En la estequiometría, o el estudio de cantidades relativas de sustancias en reacciones, se encontrará con dos situaciones que requieren el cálculo de la proporción molar. En uno, está analizando una sustancia misteriosa para determinar su fórmula empírica, y en el otro, está calculando cantidades relativas de reactivos y productos en una reacción. En el primer caso, normalmente hay que pesar los componentes individuales de un compuesto y calcular el número de moles de cada uno. En el segundo caso, normalmente puede encontrar la relación molar equilibrando la ecuación de la reacción.
Determinación de la fórmula empírica
El procedimiento típico para determinar la fórmula empírica de un compuesto misterioso es analizarlo en busca de sus elementos componentes. Si obtiene el peso de cada elemento en el compuesto, puede determinar el número de moles de cada compuesto dividiendo el peso real en gramos por el peso atómico de ese elemento. Para hacer esto, debe buscar los pesos atómicos en la tabla periódica o, para facilitarle las cosas, puede usar un
Una vez que sepa el número de moles de cada componente del compuesto, divida cada uno por el que tenga el número más bajo y redondee al número entero más cercano. Los números son las proporciones molares y aparecen como subíndices en la fórmula empírica.
Ejemplo: analiza un compuesto y encuentra que contiene 0,675 g de hidrógeno (H), 10,8 g de oxígeno (O) y 13,5 g de calcio (Ca). ¿Qué es la fórmula empírica?
- H - 0,675
- O - 0,675
- Ca - 0,337
La masa molar de hidrógeno es 1 g (redondeando a un lugar decimal), por lo que el número de moles presentes en el compuesto es 0,675 / 1 = 0,675. La masa molar de oxígeno es de 16 gy la masa molar de calcio es de 40,1 g. Realizando la misma operación para estos elementos, encuentra que el número de moles de cada elemento es:
El calcio es el elemento con el menor número de moles, que es 0,337. Divida este número entre los demás para obtener la proporción molar. En este caso, es H - 2, O - 2 y Ca - 1. En otras palabras, por cada átomo de calcio en el compuesto, hay dos hidrógenos y dos oxígenos.
Los números derivados como la relación molar de los elementos aparecen en la fórmula empírica como subíndices. La fórmula empírica del compuesto es CaO2H2, que generalmente se escribe Ca (OH)2.
Equilibrio de una ecuación de reacción
Si conoce los reactivos y los productos de una reacción, puede escribir una ecuación desequilibrada para la reacción colocando los reactivos en un lado y los productos en el otro. La ley de conservación de la masa requiere que ambos lados de la ecuación tengan el mismo número de átomos de cada elemento, y esto proporciona la pista sobre cómo encontrar la relación molar. Multiplica cada lado de la ecuación por un factor que equilibre la ecuación. Los factores de multiplicación aparecen como coeficientes, y estos coeficientes le indican las proporciones molares de cada uno de los compuestos en la reacción.
Por ejemplo, el hidrógeno y el oxígeno se combinan para formar agua. La ecuación desequilibrada es H2 + O2 -> H2O. Sin embargo, esta ecuación no está equilibrada porque hay más átomos de oxígeno en un lado que en el otro. La ecuación balanceada es 2H2 + O2 -> 2 H2O. Se necesitan dos átomos de hidrógeno por cada átomo de oxígeno para producir esta reacción, por lo que la relación molar entre el hidrógeno y el oxígeno es 2: 1. La reacción produce dos moléculas de agua, por lo que la relación molar entre oxígeno y agua es 1: 2, pero la relación molar entre agua e hidrógeno es 2: 2.