ESTEQUIMETRIA

INDICE:I.INTRODUCCIN2II.OBJETIVOS3III.MARCO TERICO33.1 Conceptos previos33.1.1 Masa atmica33.1.2 Masa molecular33.1.3 Masa formular33.1.4 Mol43.2 Ecuaciones qumicas43.2.1 Subndices53.2.2 Coeficiente estequiomtrico53.3 Mezcla, proporciones y condiciones estequimetricas63.4 Clculos estequiomtricos73.4.1 Reactivo limitante y Reactivo en exceso83.4.2 Rendimiento de la reaccin83.5 Leyes Ponderales93.5.1 Ley de Lavoisier o de la conservacin de la masa93.5.2 Ley de Proust o de las proporciones constantes103.5.3 Ley de Dalton o de las proporciones mltiples103.5.4 Ley de Richter o de las proporciones equivales (recprocas)11IV.PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:124.1.DATOS124.2 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL134.3 RESULTADOS Y DISCUSIONES:14V.CONCLUSIONES16VI.RECOMENDACIONES16VII.REFERENCIALES17VIII.CUESTIONARIO18IX.ANEXOS22

ESTEQUIOMETRIAI. INTRODUCCINLa estequiometria es una herramienta indispensable en qumica y por lo tanto de la ingeniera qumica. una vez analizados los diversos tipos de reacciones se pueden estudiar los aspectos cuantitativos de las mismas, como la cantidad en las que estas reacciones forman productos, es decir; trata de los cambios matemticos de frmula molecular a frmula-gramos, de frmula-gramos a frmula molecular, y de frmula porcentual (anlisis) a frmula molecular, por lo tanto para interpretar una reaccin cuantitativamente, se requiera aplicar el conocimiento de las masas molares y el concepto de mol, ste se basa en el hecho de que los coeficientes estequiomtricos en una ecuacin qumica se interpretan como el nmero demolesde molculasde cada sustancia presentes en un sistema reaccionante.Problemas tan diversos como medir la concentracin de ozono en la atmsfera, determinar el rendimiento potencial de oro de una mena o la evaluacin de diferentes procesos para convertir carbn en combustibles gaseosos implica aspectos de estequiometria.En pocos trminos, la estequiometria tiene por finalidad establecer aquellas relaciones entre los reactantes y productos en una reaccin qumicas. Los reactantes son precursores del proceso y los productos la parte final de la reaccin, es decir, lo que se form.II. OBJETIVOS

Determinar el nmero de moles de que se obtuvieron como productos, a travs de las leyes estequiometrias Determinar el reactivo limitante de la reaccin para poder llevar a cabo las operaciones. Hallar el volumen de a condiciones normales, producidos en la reaccin

III. MARCO TERICO

3.1 Conceptos previos

3.1.1 Masa atmica

Seconocecomomasa atmicaa lamasa que posee un tomo mientras ste permanece en reposo. En otras palabras, puede decirse que la masa atmica es aquella que surgede la totalidad de masa de los protones y neutrones pertenecientes a unnicotomo en estado de reposo. Dentro delSistema Internacional, la unidad que permite calcularla y reflejarla es lamasa atmica unificada.

3.1.2 Masa molecular

Lamasa molecular(m) es la masa de determinada molcula: se mide endaltons(Da) o unidad de masa atmica unificada (u).Molculas diferentes de un mismo compuesto pueden tener masas moleculares distintas debido a que este puede contener diferentes istopos de un mismo elemento. La masa molar es un medida del promedio de la masa molecular de todas las molculas de una muestra, y usualmente es de la medida ms apropiada para trabajar con cantidades macroscpicas (capaces de ser pesadas) de una sustancia.

3.1.3 Masa formular

El peso frmula de una sustancia es la masa de los pesos atmicos de los elementos de la frmula, tomados tantas veces como se indica en ella; es decir, el peso frmula es la masa de la unidad frmula en uma. Los pesos frmula, al igual que los pesos atmicos en los que se basan, son pesos relativos.

