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ESTEQUIOMETRÍA

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C

uando un químico lleva a cabo una reacción, usualmente los reactivos no están presentes en las cantidades exactas, esto es en las proporciones indicadas por la ecuación balanceada.1

El reactivo utilizado en menor proporción es considerado como el reactivo limitante, dado que la máxima cantidad del producto formado depende de cuánto reactivo inicial se encuentra presente. Cuando este reactivo se termina, no se forma más producto. Los reactivos presentes cuya cantidad sea mayor que la necesaria para que el reactivo limitante reaccione, son considerados como reactivos en exceso.

Todo cálculo estequiométrico involucra al reactivo limitante, de manera que el primer paso es definir cuál reactivo es considerado “limitante”. En la práctica, los químicos escogen como reactivo limitante al de mayor valor comercial, porque se requiere estar seguro de que todo este será consumido en la reacción. Frecuentemente es difícil y muy costoso recuperar el exceso de reactivo que no se utilizó en una reacción, aunque en muchos procesos industriales los reactivos en exceso son reciclados varias veces.

La cantidad de reactivo limitante presente en una reacción, está relacionada con la cantidad de producto que se espera obtener de la reacción. Esta cantidad es denominada rendimiento de la reacción. El rendimiento teórico de una reacción es la cantidad de producto predicho por los cálculos estequiométricos en la ecuación balanceada, cuando todo el reactivo limitante se ha consumido, dicho de otra forma, el rendimiento teórico es el máximo rendimiento que se puede obtener. En la práctica, debido a varios factores, la cantidad de producto obtenido es casi siempre menor que el rendimiento calculado (rendimiento práctico), de manera que frecuentemente se utiliza el término porcentaje de rendimiento (rendimiento porcentual), el cual describe la proporción del rendimiento experimental con respecto al teórico y puede variar del 1 al 100 %.

El porcentaje de rendimiento se calcula mediante la siguiente ecuación:

1 CABALLERO, José Luis. Estequiometría. 2013

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OBTENCIÓN ESTEQUIOMÉTRICA DE CARBONATO DE CALCIO1

OBJETIVOS

- Aplicar los conceptos de reactivo limitante y porcentaje de rendimiento en una reacción química

PREGUNTAS DE INDUCCIÓN

1. ¿Cuál es la reacción química balanceada que se da lugar entre carbonato de sodio y cloruro de calcio?

2. ¿Cuál es la solubilidad en agua de los reactivos y los productos de la reacción anterior? 3. Explique brevemente cómo se calcula el rendimiento de una reacción 4. ¿Cuál es la influencia de la pureza de los reactivos en una reacción química? 5. Suponga que ha pesado 0,9438 g de Na2CO3 para llevar a cabo la reacción, ¿qué masa

de CaCl2. 2H2O reaccionarán exactamente con tal cantidad de Na2CO3?. Recuerde incluir el agua de hidratación en el cálculo. ¿Qué masa de carbonato de calcio se obtendrá?

6. Suponga que al realizar la reacción anterior se obtiene un precipitado de carbonato de calcio que después de lavado y secado pesa 0,6379 g ¿Cuál es, en este caso, el porcentaje de rendimiento de la reacción?

MATERIALES, EQUIPOS Y REACTIVOS

CONSERVAR LAS MEDIDAS DE PROTECCIÓN, SEGURIDAD E HIGIENE EN EL LABORATORIO.

Materiales

- 2 Vasos de precipitados de 50 mL - Vaso de precipitado de 100 mL - Pipeta graduada de 5 mL - Erlenmeyer de 250 mL - Agitador de vidrio - Embudo de vidrio - Vidrio de reloj - Tubo de ensayo - Desecador - Papel filtro No. 597 - Frasco lavador - Pipeteador - Pinza para termómetro con nuez - Soporte universal

Equipos

- Balanza digital de platillo externo con una precisión de 0,001g - Plancha de calentamiento - Estufa

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Reactivos

- Cloruro de Calcio anhidro o dihidratado sólido - Carbonato de sodio anhidro o hidratado sólido - Solución de Nitrato de plata - Agua destilada y desionizada

DESARROLLO EXPERIMENTAL

Toda la información obtenida en la práctica de laboratorio, cálculos, gráficas y análisis previo deben anotarse en la bitácora

