reacciones quiicas
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INDICE
REACCIONES QUIMICAS---------------------------------------------------------------------------------------3-6
CLASIFICACION DE REACCIONES QUIMICAS----------------------------------------------------------7-8
ESTEQUIOMETRIA------------------------------------------------------------------------------------------------8
BALANCEO DE ECUACIONES--------------------------------------------------------------------------------8-14
CALCULO DE PROBLEMAS-----------------------------------------------------------------------------------14-16
EJEMPLOS DE METODOS DE ECUACIONES-----------------------------------------------------------17-22
CONCLUSIONES-------------------------------------------------------------------------------------------------23
BIBLIOGRAFIA-----------------------------------------------------------------------------------------------------24
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REACCIONES QUIICAS
Una reacción química o cambio químico es todo proceso químico en el cual dos o más sustancias
(llamadas reactantes), por efecto de un factor energético, se transforman en otras sustancias
llamadas productos. Esas sustancias pueden ser elementos o compuestos. Un ejemplo de reacción
química es la formación de óxido de hierro producida al reaccionar el oxígeno del aire con el hierro.
A la representación simbólica de las reacciones se les llama ecuaciones químicas.
Los productos obtenidos a partir de ciertos tipos de reactivos dependen de las condiciones bajo las
que se da la reacción química. No obstante, tras un estudio cuidadoso se comprueba que, aunque
los productos pueden variar según cambien las condiciones, determinadas cantidades permanecen
constantes en cualquier reacción química. Estas cantidades constantes, las magnitudes
conservadas, incluyen el número de cada tipo de átomo presente, la carga eléctrica y la masa total.
Los tipos de reacciones inorgánicas son: Ácido-base
(Neutralización), combustión, solubilización, reacciones redox y precipitación.
Desde un punto de vista de la física se pueden postular dos grandes modelos para las reacciones
químicas: reacciones ácido-base (sin cambios en los estados de oxidación) y reacciones Redox (con
cambios en los estados de oxidación). Sin embargo, podemos estudiarlas teniendo en cuenta que
ellas pueden ser:
Nombre Descripción Representación
Reacción de síntesisElementos o compuestos sencillos que se unen
para formar un compuesto más complejo.A+B → AB
Reacción de
descomposición
Un compuesto se fragmenta en elementos o
compuestos más sencillos. En este tipo de
reacción un solo reactivo se convierte en zonas o
productos.
AB → A+B
Reacción de
desplazamiento o simple
sustitución
Un elemento reemplaza a otro en un compuesto. A + BC → AC + B
Reacción de doble
desplazamiento o doble
sustitución
Los iones en un compuesto cambian lugares con
los iones de otro compuesto para formar dos
sustancias diferentes.
AB + CD → AD +
BC
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Respecto a las reacciones de la química orgánica, nos referimos a ellas teniendo como base a
diferentes tipos de compuestos como alcanos, alquenos, alquinos, alcoholes, aldehídos cetonas, etc.
que encuentran su clasificación y reactividad en el grupo funcional que contienen y este último será
el responsable de los cambios en la estructura y composición de la materia. Entre los grupos
funcionales más importantes tenemos a los dobles y triples enlaces y a los
grupos hidroxilo, carbonilo y nitro.
Desde el punto de vista de la física, representamos a la reacción como:
tal que νi son los coeficientes estequiométricos de la reacción, que pueden ser positivos (productos)
o negativos (reactivos). La ecuación presenta dos formas posibles de estar químicamente la
naturaleza (como suma de productos o como suma de reactivos).
Si dmi es la masa del producto que aparece, o del reactivo que desaparece, resulta que:
Constante . Mi sería la masa molecular del compuesto correspondiente y ξ se denomina grado de
avance. Este concepto es importante pues es el único grado de libertad en la reacción.
Cuando existe un equilibrio en la reacción, la entalpía libre es un mínimo, por lo que:
Nos lleva a que la afinidad química es nula.
La cantidad de producto que se suele obtener de una reacción química, es menor que la cantidad
teórica. Esto depende de varios factores, como la pureza del reactivo, las reacciones secundarias
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que puedan tener lugar,es posible que no todos los productos reaccionen,la recuperación del 100%
de la muestra es prácticamente imposible .
El rendimiento de una reacción se calcula mediante la siguiente fórmula:
Cuando uno de los reactivos esté en exceso, el rendimiento deberá calcularse respecto al reactivo
limitante. Y el rendimiento depende del calor que expone la reacción.
