QUI 1M. Estequiometría de una Reacción, por Chang, Whitten y Timberlake.

Red Cientifica Escolar
3 sept
10 Min. de lectura

Reacciones y Ecuaciones químicas (no son lo mismo)

"Las reacciones químicas siempre implican la transformación de una o más sustancias en otra o más sustancias diferentes; en otras palabras, en las reacciones químicas se reacomodan átomos o iones para formar otras sustancias"(Whitten et al., 2015)

"Con objeto de comunicarse entre sí respecto a las reacciones químicas, los químicos han desarrollado una forma estándar para representarlas por medio de ecuaciones químicas. Una ecuación química utiliza símbolos químicos para mostrar qué sucede durante una reacción química. En esta sección estudiaremos cómo escribir y balancear las ecuaciones químicas." (Chang, 2017)

Ejemplo 1

"Suponga que usted trabaja en una tienda de bicicletas, donde ensambla ruedas y marcos en las bicicletas. Podría representar este proceso por medio de una ecuación:

Ejemplo 2

Cuando quema carbón en una parrilla, el carbono del carbón se combina con oxígeno para formar dióxido de carbono. Puede representar esta reacción con una ecuación química muy parecida a la de la bicicleta" (Timberlake, 2013)

"Las ecuaciones químicas se utilizan para describir reacciones químicas y en ellas aparecen

1) las sustancias que reaccionan, llamadas reactivos (o reactantes);

2) las sustancias que se forman, llamadas productos; y

3) las cantidades relativas de las sustancias que intervienen.

¿Cómo escribimos una ecuación?

Escribimos los reactivos a la izquierda de una flecha y los productos a la derecha de esa flecha. Los números que aparecen antes de la fórmula de los compuestos en una reacción química reciben el nombre de coeficientes y representan al número de moléculas (o unidades formulares) de cada reactivo o producto que se necesitan para balancear la ecuación. Como ejemplo típico, consideremos la combustión del gas natural: una reacción que sirve para calentar edificios y cocinar alimentos; el gas natural es una mezcla de varias sustancias, pero su componente principal es el metano, CH4. La ecuación que describe la reacción del metano con un exceso de oxígeno es:"

¿Cómo interpretamos esta ecuación?

En palabras simples nos está indicando que el metano reacciona con el oxígeno para producir dióxido de carbono (CO2) y agua. Con más precisión, ésta nos señala que por cada molécula de CH4 que reacciona, también reaccionan dos moléculas de O2 y que se forman una molécula de CO2 y dos moléculas de H2O"

(Whitten et al., 2015)

"En una ecuación química, las fórmulas de los reactivos se escriben a la izquierda de la flecha y las fórmulas de los productos a la derecha. Cuando existen dos o más fórmulas del mismo lado, se separan con signos más (+). El signo delta sobre la flecha de reacción (el triángulo) indica que se utilizó calor para iniciar la reacción. Por lo general, a cada fórmula en una ecuación le sigue una abreviatura, entre paréntesis, que indica el estado físico de la sustancia: sólido (s), líquido (l) o gas o vapor (g). Si una sustancia se disuelve en agua, es una solución acuosa (ac). La tabla 6.2 resume algunos de los símbolos usados en las ecuaciones." (Timberlake, 2013)

"No hay cambio detectable en la cantidad de materia durante una reacción química ordinaria. Este principio rector, la ley de la conservación de la materia, sienta las bases para el “balanceo” de ecuaciones químicas y para efectuar los cálculos basados en dichas ecuaciones. Ya que la materia no se crea ni se destruye durante una reacción química, en una ecuación química balanceada siempre debe aparecer el mismo número de cada tipo de átomo en ambos lados de la ecuación.