Ejemplos:Unid.P.A. (uma)Unid.P.A. (uma)

1 x Na =1x 23 uma3 x H3x 1 uma = 3 uma

1 x H =1x 1 uma1 x P1x 31 uma= 31 uma

1 x O =1x 16 uma4 x O 4x 16 uma= 64 uma

NaOH Peso Frmula = 40 umaH3PO4Peso Frmula = 98 uma

3.1.4 Mol

Un mol de un compuesto, es la cantidad de l cuya masa, expresada en gramos, es numricamente igual a su masa molecular. Para compuestos cuya entidad mnima es una molcula discreta, un mol de l contiene un nmero de Avogadro de molculas de dicho compuesto.

Tambin se ha extendido el concepto de mol a otras sustancias qumicas (elementos, iones, etc.). As se puede decir que un mol de Cu contiene un nmero de Avogadro de tomos de Cu.

Es conveniente aclarar que un mol de hidrgeno molecular contiene un nmero de Avogadro de molculas de hidrgeno (H2 ), en cambio, un mol de hidrgeno atmico contiene un nmero de Avogadro de tomos de hidrgeno (H). Esto nos obliga a ser ms precisos cuando nos referimos a moles.

3.2 Ecuaciones qumicas

Unaecuacin qumicaes una representacin escrita de unareaccin qumica. Se basa en el uso desmbolos qumicosque identifican a los tomosque intervienen y como se encuentran agrupados antes y despus de la reaccin. Cada grupo de tomos se encuentra separado por smbolos (+) y representa a lasmolculasque participan, cuenta adems con una serie de nmeros que indican la cantidad de tomos de cada tipo que las forman y la cantidad de molculas que intervienen, y con una flecha que indica la situacin inicial y la final de la reaccin. As por ejemplo en la reaccin:

Tenemos los grupos de tomos (molculas) siguientes: O2 H2 H2O

3.2.1 Subndices

Los subndices indican la atomicidad, es decir la cantidad de tomos de cada tipo que forma cada agrupacin de tomos (molcula). As el primer grupo arriba representado, indica a una molcula que est formada por 2 tomos deoxgeno, el segundo a dos molculas formadas por 2 tomos dehidrgeno, y el tercero representa a un grupo de dos molculas formadas por 2 tomos de hidrgeno y uno de oxgeno, es decir dos molculas deagua.

3.2.2 Coeficiente estequiomtrico

Es un nmero que funciona en cierta forma como un multiplicador indicando el nmero de molculas de un determinado tipo que participa en una ecuacin qumica dada. En el ejemplo anterior:

El coeficiente del metano es 1, el del oxgeno 2, el del dixido de carbono 1 y el del agua 2. Los coeficientes estequiomtricos son en principio nmeros enteros, aunque para ajustar ciertas reacciones alguna vez se emplean nmeros fraccionarios. Cuando el coeficiente estequiomtrico es igual a 1, no se escribe. Por eso, en el ejemplo CH4y CO2no llevan ningn coeficiente delante.As por ejemplo O2 Debe leerse como 1(O2) es decir, un grupo de molculas de oxgeno. Y la expresin: 2H2O Debe leerse como 2(H2O), es decir dos grupos o molculas, cada uno de los cuales se encuentra formado por dos tomos de hidrgeno y uno de oxgeno.

3.3 Mezcla, proporciones y condiciones estequimetricas Cuando los reactivos de una reaccin estn en cantidades proporcionales a sus coeficientes estequiomtricos se dice: La mezcla es estequiomtrica; Los reactivos estn en proporciones estequiomtricas; La reaccin tiene lugar en condiciones estequiomtricas; Las tres expresiones tienen el mismo significado. En estas condiciones, si la reaccin es completa, todos los reactivos se consumirn dando las cantidades estequiomtricas de productos correspondientes. Si no en esta forma, existir el reactivo limitante que es el que est en menor proporcin y que con base en l se trabajan todos los clculos.Ejemplo Qu cantidad deoxgenoes necesaria para reaccionar con 100 gramos decarbonoproduciendodixido de carbono?Masa atmicadel oxgeno = 15,9994.Masa atmica del carbono = 12,0107.La ecuacin qumica que representa la reaccin qumica es:

Se tienen las siguientes equivalencias a partir de la reaccin qumica y las masas atmicas citadas:

Esta ltima relacin es consecuencia de la frmula qumica del oxgeno molecular ()

Entonces para determinar la masa de oxgeno podemos realizar los siguientes "pasos": determinamos las moles de tomos de carbono (primer factor), con estas moles fcilmente determinamos las moles de molculas de oxgeno (segundo factor a partir de coeficientes de la ecuacin qumica), y finalmente obtenemos la masa de oxgeno (tercer factor)

.