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CLASES O TIPOS DE REACCIONES QUÍMICAS
REACCION DE COMPOSICIÓN O SÍNTESIS:
En las reacciones de síntesis o composición es donde dos reactantes se combinan para formar un
solo producto. Muchos elementos reaccionan con otro de esta manera para formar compuestos, por
ejemplo:
2CaO(s) + 2H2O(l) → 2Ca(OH)2(ac)
en esta formula se mezclan 2 moles de oxido de calcio sólido con 2 moles de agua liquida
reacciona produciendo 2 moles de dihidroxido de calcio acuoso.
REACCION DE DESCOMPOSICION O ANÁLISIS:
Este tipo de reacción es contraria a la de composición o síntesis ya que en esta no se unen 2 o mas
moléculas para formar una sola, sino que una sola molécula se divide o se rompe para formar varias
moléculas mas sencillas, por ejemplo:
2HgO (s) → 2Hg(l) + O2(g)
en esta formula una 2 molécula de oxido de mercurio sólido se descomponen o dividen para formar
2 moléculas de mercurio y una de oxigeno, las cuales son mas sencillas que la primera.
REACCION DE DESPAZAMIENTO O SUTITUCION:
En este tipo de reacción, un elemento libre sustituye y libera a otro elemento presente en un
compuesto, su ecuación general es:
CuSO4 + Fe → FeSO4 + Cu
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En esta reacción un mol de sulfato de cobre con 1 mol de hierro para formar sulfato de hierro y cobre
REACCION DE DOBLE SUTITUCION O DOBLE DESPLAZAMIENTO:
Son aquellas reacciones que se dan por intercambio de átomos entre los reactivos
AB + CD----------------- AC + BD
Por Ejemplo:
K2S + MgSO4 → K2SO4 + MgS
En esta reacción 1 mol de sulfuro de potasio reaccionan con sulfato de magnesio para formar sulfato
de potasio y sulfuro de magnesio.
Es difícil encontrar reacciones inorgánicas comunes que puedan clasificarse correctamente como de
doble sustitución.
ESTEQUIOMETRÍA
Es la parte de la química que tiene por objeto calcular las cantidades en masa y volumen de las
sustancias reaccionantes y los productos de una reacción química. Se deriva del griego “Stoicheion”
que significa elemento y “Metrón” que significa medir. Entre la estequiometría vamos a encontrar lo
siguiente: Composición porcentual y molar, Nomenclatura, Leyes químicas, Reacciones químicas,
Balanceo de ecuaciones.
BALANCEO DE ECUACIONES
Cuando la reacción química se expresa como ecuación, además de escribir correctamente todas las
especies participantes (nomenclatura), se debe ajustar el número de átomos de reactivos y
productos, colocando un coeficiente a la izquierda de los reactivos o de los productos. El balanceo
de ecuaciones busca igualar el de átomos en ambos lados de la ecuación, para mantener la Ley de
Lavoisiere.
Por ejemplo en la siguiente reacción (síntesis de agua), el número de átomos de oxígenos de
reactivos, es mayor al de productos.
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H2 + O2 H2O
Para igualar los átomos en ambos lados es necesario colocar coeficientes y de esta forma queda
una ecuación balanceada.
2 H2 + O2 2 H2O
Nota:
Para calcular el número de átomos, el coeficiente multiplica a los subíndices y cuando el cuando el
coeficiente es igual a 1 "se omite" por lo que el número de átomos es igual al subíndice.
Los métodos más comunes para balancear una ecuación son : Tanteo , Algebraíco y Redox .
===== Métodos =====
Tanteo
Consiste en dar coeficientes al azar hasta igualar todas las especies.
Ejemplo :
CaF2 + H2SO4 CaSO4 + HF
Ecuación no balanceada
El número de F y de H esta desbalanceado, por lo que se asignará (al azar) un coeficiente en la
especie del flúor de la derecha.
CaF2 + H2SO4 CaSO4 + 2 HF
Ecuación balanceada
Ejemplo :
K + H2O KOH + H2
Ecuación no balanceada
El número de H esta desbalanceado, por lo que se asignará (al azar) un coeficiente en la especie del
hidrógeno de la izquierda.
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K + 2 H2O KOH + H2
Ecuación no balanceada
Quedarían 4 H en reactivos y 3 en productos, además la cantidad de oxígenos quedó
desbalanceada, por lo que ahora se ajustará el hidrógeno y el oxígeno.
K + 2 H2O 2 KOH + H2
Ecuación no balanceada
El número de K es de 1 en reactivos y 2 en productos, por lo que el balanceo se termina ajustando el
número de potasios.
