El mol y balanceo de ecuaciones (Tanteo y algebraico)

La unidad de masa atómica

Se utiliza para expresar las masas individuales de partículas elementales como átomos, moléculas o iones. Esta unidad se estableció eligiendo un elemento en particular (carbono-12), al que se le asignó un valor específico para su átomo de modo que sirviera como referencia estándar para determinar el valor de los átomos de los demás elementos.
Un átomo de hidrogeno pesa 1 uma y uno de oxigeno 16 uma, por lo tanto una molécula de agua tiene un peso de 18 uma.

1 uma = 1,66 x 10^-24 g

El mol y el número de Avogadro

Es una unidad de cantidad de sustancia que implica un número definido de partículas de tamaño infinitesimal como átomos, moléculas o iones.
El valor de un mol equivale a 6,02 x 10^-23, por lo que un mol de sustancia siempre tendrá 6,02 x 10^-23 partículas.

Masa molar

Se determina a partir de la formula molecular, considerando la suma de los valores de las masas atómicas de los elementos que constituyen el compuesto y se expresa en la unidad g/mol.

Ejemplo 1

El sodio tiene una masa molar de 23 g, quiere decir, que 6,02x10^-23 átomos de sodio pesan 23 g, por eso la masa molar se expresa así 23 g/mol.

Ejemplo 2: Calcular moles de glucosa

Se pesaron 36 g de glucosa (C₆H₁₂O₆) para preparar una disolución, calcular:

1. ¿Cuántos moles equivalen esa masa?
2. ¿Cuántas moléculas de glucosa hay en esa masa?

Datos	Procedimiento	Resultado
n = ? Moléculas = ? msto = 36 g MM = 180 g/mol	$$n=\frac{\mathrm{36\; g}}{\mathrm{180\; g/mol}}\to \mathrm{0,2\; mol}$$	36 g de glucosa equivalen a 0,2 moles

Moléculas = 0,2 mol x 6,02 x 10^-23 → 1,204 x 10 ^-23 moléculas
0,2 mol de glucosa contiene 1,204 x 10 ^-23 moléculas

Ejemplo 3: Calcular moles de sulfato de amonio

¿Cuántos moles hay en 101,64 g de (NH₄)₂SO₄?

Datos	Procedimiento	Resultado
n = ? MM = 132 g/mol	$$n=\frac{\mathrm{101,64\; g}}{\mathrm{132\; g/mol}}\to \mathrm{0,77\; mol}$$	En 101,64 g de (NH4)2SO4 hay 0,77 mol

Ejemplo 4: Calcular moles de moleculas de H₂

¿Cuántos moles de moléculas están contenidos en 12 g de hidrógeno molecular (H₂)?

1 mol H₂ → 2 g H₂
X mol H₂ ← 12 g H₂

Datos	Procedimiento	Resultado
mol = ? mH2 = 12 g MM = 1 g/mol	$$\mathrm{mol}=\frac{\mathrm{12\; g\; H2\; x\; 1\; mol\; H2}}{\mathrm{2\; g\; H2}}\to \mathrm{6\; mol}$$	Hay 6 moles contenidos en 12 g de H2

Ejemplo 5: Cálculo de moles de moléculas

¿Qué cantidad de oxígeno molecular (O₂) expresado en moles de moléculas corresponde a 130 g de O₂?

1 mol O₂ → 32 g O₂
X mol O₂ ← 130 g O₂

Datos	Procedimiento	Resultado
mol = ? mH2 = 12 g MM = 1 g/mol	$$\mathrm{mol}=\frac{\mathrm{132\; g\; O2\; x\; 1\; mol\; O2}}{\mathrm{32\; g\; O2}}\to \mathrm{4,06\; mol}$$	Hay 4,06 moles contenidos en 132 g de O2

Ejemplo 6: Cálculo de cantidad de átomos

¿Cuántos átomos de calcio estarán presente en 20 g de ese metal?

