtendré, la cual es:298.44, el cálculo realizado utilizando el factor molar es:

........................1 mol de Fe2O3 .......1 mol de Al2O3 .......85.76 gr de Al2O3
500 gr de Fe2O3 ( ------------------ )(--------------------)(------------------) = 298.44 grs
......................143.4 gr de Fe2O3 .....mol de Fe2O3 .....1 mol de Al2O3 ......de Al2O3

los datos que coloco del mismo color son los que se eliminarán realizando las multiplicaciones y divisiones de los factores molares utilizados.

los ejercicios a resolver son: (las ecuaciones no estan balanceadas, ojo!!!)

determina la cantidad de sulfato de sodio que podemos obtener con 700 grs de sulfato de plata
Ag2SO4 + NaCl <--> Na2SO4 + AgCl
si obtuvimos 35 grs de potasio elemental, que cantidad de carbonato de potasio se necesitó?
K2CO3 + C <--> CO + K
cuanto se produjo de nitrato de plata si solo teníamos 1oo grs de ácido nítrico?
Ag + HNO3 <--> NO + H2O + AgNO3
que cantidad de Disulfuro de hierro se necesitó para producir 350 grs de trióxido de hierro?
FeS2 + O2 <--> Fe2O3 + SO2

sábado, 17 de abril de 2010

EJERCICIOS DE BALANCEO DE ECUACIONES QUIMICAS POR EL METODO ANALITICO O ALGEBRAICO

HOLA CHICOS:

CONTINUANDO CON LO QUE ES LA ESTEQUIOMETRIA, TENEMOS QUE ANALIZAR SI NUESTRAS REACCIONES QUE NOS INDICAN QUE REACTIVOS FUERON UTILIZADOS PARA OBTENER TAL PRODUCTO ESTEN BALANCEADAS, ES DECIR, TENEMOS QUE CUMPLIR CON LA LEY DE LA CONSERVACION DE LA MATERIA (ENUNCIADA POR EL QUE ES CONSIDERADO PADRE DE LA QUIMICA MODERNA: ANTONIO LAVOISIER), EXISTEN VARIOS METODOS PARA BALANCEAR ECUACIONES QUIMICAS, TENEMOS EL METODO DEL TANTEO, DEL MINIMO COMUN MULTIPLO, EL METODO ANALITICO, Y AQUELLOS EN DONDE LOS ELEMENTOS CAMBIAN SU NUMERO DE OXIDACION (VALENCIA) QUE SON EL METODO REDOX Y DE ION ELECTRON O SEMIRREACCION EN MEDIO ACIDO O BASICO.

EL METODO DEL TANTEO LO HEMOS VISTO Y SIMPLEMENTE ES IR COLOCANDO COEFICIENTES EN LOS COMPUESTOS HASTA ENCONTRAR LOS INDICADOS QUE NOS BALANCEEN LA ECUACION, POR ESO ES CONOCIDO TAMBIEN COMO "PRUEBA Y ERROR", EL METODO QUE ANALIZAREMOS ES EL ANALITICO O ALGEBRAICO.

EL METODO ALGEBRAICO CONSISTE EN IDENTIFICAR LOS COMPUESTOS QUE INTERVIENEN EN LA REACCION QUIMICA CON LITERALES, Y FORMAR UN SISTEMA DE ECUACIONES DE ACUERDO A LOS ELEMENTOS QUE ESTEN PRESENTES EN CADA LITERAL, COMO RECORDAMOS, LA FLECHA DE REACCION QUE EN QUIMICA SE LEE "PRODUCE" ES EL EQUIVALENTE AL SIGNO "IGUAL" (=) PARA ELABORAR NUESTRAS ECUACIONES, CON ESTE SISTEMA DE ECUACIONES REALIZAMOS DESPEJES DE TAL MANERA QUE OBTENGAMOS EL VALOR DE CADA VARIABLE Y LO COLOCAMOS EN CADA TERMINO PARA BALANCEAR NUESTRA ECUACION, ¿ SE OYE COMPLICADO? EN REALIDAD NO LO ES, PARA QUE NOS QUEDE CLARO, OBSERVEMOS EL SIGUIENTE EJEMPLO:

BALANCEAR POR EL METODO ANALITICO:

H2SO4 + Ca3(PO4 )2 -------> CaSO4 + H3PO4

1er paso: Identificamos cada término con una literal

H2SO4 + Ca3(PO4 )2 -------> CaSO4 + H3PO4
'A..................B.........................C..............D

2do paso: identificamos cada elemento que interviene en la reaccion y observamos cuantas veces se repiten en cada variable, explicamos el hidrógeno y la misma técnica la utilizamos con el resto de los elementos:
el hidrógeno lo tenemos 2 veces en el termino A (el subindice 2 me afecta solo al Hidrógeno), colocamos "2A" vemos que en el término "B" no hay hidrógenos, colocamos el signo igual y vemos que tampoco hay hidrógenos en el término C, pero en D tenemos 3 hidrógenos por lo que colocamos 3D

H: 2A = 3D
S: A = C
O: 4A + 8B = 4C + 4D
Ca: 3B = C
P: 2B = D

Con estas ecuaciones vamos a empezar el despeje, para encontrar la relacion entre todas las variables, vamos a proponer un valor arbitrario a alguna de las variables (generalmente se recomienda utilizar aquella que se repita mas en las ecuaciones).
empezaremos dandole un valor a la literal C = 3, (escogí la literal C porque se repite en 3 ecuaciones, y le di el valor de 3, porque al utilizarla en la ecuacion 3B = C, el coeficiente de B es 3, y al despejar se me facilitará el despeje (desgraciadamente para los principiantes, este artilugio sólo nos lo da la experiencia).

C = 3, utilizamos la ecuacion 3B = C

3B = 3; si despejamos B, nos queda B = 3/3 = 1 siempre les recomiendo a mis estudiantes colocar en su lado derecho las variables y cada vez que despejen una variable coloquen el valor:
conocemos el valor de B y C, ahora utilizamos una ecuacion en donde
con B o C, tengamos otra literal involucrada, vemos que la ecuación
que nos va a ayudar es la 2B = D, sustituimos, 2(1)=D, D= 2
indiqué el valor de D en rojo para mostrar que lo anoté después del despeje, solo nos resta el valor de A, para encontrarlo, simplemente utilizo cualquier ecuación que tenga esta variable, ya que tengo despejadas las otras 3 variables.
utilizo la mas sencilla, 2A = 3D, sustituyo, 2A = 3(2) y obtengo 2A = 6, despejo A= 6/2 = 3
el valor de A= 3 (lo indico en color verde porque solo hasta el despeje lo coloco en mis valores.

A= 3
B=1
C=3
D= 2
EN CASO DE QUE LOS VALORES OBTENIDOS SEAN FRACCIONES, ELIMINO ESTAS FRACCIONES MULTIPLICANDO TODAS LAS VARIABLES POR EL DENOMINADOR O LOS DENOMINADORES QUE SE OBTENGAN.
con los valores obtenidos, sustituyo los coeficientes.

3 H2SO4 + 1 Ca3(PO4 )2 -------> 3 CaSO4 + 2 H3PO4

Matemáticamente hablando, "cualquier cantidad multiplicada por la unidad me arroja como resultado la misma cantidad" por lo que no es necesario colocar el coeficiente cuando tenga el valor de 1.

coloco los elementos participantes en la reacción justo abajo de la flecha de reacción y compruebo que la ecuación esté balanceada
3 H2SO4 + Ca3(PO4 )2 -------> 3 CaSO4 + 2 H3PO4
.......................................6 - H - 6
.......................................3 - S - 3
....................................20 - O - 20
.....................................3 - Ca - 3
.....................................2 - P - 2 LA ECUACION ESTA BALANCEADA