Realizadas las operaciones:

3.4 Clculos estequiomtricos

Los clculos estequiomtricos se basan en las relaciones fijas de combinacin que hay entre las sustancias en las reacciones qumicas balanceadas. Estas relaciones estn indicadas por los subndices numricos que aparecen en las frmulas y por los coeficientes. Este tipo de clculos es muy importante y se utilizan de manera rutinaria en el anlisis qumico y durante la produccin de las sustancias qumicas en la industria. Los clculos estequiomtricos requieren una unidad qumica que relacione las masas de los reactantes con las masas de los productos. Esta unidad qumica es elmol.

3.4.1 Reactivo limitante y Reactivo en exceso El reactivo limitantees el reactivo que en unareaccin qumica determina, olimita, la cantidad de producto formado, y provoca una concentracin limitante a la anterior. Cuando una ecuacin est balanceada, laestequiometriase emplea para saber losmolesde un producto obtenido a partir de un nmero conocido de moles de un reactivo. La relacin de moles entre reactivo y producto se obtiene de la ecuacin balanceada. Generalmente cuando se efecta una reaccin qumica los reactivos no se encuentran en cantidades estequiomtricamente exactas, es decir, en las proporciones que indica su ecuacin balanceada. En consecuencia, algunos reactivos se consumen totalmente, mientras que otros son recuperados al finalizar la reaccin. El reactivo que se consume en primer lugar es llamadoreactivo limitante, ya que la cantidad de ste determina la cantidad total del producto formado. Cuando este reactivo se consume, la reaccin se detiene. El o los reactivos que se consumen parcialmente son losreactivos en exceso. La cantidad de producto que se obtiene cuando reacciona todo el reactivo limitante se denominarendimiento tericode la reaccin.

3.4.2 Rendimiento de la reaccin Enqumica, elrendimiento, tambin referido comorendimiento qumicoyrendimiento de reaccin, es lacantidaddeproducto obtenido en unareaccin qumica.Elrendimiento absolutopuede ser dado como la masa engramoso enmoles(rendimiento molar). El rendimiento fraccionalorendimiento relativoorendimiento porcentual, que sirve para medir la efectividad de un procedimiento de sntesis, es calculado al dividir la cantidad de producto obtenido en moles por elrendimiento tericoen moles:

Para obtener elrendimiento porcentual, multiplquese el rendimiento fraccional por 100% (por ejemplo, 0,673 = 67,3%). Uno o ms reactivos en una reaccin qumica suelen ser usados en exceso. El rendimiento terico es calculado basado en la cantidad molar delreactivo limitante, tomando en cuenta laestequiometriade la reaccin. Para el clculo, se suele asumir que hay una sola reaccin involucrada. Elrendimiento tericoo ideal de una reaccin qumica debera ser el 100%, un valor que es imposible alcanzar en la mayora de puestas experimentales. 3.5 Leyes Ponderales 3.5.1 Ley de Lavoisier o de la conservacin de la masa La masa de un sistema permanece invariable cualquiera que sea la transformacin que ocurra dentro delEsto es, en trminos qumicos,La masa de los cuerpos reaccionantes es igual a la masa de los productos de la reaccin.Esta ley se considera enunciada porLAVOISIER,pues si bien era utilizada como hiptesis de trabajo por los qumicos anteriores a lse debe aLAVOISIERsu confirmacin y generalizacin. Un ensayo riguroso de esta ley fue realizado porLANDOLTen 1893-1908, no encontrndose diferencia alguna en el peso del sistema antes y despus de verificarse la reaccin, siempre que se controlen todos los reactivos y productos.