(Whitten et al., 2015)

(Whitten et al., 2015)

Identificación de una ecuación química balanceada

"Cuando tiene lugar una reacción química, los enlaces entre los átomos de los reactivos se rompen y se forman nuevos enlaces que dan lugar a los productos. Todos los átomos se conservan, lo que significa que los átomos no pueden ganarse, perderse ni transformarse en otros tipos de átomos durante la reacción. Toda reacción química debe escribirse como una ecuación balanceada que muestre el mismo número de átomos de cada elemento en los reactivos, así como en los productos. Ahora considere la reacción en la que el hidrógeno reacciona con oxígeno para formar agua. Las fórmulas de los reactivos y productos se escriben del modo siguiente:

Cuando se suman los átomos de cada elemento en cada lado, se descubre que la ecuación no está balanceada. Hay dos átomos de oxígeno a la izquierda de la flecha, pero sólo uno a la derecha. Para balancear esta ecuación, se colocan números enteros llamados coeficientes antes de las fórmulas. Si escribe un 2 como coeficiente antes de la fórmula de H2O, éste representa dos moléculas de agua. Puesto que el coeficiente multiplica todos los átomos en el H2O, ahora hay cuatro átomos de hidrógeno y dos átomos de oxígeno en los productos. Para obtener cuatro átomos de hidrógeno en los reactivos, debe escribir un coeficiente igual a 2 antes del H2. Sin embargo, no se cambia ninguno de los subíndices, pues ello alteraría la identidad química de un reactivo o producto. Ahora el número de átomos de hidrógeno y el número de átomos de oxígeno es el mismo tanto en los reactivos como en los productos. La ecuación está balanceada." (Timberlake, 2013)

¿Cómo balancear una ecuación desbalanceada?

"La reacción química que ocurre en la flama del mechero de gas que utiliza en el laboratorio o en una estufa de gas es la reacción del gas metano, CH4, y el oxígeno para producir dióxido de carbono y agua."

" En el Ejemplo de problema 6.1 se muestra el proceso para balancear una ecuación química."

(Timberlake, 2013)

EJEMPLO DE PROBLEMA 6.1 (Timberlake, 2013)

La reacción química del metano, CH4, y el gas oxígeno, O2, produce dióxido de carbono, CO2, y agua, H2O. Escriba una ecuación química balanceada para esta reacción.

SOLUCIÓN

Paso 1

Escriba una ecuación usando las fórmulas correctas de reactivos y productos

Paso 2

Cuente los átomos de cada elemento en los reactivos y productos. En la ecuación inicial sin balancear, donde no hay coeficientes explícitos, se sobreentiende un coeficiente igual a 1, y por lo general no se escribe. Cuando se comparan los átomos del lado de los reactivos con los átomos del lado de los productos, se observa que hay más átomos H en los reactivos y más átomos O en los productos.

Paso 3

Utilice coeficientes para balancear cada elemento. Comience por balancear los átomos H en el CH4, porque tiene más átomos. Al colocar un coeficiente 2 antes de la fórmula del agua, se obtiene un total de 4 átomos H en los productos.

Para balancear los átomos O en el lado de los reactivos, se coloca un coeficiente 2 antes de la fórmula O2. Ahora hay 4 átomos O y 4 átomos H tanto en reactivos como en productos.

Paso 4

Verifique la ecuación final para confirmar que esté balanceada. En la ecuación final, los números de átomos C, H y O son iguales tanto en reactivos como en productos. La ecuación está balanceada.

En una ecuación balanceada, los coeficientes deben ser los números enteros más bajos posibles. Suponga que obtuvo lo siguiente:

Aunque hay igual número de átomos en reactivos y productos, no está balanceada correctamente. Para balancear de manera correcta la ecuación se dividen todos los coeficientes entre 2.

QUI 1M. Estèkyometri yon Reyaksyon, pa Chang, Whitten ak Timberlake.

Reyaksyon ak Ekwasyon chimik (se pa menm bagay la)

“Reyaksyon chimik yo toujou enplike transfòmasyon youn oswa plizyè sibstans an lòt sibstans ki diferan; an lòt mo, nan reyaksyon chimik yo atòm oswa iyon yo rearanje pou fòme lòt sibstans.” (Whitten et al., 2015)

“Pou kominike youn ak lòt sou reyaksyon chimik yo, chimis yo devlope yon fòm estanda pou reprezante yo atravè ekwasyon chimik. Yon ekwasyon chimik sèvi ak senbòl chimik pou montre sa k ap pase pandan yon reyaksyon chimik. Nan seksyon sa a nou pral etidye kijan pou ekri ak balanse ekwasyon chimik yo.” (Chang, 2017)

