Quimica General II - Estequiometría en reacciones completas

Facultad de Química

Grupo 18
Profra. Adela Castillejos
Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa
Febrero 2009

 Balances de materia en reacciones químicas. Balances en la equivalencia.
Balances en la no equivalencia. Reactivo limitante. Rendimiento en los
procesos químicos.

 Solubilidad y reglas de solubilidad. Disoluciones y diluciones.
Caracterización y clasificación. Preparación de los diferentes tipos de
disoluciones. Expresiones de la concentración en unidades físicas y
químicas (% en masa, molaridad y normalidad). Cálculos para la
preparación de disoluciones.


Estequiometría

Es el estudio cuantitativo de las relaciones de proporciones entre reactivos y
productos en una reacción química.(1)

(1) Garritz, A. Gasque, L. y Martínez, A. Química universitaria, Pearson Educación, México.
(2005). Aprox. 1000 pp. ISBN 9702602920 Profra. Adela Castillejos

Cálculos Estequiométricos

Cant. de Cant. de
sustancia sustancia
reactivos productos

Masa de Cant. de Cant. de
sustancia sustancia
reactivos reactivos productos

Masa de Cant. de Cant. de Masa de
sustancia sustancia
reactivos reactivos productos producto

Esquema tomado de: Garritz, A. Gasque, L. y Martínez, A. Química universitaria, Pearson
Educación, México. (2005). Aprox. 1000 pp. ISBN 9702602920 Profra. Adela Castillejos

Razón Estequiométrica

Es un parámetro constante y
universal para cada par de
participantes en una reacción
química. Se obtiene con el cociente
entre dos coeficientes
estequiométricos de la ecuación
Razón estequiométrica entre el monóxido química balanceada.(1)
de carbono y el oxígeno


Reactivo Limitante

Es(son) aquel(los) que se termina(n) durante el transcurso de la reacción
química. El reactivo limitante determina la cantidad de producto que se
forma.(1)

En un sandwich, algún ingrediente puede En un baile, las mujeres puede limitar la
limitar el número de éstos que podamos cantidad de parejas que se pueden
preparar. formar.


Rendimiento Teórico de una Reacción
La cantidad de producto que debiera formarse si todo el reactivo limitante se
consumiera en la reacción. (1)

Rendimiento Experimental de una Reacción
Es la fracción de la cantidad esperada de producto que se obtiene realmente
de la reacción. Siempre es un porcentaje del Rendimiento teórico.

Porcentaje de Rendimiento

Es la proporción del Rendimiento Experimental con respecto al Rendimiento
Teórico.

(1) Sitio web: http://www.eis.uva.es/~qgintro/esteq/tutorial-04.html, Profra. Adela Castillejos
consultado por última vez el martes 03 de febrero del 2009. Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa

Solubilidad

Es la máxima cantidad de una sustancia que se disuelve en 100g de disolvente a
una determinada temperatura.

La solubilidad del cloruro de sodio en
agua a 25 ºC es 39,12 g.


Disolución
Es una mezcla homogénea en donde
una sustancia llamada soluto está
dispersa uniformemente en otra que
se conoce como disolvente. El
soluto es aquella sustancia que se
encuentra en menor cantidad.(1)

La disolución es transparente, pero puede
tener color, como en este caso.


Concentración

Es la relación que existe entre la cantidad de soluto que está contenida en un
disolvente.

Estos vasos, que contienen un tinte rojo, demuestran cambios
cualitativos en la concentración. Las soluciones a la izquierda
están más diluidas, comparadas con las soluciones más
concentradas de la derecha.


Expresiones de la Concentración


Dilución
Diluir es agregar mas disolvente a
una disolución. Esto siempre
implica reducir la concentración
de la disolución.


RENDIMIENTO DE UNA REACCIÓN
Por razones económicas los procesos químicos y la producción de sustancias químicas deben
realizarse con el menor desperdicio posible, lo que se conoce como “optimización de
procesos”. Cuando se tiene una reacción química, el Químico se interesa en la cantidad de
producto que puede formarse a partir de cantidades establecidas de reactivos. Esto también
es importante en la mayoría de las aplicaciones de las reacciones, tanto en la investigación
como en la industria. En una reacción química siempre se conserva la masa, de ahí que una
cantidad específica de reactivos al reaccionar, formará productos cuya masa será igual a la de
los reactivos. Al químico le interesa entonces la relación que guardan entre sí las masas de los
reactivos y los productos individualmente.
En muchos procesos químicos industriales la mayor parte del coste de producción del
producto final corresponde al coste de las materias primas. En algunos otros, tales como los
que intervienen grandes cantidades de energía eléctrica, los costes de las materias primas
pueden que no sean tan importantes, pero generalmente, y en especial en las industrias de
síntesis orgánicas e industrias petroquímicas, el coste de las materias primas representan del
60% al 80% del coste del producto final.
Fuente:Sitio web
http://books.google.com.mx/books?id=CEtlxLXcwPoC&pg=PA302&lpg=PA302&dq=estequiometria+(+r
endimiento+en+los+procesos+quimicos)&source=web&ots=tPjdUYrptR&sig=Jg4OIkKhR4pPTpm7cmor
DTki_4I&hl=es&sa=X&oi=book_result&resnum=4&ct=result#PPA302,M1. Consultado 18 dic 2008 Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa

