Leyes estequiométricas

REACCIONES QUÍMICAS 4º E.S.O.
2.2. LEYES ESTEQUIOMÉTRICAS.
2.2.1. LEY DE PROUST.
En una reacción química la proporción en masa
entre los distintas sustancias que aparecen en la
reacción será siempre la misma, ya que la masa de
los átomos no puede cambiar, y el número de
átomos presentes tampoco.
Joseph Louis Proust
Descubridor de la ley de las
proporciones fijas.
Así, en la reacción entre el óxido de cobre(II) y el
cloruro de hidrógeno para producir cloruro de cobre(II) y agua, que ajustada
sería:
CuO + 2·HCl
CuCl2 + H2O
Determinando las masas moleculares, y observando que hay un 2 delante del
cloruro de hidrógeno, podemos decir que siempre que las masas de cada
sustancia guardarán la relación:
CuO + 2·HCl
CuCl2 + H2O
79.6 g
134.5 g
72.9 g
18 g
79.6 g de CuO formarán 18 g de agua y reaccionarán con 72.9 g de HCl. Si
hay 39.8 g de CuO, sólo se formarán 9 g de agua y sólo reaccionarán 36.45 g
de HCl. Conocida la cantidad de una de las sustancias que intervienen en la
reacción, y ajustándola y calculando las masas moleculares, se puede
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determinar las masas de las restantes sustancias o comprobar, si se
mezclan dos reactivos, si se ha añadido un exceso de uno de ellos.
Supongamos que sabemos que se han mezclado 100 g de óxido de cobre(II)
y 90 g de cloruro de hidrógeno. Deseamos saber si sobrará alguno de ellos, y
cuánto. Como la ecuación y las masas moleculares respectivas son:
CuO
+ 2·HCl
CuCl2
+ H2O
79.6 g
72.9 g
134.5 g
18 g
Mediante reglas de tres podemos determinar la cantidad de cloruro de
hidrógeno necesaria para combinarse con los 100 g de óxido de cobre(II):
79.6 g de CuO reaccionan con 72.9 g de HCl
100 g de CuO reaccionarán con c g de HCl
Que podemos resolver de forma inmediata:
100·72.9
= 91.5829 g de HCl
c=
79.6
Así que se necesitan 91.5829 g de HCl, pero sólo hay 90 g, de forma que
faltará HCl o, lo que es lo mismo, hay un exceso de óxido de cobre(II), CuO,
que no reaccionará. Calculemos
la cantidad de óxido que sobrará:
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72.9 g de HCl
79.6 g de HCl
reaccionan con
c g de HCl
90 g de HCl reaccionarán con
90·79.6
= 98.2716 g de CuO
c=
72.9
Como reaccionan 98.2716 g de CuO y hay 100, permanecerán sin cambiar
1.7284 g de CuO
2.2.2. LEY DE DALTON.
Cuando hierro y oxígeno se combinan, pueden formar dos óxidos de hierro
distintos, llamados óxido de hierro(II) y óxido de hierro(III). En el primero,
cumpliendo la ley de Proust, 1 g de oxígeno se combina con 3.49 g de hierro.
En el segundo, la proporción es de 1 g de oxígeno con 2.33 g de hierro. La
relación entre ambas cantidades, es:
3.49
2
= 1.5 =
2.33
3
Flúor y iodo pueden formar cuatro fluoruros diferentes: fluoruro de iodo(I),
fluoruro de iodo(III), fluoruro de iodo(V) y fluoruro de iodo(VII). Con 1 g de
flúor, las masas de iodo que pueden reaccionar son:
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IF
IF3
IF5
IF7
Fluoruro de iodo(I) Iodo
Fluoruro de iodo(III)
Fluoruro de iodo(V)
Fluoruro de iodo(VII)
que reacciona con 1 g
Iodo que reacciona con
Iodo que reacciona con
Iodo que reacciona con
de flúor:
1 g de flúor:
1 g de flúor:
1 g de flúor:
6.679 g
2.226 g
1.336 g
0.954 g
Para la primera y segunda, y la segunda y tercera cantidad, por ejemplo, las
proporciones son:
6.679
3
2.226
= 3.00 =
2.226
5
= 1.66 =
1
1.336
3
Dalton enunció la ley: con una cantidad fija de una
sustancia reaccionan cantidades variables de otra que
guardan entre sí relaciones de números naturales
sencillos.
John Dalton
Descubridor de la primera
teoría atómica moderna
Puesto que los átomos son indestructibles, para formar
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una molécula, si con un átomo de un elemento se unen dos o tres átomos de
otro elemento, la proporción será 2:3 (o 3:2), si con dos átomos de unen 5 o 7,
la proporción será 5:7, etc.
En el hierro, con 3 átomos de oxígeno se pueden unir tres átomos de hierro, si
se forma óxido de hierro(II), o 2 átomos de hierro, si se forma óxido de
hierro(III). La proporción será 3:2.
En el cloro, con 2 átomos de oxígeno se pueden unir uno, tres, cinco o siete
átomos de cloro. Las proporciones serán 1:3:5:7.
En el óxido de hierro(III) dos átomos
En el óxido de hierro(II) un átomo de
de oxígeno se unen a tres de hierro
oxígeno se une a uno de hierro
Con dos átomos de cloro, se pueden combinar 1, 3, 5 o 7 átomos de oxígeno.
La masa de cloro será siempre la misma, no así la de oxígeno. La proporción
de las distintas masas de oxígeno guardará una relación de 1 : 3 : 5 : 7 porque
ese es el número de átomos de oxígeno presente en cada compuesto
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2.2.3. LEY DE GUY-LUSSAC.
En muchas reacciones hay reactivos o productos que están en estado
gaseoso: cuando se oxida el hierro, el oxígeno del aire es gaseoso, al
descomponer el agua, se obtiene oxígeno e hidrógeno que son sustancias
gaseosas, etc.
Recordando la ecuación de los gases ideales, si las condiciones de presión y
temperatura son iguales, el volumen que ocupa un gas depende del número
de moles que hay presentes, n. Pero el número de moles está relacionado
con la masa:
P·V=n·R·T
n=
m
M
Donde:
P
V
n
R
T
m
M
Presión Volumen Moles Constante de los gases Temperatura Masa Masa molecular
Eso quiere decir que en toda reacción química, puesto
que las proporciones en masa son constantes, las
proporciones en volumen de los gases de la reacción,
también serán constantes. Este hecho se conoce como
Joseph Louis Gay-Lussac
Descubridor de varias leyes
sobre los gases
ley de Guy - Lussac.
Precisamente esta relación entre masa, moles y volumen hace que las
proporciones en una reacción química no tengan que realizarse siempre entre
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masas de productos o reactivos, sino que pueden establecerse entre masas,
moles, o volúmenes, indistintamente.
Recuerda:
• Un mol de gas ocupa 22.4 l, a la temperatura de 0 ºC y a la presión
de 1 atm.
• Los coeficientes de la ecuación indican el número de moles.
• La masa molecular, expresada en gramos, es la masa de un mol.
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