Quimica General II - Estequiometría en reacciones completas

Grupo 18

Profra. Adela Castillejos

Estudiante Serv. Social: Mitchel Dehesa

Febrero 2009

Facultad de Química

Balances de materia en reacciones químicas. Balances en la equivalencia.

Balances en la no equivalencia. Reactivo limitante. Rendimiento en los

procesos químicos.

Solubilidad y reglas de solubilidad. Disoluciones y diluciones.

Caracterización y clasificación. Preparación de los diferentes tipos de

disoluciones. Expresiones de la concentración en unidades físicas y

químicas (% en masa, molaridad y normalidad). Cálculos para la

preparación de disoluciones.



Estequiometría

Es el estudio cuantitativo de las relaciones de proporciones entre reactivos y

productos en una reacción química.(1)



(1) Garritz, A. Gasque, L. y Martínez, A. Química universitaria, Pearson Educación, México.

(2005). Aprox. 1000 pp. ISBN 9702602920

Cálculos Estequiométricos

Cant. de sustancia reactivos

Cant. de sustancia productos

Masa de reactivos



Masa de reactivos



Masa de producto



Esquema tomado de: Garritz, A. Gasque, L. y Martínez, A. Química universitaria, Pearson

Educación, México. (2005). Aprox. 1000 pp. ISBN 9702602920

Razón Estequiométrica

Es un parámetro constante y

universal para cada par de

participantes en una reacción

química. Se obtiene con el cociente

entre dos coeficientes

estequiométricos de la ecuación

química balanceada.(1)Razón estequiométrica entre el monóxido

de carbono y el oxígeno




(2005). Aprox. 1000 pp. ISBN 9702602920

Reactivo Limitante

Es(son) aquel(los) que se termina(n) durante el transcurso de la reacción

química. El reactivo limitante determina la cantidad de producto que se

forma.(1)

En un sandwich, algún ingrediente puede

limitar el número de éstos que podamos

preparar.

En un baile, las mujeres puede limitar la

cantidad de parejas que se pueden

formar.




(2005). Aprox. 1000 pp. ISBN 9702602920

RendimientoTeórico de una Reacción

La cantidad de producto que debiera formarse si todo el reactivo limitante se

consumiera en la reacción. (1)

Rendimiento Experimental de una Reacción

Es la fracción de la cantidad esperada de producto que se obtiene realmente

de la reacción. Siempre es un porcentaje del Rendimiento teórico.

Porcentaje de Rendimiento

Es la proporción del Rendimiento Experimental con respecto al Rendimiento

Teórico.



(1) Sitio web: http://www.eis.uva.es/~qgintro/esteq/tutorial-04.html,

consultado por última vez el martes 03 de febrero del 2009.

http://www.eis.uva.es/~qgintro/esteq/tutorial-04.html













Solubilidad

Es la máxima cantidad de una sustancia que se disuelve en 100g de disolvente a

una determinada temperatura.

La solubilidad del cloruro de sodio en

agua a 25 ºC es 39,12 g.



Disolución

Es una mezcla homogénea en donde

una sustancia llamada soluto está

dispersa uniformemente en otra que

se conoce como disolvente. El

soluto es aquella sustancia que se

encuentra en menor cantidad.(1)

La disolución es transparente, pero puede

tener color, como en este caso.




(2005). Aprox. 1000 pp. ISBN 9702602920

Concentración

Es la relación que existe entre la cantidad de soluto que está contenida en un

disolvente.

Estos vasos, que contienen un tinte rojo, demuestran cambios

cualitativos en la concentración. Las soluciones a la izquierda

están más diluidas, comparadas con las soluciones más

concentradas de la derecha.



Expresiones de la Concentración



Dilución

Diluir es agregar mas disolvente a

una disolución. Esto siempre

implica reducir la concentración

de la disolución.