Egzanp 1

“Sipoze ou travay nan yon boutik bisiklèt, kote ou reyini wou ak kad pou fè bisiklèt yo. Ou ta ka reprezante pwosesis sa a atravè yon ekwasyon:”

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Egzanp 2

“Lè ou boule chabon nan yon griyad, kabòn ki nan chabon an konbine ak oksijèn pou fòme dyoksid kabòn. Ou ka reprezante reyaksyon sa a ak yon ekwasyon chimik ki byen sanble ak sa bisiklèt la.” (Timberlake, 2013)

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“Ekwasyon chimik yo itilize pou dekri reyaksyon chimik, epi yo genyen ladan yo

sibstans ki reyaji yo, yo rele yo reyaktan;
sibstans ki fòme yo, yo rele yo pwodwi; epi
kantite relatif sibstans ki patisipe yo.

Kijan nou ekri yon ekwasyon?

Nou ekri reyaktan yo sou bò gòch yon flèch, epi pwodwi yo sou bò dwat flèch la. Nimewo ki parèt anvan fòmil konpoze yo nan yon reyaksyon chimik yo rele koyefisyan, epi yo reprezante kantite molekil (oswa inite fòmilè) chak reyaktan oswa pwodwi ki nesesè pou balanse ekwasyon an. Kòm yon egzanp tipik, ann konsidere konbisyon gaz natirèl: yon reyaksyon ki sèvi pou chofe bilding ak pou kwit manje; gaz natirèl la se yon melanj plizyè sibstans, men prensipal konpozan li se metàn, CH4. Ekwasyon ki dekri reyaksyon metàn ak yon depase oksijèn se:”

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Kijan nou entèprete ekwasyon sa a?

Nan mo senp li endike ke metàn reyaji ak oksijèn pou pwodui dyoksid kabòn (CO2) ak dlo. Avèk plis presizyon, li montre ke pou chak molekil CH4 ki reyaji, gen de molekil O2 ki reyaji tou, epi ki fòme yon molekil CO2 ak de molekil H2O.”(Whitten et al., 2015)

“Nan yon ekwasyon chimik, fòmil reyaktan yo ekri sou bò gòch flèch la, epi fòmil pwodwi yo sou bò dwat la. Lè gen de oswa plis fòmil sou menm bò a, yo separe yo ak siy plis (+). Siy delta sou flèch reyaksyon an (triyang lan) endike yo te itilize chalè pou kòmanse reyaksyon an. An jeneral, chak fòmil nan yon ekwasyon suiv ak yon abrevyasyon, nan parantèz, ki endike eta fizik sibstans lan: solid (s), likid (l) oswa gaz oswa vapè (g). Si yon sibstans fonn nan dlo, se yon solisyon akeuz (ac). Tablo 6.2 rezime kèk nan senbòl yo itilize nan ekwasyon yo.” (Timberlake, 2013)

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“Pa gen okenn chanjman detektab nan kantite matyè pandan yon reyaksyon chimik òdinè. Prensip gid sa a, lwa konsèvasyon matyè a, tabli baz pou ‘balansaj’ ekwasyon chimik yo ak pou fè kalkil ki baze sou ekwasyon sa yo. Depi matyè pa kreye ni detwi pandan yon reyaksyon chimik, nan yon ekwasyon chimik balanse dwe toujou parèt menm kantite chak tip atòm sou tou de bò ekwasyon an.”(Whitten et al., 2015)

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(Whitten et al., 2015)

Idantifikasyon yon ekwasyon chimik balanse

“Lè yon reyaksyon chimik fèt, lyen ant atòm ki nan reyaktan yo kraze epi nouvo lyen fòme ki bay pwodwi yo. Tout atòm yo konsève, sa vle di atòm yo pa ka genyen, pèdi, ni transfòme an lòt tip atòm pandan reyaksyon an. Tout reyaksyon chimik dwe ekri kòm yon ekwasyon balanse ki montre menm kantite atòm chak eleman nan reyaktan yo ak nan pwodwi yo. Kounye a konsidere reyaksyon kote idwojèn reyaji ak oksijèn pou fòme dlo. Fòmil reyaktan yo ak pwodwi yo ekri jan sa a:”

