Fórmula mínima y fórmula molecular
1 fórmula química expresa las proporciones relativas de los átomos que constituyen el compuesto.
1 Fórmula molecular expresa el # de átomos de c/elemento que forman 1 molécula del compuesto. Se emplea solamente en el caso de que esté realmente constituido x moléculas.
1 fórmula mínima es la reducción de 1 fórmula molecular a su mínima expresión entera.
Muchos Compuestos
Fórmula mínima = Fórmula molecular
Agua H2O Amoniaco NH3
Dióxido de carbono CO2 Metano CH4
Metanol CH4O.
En compuestos de carbono la fórmula molecular se escribe de manera distinta para señalar el grupo funcional
Metanol CH4O ó CH3OH
es importante cuando se tienen compuestos con la misma fórmula molecular pero distinto grupo funcional
Composición Elemental
La composición en masa o composición elemental es el porcentaje en masa de cada elemento en 1 compuesto o en 1 especie química.
La fórmula molecular de la hidracina es N2H4. Determina su composición elemental.
Suponemos 1 mol de compuesto y determinamos la masa molar del compuesto.
2(MN) + 4(MH) = 2(14.007) + 4 (1.008) = 32.046 g en 1 mol de compuesto
Calculamos la masa de c/1 de los elementos en el compuesto
mN= [2 moles de átomos de N] 14.007 g de N = 28.014 g de N
1 mol de átomos de N
mH= [4 moles de átomos de H] 1.008 g de H = 4.032 g de H
1 mol de átomos de H
(Gp:) La masa molar del compuesto es el 100% y con esto podemos calcular el % en masa de N y de H
%N = 28.014g 100% de masa = 87.42%
32.046g
%H = 4.032g 100% de masa = 12.58%
32.046g
Si calculamos el % en masa de la hidracina pero ahora utilizamos la fórmula mínima (NH2), obtenemos lo siguiente:
(Gp:) (MN) + 2(MH) = (14.007) + 2 (1.008) = 16.023 g en 1 mol de fórmulas mínimas.
mN= [1 mol de átomos de N] 14.007 g de N = 14.007 g de N
1 mol de átomos de N
mH= [2 moles de átomos de H] 1.008 g de H = 2.016 g de H
1 mol de átomos de H
La masa total del compuesto ahora es 16.023 g y es el 100%
%N = 14.007g 100% de masa = 87.42%
16.023g
%H = 2.016g 100% de masa = 12.58%
16.023g
FÓRMULA MÍNIMA = FÓRMULA MOLECULAR
COMPOSICIÓN ELEMENTAL
(Gp:) Razón básica: cociente entre 2 cantidades que están relacionadas de alguna manera.
2 moles de átomos de H
1 mol de moléculas de agua
(Gp:) Razón unitaria: cociente entre 2 cantidades que son equivalentes.
6.02 x 1023 partículas
1 mol de partículas
Composición Elemental y fórmula mínima
Se puede obtener la fórmula mínima a partir de la composición elemental.
El análisis elemental de 1 compuesto muestra que tiene 3.08% en masa de hidrógeno (H), 31.61% en masa de fósforo (P) y 65.31% en masa de oxígeno (O) = 100%
Para calcular la masa de c/elemento presente tenemos que tomar una muestra del compuesto y conocer su masa. Supongamos que tenemos 100g de compuesto.
Hidrógeno 3.08g
Fósforo 31.61g
Oxígeno 65.31g
100g
Calcular la cantidad de sustancia
nH= [3.08g de H] 1 mol de átomos de H = 3.055moles de átomos de H
1.008g de H
nP= [31.61g de P] 1 mol de átomos de P = 1.021moles de átomos de P
30.974g de P
nO= [3.08g de O] 1 mol de átomos de O = 4.082moles de átomos de O
15.999g de O
(Gp:) Podríamos escribir la fórmula del compuesto como H3.055P1.021O4.082 dándonos la relación de los elementos presentes en el compuesto.
Para obtener los subíndices como números enteros hay que dividir a todos entre el # más pequeño.