La ley de la conservacin de la materia no es absolutamente exacta. La teora de la relatividad debida aEINSTEINha eliminando el dualismo existente en la fsica clsica entre la materia ponderable y la energa imponderable. En la fsica actual, la materia y la energa son de la misma esencia, pues no slo la energa tiene un peso, y por tanto una masa, sino que la materia es una forma de energa que puede transformarse en otra forma distinta de energa. La energa unida a una masa material es E=mc2en donde E es la energa, m la masaycla velocidad de la luzEn una transformacin de masa en energa o recprocamente, la relacin entre ambas variaciones es, anlogamente,E =m.c2La letra griega(delta) indica variacin o incremento (positivo o negativo) de la magnitud a que antecede.La relacin entre masa y energa da lugar a que la ley de la conservacin de la materia y la ley de la conservacin de la energa no sean leyes independientes, sino que deben reunirse en una ley nica de la conservacin de la masa-energa.No obstante, las dos leyes pueden aplicarse separadamente con la sola excepcin de los procesos nucleares. Si en una reaccin qumica se desprenden 100000 caloras la masa de los cuerpos reaccionantes disminuye en 4,65 10-9g, cantidad totalmente inobservable. 3.5.2 Ley de Proust o de las proporciones constantesCuando dos o ms elementos se combinan para formar un determinado compuesto lo hacen en una relacin en peso constanteindependientemente del proceso seguido para formarlo.Esta ley tambin se puede enunciar desde otro punto de vistaPara cualquier muestra pura de un determinado compuesto los elementos que lo conforman mantienen una proporcin fija en peso, es decir, una proporcin ponderal constante.As, por ejemplo, en el agua los gramos de hidrgeno y los gramos de oxgeno estn siempre en la proporcin 1/8, independientemente del origen del agua.Estos delicados anlisis fueron realizados sobre todo por el qumico sueco BERZELIUS (1779 - 1848). No obstante, ser el francs PROUST, en 1801, quien generalice el resultado enunciando la ley a la que da nombre.La ley de las proporciones definidas no fue inmediatamente aceptada al ser combatida porBERTHOLLET, elcual, al establecer que algunas reacciones qumicas son limitadas, defendi la idea de que la composicin de los compuestos era variable. Despus, de numerosos experimentos pudo reconocerse en 1807 la exactitud de la ley de Proust. No obstante, ciertos compuestos slidos muestran una ligera variacin en su composicin, por lo que reciben el nombre de berthllidos. Los compuestos de composicin fija y definida reciben el nombre de daltnidos en honor deDALTON.

3.5.3 Ley de Dalton o de las proporciones mltiples

Cuando dos elemento reaccionan en ms de una proporcin para formar compuestos diferentes, las masas de uno de los elementos que se combinan con la misma masa de otro, estn en relacin de nmeros enteros pequeos Afirmada por el trabajo cientfico de John Dalton, esta ley se aplica a compuestos diferentes que se conforman de los mismos elementos.La ley afirma que cuando existe la combinacin de elementos en ms de una proporcin para formar diferentes compuestos, la relacin entre las masas de uno de los elementos que reacciona con una misma masa de otro elemento se expresa en nmeros enteros pequeos. Por ejemplo, el carbono y eloxgeno forman dos compuestos comunes que son el dixido de carbono (CO2) y el monxido de carbono (CO).Elcuadro muestra las relaciones entre los compuestos, as:

CompuestoRelacin por masa molarProporcin

CO212g C: 32g O1:2

CO12g C:16g O1:1

Al comparar la relacin entre las masas de oxgeno que reaccionan con una misma masade carbono (12g), se obtiene que esta proporcin es de 32g O: 16g O, lo que es igual a 2:1 2 (un nmero entero pequeo).

