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Estequiometría
En esta unidad vamos ver algunas cuestiones necesarias para introducirnos en
la estequiometría. Trataremos de familiarizarnos y aprender las relaciones
entre elementos, iones y compuestos, las proporciones entre ellos en una
reacción química, que nos permitirán, más adelante, hacer muchos otros
cálculos y resolver problemas más complejos.
Peso Atómico: el número asignado a cada elemento químico para especificar
la masa promedio de sus átomos, en otras palabras, cuanto pesa ese átomo
(recordá que el peso de un átomo está dada por su núcleo, ya que la masa de los
electrones es despreciable). Se abrevia PA.
Pero ¿en qué unidades está expresado este peso? Si pensamos en el tamaño de
los átomos, estos son elementos muy pequeños, podemos deducir que también lo
serán sus masas; por lo que indicar su peso en gramos resultaría un poco
incómodo. Por ejemplo, la masa del átomo más grande que se conoce, en gramos,
es 0,0000000000000000000004.- Claramente este es un número que es difícil
de usar. Normalmente se expresa en notación científica, y resulta 4 x 10-22.
Para evitar el uso de estos números tan pequeños, cuando hablamos de átomos,
se utiliza una unidad especial llamada uma, que quiere decir unidad de masa
atómica. La uma equivale a la doceava parte de la masa del átomo de C, y se
corresponde, aproximadamente, con la masa de un protón (o un átomo de H).
De la misma forma, podemos definir:
Peso Molecular: es la masa de una molécula, calculada como la suma del
peso atómico de todos los elementos que la componen, cada uno
multiplicado por su subíndice. Se abrevia PM.
Peso iónico: es el peso de un ión; calculado para un ión poliatómico, como el
peso molecular, por la suma del peso atómico de sus elementos constituyentes;
y si el ión es monoatómico, simplemente será el PA, ya que el peso de los
electrones, sean ganados o perdidos, es despreciable.
Para todos ellos, vale lo explicado par el peso atómico, ya que una molécula, por
muchos átomos que la formen, no es mucho más importante en peso.
Por ejemplo, la molécula de agua, está formada por dos átomos de H y uno de
O, si calculo su PM, este será:
2 x 1 uma (PA del H) + 16 uma (PA del O) = 18 uma
Para el CuSO4 , el PM resulta:
63 uma (PA del Cu) + 32 uma (PA del S) + 4 x 16 (PA del O) = 159 uma
Para el ión MnO4- el peso iónico es:
55 uma (PA del Mn) + 4 x 16 uma (PA del O) = 119 uma
Nota: La notación científica es muy usada en química, por lo que tenés que
aprenderla bien. Se usa para indicar números muy grandes o muy pequeños,
multiplicando al número en cuestión, por 10 elevado a un exponente. Si el
número es muy grande, el exponente es positivo, e indica que después del
número deben agregarse –a la derecha- tantos ceros, como el exponente. Si el
número es un decimal muy pequeño, el exponente es negativo e indica que la
coma del decimal debe ubicarse -a la izquierda- tantos lugares como el valor del
exponente.
Ejercicio 1: busca en tu tabla el PA de los siguientes elementos:
Ni / Na / Al / Se / Ar / Ca / F / Br / Cr / Hg / Si
Ejercicio 2: ¿Cuál es el PM de los siguientes compuestos?
Nitrato de potasio
Hipoclorito férrico
Sulfuro de hidrógeno
Carbonato cuproso
Óxido plúmbico
Hidróxido de aluminio (III)
Ácido fluorhídrico
Hidróxido de magnesio
Ácido sulfuroso
Oxígeno molecular
Pero normalmente no se trabaja con átomos, moléculas o iones aislados, sino con
muchos miles o millones de ellos, un número por demás importante, y bastante
difícil de manejar. Para evitar este problema, normalmente se trabaja con una
unidad especial llamada mol, que indica una “cantidad” y se define como:
Mol: es la cantidad de materia que contiene tantas partículas (sean átomos,
moléculas o iones) como el número exacto de átomos en 12 gr de 12C. Este
número es 6,023 x 1023 , se denomina Número de Avogadro y se simboliza
como N.
Quiere decir que 1 mol tiene 6,023 x 1023 partículas, así:
1 mol de átomos = 6,023 x 1023 átomos
ya sean átomos de H, de Cl o de Mn, aunque obviamente, todos los átomos de
ese mol serán del mismo tipo.
1 mol de moléculas = 6,023 x 1023 moléculas
Sean estas, moléculas de agua, de sulfato ferroso o de ácido clorhídrico.
1 mol de iones = 6,023 x 1023 iones
Se trate de iones Cl-, bromatos u oxhidrilos.
Entonces, el mol no es otra cosa que una forma sencilla de indicar con cuántas
partículas estoy trabajando. Es como hablar de una docena, una centena o una
decena. No importa si se trata de huevos, flores, caramelos o naranjas, una
docena siempre serán 12 elementos: 12 huevos, 12 flores, 12 caramelos o 12
naranjas. De la misma forma, no importa si son iones, átomos o moléculas, 1 mol
siempre será 6,023 x 1023 iones, átomos o moléculas.
Ejercicio 3: indica cuántos moles corresponden en cada caso:
a) 2,6 x 1025 átomos de H
b) 7,8 x 1022 moléculas de agua
c) 3,2 x 1029 iones ClEjercicio 4: cuántas moléculas hay en:
a) 3,3 moles de sulfito de calcio
b) 0,01 moles de sulfuro ferroso
c) 0,32 moles de agua
d) 2,09 moles de nitrato cúprico
e) 0,004 moles de carbonato de potasio
f) 2 x 10-2 moles de permanganato de aluminio
g) 3,2 x 10-5 moles de ácido sulfúrico
h) 2,05 x 10-3moles de ácido fosfórico
Ejercicio 5: cuántos átomos hay en:
a) 3 moles de sulfito de bario
b) 0,07 moles de sulfato ferroso
c) 0,12 moles de agua
d) 0,09 moles de nitrato de potasio
e) 0,0045 moles de carbonato de sodio
f) 2,6 x 10-2 moles de permanganato de aluminio
g) 0,05 x 10-3 moles de ácido fosfórico
Una ayudita, tenés que calcular el número de átomos totales, así que fijate
cuántos átomos tiene cada molécula y cuántas moléculas hay en esos moles.
Veamos como ejemplo el primero: ¿cuántos átomos hay en 3 moles de sulfito de
bario?
Primero que nada, escribimos la fórmula: BaSO3
Hay varias maneras de llegar al resultado, la más simple sería:
Averiguar cuantas moléculas hay en esos moles, con una simple regla de tres:
1 mol de moléculas de BaSO3---------------6,023 x 1023 moléculas de BaSO3
3 moles de moléc. de BaSO3--------------x = 1,8069 x 1024 moléculas de
BaSO3
Ahora, si cada molécula de BaSO3 tiene 1 Ba + 1 S + 3 O = 5 átomos,
simplemente multiplico el número de moléculas por el de átomos en cada
molécula, para obtener el número total de átomos. En este caso es 9,0345 x
1024 átomos
Ejercicio 6: cuántos átomos de O y de H hay en :
a) 3 moles de sulfito de bario
b) 0,07 moles de sulfato ferroso
c) 0,12 moles de agua
d) 0,09 moles de nitrato de potasio
e) 0,0045 moles de carbonato de sodio
f) 2,6 x 10-2 moles de permanganato de aluminio
g) 3,7 x 10-3 moles de ácido metarsenioso
h) 0,05 x 10-3 moles de ácido fosfórico