H: 3.055 átomos de H = 2.99 átomos de H por cada átomo de P
1.021 átomos de P
P: 1.021 átomos de P = 1.00
1.021 átomos de P
O: 4.082 átomos de O = 3.99 átomos de O por cada átomo de P
1.021 átomos de P
H3PO4
ACTIVIDAD
a)1 muestra de 1 compuesto tiene 47.98% de Zn y 52.02% de Cl. Determina la fórmula mínima
b) 1 muestra de 2.5g de 1 compuesto tiene 3.08% de H, 31.61% de P y 65.31% de O. Calcula la fórmula mínima.
c)El análisis elemental de 1 compuesto indica que se tiene 40.92% de C, 4.58% de H y 54.50% de O. Determina la fórmula mínima.
Composición Elemental y fórmula molecular
La fórmula que se obtiene a partir del análisis elemental es siempre la fórmula mínima.
Para la fórmula molecular necesitamos conocer la masa molar del compuesto y la fórmula mínima que podemos calcular de la composición elemental.
La masa molar de 1 compuesto tiene que ser un múltiplo entero de la masa molar de su fórmula mínima.
La fórmula mínima de un compuesto es C3H4O3 y su masa molar es 176.12 g/mol. Determina su fórmula molecular.
Determinar la masa molar de la fórmula mínima
3(12.011) + 4(1.008) + 3(15.999) = 88.062g/mol
Dividimos la masa molar del compuesto entre la masa molar de la fórmula mínima.
176.12/88.062 = 1.999
La fórmula molecular es el doble de la fórmula mínima
C6H8O6
ACTIVIDAD
1 muestra de 5.7g de 1 compuesto tiene 85.62% de C y 14.38% de H. Su masa molar es igual a 98.182g/mol. Determina la fórmula mínima y la fórmula molecular del compuesto.
Otros cálculos con la composición elemental
A veces resulta importante conocer la masa de determinado elemento que se puede obtener de 1 compuesto, sobretodo en la industria minera.
La calcopirita contiene principalmente Cu pero además contiene Fe y S. Su fórmula química es CuFeS2. si de 1 mina se extraen 4.5×103 Kg del mineral ¿cómo saber cuánto Cu y cuánto Fe se puede extraer?
Con la fórmula del compuesto sabemos la proporción de Cu y Fe que tenemos y podemos calcular el % en masa de estos elementos, por lo que 1ro calculamos la masa molar del compuesto:
(63.546) + (55.857) + 2(32.06) = 183.513g/mol
2. De esa masa total, 63.546g son de Cu y 55.847g son de Fe. Estas cantidades representan los siguientes porcentajes:
%Cu = 63.546g 100% de masa = 34.63% %Fe = 55.847g 100% de masa = 30.43%
183.513g 183.513g
3. Con estos datos y el valor de la masa de la muestra, tenemos lo que se obtendrá de Cu y Fe
Cu: 34.63% 4.5 x 103Kg = 1.558 x 103 Kg
100%
Fe: 30.43% 4.5 x 103 Kg = 1.369 x 103 Kg
100%
ACTIVIDAD
La hematita es un mineral de Fe. Su fórmula química es Fe2O3. En una mina se extraen 7.8 x 104 kg de mineral mensualmente. Calcula la cantidad de Fe que se obtiene de la mina en 1 año.
Calcula la cantidad de pirolusita (MnO2) que se tiene que extraer de una mina, si se quieren obtener 2.3 x 103kg de manganeso.
TAREA
Fórmula mínima y fórmula molecular
Determina la fórmula mínima del merthiolate, cuya composición elemental es: 26.70% de C, 2.24% de H, 7.90% de O, 5.68% deNa, 7.92% de S y 49.45% de Hg. Si la masa molar del merthiolate es igual a 404.82g/mol, determina la fórmula molecular.
La cafeína es un estimulante del sistema nervioso central. Una muestra de 7.8g de cafeína contiene 49.5% de C, 5.2% de H, 28.87% de N y 16.5% de O. Determina su fórmula mínima y su fórmula molecular. La masa molar de la cafeína es 194g/mol.
una muestra de 247g de uno de los componentes del esmog tiene 48.9g de C, 6.2g de H, 28.6g de N y el resto es oxígeno. Determina la composición elemental y la fórmula mínima del compuesto.