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“Lè yo ajoute atòm chak eleman sou chak bò, yo dekouvri ekwasyon an pa balanse. Gen de atòm oksijèn sou bò gòch flèch la, men sèlman youn sou bò dwat la. Pou balanse ekwasyon sa a, yo mete nimewo antye yo rele koyefisyan anvan fòmil yo. Si ou ekri yon 2 kòm koyefisyan anvan fòmil H2O a, sa reprezante de molekil dlo. Paske koyefisyan an miltipliye tout atòm nan H2O a, kounye a gen kat atòm idwojèn ak de atòm oksijèn nan pwodwi yo. Pou jwenn kat atòm idwojèn nan reyaktan yo, ou dwe ekri yon koyefisyan egal a 2 anvan H2. Sepandan, yo pa chanje okenn soubskripsyon (endis), paske sa ta chanje idantite chimik yon reyaktan oswa yon pwodwi. Kounye a kantite atòm idwojèn ak kantite atòm oksijèn yo menm tou de nan reyaktan ak nan pwodwi. Ekwasyon an balanse.” (Timberlake, 2013)

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Kijan pou balanse yon ekwasyon ki pa balanse?

“Reyaksyon chimik ki rive nan flanm bouji gaz ou itilize nan laboratwa a oswa nan yon recho gaz se reyaksyon gaz metàn, CH4, ak oksijèn pou pwodui dyoksid kabòn ak dlo.”

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“Nan Egzanp pwoblèm 6.1 yo montre pwosesis pou balanse yon ekwasyon chimik.”(Timberlake, 2013)

EGZANP PWOBLÈM 6.1 (Timberlake, 2013)

Reyaksyon chimik metàn, CH4, ak gaz oksijèn, O2, pwodui dyoksid kabòn, CO2, ak dlo, H2O. Ekri yon ekwasyon chimik balanse pou reyaksyon sa a.

SOLISYON

Etap 1

Ekri yon ekwasyon lè w itilize fòmil ki kòrèk pou reyaktan yo ak pwodwi yo.

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Etap 2

Konte atòm chak eleman nan reyaktan yo ak nan pwodwi yo. Nan ekwasyon inisyal ki pa balanse a, kote pa gen koyefisyan eksplisit, yo sipoze gen yon koyefisyan egal a 1, epi an jeneral yo pa ekri li. Lè yo konpare atòm ki sou bò reyaktan yo ak atòm ki sou bò pwodwi yo, yo obsève gen plis atòm H nan reyaktan yo ak plis atòm O nan pwodwi yo.

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Etap 3

Itilize koyefisyan pou balanse chak eleman. Kòmanse pa balanse atòm H nan CH4 la, paske li gen plis atòm. Lè ou mete yon koyefisyan 2 anvan fòmil dlo a, ou jwenn yon total 4 atòm H nan pwodwi yo.

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Pou balanse atòm O sou bò reyaktan yo, yo mete yon koyefisyan 2 anvan fòmil O2 la. Kounye a gen 4 atòm O ak 4 atòm H tou de nan reyaktan yo ak nan pwodwi yo.

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Etap 4

Verifye ekwasyon final la pou konfime li balanse. Nan ekwasyon final la, kantite atòm C, H ak O yo egal tou de nan reyaktan yo ak nan pwodwi yo. Ekwasyon an balanse.

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Nan yon ekwasyon balanse, koyefisyan yo dwe pi piti nimewo antye posib yo. Sipoze ou jwenn sa ki vin apre a:

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Menm si gen menm kantite atòm nan reyaktan ak pwodwi yo, li pa byen balanse. Pou balanse ekwasyon an kòrèkteman, yo divize tout koyefisyan yo pa 2.

EGZÈSIS PWOPOZE

EJERCICIOS PROPUESTOS

RESUMEN

TÉRMINOS CLAVE

coeficiente

Número entero colocado antes de las fórmulas para balancear el número de átomos o moles de átomos de cada elemento en ambos lados de una ecuación.

ecuación balanceada

Forma final de una ecuación química que muestra el mismo número de átomos de cada elemento en los reactivos y los productos.

ecuación química

Forma abreviada que representa una reacción química con el uso de fórmulas químicas para indicar los reactivos y productos y coeficientes que muestran las proporciones de la reacción.