Estequiometría con sustancias puras
Sustancias puras son elementos o compuestos constituidos por átomos o moléculas de un solo tipo (no contienen impurezas).
Para fines prácticos se asume 100% de pureza para las sustancias, si el error cometido debido a las impurezas es depreciable en los cálculos. En la realidad todas las sustancias contienen impurezas, en alta o baja cantidad.
La solución de problemas químicos parte de la ecuación química completa. Una vez se tiene la ecuación se plantea la solución. Se presenta el siguiente ejemplo para ilustrar esto.
Cuando el benceno (C6H6) reacciona con bromo (Br2), se obtiene bromobenceno (C6H5Br) y bromuro de hidrógeno (HBr). Calcule la cantidad (rendimiento teórico) de bromobenceno que se produce en esta reacción si 30,0 g de benceno reaccionan con 61,47 g de bromo (Brown, 2004; p. 109.
C6H6(l) + Br2(l) ® C6H5Br(l) + HBr(g)
Primero
Plantear la ecuación química completa y el esquema de proceso. Este esquema permite revisar las cantidades de sustancias iniciales, las que reaccionan y las que quedan al final del proceso. Todas las cantidades se deben dar en moles.
C6H6(l) + Br2(l) ® C6H5Br(l) + HBr(g)
Cantidad Inicial
Cantidad que reacciona
Cantidad final
Segundo
Calcular las cantidades en moles de todas las sustancias que se dan y colocarlas como cantidades iniciales en el esquema de proceso en azul.
Moles de C6H6 = 30,0 g/(78 g/mol) = 0,385 mol
Moles de Br2 = 61,47 g/(169,8 g/mol) = 0,385 mol
| C6H6(l) + Br2(l) → C6H5Br(l) + HBr(g) | ||||
| Inicial | 0,385 mol | 0,385 mol | 0 | 0 |
| Reacciona | ||||
| Final | ||||
Tercero
Revisar las relaciones entre reactivos y luego con productos. En este caso la relación entre reactivos es uno a uno y en el ejercicio existe la misma cantidad de reactivos (0,385 mol), así que se mantiene la relación entre las cantidades dadas.
En consecuencia, reaccionan todas las moles de los dos reactivos (0,385 mol) y se colocan en el esquema de proceso en azul.
| C6H6(l) + Br2(l) → C6H5Br(l) + HBr(g) | ||||
| Inicial | 0,385 mol | 0,385 mol | 0 | 0 |
| Reacciona | 0,385 mol | 0,385 mol | ||
| Final | ||||
El cálculo de la cantidad de productos que reaccionan para formarse o producirse se realiza de la siguiente manera:
Las relaciones 1 mol C6H5Br/1 mol C6H6 y 1 mol Br2/1 mol C6H6 se les denomina factor estequiométrico y relaciona las cantidades en moles de dos sustancias en una reacción. Pueden relacionarse con el factor estequiométrico reactivo y reactivo, reactivo y producto o producto y producto. Se puede intercambiar numerador y denominador en el factor si se requiere.
Calculados los valores de los productos se colocan en el esquema de proceso en azul.
| C6H6(l) + Br2(l) → C6H5Br(l) + HBr(g) | ||||
| inicial | 0,385 mol | 0,385 mol | 0 | 0 |
| Reacciona | 0,385 mol | 0,385 mol | 0,385 mol | 0,385 mol |
| Final | ||||
Las cantidades finales de reactivos y productos son:
Reactivo: Final = Inicial – Reacciona (se consumen en la reacción)
Producto: Final = Inicial + Reacciona (se producen en la reacción)
Realizando los cálculos correspondientes el esquema de proceso completo queda:
| C6H6(l) + Br2(l) → C6H5Br(l) + HBr(g) | ||||
| Inicial | 0,385 mol | 0,385 mol | 0 | 0 |
| Reacciona | 0,385 mol | 0,385 mol | 0,385 mol | 0,385 mol |
| Final | 0 | 0 | 0,385 mol | 0,385 mol |
Cuarto
Se pueden calcular las cantidades esperadas en gramos o rendimiento teórico, para los productos. Esto a partir de la fórmula de moles (gramos = moles*peso molecular)
Para C6H5Br = 60,4 g (rendimiento teórico)
Para Br2 = 31,2 g (rendimiento teórico)
Se recomienda seguir los siguientes pasos para resolver ejercicios con reactivos puros.
- Escribir la ecuación química completa (reactivos, productos, coeficientes estequiométricos, fases, condiciones, todo).
- Convertir a moles reactivos o productos.
- Relacionar moles de cada reactivo (o producto), con moles de cada producto (o reactivo), tener en cuenta el factor estequiométrico.
- Convertir a gramos (o masa) las moles de cada producto (o reactivo). Hasta aquí se tiene el rendimiento teórico.