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INTRODUCCIÓN

 

 

En el mundo de las reacciones químicas son muchos los conceptos que se manejan. Todo buen químico debe poseer herramientas para su desempeño en la investigación; una de sus herramientas de día a día es la llamada estequiometría.

La palabra estequiometría fue establecida en 1792 por el químico alemán Jeremías B. Richter para designar la ciencia que mide las proporciones según las cuales se deben combinar los elementos químicos. Richter fue uno de los primeros químicos que descubrió que las masas de los elementos y las cantidades en que se combinan se hallan en una relación constante. En la actualidad, el término estequiometría se utiliza relativo al estudio de la información cuantitativa que se deduce a partir de los símbolos y las fórmulas en las ecuaciones químicas.

 

 

 

 

 

OBJETIVOS

 

 

 

v    Determinar la relación estequiométrica en el cual se combinan los reactivos de una reacción, empleando el método de Job.

 

 

v    Identificar en forma experimental, el reactivo límite de una reacción.

 

 

v    Determinar gravimétricamente el rendimiento de una reacción


 

MARCO TEÓRICO

 

 

Una ecuación química es esencialmente una relación que muestra las cantidades relativas de reactivos y productos involucrados en una reacción química. Los cálculos estequiométricos son aquellos que se realizan para conocer con precisión la cantidad que se va a obtener de un determinado producto, conocidas las cantidades de los reactivos o, por el contrario, las cantidades de reactivo que se han de utilizar para obtener una determinada cantidad de producto. La expresión “cantidad estequiométrica” indica la cantidad exacta que se necesita de una sustancia de acuerdo con una ecuación química.

 

 

REACTIVO LIMITE

Supongamos que estamos preparando el almuerzo para un grupo de escolares: un sándwich de jamón y queso. Para preparar un sándwich necesitaremos dos rebanadas de pan de molde, una loncha de jamón y otra de queso. Hay 45 rebanadas de pan, 25 lonchas de queso y 19 de jamón. Podremos preparar 19 sándwiches de jamón y queso y ni uno más porque no hay más jamón. Decimos entonces que el jamón es el ingrediente limitante del número de sándwiches preparados.

En una reacción química la situación es similar: una vez se haya consumido uno de los reactivos la reacción se para.

Así si queremos obtener agua a partir de 10 moles de hidrógeno  y 7 moles de oxígeno, cómo la estequiometría de la reacción es 2 moles de hidrógeno reaccionan con 1 mol de oxígeno para dar dos moles de agua, una vez haya reaccionado todo el hidrógeno nos quedarán dos moles de O2 y se habrán obtenido 10 moles de agua.


 

Al reactivo que se ha consumido en su totalidad en una reacción química se le denomina reactivo limitante, ya que limita la cantidad de producto formado. Así en el ejemplo anterior el hidrógeno era el reactivo limitante, ya que con los 7 moles de oxígeno podríamos haber obtenido 14 moles de agua

¿Cómo operar para conocer cuál es el reactivo limitante de una reacción? Calculando los moles de producto que se obtienen con cada reactivo, suponiendo que el resto de reactivos están en cantidad suficiente. Aquel reactivo que nos dé el menor número potencial de moles de producto es el reactivo limitante. Al resto de reactivos, presentes en mayor cantidad que la necesaria para reaccionar con la cantidad del reactivo limitante, se les denomina reactivos en exceso.

 

RENDIMIENTO DE UNA REACCIÓN

La cantidad de producto que se obtiene si reacciona todo el reactivo limitante se denomina el rendimiento teórico de la reacción,

La cantidad de producto que se obtiene realmente en una reacción es el rendimiento real

Rendimiento real < Rendimiento teórico

Razones para explicar la diferencia entre el rendimiento real y el teórico:

·        Muchas reacciones son reversibles, de manera que no proceden 100% de izquierda a derecha.

·        Aún cuando una reacción se complete en un 100%, resulta difícil recuperar todo el producto del medio de la reacción (como sacar toda la mermelada de un bote).