RENDIMIENTO DE UNA REACCIÓN

Fuente:Sitio web

http://books.google.com.mx/books?id=CEtlxLXcwPoC&pg=PA302&lpg=PA302&dq=estequiometria+(+r

endimiento+en+los+procesos+quimicos)&source=web&ots=tPjdUYrptR&sig=Jg4OIkKhR4pPTpm7cmor

DTki_4I&hl=es&sa=X&oi=book_result&resnum=4&ct=result#PPA302,M1. Consultado 18 dic 2008

Por razones económicas los procesos químicos y la producción de sustancias químicas deben

realizarse con el menor desperdicio posible, lo que se conoce como “optimización de

procesos”. Cuando se tiene una reacción química, el Químico se interesa en la cantidad de

producto que puede formarse a partir de cantidades establecidas de reactivos. Esto también

es importante en la mayoría de las aplicaciones de las reacciones, tanto en la investigación

como en la industria. En una reacción química siempre se conserva la masa, de ahí que una

cantidad específica de reactivos al reaccionar, formará productos cuya masa será igual a la de

los reactivos. Al químico le interesa entonces la relación que guardan entre sí las masas de los

reactivos y los productos individualmente.

En muchos procesos químicos industriales la mayor parte del coste de producción del

producto final corresponde al coste de las materias primas. En algunos otros, tales como los

que intervienen grandes cantidades de energía eléctrica, los costes de las materias primas

pueden que no sean tan importantes, pero generalmente, y en especial en las industrias de

síntesis orgánicas e industrias petroquímicas, el coste de las materias primas representan del

60% al 80% del coste del producto final.

http://books.google.com.mx/books?id=CEtlxLXcwPoC&pg=PA302&lpg=PA302&dq=estequiometria+(+rendimiento+en+los+procesos+quimicos)&source=web&ots=tPjdUYrptR&sig=Jg4OIkKhR4pPTpm7cmorDTki_4I&hl=es&sa=X&oi=book_result&resnum=4&ct=result






























RENDIMIENTO DE UNA REACCIÓN

Fuente:Sitio web

http://books.google.com.mx/books?id=CEtlxLXcwPoC&pg=PA302&lpg=PA302&dq=estequiometria+(+r

endimiento+en+los+procesos+quimicos)&source=web&ots=tPjdUYrptR&sig=Jg4OIkKhR4pPTpm7cmor

DTki_4I&hl=es&sa=X&oi=book_result&resnum=4&ct=result#PPA302,M1. Consultado 18 dic 2008

En algunos casos, como en la fabricación de monocloro benceno en que una alta conversiónconduce a producir derivados di o policlorados, puede utilizarse una baja conversión (porejemplo del 6%). En otros casos como en la producción de anhídrido ftálico a partir denaftaleno, lo mejor es una conversión del 100%.

Menores rendimientos, debido a unas condiciones de reacción más severas o al paso dematerias primas o de productos en los efluentes de desecho, incrementarán la cantidad dematerial de alimentación que debe utilizarse para producir una determinada cantidad deproducto. Esto hará que crezca el coste de producción y quizás incremente el tamaño y elcosto de la unidad de preparación. Un mayor rendimiento reducirá el cargo de materias primasen el costo de producción, pero incrementará el tamaño, inversión de capital, y costes defuncionamiento del reactor y de los equipos e instalaciones de separación.































CONCENTRACIONES PERMISIBLES DE SUSTANCIAS QUÍMICAS EN

EL SER HUMANO

Fuente: Sitio web

http://www.udbquim.frba.utn.edu.ar/material/DISOLUCIONES.htm. Consultado 09 ene 2009

En un análisis de sangre o de orina se miden las

concentraciones de ciertas sustancias, y los

resultados sirven para detectar enfermedades.

