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CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS

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Dijimos en el tema anterior que los coeficientes estequiométricos dan la proporción en la que reaccionan los reactivos expresada en moles y la proporción que se obtiene de productos también en moles. Esa proporción o relación se llama relación
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  CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS Lic. Lidia Iñigo Dijimos en el tema anterior que los coeficientes estequiométricos dan la proporción en la que reaccionan los reactivos expresada en moles y la proporción que se obtiene de productos también en moles. Esa proporción o relación se llama relación estequiométrica , y de acuerdo con la ley de Proust es constante para una determinada reacción. Al conocer la relación estequiométrica dada por los coeficientes estequiométricos se puede calcular cuanto de uno o de más productos se obtiene a partir de una determinada cantidad de reactivos, o a la inversa, si se quiere obtener una determinada cantidad de producto, de que cantidad de reactivos se debe partir. Estos son los cálculos estequiométricos, que es muy importante realiar, tanto en el laboratorio como en la industria.  De más está decir que  para cualquier cálculo estequiométrico  se parte de la base de la relación estequiométrica y que para ello la ecuación debe estar balanceada . Es totalmente incorrecto hacer un cálculo estequiométrico con una ecuación que no esté balanceada. !i"uiendo con el ejemplo de la s#ntesis de amon#aco$ 3 H  2  + N  2  2 NH  3 %a relación estequiométrica nos dice que & moles de 'idró"eno reaccionarán con ( mol de nitró"eno para formar dos moles de amon#aco.)onociendo esta relación podemos, mediante una simple proporción *re"la de tres simple+, 'acer cualquier cálculo que necesitemos. %os primeros problemas de la ,u#a de Ejercitación   son para que practiques esto, antes de profundiar en el tema.  En el ejemplo anterior: ¿qué pasaría si los reactivos que se ponen a reaccionar noestán en la relación estequiométrica !or ejemplo si se ponen a reaccionar 3 moles   de"idró#eno con dos moles de nitró#eno$ ¿se %ormará más producto Para que compruebes si realmente entendiste cómo una ecuación representa la reacción qu#mica que ocurre te proponemos que 'a"as el si"uiente ejercicio. 1   &ados los si#uientes esquemas en los que ' representan respectivamenteátomos de "idró#eno ' de cloro$ seleccionar entre las ecuaciones que %i#uran acontinuación la o las que corresponden a la reacción representada en los mismos( E)plicar en los casos en que no es correcta la ra*ón por lo cual no lo es(   a ,l + H H,l  b - ,l  2  + - H  2  ./ H,l  c 0 ,l  2  + - H  2  ./ H,l + 3 ,l  2  d ,l  2  + H  2  2 H,l  Reactivo Limitante (RL)  Acabamos de ver que cuando los reactivos se colocan a reaccionar en una relación distinta de la estequiométrica 'ay un reactivo que se consume totalmente y uno o más reactivos que quedan en exceso. El reactivo que se consume totalmente es el reactivo   limitante , y es el que está en defecto con respecto a la relación estequiométrica. -o necesariamente tiene que ser el que está en menor cantidad en masa o en moles, observá que en el ejemplo de la s#ntesis de amon#aco, en la pre"unta (, se pon#an a reaccionar & moles de 'idró"eno con  moles de nitró"eno y sin embar"o el reactivo limitante era el 'idró"eno.El concepto de reactivo limitante es exactamente el mismo que se utilia en cocina cuando queremos 'acer cualquier preparación. !i queremos 'acer una torta y tenemos menos cantidad de al"uno de los in"redientes, no podemos 'acer la receta completa, debemos ajustar las proporciones a ese in"rediente y 'acer una torta más c'ica.  1upon#amos que queremos preparar triples de jamón ' queso( ,ada sándic" necesitauna %eta de jamón$ una %eta de queso ' tres tapas de pan( 1i disponemos de 2. tapasde pan$ ./ %etas de jamón ' .