Estequiometria, soluciones, concentraciones

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Fórmulas y ecuaciones químicas

Una ecuación química es la manera concisa de representar una reacción química.

En ella están representados los reactivos, productos y dirección en que se lleva a cabo la reacción.

Podemos representar una ecuación química de la siguiente manera:

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Donde A y B son los reactivos y C y D los productos de la reacción.

Esta ecuación química puede leerse: A reacciona con B (el signo +) para dar (esto lo indica la flecha) los productos C y D. Las letras a, b, c y d se denominan coeficientes estequiométricos e indican la cantidad de moles o moléculas de cada sustancia que interviene en la reacción. Los coeficientes estequiométricos deben estar ajustados de modo tal que se cumpla la ley de la conservación de la masa.

Los reactivos son las sustancias de partida para llevar a cabo la reacción (en este caso A + B) y los productos son las sustancias formadas en esa reacción (C y D).

Antes de escribir la ecuación química de una reacción se deben determinar experimentalmente quiénes son reactivos y quiénes productos. Una vez determinados ambos, se puede escribir la ecuación química no balanceada. La información que nos proporcionan las ecuaciones químicas es:

- Las sustancias que intervienen.

- El número de átomos que están involucrados en la reacción química.

- La relación entre los moles, las moléculas y el volumen de las sustancias.

- El estado físico en que se encuentran reactivos y productos. Se utilizan las letras s, l, g y ac para determinar si el estado es sólido, líquido, gaseoso o acuoso (en solución) respectivamente.

Un ejemplo de ecuación química es el siguiente:[pic 6]

Esto se leería: 2 moles o moléculas de hidrógeno reaccionan con 1 mol o 1 molécula de oxígeno (ambos en estado gaseoso) para dar 2 moles o moléculas de agua en estado líquido. Existen tres leyes fundamentales que rigen los principios de las reacciones químicas. Haremos una breve reseña de cada una de ellas.

- Ley de Lavoisier o de la conservación de la masa: “En una reacción química se cumple que la suma de las masas de los reactivos es igual a la suma de las masas de los productos”. Antoine Laurent Lavoisier. (en Brown, Le May, Bursten, 1993).

Todas las reacciones químicas cumplen con esta ley, con excepción de las reacciones nucleares donde las masas de reactivos y productos si cambian.

Ley de Proust o de las proporciones definidas: “Los reactivos que intervienen en una reacción química lo hacen siempre en una proporción determinada”. (Joseph Louis Proust.

Esta ley establece que al combinarse dos o más elementos para dar un determinado compuesto siempre lo hacen en una relación de masas constantes. Lo que nos está diciendo es que siempre va a ser de un porcentaje igual cada uno de aquellos elementos, sin importar la masa utilizada.

En términos químicos, esta ley establece que siempre se podrán asignar subíndices fijos a cada compuesto. Es importante mencionar que existen compuestos denominados no estequiométricos, que no siguen esta ley; debido a esto la relación entre los coeficientes estequiométricos de reactivos y productos puede variar continuamente entre ciertos límites. Otros que tampoco siguen esta ley son los coloides y las aleaciones.

Ley de Dalton o de las proporciones múltiples: “Las cantidades de un mismo elemento que se combinan con una cantidad fija de otro para formar un compuesto, están en relación de números enteros y sencillo, tales como 1:2; 2:5”. John Dalton (Raymond Chang. 2002.)

Lo que esta ley establece es que si A y B reaccionan para dar más de un compuesto, las cantidades de A que se combinan con cantidades fijas de B están en relación de números enteros.

Esta fue la última de las leyes ponderales en postularse. Dalton trabajó en un fenómeno del que Proust no se había percatado, y es el hecho de que existen algunos elementos que pueden relacionarse entre sí en distintas proporciones para formar distintos compuestos.

Balance de ecuaciones químicas

Para explicar una reacción química vimos que los químicos utilizan las ecuaciones químicas. En el laboratorio es bastante sencillo generalmente determinar cuáles son los reactivos de una reacción y, en muchos casos, también se puede inferir cuales serán los productos. Esto en el caso de reacciones químicas sencillas.

Para las reacciones químicas que pueden dar más de un producto o donde intervienen más de dos reactivos, esto puede resultar muy complicado en este caso los químicos necesitarán realizar otras pruebas para poder establecer la presencia de compuestos específicos.

Una vez que se han identificado los reactivos y los productos, sea empíricamente o no, se escribe la reacción química que sintetiza el proceso que queremos describir.

Lo más probable es que esta reacción química no esté balanceada.

Una ecuación química balanceada debe tener, en principio, la misma cantidad de átomos de cada elemento a uno y otro lado de la flecha que indica la reacción, es decir, en los reactivos y en los productos.

¿Cómo podemos saber si una ecuación está balanceada? Realizando los siguientes pasos:

- Se escribe la ecuación de la manera convencional: reactivos a la izquierda y productos a la derecha.

- El balance de la ecuación comienza probando diferentes coeficientes estequiométricos a uno y otro lado de la ecuación química. Ponga atención en esto: sólo podemos cambiar los coeficientes estequiométricos que están delante de los reactivos y productos pero no los subíndices. Al cambiar los subíndices cambia la identidad de la sustancia.

- Primero debemos buscar los elementos que en ambos lados aparezcan una sola vez y que tengan la misma cantidad de átomos: las fórmulas que contengan estos elementos deben tener el mismo coeficiente en ambos lados, por lo tanto por el momento, no es necesario ajustarlos.

- A continuación se buscan los elementos que aparezcan