No es lo mismo que en el plasma sanguíneo

haya 90 mg de glucosa por cada 100 cm3, que

haya 150 mg. En el segundo caso existe una

enfermedad diabética.

http://www.udbquim.frba.utn.edu.ar/material/DISOLUCIONES.htm















http://images.google.es/imgres?imgurl=http://www.arthritis.org/media/Spanish%20Pictures%20017.jpg&imgrefurl=http://www.arthritis.org/espanol/tengo-artritis-pruebas-analisis-sangre.php&usg=__N8Hu4zHnmWjhhCytyWgsEeY5WgU=&h=800&w=800&sz=341&hl=es&start=2&um=1&tbnid=JrZWcStQEyJJtM:&tbnh=143&tbnw=143&prev=/images?q=analisis+sangre&um=1&hl=es&rlz=1T4GGLR_esMX275MX275




EL SER HUMANO

Fuente: Sitio web

http://www.alcoholinformate.org.mx/saberdelmundo.cfm?articulo=48 Consultado 09 ene 2009

Las bebidas alcohólicas son disfrutadas ampliamente en todo el mundo, en diferentes

lugares y por muchas y variadas personas. Son bien conocidos los patrones irresponsables

de consumo, que unidos a ciertas acciones como manejar, pueden tener como resultado un

gran número de daños (Grant & Litvak, 1998). Por esto, muchos países han estado de

acuerdo en la necesidad de establecer reglamentos que prohiban manejar a conductores

ebrios, especialmente si se aplica a manejar automóviles en caminos públicos. La regulación

del máximo permitido de niveles CAS (Concentración de Alcohol en Sangre), es un

instrumento para reforzar y para prevenir.

CAS representa la cantidad de etanol en una cierta cantidad de sangre, y se conoce como

"peso por volumen". Las medidas más utilizadas generalmente son gramos de etanol por

mililitro de sangre (g/ml), utilizado en Estados Unidos, y miligramos de etanol por mililitro

de sangre (mg/ml), utilizado en la mayor parte de Europa. Por ejemplo, .005 g/ml=50 mg/ml.




EL SER HUMANO

Fuente: Sitio web


http://images.google.es/imgres?imgurl=http://www.tiempobbdo.com/blog/wp-content/uploads/2007/01/alcoholimetro_n.miniatura.jpg&imgrefurl=http://www.forocoches.com/foro/showthread.php?t=789503&usg=__QWeQCEq-tJGItswJHBnItlbhOog=&h=363&w=400&sz=20&hl=es&start=2&um=1&tbnid=CkVpP_fKMUWk9M:&tbnh=113&tbnw=124&prev=/images?q=alcoholimetro&um=1&hl=es&rlz=1T4GGLR_esMX275MX275




EL SER HUMANO

Fuente: Sitio web




El monóxido de carbono (CO) se produce en todas las combustiones incompletas de

compuestos de carbono, esto es, aquéllas que no forman dióxido de carbono como producto

de la reacción. Es un gas invisible, incoloro e insaboro, por lo que no podemos detectarlo

fácilmente. El problema es que el CO es fuertemente tóxico, ya que forma un enlace fuerte

con el hierro de la hemoglobina de la sangre. En condiciones normales, el hierro de la

hemoglobina se une al oxígeno que respiramos y es la que se encarga de llevarlo a todas las

células del cuerpo. Cuando el CO se une al hierro de la hemoglobina forma un enlace más

fuerte que el del hierro con el oxígeno, con lo cual impide el acceso del O2 a las células, con lo

que sobreviene la muerte por asfixia.

El monóxido de carbono convive con nosotros en las grandes ciudades. Su presencia en la

atmósfera está relacionada con la circulación de vehículos que utilizan gasolina.

En la combustión completa de la gasolina se produce CO2. Este gas es menos tóxico que el

monóxido de carbono. Las ecuaciones balanceadas de formación de CO y CO2 a partir de la

gasolina (formada por octano, C8H18) son las siguientes:

RELACIÓN AIRE/COMBUSTIBLE EN UN MOTOR

Fuente::Garritz, A. Gasque, L. y Martínez, A. Química universitaria, Pearson Educación,

México. (2005). Aprox. 1000 pp. ISBN 9702602920




De las ecuaciones se sabe que la producción de CO ocurre cuando hay menos oxígeno

presente. La combustión de la gasolina en presencia de poco oxígeno favorece la formación de

CO. En la figura de abajo se observa la proporción de CO y CO2 que se produce en función

de la cantidad de sustancia de O2 que se emplea por mol de gasolina quemada.