- %etas de queso ¿,uántos sándic"es podremos preparar¿,ual es el in#rediente que limita la cantidad de sándic"es obtenida ¿!or qué es tan importante el reactivo limitante ¿ué es lo que limita ¿!odemos"acer un cálculo estequiométrico a partir de cualquiera de los reactivos indistintamente 234  !i las cantidades de reactivos no están en la relación estequiométrica debemos averi"uar quién es el reactivo limitante, y 'acer los cálculos estequiométricos a partir de éste. En "eneral no es fácil darse cuenta a simple vista y 'ay que calcular cuál es el reactivo limitante. Esto se 'ace en base a la relación estequiométrica como cualquier otro cálculo. Expliquémoslo a partir de un ejemplo. De acuerdo con la reacción siguiente calcular la masa de Cu formada si se ponen a reaccionar 20 g de amoníaco con !0 g de Cu"#   Mr 17 79,5 63,5 2 NH 3  + 3 CuO N 2  + 3 H 2 O + 3 CuRelac. Esteq. 2 mol 3 mol 1 mol 3 mol 3 mol 34 g 23 g 19!,5 g "atos e #$c%g. 2! g 15! g m & ' /bservá que se planteó un cuadro a partir de la ecuación. !e escribió la relación estequiométrica en moles y se dejó el lu"ar para ponerla en masa si es necesario. Debajo se colocaron los datos y las incó"nitas. Esta forma de plantear los problemas que puede parecer innecesaria en este ejemplo sencillo, es muy 0til en los problemas más complicados, porque cuando 'ay muc'os datos es necesario ser ordenado, de lo contrario uno siempre termina olvidándose de al"o. Además tiene la ventaja de que al tener la relación estequiométrica tanto en moles como en masa se puede plantear el cálculo para obtener el resultado directamente en la forma que se pida, moles con moles, moles con "ramos, etc.Debemos calcular primero quién es el reactivo limitante$  1i 34 # NH  3  5((reaccionan con55((( 230 # ,u6 2/ # NH  3  5((reaccionarán con5((( .4/ # ,u6 En esta re"la de tres lo que se calculó es la cantidad de )u/ que 'abr#a que tener para que todo el amon#aco que se puso reaccionara. Para que el total del amon#aco reaccionara se necesitar#a tener (12 ", pero la cantidad que se puso en realidad de )u/ es (32 ", esto si"nifica que el )u/ está en exceso y que el reactivo limitante es el -4 & .Podr#amos 'aber planteado el cálculo al revés, pero se lle"ar#a a la misma conclusión$  1i 230 # ,u6 5((reaccionan con5(((((((( 34 # NH  3  .-/ # ,u6 5((reaccionarán con5(( 2.$4 # NH  3 Para que todo el )u/ que pusimos reaccionara se necesitar#a tener (,1 " de -4 & , pero sólo se pusieron a reaccionar 2 ", con lo cual el -4 &  es el reactivo limitante. Es mu$ importante que interpretes este ra%onamiento para calcular correctamente el reactivo limitante#  5na ve calculado el reactivo limitante se 'acen los cálculos estequiométricos a partir del mismo, en la forma acostumbrada.  &ure%a de Reactivos Es prácticamente imposible tener una sustancia que sea absolutamente pura, a0n los mejores reactivos tienen impureas. En los reactivos que se venden comercialmente están especificadas, no solamente la cantidad de impureas sino cuales son las mismas. %a purea de los reactivos se da como porcentaje, si se dice que un reactivo tiene 62 7 de purea, eso si"nifica que por cada (22 " que se tomen 'abrá sólo 62 " que corresponden al reactivo y (2 " son de impureas. 'o se puede acer un clculo estequiométrico con un reactivo que esté impuro* porque estar#amos 'aciendo el cálculo como si todo lo que ponemos fuera reactivo puro, cuando en realidad no lo es. !i se conoce la purea del reactivo el cálculo es muy sencillo, si"uiendo con nuestro ejemplo, si a'ora los (32 " de )u/ tuvieran un 82 7 de purea simplemente 'ay que calcular el 827 de (32.   