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5.5:

Estequimetría Química y Gases

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Chemistry
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Chemical Stoichiometry and Gases: Using Ideal Gas Law to Determine Moles

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Recordemos que para tener una reacción química equilibrada, se llevan a cabo ciertos cálculos sobre la masa de los reactivos y productos y el número de moles siguiendo un plan conceptual general. Aquí, los coeficientes estequiométricos se utilizan como factores de conversión entre los moles del reactivo y los moles del producto. En las reacciones químicas donde intervienen sustancias gaseosas, la cantidad de gas suele especificarse en términos de su volumen a una temperatura y presión determinadas.Esto se debe a que los gases son fluidos y se expanden para llenar cualquier volumen disponible. En las reacciones gaseosas, la cantidad molar y el volumen de un gas están interrelacionados a través de la ley de los gases ideales. De esta manera, el número de moles pueden determinarse a partir del volumen del gas y viceversa.Combinar los conceptos de la ley de los gases ideales, la masa molar y la estequiometría permite realizar cálculos relacionados con el volumen, el número de moles y la masa de los reactivos y productos gaseosos. Como ejemplo, consideremos la reacción entre el litio y el agua para producir gas de hidrógeno. Si asumimos que la reacción ocurre a 291 Kelvin y 0, 977 atmósferas, qué cantidad de litio producirán 35, 25 litros de hidrógeno?Primero, al aplicar la ley de los gases ideales y sustituir los valores dados de presión, volumen, temperatura y la constante del gas ideal. se calculan los moles del gas de hidrógeno. Luego, haciendo uso de la relación estequiométrica, el número de moles del gas de hidrógeno se convierte a moles de litio.Finalmente, al multiplicar por la masa molar del litio se obtiene una masa de 20, 0 gramos. Por lo tanto, 20, 0 gramos de litio producirán 35, 25 litros de hidrógeno. Para reacciones químicas gaseosas que ocurren a TPE, temperatura y presión estándar, el volumen molar, 22, 4 litros, es una constante.El factor de conversión se utiliza en los cálculos estequimétricos donde participen gases a temperatura y presión estándar. Tomen, por ejemplo, la formación de agua a temperatura y presión estándar. Qué volumen de hidrógeno se requiere para producir 2 gramos de agua?Siguiendo el plan conceptual general, primero, la masa del agua se divide entre su masa molar para obtener los moles del agua. Luego se utiliza la relación estequiométrica para determinar los moles de hidrógeno. Por último, el factor de conversión de moles a volumen a presión estándar se utiliza para obtener 2, 5 litros de gas de hidrógeno.Por lo tanto, 2, 5 litros de hidrógeno producirán 2 gramos de agua a temperatura y presión estándar.

5.5:

Estequimetría Química y Gases

La estequiometría química describe las relaciones cuantitativas entre los reactivos y los productos en las reacciones químicas.

Además de medir cantidades de reactivos y productos utilizando masas para los sólidos, y volúmenes en combinación con la molaridad para las soluciones; los volúmenes de gas también se pueden utilizar para indicar cantidades. Si se conoce el volumen, la presión y la temperatura de un gas, se puede utilizar la ecuación de los gases ideales para calcular cuántos moles de gas hay. Por el contrario, si se conoce la cantidad de moles de gas, se puede determinar el volumen de un gas a cualquier temperatura y presión.

Por ejemplo, calculemos el volumen del hidrógeno a 27 °C y 723 torr preparado por la reacción de 8,88 g de galio con un exceso de ácido clorhídrico.

Eq1

En primer lugar, convierta la masa proporcionada del reactivo limitante, Ga, en moles de hidrógeno producido:

Eq2

Convierta los valores de temperatura y presión proporcionados en unidades adecuadas (K y atm, respectivamente) y, a continuación, utilice la cantidad molar de gas hidrógeno y la ecuación de los gases ideales para calcular el volumen de gas:

Eq3

Ley de Avogadro Revisada

Uno también puede aprovechar una característica simple de la estequiometría de gases que los sólidos y las soluciones no exhiben: Todos los gases que muestran un comportamiento ideal contienen el mismo número de moléculas en el mismo volumen (a la misma temperatura y presión). Así, las proporciones de volúmenes de los gases implicados en una reacción química vienen dadas por los coeficientes en la ecuación de la reacción, siempre que los volúmenes de gas se midan a la misma temperatura y presión.

La ley de Avogadro puede ampliarse (que el volumen de un gas es directamente proporcional al número de moles del gas) a las reacciones químicas con gases: Los gases se combinan, o reaccionan, en proporciones definidas y simples de volumen, siempre que todos los volúmenes de gas se midan a la misma temperatura y presión.

Por ejemplo, ya que los gases de nitrógeno e hidrógeno reaccionan para producir gas amoniacal de acuerdo con 

Eq4

un volumen dado de gas nitrógeno reacciona con tres veces ese volumen de gas hidrógeno para producir dos veces ese volumen de gas amoniaco si la presión y la temperatura permanecen constantes.

Según la ley de Avogadro, volúmenes iguales de gases de N2, H2 y NH3, a la misma temperatura y presión, contienen el mismo número de moléculas. Debido a que una molécula de N2 reacciona con tres moléculas de H2 para producir dos moléculas de NH3, el volumen de H2 requerido es tres veces el volumen de N2, y el volumen de NH3 producido es dos veces el volumen de N2.

Este texto ha sido adaptado de Openstax, Química 2e, Capítulo 9.3 Estequiometría de las Sustancias Gaseosas, Mezclas y Reacciones.