Estequiometría de una Reacción (3M), por Chang, Whitten y Timberlake.

Actualizado: 14 abr

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, 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)

"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:

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.

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.

EJEMPLO DE PROBLEMA 6.2 (Timberlake, 2013)

Cómo balancear ecuaciones químicas con iones poliatómicos.

Balancee la siguiente ecuación:

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. Si compara el número de iones en los lados de reactivos y de productos, observará que no están balanceados. En esta ecuación puede balancear el ión fosfato como un grupo, porque aparece en ambos lados de la ecuación.

Paso 3

Utilice coeficientes para balancear cada elemento. Comience con la fórmula que tiene valores de subíndice más altos, que en esta ecuación es el Mg3(PO4)2. El subíndice 3 en Mg3(PO4)2 se usa como coeficiente para que en MgCl2 se balancee el magnesio. El subíndice 2 en Mg3(PO4)2 se usa como coeficiente para que en Na3PO4 quede balanceado el ión fosfato.

Si observa de nuevo cada uno de los iones en reactivos y productos, verá que los iones de sodio y cloruro no son iguales. Un coeficiente igual a 6 para el NaCl balancea la ecuación.

Paso 4

Verifique la ecuación final para confirmar que esté balanceada. Una verificación del número total de átomos indica que la ecuación está balanceada. Un coeficiente de 1 se sobreentiende y por lo general no se escribe.