3.5.4 Ley de Richter o de las proporciones equivales (recprocas)Los pesos de diferentes elementos que se combinan con un mismo peso de un elemento dado, dan la relacindepesos de estosElementos cuando se combinan entre s o bien mltiplos o submltiplos de estos pesos.As, por ejemplo, con 1g de oxgeno se unen:0,1260 g de hidrgeno, para formar agua; 4,4321g de cloro, para formar anhdrido hipocloroso; 0,3753 g de carbono para formar gas carbnico, 1,0021 g de azufre, para formar gas sulfuroso, y2,5050 g de calcio, para formar xido clcico. Pero los elementos hidrgeno, cloro, carbono, azufre y calcio pueden a su vez combinarse mutuamente y cuando lo hacen se encuentra,sorprendentemente,que estas cantidades,multiplicadas en algn caso por nmeros enteros sencillos,son las que se unen entre s para formar los correspondientes compuestosEsta ley llamada tambin de las proporciones equivalentes fue esbozada por RICHTER en 1792 y completada varios aos ms tarde por WENZEL.La ley de las proporciones recprocas conduce a fijar a cada elemento un peso relativo de combinacin, que es el peso del mismo que se une con un peso determinado del elemento que se toma como tipo de referencia.Al ser el oxgeno el elemento que se combina con casi todos los dems se tom inicialmente como tipo 100 partes en peso de oxgeno; la cantidaden peso de cada elemento que se combinaba con estas 100 partes en peso de oxgeno erasupeso de combinacin. El menor peso de combinacin que as se encontraba era el del hidrgeno, por lo que fue natural tomar como base relativa de los pesos de combinacin de los elementos el valor 1para el hidrgeno; en esta escala el oxgeno tiene el valor 7,9365 (segn las investigaciones ltimamente realizadas) y otros elementos tienen tambin valores algo inferiores a nmeros enteros. Pero puesto que el hidrgeno se combina con muy pocos elementos y el peso de combinacin de stos tena que encontrarse en general a partir de su combinacin con el oxgeno, se decidifinalmente tomar nuevamente el oxgeno como base de los pesos de combinacin redondeando su peso tipo a 8,000; el del hidrgeno resulta ser igual a 1,008 y el de varios elementos son ahora nmeros aproximadamente enteros.Estos pesos de combinacin se conocen hoy comopesos equivalentes.El peso equivalente de un elemento (o compuesto) es la cantidad del mismo que se combina o reemplaza-equivale qumicamente-a 8,000partes de oxgeno o 1,008 partes de hidrgeno. Se denomina tambin equivalentequmico.Debido a la ley de las proporciones mltiples algunos elementos tienen varios equivalentes.IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

4.1. DATOS

Reactivos:

Clorato de potasio

Materiales y equipo:

Mechero bunsen Tubo de ensayo grande Tapn Tubos de conexin Pinza Vaso precipitado Probeta Termmetro Manguera

4.2 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALPaso 1: Pesar 1g de clorato de potasio en la balanza.

Paso 2:

Introducir el gramo de clorato de potasio en el tubo de ensayo y taparlo con el tapn que debe tener un agujero para ponerle uno de los tubos de conexin.

Paso 3: Procedemos a armar el equipo completo, una vez terminado procedemos a colocar el mechero en contacto con el tubo de ensayo y observamos que se va desprendiendo oxgeno, y este hace que el agua corra hacia el vaso precipitado.

Paso 4:

Tomamos la temperatura en la que se encuentra el agua obtenida.

4.3 RESULTADOS Y DISCUSIONES:

Tenemos la reaccin :

Masa () = 1.015g Volumen de agua = 55 ml T = 28.5 c = 301.5 k

Hallamos la masa del :

Hallamos la presin baromtrica a esas condiciones:

Hallamos la presin parcial del :

Presin del vapor de agua segn el manual del ingeniero qumico a :

T = 28.5C ES : 29.184 mmhg

Hallamos el volumen molar del oxigeno :

Procedemos a hallar el volumen molar del oxgeno en C.N:

L

V. CONCLUSIONES

Las moles de producto obtenidas han variado de acuerdo a la cantidad de y al rendimiento de la reaccin. Concluimos que si trabajamos a partir del reactivo equivocado (en exceso) la reaccin sera errnea. Luego de hacer la operacin concluimos que se cumple la ley de los gases ideales.

VI. RECOMENDACIONES

Calibrar correctamente la balanza, a fin de tener un resultado ms exacto de la muestra de y que el rendimiento de la reaccin sea el mayor posible.

Verificar que el tubo de ensayo usado en la experiencia, sea refractario, para evitar posibles accidentes y prdida de la muestra.

Al realizar la ecuacin de la reaccin, balancearla correctamente y usar las unidades correctas al hacer uso de ley de los gases ideales.

VII. REFERENCIALES

Guarnizer. A, Martines P, (). Experimentos de qumica orgnica. 1st ed. Colombia: Elizcon publicaciones.

Couldson J, Richardson J, (2003). INGENIERIA QUIMICA: Operaciones bsicas. 2nd ed. Espaa: Editorial REVERT.

