4.2. Relaciones estequiométricas y cálculos con estequiometría

La estequiometría establece relaciones entre las moléculas o elementos que conforman los reactivos de una ecuación química con los productos de dicha reacción. Las relaciones que se establecen son relaciones MOLARES entre los compuestos o elementos que conforman la ecuación quimica: siempre en MOLES, NUNCA en gramos.

La estequiometría es el estudio de las relaciones cuantitativas (de cantidades) entre los reactivos y los productos en una ecuación química y se basa en la ecuación balanceada. Los coeficientes estequiométricos de una reacción química sólo nos indican la proporción en la que reaccionan dichas sustancias. No nos dicen cuánto están reaccionando.

Analicemos la siguiente ecuación química balanceada:  C₇H₈ +  9 O₂ →  7 CO₂ + 4 H₂O

Podemos establecer las siguientes relaciones:

• Por 1 mol de C₇H₈ que reacciona, se necesitan 9 moles de O₂. En pocas palabras, estamos estableciendo una regla de tres, la cual también la podemos escribir como un factor de conversión unitario:

•  También podemos establecer relaciones entre las moles de O₂ y las moles de CO₂ producidas o la relación entre las moles de H₂O producidas y la cantidad de O₂ necesarias para producirla, tal y como podemos observar en las siguientes relaciones estequiométricas:

CÁLCULOS CON ESTEQUIOMETRÍA

Una reacción química balanceada, nos informa sobre las relaciones molares entre reactantes y productos.

Cuando se lleva a cabo una reacción química ya sea, en el laboratorio, en una fábrica o en la naturaleza, las cantidades que se emplean pueden ser muy variadas y se conocen como las condiciones de reacción. Las relaciones estequiométricas, nos permitirán conocer la cantidad de producto que esperamos en las reacciones químicas, dicho de otra manera, estas relaciones nos permiten conocer cuánto se producirá o cuánto se necesitará de una sustancia, cuando la reacción ocurre a esas condiones.

Por ejemplo, si nos piden calcular:

¿Cuántos moles de cloruro de magnesio (MgCl₂), se producirán, si se hacen reaccionar 2,4 g de Mg con suficiente cantidad de ácido clorhídrico (HCl)? (estas son las condiciones de reacción).

La reacción química es la siguiente:

Mg_(s) + HCl_(ac)  →  MgCl_2(ac) + H_2(g)

El primer paso será balancear la ecuación, esto permite conocer las relaciones estequiométricas existentes entre reactivos y productos.

Mg_(s) + 2 HCl_(ac) → MgCl_2(ac) + H_2(g)

El segundo paso, como las relaciones estequiométricas se establecen en moles, debemos conocer a cuántas moles equivale la cantidad en gramos del reactivo. Si la masa molar del Mg es igual a 24 g/mol, tendremos que a las condiciones de la reacción descrita anteriormente, se están haciendo reaccionar 0,1 mol de Mg.

El tercer paso, analizamos las relaciones estequiométricas descritas en la ecuación balanceada. Podemos ver que la relación entre el Mg (reactivo) y el MgCl₂ (producto) es 1:1; por lo que podemos concluir que a las condiciones de esa reacción se producirán 0, 1 mol de MgCl₂.

Calculen ustedes la cantidad:

• De gas H₂ que se producirán en está reacción, expresen está cantidad tanto en moles como en gramos.

• De ácido clorhídrico (HCl), que serán necesarios para que todo el Mg reaccione.

Ejercicio 4.2 Se hacen reaccionar  tolueno (C7H8), con  O2, para producir dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O).

1. Si en la ecuación química descrita, las condiciones de reacción son hacer reaccionar 10 moles de tolueno, con suficiente cantidad de oxígeno. Determina la cantidad de: Oxígeno que se necesitarán para que todo el tolueno reaccione. Dioxido de carbono y de agua que se producen. Exprese la cantidad en gramos. 2. Teniendo en cuenta la misma reacción, determine: La cantidad (en gramos) de tolueno que será necesraia para producir 380 g de dióxido de carbono.