2 K + 2 H2O 2 KOH + H2
Ecuación balanceada
Algebraico
Este método es un proceso matemático que consistente en asignar literales a cada una de las
especies , crear ecuaciones en función de los átomos y al resolver las ecuaciones, determinar el
valor de los coeficientes.
Ecuación a balancear:
FeS + O2 Fe2O3 + SO2
Los pasos a seguir son los siguientes:
1. Escribir una letra, empezando por A, sobre las especies de la ecuación:
A B C D
FeS + O2 Fe2O3 + SO2
2. Escribir los elementos y para cada uno de ellos establecer cuántos hay en reactivos y en
productos, con respecto a la variable. Por ejemplo hay un Fe en reactivos y dos en productos, pero
en función de las literales donde se localizan las especies (A y C) se establece la ecuación A = 2C .
El símbolo produce ( ) equivale al signo igual a (=).
Fe A = 2C
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S A = D
O 2B = 3C + 2D
3. Utilizando esas ecuaciones, dar un valor a cualquier letra que nos permita resolver una ecuación
(obtener el valor de una literal o variable) y obtener después el valor de las demás variables. Es decir
se asigna un valor al azar (generalmente se le asigna el 2) a alguna variable en una ecuación, en
este caso C = 2 , de tal forma que al sustituir el valor en la primera ecuación se encontrará el valor
de A. Sustituyendo el valor de A en la segunda ecuación se encuentra el valor de D y finalmente en
la tercera ecuación se sustituyen los valores de C y D para encontrar el valor de B.
A B C D
FeS + O2 Fe2O3 + SO2
Fe A = 2C Sí C =2 A= D 2B = 3C + 2D
S A = D A= 2C D = 4 2B = (3)(2) + (2)(4)
O 2B = 3C + 2D A= 2(2) 2B = 14
A = 4 B = 14/2 B = 7
4. Asignar a cada una de las especies el valor encontrado para cada una de las variables:
A B C D
4 FeS + 7 O2 2Fe2O3 + 4SO2
Ecuación Balanceada
Redox
Se conoce como estado elemental la forma en que se encuentra un elemento en estado puro (sin
combinarse con otro elemento), puede ser atómico como el metal (Al) , diatómico como los gases o
halógenos (O2) y poliatómicos (S6) .
Como los elementos puros no están combinados se dicen que no tienen valencia, por lo que se creó
el concepto "número de oxidación" , que para los átomos de los elementos tiene el valor de cero
(0) .
Es decir cuando se trata de una reacción de Redox, el número de oxidación de los átomos de los
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compuestos equivale a su valencia, mientras que los átomos de los elementos tienen número de
oxidación cero, por ejemplo :
Na + H2O NaOH + H2
Na0 + H+12O-2 Na+1O-2H+1 + H0
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Reacción Redox
Se conoce como reacción REDOX aquella donde los números de oxidación de algunos átomos
cambia al pasar de reactivos a productos. Redox proviene de las palabras REDucción y OXidación.
Esta reacción se caracteriza porque siempre hay una especie que se oxida y otra que se reduce.
Oxidación. Es la pérdida de electrones que hace que los números de oxidación se incrementen.
Reducción. Ganancia de electrones que da lugar a que los números de oxidación se disminuyan.
Para la reacción anterior : Na0 Na+1 Oxidación
H+12 H0
2 Reducción
Para expresar ambos procesos, se utilizan hemirreacciones donde se escriben las especies cambiantes y sobre las
flechas se indica el número de electrones ganados y/o perdidos.
BALANCEO REDOX
Las reglas para el balanceo redox (para aplicar este método, usaremos como ejemplo la siguiente reacción) son:
K2Cr2O7 + H2O + S SO2 + KOH + Cr2O3
1. Escribir los números de oxidación de todas las especies y observar cuáles son las que cambian.
K+12Cr+6
2O-27 + H+1
2O-2 + S0 S+4O-2
2 + K+1O-2H+1 + Cr+32O-2
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2. Escribir las hemirreacciones de oxidación y de reducción, cuando una de las especies cambiantes tiene
subíndices se escribe con él en la hemirreacción (por ejemplo el Cr2 en ambos lados de la reacción) y si es
necesario, balancear los átomos (en este caso hay dos átomos de cromo y uno de azufre en ambos lados "se
encuentran ajustados", en caso de no ser así se colocan coeficientes para balancear las hemirreacciones) y
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finalmente indicar el número de electrones ganados o perdidos (el cromo de +6 a +3 gana 3 electrones y al ser dos
cromos ganan 6 electrones y el azufre que pasa de 0 a +4 pierde 4 electrones).