LOS EJERCICIOS A RESOLVER SON:

KOH + Cl2 -----> ClK + KClO3 + H2O
K2Cr2O7 + HCl -----> KCl + CrCl3 + Cl2 + H2O
I2 + HNO3 ---------> HIO3 + NO + H2O

SUERTE!!!!!

miércoles, 14 de abril de 2010

QUIMICA: Estequiometria y Balanceo

Hola chicos!!!

a continuacion les muestro informacion referente al 5to momento: estequiometria

Como les he mencionado, la Química es la ciencia que se dedica al estudio de la composición, la estructura y las propiedades de la materia, junto a los cambios que experimenta durante las llamadas reacciones químicas. Se considera que la química moderna es la evolución de la alquimia.

Esta intimamente relacionada con otras ciencias de las cuales se auxilia, como las matematicas, los cálculos realizados, implican aritmetica , algebra, etc. y a la vez es base para otras, por eso esta considerado como CIENCIA BASICA, porque aporta a otros campos como biologia, geologia, medicina, ingenieria, etc.

Una de las partes en las que se divide la quimica es el ANALISIS CUANTITATIVO, que como su nombre lo indica nos ayuda al análisis para determinar CUANTO interviene de cada elemento y en que proporciones, de esto se encarga la ESTEQUIMETRIA, la cual se encarga del estudio de las proporciones pondérales o volumétricas en una reacción química. La palabra estequiometría fue establecida en 1792 por el químico alemán Jeremias B. Richter para designar la ciencia que mide las proporciones según las cuales se deben combinar los elementos químicos. Richter fue uno de los primeros químicos que descubrió que las masas de los elementos y las cantidades en que se combinan se hallan en una relación constante. En la actualidad, el término estequiometría se utiliza relativo al estudio de la información cuantitativa que se deduce a partir de los símbolos y las fórmulas en las ecuaciones químicas.

Aunque para determinar las cantidades participantes de los elementos, es necesario tener en cuenta primero que una reaccion quimica, la cual es un fenómeno en el cual una o más sustancias interaccionan entre sí y se transforman en nuevas sustancias como consecuencia de la ruptura de algunos enlaces y la formación de otros, debe estar balanceada, es decir, aplicando la ley de la conservacion de la materia "la materia no se crea ni se destruye solamente se transforma" una ecuacion balanceada nos permite comprobar esta ley.

lunes, 12 de abril de 2010

CIENCIAS COLEGIO EDISON

HOLA CHICOS:

APROVECHANDO LA TECNOLOGIA, LES INFORMO QUE MEDIANTE ESTE MEDIO LES ESTARE DEJANDO LOS TRABAJOS DE INVESTIGACION Y LOS TEMAS QUE ESTAREMOS VIENDO EN CLASE.

ES INCREIBLE TODA LA INFORMACION QUE PODEMOS TENER A LA MANO GRACIAS AL APORTE DE MUCHAS MENTES BRILLANTES Y QUE EN CONJUNTO HAN HECHO QUE POCO A POCO ACLAREMOS VARIAS INQUIETUDES EN TEMAS TAN INTERESANTES Y TAN RELEVANTES QUE NOS PRESENTA LA QUIMICA.

ALGUIEN ME COMENTO QUE LA INFORMACION ES PODER, Y EFECTIVAMENTE, PERO QUISIERA MODIFICAR DICHA FRASE, LA INFORMACION ES PODER, Y TE GENERA BENEFICIOS PARTICULARES, PERO EL CONOCIMIENTO SE COMPARTE Y NO HAY NADA MAS MARAVILLOSO QUE COMPARTIR LO POCO O LO MUCHO QUE DURANTE NUESTRO TRAYECTO HEMOS APRENDIDO DE OTRAS MENTES BRILLANTES.

SALUDOS.