reacciones químicas

Reacciones químicas

​Reacción química y ecuación química

​Una reacción química es un proceso en el que los átomos, las moléculas o los iones de una se transforman en los átomos, las moléculas o los iones de una sustancia química distinta

​Las sustancias que se modifican en una reacción química se denominan reactivos y las sustancias nuevas que se producen en la reacción se llaman productos.

​Una ecuación química es la representación abreviada de una reacción química mediante las fórmulas de las sustancias que intervienen en el correspondiente proceso

​Ajuste de una reacción química

​Las reacciones químicas se ajustan sabiendo que el número de átomos de cada elemento químico ha de ser el mismo en ambos miembros de la ecuación.

​Para ajustar las ecuaciones químicas se utilizan los coeficientes estequiométricos, que son unos números que se añaden delante de las fórmulas.

​La lectura de una reacción química indica lo que ocurre cuando tiene lugar. Por ejemplo: dos moléculas de benceno reaccionan con nueve moléculas de oxígeno para dar doce moléculas de dióxido de carbono y seis moléculas de agua.

​Este tipo de reacciones ajustadas nos dan información también a nivel superior al molecular. Por ejemplo, 2 moles de moléculas de benceno reaccionan con 9 moles de moléculas de oxígeno para dar 12 moles de moléculas de dióxido de carbono y 6 moles de moléculas de agua.

​En las reacciones químicas se cumplen las leyes de proporcionalidad lo que quiere decir que podemos conocer cualquiera de las cantidades de reactivos o de productos conociendo la cantidad de uno solo de ellos y, en algunos casos el rendimiento de la reacción.

​Cálculo de moles

​Conocer la cantidad de moles de que se dispone o que se quieren obtener es la clave para los cálculos que hay que realizar disponiendo de una reacción química. Hay diferentes maneras de obtener la cantidad de moles a partir de las diferentes formas en las que se nos proporcionan los datos.

​Principalmente las moléculas se pueden encontrar en tres estados físicos:

• Sólida, calculamos los moles de sustancia a partir de la masa, la masa molecular y, en algunos casos, la pureza de la sustancia.

• Líquida, en ese caso los moles de sustancia se calcularían con la concentración y el volumen de una disolución.

• Gas, en ese caso la cantidad de moles se calcularía con la ley de los gases perfectos: P·V=n·R·T

​Cálculo de moles a partir de masa de sustancia y pureza

​Cuando se dan los datos de una masa de muestra que no es totalmente pura y se da el grado de pureza lo que ocurre es que solo una parte de la muestra es la molécula que nos interesa, sabiendo los átomos que componen esa sustancia y su masa atómica se puede calcular los moles de sustancia que tenemos en la muestra.

​Tenemos una muestra de 500 gramos de yeso que tiene un 40% de pureza de carbonato cálcico.

• De los 500 gramos de muestra solo (500·40)/100=200 g son de carbonato cálcico

• CaCO₃ tiene una masa molecular de (20+12+(16·3))=80 g/mol.

• 200 g de CaCO₃ sabiendo que cada mol tiene 80 g de masa entonces suponen 200/80=2,5 moles de CaCO₃

​Cálculo de moles a partir una disolución de concentración conocida

​Cuando nos dan como datos el volumen de una disolución de una concentración conocida.

​Se hace reaccionar 250 mL de una disolución de ácido clorhídrico (HCl) de concentración 0,2 M con exceso de hidróxido sódico ...

• ​0,2 M significa que hay 0,2 moles por cada litro de disolución. Un litro de disolución contiene 0,2 moles.

• Tenemos 250 mL que son 0,25 L.

• Para calcular la cantidad de moles hay que multiplicar el volumen por la concentración. 0,25 L· 0,2 moles/L= 0,05 moles de HCl

​Cálculo de moles conociendo la densidad de una muestra y su porcentaje en masa

​La densidad nos da la información de los gramos de disolución que contiene un volumen concreto. La riqueza de la muestra nos informa de los gramos de sustancia que contiene 100 gramos de disolución. Para conseguir saber los moles de sustancia hay que transformar los gramos de sustancia a moles.

​Disponemos de 15 mL de disolución de ácido nítrico (HNO₃) del 37% de porcentaje en masa y 1,8 g/mL de densidad.

• ​Disponemos de 15 mL sabiendo que cada mililitro contiene 1,8 gramos de disolución, tenemos, entonces, 15·1,8=27 g de disolución de HNO₃

• Por cada 100 g de disolución hay 37 g de HNO₃ por lo que 27 g de disolución suponen 27·(37/100)=10 g de HNO₃

• El HNO₃ tiene una masa molecular de (1+14+(16·3))=63 g/mol así que

  10 g· (1/63)=0,16 moles de HNO₃

​Calcular la cantidad de moles de un gas que se encuentra en unas condiciones concretas de presión y temperatura.

​En este caso hay que usar la ley de los gases perfectos que relaciona presión (en atmósferas) volumen (en litros) cantidad de sustancia (en moles) y temperatura (en grados Kelvin). Con la fórmula P·V=n·R·T siendo R=0,082 atm·L/K·mol

​Se hacen reaccionar 4 litros de gas hidrógeno a 3 atm y 27 ºC con un exceso de vapor de agua ...

• ​Hay que cambiar las unidades a lo que pide la fórmula P·V=n·R·T, P está en atm, V está en litros y T en ºC, 27+273=300 K

• Aplicando la fórmula P·V=n·R·T 3·4=n·0,082·300 entonces n=12/24,6

  n=0,49 moles de H₂

​Realizar los cálculos contrarios

​Cuando hemos calculado los moles que se obtienen y nos piden datos que se calculan a partir de los moles.

• Por ejemplo calcular la pureza de 700 gramos de muestra si se sabe que han reaccionado 3 moles de sulfato de calcio

• Por ejemplo calcular el volumen de oxígeno obtenido a 3 atm y 298 K si se han obtenido 2, 5 moles de O₂

• Por ejemplo calcular la concentración resultante de H₂SO ₄ si se obtienen 0,3 moles en un volumen de 300 mL de disolución

• Por ejemplo calcular la presión a la que se encuentran los 0,8 moles obtenidos a 300 K si se recogen en un recipiente de 5 L

Factor limitante

​Habitualmente se usa este concepto cuando hay dos reactivos y no están en la proporción que nos indica la reacción química ajustada. Entonces uno de los dos se consume completamente y ese es el reactivo que marca los moles de producto que se obtienen.

​Calcular los moles de sulfato de aluminio que se obtiene cuando se hacen reaccionar 1,5 moles de hidróxido de aluminio con 1,5 moles de ácido sulfúrico. En la reacción también se obtiene agua.

​Es el H₂SO₄ la sustancia que se encuentra en menor proporción (factor limitante). 1,5 moles de H₂SO₄ reaccionan con 1 mol de Al (OH)₃ y se obtiene 0,5 moles de Al₂(SO₄)₃ y 3 moles de H₂O

​Rendimiento de una reacción

​Cuando entre los datos del problema se señala el rendimiento de la reacción nos indica que los reactivos no reaccionan al 100%. Es una cuestión de porcentajes de reactivos que reaccionan y productos que se obtienen.

​Calcular los moles que se obtienen de AlCl₃ si hay 20 moles de HCl con Al en exceso sabiendo que el rendimiento de la reacción es del 60%

• ​De los 20 moles reaccionan un 60%. (20·60)/100=12 moles HCl reaccionan

• Cuando reaccionan 12 moles de HCl se obtienen 4 moles de AlCl₃