RELACIONES ESTEQUIOMETRICAS

RELACIONES ESTEQUIOMETRICAS

Las relaciones estequiométricas son una expresión del principio de conservación de la masa en procesos químicos. Como ejemplo vamos a estudiar el siguiente sistema: 1 litro de agua a 25oC en la que disolvemos 100 mg de CaCO3 y 48.8 mg de CO2.

A) METODO DEL BALANCE MOLAR

Necesitamos conocer:

a) concentración molar total de productos iniciales:

[H2O]T = = 55.4 M

[CaCO3]T = = 1.0x10-3 M

[CO2]T = = 1.1x10-3 M

b) procesos químicos que se dan en el medio:

H2O H+ + OH-

CO2 + OH- HCO3-

c) especies químicas existentes en el medio:

H2O, H+, OH-, CO2, HCO3-, Ca2+

El CO3= no se incluye entre las especies existentes ya que en presencia de CO2 todo está como HCO3-.

La aplicación matemática del principio de conservación de la masa a cada elemento permite establecer las siguientes ecuaciones:

TOTH = 2[H2O] + [H+] + [OH-] + [HCO3-] = 2[H2O]T = 118.8 M

TOTO =[H2O] + [OH-] +2[CO2] + 3[HCO3-]=[H2O]T +3[CaCO3]T +2[CO2]T  55.4 M

TOTC = [CO2] + [HCO3-] = [CaCO3]T + [CO2]T = 2.1x10-3 M

TOTCa = [Ca+2] = [CaCO3]T = 10-3 M

La cantidad total de cada elemento se conserva entre los productos iniciales y las especies químicas existentes en el medio.

B) METODO DE LAS TABLAS

En el método del balance molar hemos utilizado el hecho qe que el no de átomos de cada elemento permanece constante. Ahora vamos a utilizar un enfoque distinto. Tomando p. ej. la especie bicarbonato podríamos escribir que bicarbonato = 1 at. H + 1 at. de C + 3 at. de O (y una carga negativa). Pero también se puede escribir que: HCO3- = (CO2)1(OH-)1 en función de los componentes CO2 y OH-.

De la misma manera se puede expresar el agua como H2O = (H+)1(OH-)1 en función los componentes H+ y OH-.

De esta forma en el sistema anterior podemos expresar todas las especies y productos iniciales en función de los componentes CO2 H+ y OH-.

H2O = (H+)1(OH-)1

H+ = (H+)1

OH- = (OH-)1

CO2 = (CO2)1

HCO3- = (CO2)1(OH-)1

Ca+2 = (Ca+2)1

CaCO3 = (Ca+2)1(CO2)1(OH-)1(H+)-1

Esto permite escribir las ecuaciones que expresan la conservación de la masa en función de la conservación de las entidades químicas elegidas:

TOTH = [H2O] + [H+] = -[CaCO3]T + [H2O]T  55.4 M

TOTOH = [H2O] + [OH-] + [HCO3-] = [CaCO3]T + [H2O]T  55.4 M

TOTCO2 = [CO2] + [HCO3-] = [CaCO3]T + [CO2]T = 2.1x10-3 M

TOTCa = [Ca+2] = [CaCO3]T = 10-3 M

PROPIEDADES DE LOS COMPONENTES DEL SISTEMA

1) Pueden tener o no existencia experimental real.

2) Los balances molares de los componentes expresan de manera completa la conservaciós de masa en el sistema.

3) Ningún componente puede ser expresado con una fórmula que contenga otros componentes (p. ej. no se puede añadir H2O a la lista de componentes del ejemplo anterior.

4) Es posible elegir distintas

6) Para la elección de los componentes se aplican las siguientes reglas:

a) Cualquier especie debe poder expresarse como función de los componentes.

b) Sólo existirá una única expresión estequiométrica en función de los

componentes para cada especie química.

c) El H2O siempre se elegirá como componente del sistema. Además, podrá sobreentenderse en la expresión de las especies y substancias en la correspondiente tabla.

d) El H+ siempre se elegirá como componente del sistema.

CONDICION DE ELECTRONEUTRALIDAD

En el sistema que estamos estudiando no se produce ni creación ni pérdida de carga eléctrica en ninguna reacción química, es decir existe igual no de cargas positivas y negativas. Por tanto debe cumplirse que:

[H+] + 2[Ca+2] = [OH-] + [HCO3-]

Esta ecuación se obtiene por combinación de las ecuaciones de balance molar y los componentes seleccionados deben ser tales que conduzcan a esa ecuación. El coeficiente de cada especie en la columna H+ iguala su carga eléctrica, escogiendo todos los demás componentes eléctricamente no cargados. Con esta premisa, la expresión