40 g Ca → 6,02 x 10^-23 Ca
20 g Ca ← x átomos de Ca

Datos	Procedimiento	Resultado
Átomos Ca = ? mCa = 40 g	$$x=\frac{{\mathrm{20\; g\; Ca\; x\; 6,02\; x\; 10}}^{-23}}{\mathrm{40\; g\; Ca}}\to {\mathrm{3,01x10}}^{-23}\mathrm{átomos\; Ca}$$	Hay 3,01x10-23 átomos Ca contenidos en 20 g de Ca

Balanceo de ecuaciones químicas

En una reacción química, las estructuras moleculares de los reactantes se reordenan de forma distinta y forman las moléculas de los productos.
El balanceo, ajuste o igualación de una ecuación química, consiste en hacer coincidir el número de átomos de cada elemento de los reactantes con el número de los mismos átomos en los productos.

Método de balanceo por tanteo

se prueban diferentes valores numéricos para los coeficientes estequiométricos de manera de igualar el número de átomos según los siguientes pasos:

1. Se verifica si la ecuación esta balanceada.
2. Se debe utilizar números enteros, lo más pequeño posible para balancear
3. Primero se balancea los elementos metálicos y luego los no metálicos.
4. Por último, se balancean los hidrógenos y los oxígenos de ser necesario.
5. Se deben utilizar números enteros lo más pequeño posibles.

Ejemplo 6: Banlanceo de ecuación

N₂ + O₂ → NO₂

N = 2 O = 2 x 2 → 4

N = 1 x 2 → 2 O = 2 x 2 → 4

N₂ + 2O₂ → 2NO₂

Ejemplo 7: Banlanceo de ecuación

Cl₂ + KBr → KCl + Br₂

Cl = 2 K = 1 x 2 → 2 Br = 1 x 2 → 2

K = 1 x 2 → 2 Cl = 1 x 2 → 2 Br = 2

Cl₂ + 2KBr → 2KCl + Br₂

Ejemplo 8: Banlanceo de ecuación

BaCl₂ + Na₂SO₄ → NaCl + BaSO₄

Ba = 1 Cl = 2 Na = 2 S = 1 O = 4

Na = 1 x 2 → 2 Cl = 1 x 2 → 2 Ba = 1 S = 1 O = 4

BaCl₂ + Na₂SO₄ → 2NaCl + BaSO₄

Método algebraico de balanceo

Se utilizan y se resuelven sistemas de ecuaciones, por ejemplo:

1. Se verifica si la ecuación esta balanceada.

C₂H₆O + O₂ → CO₂ + H₂O

2. Se antepone a cada formula de los reactivos y productos una variable incógnita como coeficiente estequiométrico.

aC₂H₆O + bO₂ → cCO₂ + dH₂O

3. Formular ecuaciones algebraicas para cada elemento, según el numero de átomos en cada lado de la ecuación química.

C: 2a = 1c
H: 6a = 2d
O: 1a + 2b =2c + 1d

4. Resolver las ecuaciones, asignando un valor arbitrario para una de las variables (en la mayoría de los casos el 1 es el mejor valor).

Asignamos a la variable a = 1

Calculamos la variable “c”
2a = 1c
2x1 = 1c
2x1 = c
c = 2

Calculamos la variable “d”
6a = 2d
6x1 = 2d
6/2 = d
d = 3

Obtenemos la variable “b”
1a + 2b =2c + 1d
1x1 + 2b =2x2 + 1x3
1 + 2b = 4 + 3
2b = 7 – 1
b = 6/2
b = 3

5. El valor obtenido para cada variable se coloca como coeficiente estequiométrico donde corresponda y luego se comprueba que la ecuación este balanceada.

C₂H₆O + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O

Ejemplo 9: Balanceo algebraico

Balancear con el método algebraico la siguiente ecuación: 2ZnS + O₂ → ZnO + SO₂

a2ZnS + bO₂ → cZnO + dSO₂

Zn: 2a = 1c
S: 2a = 1d
O: 2b = 1c + 2d

Asignamos a = 1

Calculamos la variable “c”
2a = 1c
2x1 = 1c
2 = c
c = 2

Calculamos la variable “d”
2a = 1d
2x1 = 1d
2 = d
d = 2

Obtenemos la variable “b”
2b = 1c + 2d
2b = 2 + 2x2
2b = 2 + 4
2b = 6
b = 6/2
b = 3

2ZnS + 3O₂ → 2ZnO + 2SO₂