·        Los productos formados pueden seguir reaccionando entre sí o con los reactivos, para formar todavía otros productos. Estas reacciones adicionales reducen el rendimiento de la primera reacción.

El rendimiento porcentual o porcentaje del rendimiento describe la relación del rendimiento real y el rendimiento teórico:

MÉTODO DE VARIACIÓN CONTINUA DE JOB.

Este método se ideo para determinar experimentalmente la relación estequiométrica exacta en la que se combinan los reactivos de una reacción.

La base del método consiste en realizar reacciones sucesivas de ambos reactivos, empleando cantidades diferentes de cada uno de ellos pero manteniendo constante el volumen total. Puede entonces medirse una propiedad del sistema que este relacionado con la masa que interviene del reactivo en cada caso, como por ejemplo el peso del precipitado formado. Si la reacción se efectúa en una serie de tubos de ensayo del mismo diámetro, puede medirse la altura del precipitado formado.

Si la reacción no es de precipitado puede medirse entonces otra propiedad como el calor liberado

 

 

 

 

 

 

MATERIALES Y REACTIVOS

 

 

      5 TUBOS DE ENSAYO

 

 

 1 GRADILLA

 

 

  2 PIPETAS DE 10 mL

 

 

             regla graduada

 

 

  papel filtro

 

 

      1 balanza analítica

 

 

gotero

 

 

 embudo

 

     BaCl2

 

      K2CrO4

 

 

 

 

 

PROCEDIMIENTO

 

Disponer de 5 tubos de ensayos limpios, secos y numerarlos. Agregue a cada tubo de ensayo 5, 4, 3,2 y 1 mL de BaCl2 y luego adicionar en el mismo orden 1, 2, 3, 4 y 5 mL de K2CrO4 a cada tubo de ensayo, de tal manera que se forme un volumen total de 6 mL en cada tubo.                                                            

       Tubo1                Tubo2               Tubo3                 Tubo4               Tubo 5

 

 

 

 

 


 

                 

 Dejar el precipitado por 30 minutos. Al cabo de los cuales se mide la altura del precipitado en mm. Elaborar la tabla.

Pesar 6 papeles filtro. Filtrar el contenido de los tubos y lavar las paredes de este con el filtrado.

Después de transferido el precipitado, secar el papel filtro con su contenido en una estufa a 110°C. Dejar enfriar y pesar.

Para determinar el reactivo en exceso cualitativamente, tomar los tubos 3 y 5 y separar el filtrado en dos tubos de ensayo, adicionar a un tubo dos gotas de BaCl2 y al otro dos gotas de K2CrO4, anote sus observaciones. Elaborar la tabla completa.

 

RESULTADOS

 

TUBO

BaCl2 (mL)

K2CrO4 (mL)

Altura del precipitado (mm)

Wg papel filtro

Wg papel filtro + precipitado Wg  del precipitado

1

5

1

5

0,62

*********

*********

2

4

2

6

0.62

*********

*********

3

3

3

7

0,62

0,9992

0,3792

4

2

4

6

0,62

*********

*********

5

1

5

5

0,62

0,7337

0,1137

 

 

 

 

 

 


 

Para efectuar los cálculos estequiométricos se siguen una serie de etapas. Primero se escribe la ecuación química igualada. Puesto que lo más fácil es utilizar relaciones de moles como base de cálculo, la segunda etapa consiste en transformar en moles la información suministrada. En la tercera etapa se examinan las relaciones molares en la ecuación química para obtener la respuesta a la pregunta que haya sido formulada. En esta etapa hay que tener en cuenta si alguno de los reactivos es un reactivo limitante, que es aquel reactivo que está presente en la cantidad estequiométrica más pequeña de manera que determina la cantidad máxima de producto que se puede obtener.