NOTA: MANEJAR CON PRECAUCIÓN LOS REACTIVOS

NOTA: MANEJAR CON PRECAUCIÓN LOS EQUIPOS, MATERIALES Y SUSTANCIAS CALIENTES

I. Obtención del precipitado de carbonato de calcio 1. Calentar agua destilada en un vaso de 100 mL, empleando una plancha de calentamiento 2. Pesar entre 0,50 a 1,10 gramos de carbonato de sodio (Na2CO3), en un vaso de

precipitados de 50mL limpio y seco 3. Adicionar 10ml de agua destilada caliente al carbonato de sodio (Na2CO3)y mezclar con el

agitador de vidrio hasta disolución completa 4. Lavar con agua caliente el agitador de vidrio 5. Calcular la cantidad de cloruro de calcio dihidratado (CaCl2.2H2O) que requiere para una

reacción estequiométrica con el carbonato de sodio (Na2CO3) 6. Pesar la cantidad calculada de cloruro de calcio dihidratado (CaCl2.2H2O) en otro vaso de

precipitados de 50ml limpio y seco 7. Adicionar 10ml de agua destilada caliente y mezclar con el agitador de vidrio hasta

disolución completa 8. Adicionar la solución de cloruro de calcio a la solución de carbonato de sodio lentamente

utilizando un agitador de vidrio 9. Enjuagar el vaso con aproximadamente 1,0 a 2,0 ml de agua destilada caliente y

transferir al vaso donde está la mezcla de reacción 10. Dejar en reposo por aproximadamente 15 minutos 11. Describir lo observado y las características de los productos de reacción

II. Filtración de los productos de reacción 1. Pesar un vidrio de reloj y una hoja de papel de filtro No. 597 2. Armar un montaje de filtración como se indica en la figura, con el papel de filtro ya

pesado

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FUENTE: OSORIO GIRALDO, Rubén D. y ZAPATA NIÑO, María Mauren. Práctica 7. Separación de mezclas. Disponible [en línea] <http://docencia.udea.edu.co/cen/tecnicaslabquimico/02practicas/practica07.htm>. Julio del 2012

3. Humedecer el papel de filtro y repisar los bordes del papel contra la pared del embudo, con ayuda del agitador de vidrio

NOTA: TENER CUIDADO DE QUE EL VASTAGO DEL EMBUDO SE ENCUENTRE CONTRA LA PARED DEL RECIPIENTE RECOLECTOR PARA EVITAR SALPICADURAS

4. Transvasar cuidadosamente el sobrenadante del vaso de precipitados donde está la mezcla de reacción y finalmente el precipitado formado, a través del sistema de filtración

NOTA: SI ALGO DEL PRECIPITADO PASA EL PAPEL DE FILTRO, SE DEBE VOLVER A FILTRAR CUIDADOSAMENTE, EN OTRO PAPEL DE FILTRO PREVIAMENTE PESADO

5. Lavar el sólido que queda retenido en el papel de filtro con abundante agua destilada muy caliente hasta fin de cloruros

6. Para la determinación de cloruros, recolectar en un tubo de ensayo algunas gotas de las aguas de lavado que han pasado por el filtro, al final del vástago del embudo. Adicionar dos gotas de la solución de nitrato de plata (AgNO3). Si se produce un precipitado blanco de cloruro de plata (AgCl), indica la presencia en la solución de iones cloruros y se debe continuar el lavado con agua caliente hasta que no se forme más precipitado de cloruro de plata (AgCl).

III. Secado 1. Al terminar el lavado hasta fin de cloruros, extraer el papel filtro del embudo,

cuidadosamente 2. Colocar el papel de filtro extraído del embudo, en el vidrio de reloj previamente pesado 3. Calentar el vidrio de reloj con el papel de filtro, en la estufa a 105ºC hasta que se

encuentre completamente seco 4. Sacar el vidrio de reloj con el papel de filtro de la estufa 5. Enfriar en un desecador 6. Pesar 7. Colocar nuevamente en la estufa 8. Repetir los pasos 3 a 7 hasta obtener un peso constante.

NOTA: MANIPULAR CUIDADOSAMENTE EL PAPEL DE FILTRO, YA QUE EL SÓLIDO OBTENIDO ES MUY LIVIANO

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PREGUNTAS DE ANÁLISIS

1. Explicar claramente cómo se determinó el peso de cloruro de calcio dihidratado que se empleó en la reacción

2. Calcular la cantidad de carbonato de calcio que se debía obtener teóricamente, a partir de las cantidades pesadas de los reactivos empleados en la reacción

3. Determinar la cantidad de carbonato de calcio obtenido experimentalmente 4. Calcular el porcentaje de rendimiento de la reacción 5. Analizar las observaciones y resultados obtenidos 6. En la práctica realizada, ¿se cumple la ley de conservación de la materia?