Determina las fórmulas mínimas de los compuestos que tienen la composición elemental siguiente:
1.65% de H, 19.68% de C y 78.66% de O
55.26% de K, 14.59% de P, 30.15% de O
33.88% de Cu, 14.94% de N, 51.18% de O
43.3% de Na, 11.35% de C, 45.3% de O
40.3% de C, 6.04% de H, 53.69% de O
Composición elemental
determina la composición elemental de los siguientes compuestos:
C6H6
K2SO4
CS2
Mg3N2
(NH2)2CO
El latón amarillo que se utiliza en la fabricación de herramientas es una aleación formada por 67% de cobre y 33% de cinc. Calcula la cantidad en gramos de cobre que contiene una herramienta de 100g hecha de latón amarillo.
El acero inoxidable es una aleación formada por 80.6% de Fe, 0.4% de C, 18% de Cr y 1% de Ni. Calcula la cantidad en gramos de cada uno de estos elementos que hay en un utensilio de acero inoxidable con masa de 50g.
La plata que se utiliza para la fabricación de anillos es una aleación formada por 92.5% de Ag y 7.5% de Cu. Calcula la cantidad de plata que contiene un anillo que tiene una masa de 10.5g.
CLASE 4
Cálculos estequiométricos
Es importante saber cuánto se produce en 1 rxn química o qué cantidad de reactivos se necesitan para obtener la cantidad deseada de productos.
En la industria es necesario conocer cuánto se necesita y cuánto se produce de determinados compuestos.
Interpretar a la rxn química de manera cuantitativa con cantidades.
La estequiometría es el estudio cuantitativo de los reactivos y los productos en 1 rxn química.
La cantidad de reactivos y productos que participan en 1 rxn química se pueden expresar en unidades de masa, volumen o cantidad de sustancia.
Es mas conveniente utilizar la cantidad de sustancia.
Los coeficientes estequiométricos obtenidos al balancear la ecuación, nos permiten conocer la cantidad de productos a partir de cierta cantidad de reactivos, o viceversa.
Para poder trabajar con la ecuación química, definimos las razones estequiométricas.
1 razón estequiométrica es un parámetro constante y universal para cada par de participantes en la rxn y se obtiene con el cociente entre 2 coeficientes estequiométricos
Para obtenerlos hay que tener las ecuaciones químicas balanceadas.
2CO (g) + O2 (g) ? 2CO2 (g)
La razón estequiométrica entre el monóxido de carbono (CO) y el oxígeno (O2) es
2 moles de CO
1mol de O2
Esta razón indica las moles de monóxido de carbono que se requieren para reaccionar con 1 mol de oxígeno.
Para la misma rxn se pueden construir las razones estequiométricas siguientes. Esto indica que se obtienen 2 moles de CO2 por 2 moles de CO, o por 1 mol de O2.
2 moles de CO 1 mol de O2
2 moles de CO2 2 moles de CO2
Lo mas importante para cualquier cálculo estequiométrico es escribir la ecuación química correctamente balanceada
Para realizar cálculos estequiométricos se pueden seguir los siguientes pasos:
Escribe las fórmulas correctas de reactivos y productos y balancea la rxn química:
2 H2 (g) + O2 (g) ? 2 H2O (l)
Cuando sea necesario calcula la cantidad de sustancia a partir de la masa de las sustancias cuyos datos estén dados en el problema. Supongamos que tenemos 4.5g de H2. calculamos la cantidad de sustancia de H2 con el empleo de su masa molar:
nH2 = 4.5g de H2 1 mol de H2 = 2.232 moles de H2
2.016g de H2
Utiliza las razones estequiométricas para calcular la cantidad de las sustancias que deseas conocer. Para conocer cuánto oxígeno necesitamos y cuánta agua se produce en la rxn:
nO2 = 2.232 moles de H2 1 mol de O2 = 1.116 moles de O2
2 moles de H2
nH2O = 2.232 moles de H2 2 moles de H2O = 2.232 moles de H2O
2 moles de H2
Con la cantidad de sustancia y las masas molares de las sustancias puedes calcular la masa de las mismas. La masa molar del O2 es 31.998 g/mol y la del H2O es 18.015 g/mol, con lo cual tenemos lo siguiente:
mO2 = 1.116 moles de O2 31.998 g de O2 = 35.709g de O2
1 mol de O2
mH2O = 2.232 moles de H2O 18.015g de H2O = 40.209g de H2O
1 mol de H2O
Ahora sabemos que 4.5g de H2 necesitan 35.709g de O2 para reaccionar y producir 40.209g de H2O
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