RENDIMIENTO DE UNA REACCIÓN

En algunos casos, como en la fabricación de monocloro benceno en que una alta conversión
conduce a producir derivados di o policlorados, puede utilizarse una baja conversión (por
ejemplo del 6%). En otros casos como en la producción de anhídrido ftálico a partir de
naftaleno, lo mejor es una conversión del 100%.

Menores rendimientos, debido a unas condiciones de reacción más severas o al paso de
materias primas o de productos en los efluentes de desecho, incrementarán la cantidad de
material de alimentación que debe utilizarse para producir una determinada cantidad de
producto. Esto hará que crezca el coste de producción y quizás incremente el tamaño y el
costo de la unidad de preparación. Un mayor rendimiento reducirá el cargo de materias primas
en el costo de producción, pero incrementará el tamaño, inversión de capital, y costes de
funcionamiento del reactor y de los equipos e instalaciones de separación.

Fuente:Sitio web
http://books.google.com.mx/books?id=CEtlxLXcwPoC&pg=PA302&lpg=PA302&dq=estequiometria+(+r
endimiento+en+los+procesos+quimicos)&source=web&ots=tPjdUYrptR&sig=Jg4OIkKhR4pPTpm7cmor
DTki_4I&hl=es&sa=X&oi=book_result&resnum=4&ct=result#PPA302,M1. Consultado 18 dic 2008 Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa

CONCENTRACIONES PERMISIBLES DE SUSTANCIAS QUÍMICAS EN
EL SER HUMANO

En un análisis de sangre o de orina se miden las
concentraciones de ciertas sustancias, y los
resultados sirven para detectar enfermedades.
No es lo mismo que en el plasma sanguíneo
haya 90 mg de glucosa por cada 100 cm3, que
haya 150 mg. En el segundo caso existe una
enfermedad diabética.

Fuente: Sitio web
http://www.udbquim.frba.utn.edu.ar/material/DISOLUCIONES.htm. Consultado 09 ene 2009 Profra. Adela Castillejos

EL SER HUMANO

Las bebidas alcohólicas son disfrutadas ampliamente en todo el mundo, en diferentes
lugares y por muchas y variadas personas. Son bien conocidos los patrones irresponsables
de consumo, que unidos a ciertas acciones como manejar, pueden tener como resultado un
gran número de daños (Grant & Litvak, 1998). Por esto, muchos países han estado de
acuerdo en la necesidad de establecer reglamentos que prohiban manejar a conductores
ebrios, especialmente si se aplica a manejar automóviles en caminos públicos. La regulación
del máximo permitido de niveles CAS (Concentración de Alcohol en Sangre), es un
instrumento para reforzar y para prevenir.

CAS representa la cantidad de etanol en una cierta cantidad de sangre, y se conoce como
quot;peso por volumenquot;. Las medidas más utilizadas generalmente son gramos de etanol por
mililitro de sangre (g/ml), utilizado en Estados Unidos, y miligramos de etanol por mililitro
de sangre (mg/ml), utilizado en la mayor parte de Europa. Por ejemplo, .005 g/ml=50 mg/ml.

Fuente: Sitio web
http://www.alcoholinformate.org.mx/saberdelmundo.cfm?articulo=48 Consultado 09 ene 2009 Profra. Adela Castillejos

EL SER HUMANO

Fuente: Sitio web
http://www.alcoholinformate.org.mx/saberdelmundo.cfm?articulo=48 Consultado 09 ene 2009 Profra. Adela Castillejos

RELACIÓN AIRE/COMBUSTIBLE EN UN MOTOR
El monóxido de carbono (CO) se produce en todas las combustiones incompletas de
compuestos de carbono, esto es, aquéllas que no forman dióxido de carbono como producto
de la reacción. Es un gas invisible, incoloro e insaboro, por lo que no podemos detectarlo
fácilmente. El problema es que el CO es fuertemente tóxico, ya que forma un enlace fuerte
con el hierro de la hemoglobina de la sangre. En condiciones normales, el hierro de la
hemoglobina se une al oxígeno que respiramos y es la que se encarga de llevarlo a todas las
células del cuerpo. Cuando el CO se une al hierro de la hemoglobina forma un enlace más
fuerte que el del hierro con el oxígeno, con lo cual impide el acceso del O2 a las células, con lo
que sobreviene la muerte por asfixia.