Al realizar las pruebas para determinar reactivo límite cualitativamente obtuvimos los siguientes resultados: 

 

FILTRADO

AGREGAMOS K2CrO4

AGREGAMOS BaCl2

CONCLUSIÓN

TUBO 3

NO PRECIPITO

NO PRECIPITO

NO HAY REACTIVO LIMITE

TUBO 5

NO PRECIPITO

PRECIPITO

EL REACTIVO LIMITE ES BaCl2

 

 

 ANÁLISIS DE RESULTADOS

 

Todos los resultados que obtuvimos podemos demostrarlo también haciendo algunos cálculos estequiométricos, tales como hallar el reactivo límite, cantidad de precipitado que se produce, moles de reactivos y productos entre otras.

Veamos algunos cálculos que realizamos:

 

Hallemos el reactivo límite de la reacción para el tubo 5.

 

Cada uno de nuestros reactivos poseen una concentración de 0,5F.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

El reactivo límite es el BaCl2 puesto que no es suficiente para reaccionar con todo el K2CrO4.

 

Debemos entonces realizar cálculos de esta reacción en el tubo 5 con el BaCl2 ya que es el reactivo límite.

 

Hallemos los gramos de  Ba2(CrO4)2 (precipitado) que se forman en la reacción TUBO 5.

 

 

 

 

 

 

Realicemos ahora los cálculos para el tubo número 3.

 

Hallemos el reactivo límite del tubo 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Como podemos ver en esta reacción no hay reactivo límite.

Entonces realicemos cálculos con cualquiera de los dos.

 

Hallemos el peso en gramos del precipitado.

 

 

 

 

 

 

 

Ya con estos resultados tracemos la grafica del peso del precipitado contra el volumen de BaCl2 0.5F y K2CrO4.

 

 

 

 

 

 

TABLA DE DATOS

 

 

TUBO

BaCl2

(mL)

K2CrO4

(mL)

Wg DEL PRECIPITADO TEÓRICO

1

5

1

0,1258

2

4

2

0.25

3

3

3

0.3795

4

2

4

0.25

5

1

5

0.1258

 

 

 

 

PREGUNTAS

 

1. ¿Cuál es el reactivo límite en los tubos 2 y 4?

R/

El reactivo límite en el tubo 2 es el K2CrO4 puesto que este no es suficiente para reaccionar con el BaCl2 completamente.

 

2. Si en la reacción no se produjera precipitado ¿qué otra propiedad podríamos medir?

R/

Podríamos medir el calor liberado en al reacción.

 

3. Con los datos obtenidos elabore una gráfica de altura del precipitado contra el volumen de BaCl2 y K2CrO4 en mL. Determine el punto de equivalencia y calcule la relación estequiométrica en que se combinan los reactivos. Escriba la ecuación balanceada para la reacción estudiada.

R/

 

 

 

 

 

4. Calcule la eficiencia de la reacción para los tubos que peso.

 

TUBO 3.

 

 

 

 

 

TUBO 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CONCLUSIONES

 

 

La estequiometría nos informa el estudio cuantitativo de los reactivos y productos en una ecuación química. Los cálculos estequiométricos se realizan de manera óptima expresando, tanto las cantidades conocidas como las desconocidas, en términos de moles y después si es necesario se convierten en otras unidades.

 

El método de la variación continua de Job nos permitió determinar experimentalmente la relación estequiométrica de la reacción

 

En los tubos 1 y 2. Hubo abundancia de BaCl2 con relación al K2CrO4. Por lo tanto el reactivo límite para estos 2 primeros tubos fue el  K2CrO4.  

 

En los tubos 4 y 5 hubo abundancia de  K2CrO4 con relación al  BaCl2    Por lo tanto el reactivo límite para los 2 últimos tubos fue  el BaCl2.   

 

La máxima altura del precipitado se obtuvo en el tubo 3 donde se utilizó la misma cantidad de reactivos o sea en el punto de equivalencia.

 

 

Luis Alfonso Chica Llanes

Estudiante de Química Pura

Universidad de Córdoba

Montería

 

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