Mr 17 79,5 63,5 2 NH 3  + 3 CuO N 2  + 3 H 2 O + 3 CuRelac. Esteq. 2 mol 3 mol 1 mol 3 mol 3 mol 34 g 23 g 19!,5 g "atos e #$c%g. 2! g 15! g m & ' !( ) si el .//7 (((((((son5(( .-/ #  el 0/7 5555((( .2/ #   8a pre#unta que sur#e es ¿!odemos calcular el reactivo limitante con un reactivoimpuro En este caso ¿,uál es el reactivo limitante Rendimiento de Reacción En la práctica también es imposible que en una reacción se obten"a el total de producto calculado teóricamente a partir de la relación estequiométrica. Esto sucede por muc'as raones$Puede ser que no se conoca la purea de un reactivo9 en ese caso la 0nica posibilidad es tomarlo como si fuera puro, si en realidad no lo está se obtendrá menos producto del calculado. Puede ser que aunque en el envase esté especificada la purea, sea un reactivo que se descompone, y entonces si el reactivo tiene al"0n tiempo de comprado la purea indicada ya no es la real. Puede suceder que la reacción no solamente de el producto que nos interesa, sino que por reacciones laterales se formen productos minoritarios. )omo se están "astando reactivos en la formación de productos minoritarios que no tenemos en cuenta, la cantidad de producto obtenida será menor a la calculada. 5  /tra raón por la cual no se obtiene el total del producto calculado es que el sistema en el que ocurre la reacción lle"ue a un equilibrio. Es el tema que estudiaremos a continuación en Equilibrio :u#mico. )uando el sistema lle"a al equilibrio, es como si la reacción se parara antes de terminar9 quedan reactivos sin reaccionar y se obtiene menos producto del calculado. Además todos los imponderables que sucedan al realiar la reacción también se en"loban dentro del rendimiento de reacción. Por ejemplo que se derrame una peque;a cantidad9 o si el producto es un "as, que debe reco"erse en un recipiente cerrado, que 'aya una fu"a en el recipiente y se pierda al"o del "as. Aunque nin"una de todas estas cosas suceda, el producto se obtiene dentro de un medio de reacción, y 'ay que aislarlo y purificarlo. Este proceso implica, necesariamente, la pérdida de al"o de ese producto. El rendimiento de reacción se indica normalmente como porcentaje. Ese porcentaje es respecto al total calculado teóricamente. !i decimos que una reacción tiene un rendimiento del 62 7, eso si"nifica que por cada (22 " de producto que indicara el cálculo teórico que debemos obtener, en realidad se obtienen 62 ". !i se conoce el rendimiento de la reacción el cálculo es muy sencillo, lo que 'ay que 'acer es calcular la cantidad de producto que se obtendr#a con un (22 7 de rendimiento y en 0ltimo término calcular lo realmente obtenido con el rendimiento dado como dato. )ontinuando con nuestro ejemplo, si a'ora la reacción tuviera un rendimiento del 62 7, una ve calculado el <% calcular#amos la masa de cobre formada de la si"uiente manera$  Mr 17 79,5 63,5 2 NH 3  + 3 CuO N 2  + 3 H 2 O + 3 CuRelac. Esteq. 2 mol 3 mol 1 mol 3 mol 3 mol 34 g 23 g 19!,5 g "atos e #$c%g. 2! g 15! g 9! ( R m & ' !( ) 230 # ,u6 (((((((((((((((( .9/$- # ,u .// 7 rend( ((((((((((((((((((( 9$/- # ,u .2/ # ,u6 (((((((((((((((( 9$/- # ,u 9/ 7 rend( ((((((((((((((((((( 0$4 # ,u El rendimiento de la reacción es "lobal para toda la reacción, todos los productos obtenidos están obtenidos con ese rendimiento. !i a'ora quisiéramos calcular la cantidad de a"ua formada deber#amos 'acer lo mismo que en el caso del cobre, y as# para todos los productos obtenidos.=sta es la forma de trabajar en lo que se denomina un problema directo. En este tipo de problemas a partir de los datos de los reactivos se debe calcular la cantidad de productos. ¿,uál es el orden que se debe se#uir para resolver un problema de estequiometría directo 6
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