El monóxido de carbono convive con nosotros en las grandes ciudades. Su presencia en la
atmósfera está relacionada con la circulación de vehículos que utilizan gasolina.

En la combustión completa de la gasolina se produce CO2. Este gas es menos tóxico que el
monóxido de carbono. Las ecuaciones balanceadas de formación de CO y CO2 a partir de la
gasolina (formada por octano, C8H18) son las siguientes:
Fuente::Garritz, A. Gasque, L. y Martínez, A. Química universitaria, Pearson Educación,
México. (2005). Aprox. 1000 pp. ISBN 9702602920 Profra. Adela Castillejos


De las ecuaciones se sabe que la producción de CO ocurre cuando hay menos oxígeno
presente. La combustión de la gasolina en presencia de poco oxígeno favorece la formación de
CO. En la figura de abajo se observa la proporción de CO y CO2 que se produce en función
de la cantidad de sustancia de O2 que se emplea por mol de gasolina quemada.

Es recomendable que el pistón reciba una cantidad de sustancia de alrededor e 15.1 moles de
O2 por cada mol de gasolina, para con ello estar por encima de las cantidades
estequiométricas necesarias para la formación del dióxido de carbono. Así se produce muy
poco CO y no se entorpece el funcionamiento del motor.


En las reacciones de combustión de la gasolina, el O2 tiene que
ser el reactivo en exceso para así evitar la formación del gas
más tóxico, el CO. No se puede utilizar oxígeno en demasiado
exceso, porque como se observa en la siguiente figura, con
mayor cantidad de O2 se comienza a producir menos CO2.

Una buena medida para reducir la contaminación, quizás la
mejor, es afinar el motor lo más frecuentemente posible. La
afinación incluye la limpieza de las partes por las que fluye el
aire hacia el interior del motor y la calibración de las válvulas
de acceso.
Proporción de CO y CO2 que se
producen en función de la cantidad de
sustancia de O2 que se emplea por mol
de gasolina.


JABONES Y DETERGENTES
La industria de jabones y detergentes es por todos conocida, aún cuando no sepamos lo que es un
jabón ni la diferencia que existe entre un jabón con los detergentes. En América Latina, la industria
de jabones y detergentes produjo 2.7 millones de toneladas en 1984, y en el mundo se fabricaron
alrededor de 24 millones de toneladas, es decir, aproximadamente 5 kg por persona al año.

En la industria de jabones y detergentes, como casi en cualquier industria, los cálculos
estequiométricos son de gran importancia. Supongamos que somos los encargados de comprar las
materias primas para producir estearato de sodio. La ecuación química, se puede escribir con las
fórmulas moleculares, con lo cual tenemos lo siguiente:



Si queremos que la producción de estearato de sodio (C18H35O2Na) sea de 4,000 toneladas al
mes, ¿cuánta materia prima necesitamos?


PRODUCCIÓN DE METIL TERBUTIL ÉTER

En los automóviles de combustión interna se acostumbra utilizar gasolina como combustible. La
gasolina está formada por octanos (C8H18). Para que una gasolina funcione apropiadamente, no
debe empezar a quemarse antes de ser incendiada por la chispa de la bujía. Si lo hace, se dice que
el motor “golpetea”. Con el fin de impedir que esto ocurra se utilizan sustancias como
antidetonantes, que se mezclan con la gasolina y evitan que ésta se queme antes de tiempo.

En el pasado se utilizaba tetraetilo de plomo [Pb(CH2CH3)) como antidetonante de la gasolina. El
problema con esta sustancia es su contenido de plomo, ya que durante la combustión de la
gasolina éste se emite a la atmósfera. El plomo es muy tóxico debido a que inhibe el
funcionamiento de muchas enzimas, y en los niños sobretodo causa daños en el sistema nervioso.


Actualmente se utiliza el metil terbutil éter como antidetonante. Este compuesto se forma
cuando el 2 metil-1 propeno reacciona con el alcohol metílico, como se indica a continuación:

Cada litro de gasolina oxigenada requiere de 100 mL de metil terbutil éter, por lo que para un
automóvil cuyo tanque de gasolina tiene una capacidad de 40 L, se necesitan 4000 mL de metil
terbutil éter. Con esta información podemos calcular cuánto 2 metil-1 propeno (C4H8) se
requiere para producir esta cantidad de metil terbutil éter (C5H12O). Necesitamos conocer la
densidad de este último, que es igual a 0.74 g/mL. Este valor nos permite calcular los gramos que
hay en 4000 mL de metil terbutil éter de la forma siguiente:



Para 40 L de gasolina se requieren 2960 g de metil terbutil éter. Ahora necesitamos calcular la
cantidad de sustancia que hay en 2960 g para después utilizar la ecuación química y obtener la
cantidad de 2 metil-1 propeno necesaria. La masa molar del metil terbutil éter es 88.15 g/mol.
Con esto tenemos:


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