Es recomendable que el pistón reciba una cantidad de sustancia de alrededor e 15.1 moles de

O2 por cada mol de gasolina, para con ello estar por encima de las cantidades

estequiométricas necesarias para la formación del dióxido de carbono. Así se produce muy

poco CO y no se entorpece el funcionamiento del motor.






En las reacciones de combustión de la gasolina, el O2 tiene que

ser el reactivo en exceso para así evitar la formación del gas

más tóxico, el CO. No se puede utilizar oxígeno en demasiado

exceso, porque como se observa en la siguiente figura, con

mayor cantidad de O2 se comienza a producir menos CO2.

Una buena medida para reducir la contaminación, quizás la

mejor, es afinar el motor lo más frecuentemente posible. La

afinación incluye la limpieza de las partes por las que fluye el

aire hacia el interior del motor y la calibración de las válvulas

de acceso.Proporción de CO y CO2 que se

producen en función de la cantidad de

sustancia de O2 que se emplea por mol

de gasolina.





JABONES Y DETERGENTES

La industria de jabones y detergentes es por todos conocida, aún cuando no sepamos lo que es un

jabón ni la diferencia que existe entre un jabón con los detergentes. En América Latina, la industria

de jabones y detergentes produjo 2.7 millones de toneladas en 1984, y en el mundo se fabricaron

alrededor de 24 millones de toneladas, es decir, aproximadamente 5 kg por persona al año.

En la industria de jabones y detergentes, como casi en cualquier industria, los cálculos

estequiométricos son de gran importancia. Supongamos que somos los encargados de comprar las

materias primas para producir estearato de sodio. La ecuación química, se puede escribir con las

fórmulas moleculares, con lo cual tenemos lo siguiente:






Si queremos que la producción de estearato de sodio (C18H35O2Na) sea de 4,000 toneladas al

mes, ¿cuánta materia prima necesitamos?





PRODUCCIÓN DE METIL TERBUTIL ÉTER



En los automóviles de combustión interna se acostumbra utilizar gasolina como combustible. La

gasolina está formada por octanos (C8H18). Para que una gasolina funcione apropiadamente, no

debe empezar a quemarse antes de ser incendiada por la chispa de la bujía. Si lo hace, se dice que

el motor “golpetea”. Con el fin de impedir que esto ocurra se utilizan sustancias como

antidetonantes, que se mezclan con la gasolina y evitan que ésta se queme antes de tiempo.

En el pasado se utilizaba tetraetilo de plomo [Pb(CH2CH3)) como antidetonante de la gasolina. El

problema con esta sustancia es su contenido de plomo, ya que durante la combustión de la

gasolina éste se emite a la atmósfera. El plomo es muy tóxico debido a que inhibe el

funcionamiento de muchas enzimas, y en los niños sobretodo causa daños en el sistema nervioso.






Actualmente se utiliza el metil terbutil éter como antidetonante. Este compuesto se forma

cuando el 2 metil-1 propeno reacciona con el alcohol metílico, como se indica a continuación:

Cada litro de gasolina oxigenada requiere de 100 mL de metil terbutil éter, por lo que para un

automóvil cuyo tanque de gasolina tiene una capacidad de 40 L, se necesitan 4000 mL de metil

terbutil éter. Con esta información podemos calcular cuánto 2 metil-1 propeno (C4H8) se

requiere para producir esta cantidad de metil terbutil éter (C5H12O). Necesitamos conocer la

densidad de este último, que es igual a 0.74 g/mL. Este valor nos permite calcular los gramos que

hay en 4000 mL de metil terbutil éter de la forma siguiente:






Para 40 L de gasolina se requieren 2960 g de metil terbutil éter. Ahora necesitamos calcular la

cantidad de sustancia que hay en 2960 g para después utilizar la ecuación química y obtener la

cantidad de 2 metil-1 propeno necesaria. La masa molar del metil terbutil éter es 88.15 g/mol.

Con esto tenemos:

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