Garca. E, (). OPERACIONES BASICAS: Manual de aula. 1st ed. ESPAA: Editorial UPV

VIII. CUESTIONARIO

1. Defina formula mnima y formula molecular Formula mnima o emprica: nos muestra la proporcin entre los tomos de un compuesto qumico. A veces puede coincidir con lafrmula moleculardel compuesto. La frmula emprica se puede usar tanto en compuestos formados por molculas como en los que forman cristales y macromolculas. Formula molecular: es la frmula qumica que indica el nmero y tipo de tomos distintos presentes en la molcula. La frmula molecular es la cantidad real de tomos que conforman una molcula. Slo tiene sentido hablar de frmula molecular si el elemento o el compuesto estn formados por molculas; en el caso de que se trate de cristales, se habla de su frmula emprica.

2. Cuando el xido de bario se calienta a condiciones adecuadas, se adiciona oxgeno, dando un oxido de formula . Una muestra de BaO que pesa 1.5g produce por calentamiento 1.27g del producto. Cul es la frmula de este Pm (BaO) = 153,326 g

Moles contenidos en 1,15 g del xido:

moles = 1,15/153,326 = 7,510-3

Al calentar se producirn los mismos moles porque el nmero de tomos de Ba no cambia.

Tenemos que 7,510-3moles de BaOxpesa 1,27 g:

n moles = masa/Pm Pm = masa/n Moles = 1,27/7,510-3= 169,33

La diferencia de masa molecular entre BaO y BaOx de debe al oxgeno.

Si hacemos 169,33 - 153,32 = 16,01 (que es el peso atmico del oxgeno)

Luego la frmula es BaO2

3. Al ser calentado, el nitrato de sodio desprende oxgeno para formar nitrito de sodio. Una mezcla de nitrato y nitrito de sodio, que pesa 0.754gpierde 0.064g al ser calentada. Calcule el porcentaje de nitrato de sodio en la mezcla original.

= 23 + 14 + 3 x 16 = 85 g / mol

0.085 g de

0.085 g de x = 11.27 % de

4. Calcule el error absoluto, relativo y relativo porcentual que afecta a la pesada efectuada para determinar la formula mnima del clorato de potasio.Masa terica: 1gMasa pesada: 1,015g

Calculando el error absoluto

Calculando el error relativo

Calculando el porcentaje de error relativo.

5. En base al trabajo practico, Cul habr sido el efecto de cada uno de los siguientes factores sobre el valor obtenido para el volumen molar del oxgeno? No tomar en cuenta la presin de vapor del aguaSi no se toma en cuenta la presin de vapor de agua, el volumen del oxgeno habra aumentado, dado que la presin es directamente proporcional al volumen; teniendo como consecuencia un mayor porcentaje de error en relacin al volumen. El clorato de potasio no se descompone totalmente:Si no se descompone totalmente el clorato, la cantidad de oxigeno liberado ser menor, por lo tanto habr menor agua transportada. Presencia de fugas de oxgeno.Si existen fugas de oxgeno, este llegara en menor cantidad al matraz, ocasionando un menor transporte de agua El clorato de potasio est contaminado con impurezas (arena)Al estar contaminado, la combustin no se realiza correctamente, puede que libere menos oxigeno o no se llegue a una combustin completa. El clorato de potasio esta contaminado con una impureza que tambin da lugar al desprendimiento de oxigeno (por ejemplo: dixido de plomo)Existira un exceso de agua ya que se liberara ms oxigeno del planeado. El tubo de ensayo contiene algunas gotas de agua antes de iniciar el experimento.La sal se hidratara, y se producira ms oxigeno del planeado, lo cual desplazara ms agua a la probeta.

6. Si un mol de molculas de hidrogeno tiene una masa de 2g. Cul es la densidad del hidrogeno en condiciones normales de presin y temperatura? Aclare suposiciones.

Ec. De gases ideales: donde

Luego: A C.N:

IX. ANEXOS

ANEXO 1: TABLA DE DATOS

GRUPO 1GRUPO 2GRUPO 3GRUPO 4

1.015 g1.0352 g1.037 g1.0007g

55 ml48 ml50 ml50.1 ml

28.5 C29c28C28.7 c

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