+6 e
Cr+62 Cr+3
2 Reducción
- 4e
S0 S+4 Oxidación
3. Igualar el número de electrones ganados al número de electrones perdidos. Para lograrlo se
necesita multiplicar cada una de las hemirreacciones por el número de electrones ganados o
perdidos de la hemirreacción contraria (o por sus mínimo común denominador).
+6 e
2 [ Cr+62 Cr+3
2 ]
- 4e
3 [ S0 S+4 ]
+12 e
2 Cr+62 2Cr+3
2
- 12e
3 S0 3 S+4
4. Hacer una sumatoria de las hemirreacciones para obtener los coeficientes, y posteriormente,
colocarlos en las especies correspondientes.
3 S0 + 2Cr+62 3 S+4 + 2Cr+3
2
2K2Cr2O7 + H2O + 3S 3SO2 + KOH + 2Cr2O3
5. Terminar de balancear por tanteo.
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2K2Cr2O7 + 2H2O + 3S 3SO2 + 4KOH + 2Cr2O3
CALCULO DE PROBLEMAS
Las etapas esenciales
Ajustar la ecuación química
Calcular el peso molecular o fórmula de cada compuesto
Convertir las masas a moles
Usar la ecuación química para obtener los datos necesarios
Reconvertir las moles a masas si se requiere
Cálculos de moles
La ecuación ajustada muestra la proporción entre reactivos y productos en la reacción
de manera que, para cada sustancia en la ecuación se puede calcular las moles
consumidas o producidas debido a la reacción.
Si conocemos los pesos moleculares, podemos usar cantidades en gramos.
Conversión de moles a gramos:
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Ejemplo: N2 ¿Cuántos moles hay en 14,0 g?
PM = 14,01 x 2 = 28,02 g/mol
Cálculos de masa
Normalmente no medimos cantidades molares, pues en la mayoría de los experimentos
en el laboratorio, es demasiado material. Esto, no es así cuando trabajamos en una planta
química
En general mediremos gramos, o miligramos de material en el laboratorio y toneladas en
el caso de plantas químicas
Los pesos moleculares y las ecuaciones químicas nos permiten usar masas o cantidades
molares
Los pasos son:
Ajustar la ecuación química
Convertir los valores de masa a valores molares
Usar los coeficientes de la ecuación ajustada para determinar las proporciones de
reactivos y productos
Reconvertir los valores de moles a masa.
Para la reacción:
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Tenemos un exceso de HCl, de manera que está presente todo el que necesitamos y
más.
Nótese que por cada Ca producimos 1 H2
1) Calculamos el número de moles de Ca que pusimos en la reacción.
2) 10 g de Ca son 0,25 moles, como tenemos 0,25 moles de Ca, únicamente se
producirán 0,25 moles de H2. ¿Cuántos gramos produciremos?
gramos de H2 = moles obtenidos x peso molecular del H2 = 0,25 moles x 2,016 (g/mol) =
0,504 g
¿Cuántos g de CaCl2 se formaron? También serán 0.25 moles. Y entonces:
gramos de CaCl2 = moles obtenidos x peso molecular del CaCl2 = 0,25 moles x 110,98
(g/mol) = 27,75 g
EJEMPLOS DE ETOS DE ECUACIONES.
jemplo: Balancear la siguiente ecuación
H2O + N2O5 NHO3
Aquí apreciamos que existen 2 Hidrógenos en el primer miembro (H2O). Para ello, con solo
agregar un 2 al NHO3 queda balanceado el Hidrogeno.
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H2O + N2O5 2 NHO3
Para el Nitrógeno, también queda equilibrado, pues tenemos dos Nitrógenos en el primer
miembro (N2O5) y dos Nitrógenos en el segundo miembro (2 NHO3)
Para el Oxigeno en el agua (H2O) y 5 Oxígenos en el anhídrido nítrico (N2O5) nos dan un total de
seis Oxígenos. Igual que (2 NHO3)
Otros ejemplos:
HCl + Zn ZnCl2 H2
2HCl + Zn ZnCl2 H2
KClO3 KCl + O2
2 KClO3 2KCl + 3O2
Balanceo de ecuaciones por el método de Redox ( Oxidoreduccion )
En una reacción si un elemento se oxida, también debe existir un elemento que se reduce. Recordar
que una reacción de oxido reducción no es otra cosa que una perdida y ganancia de electrones, es
decir, desprendimiento o absorción de energía (presencia de luz, calor, electricidad, etc.)
Para balancear una reacción por este método , se deben considerar los siguiente pasos
1)Determinar los números de oxidación de los diferentes compuestos que existen en la ecuación.
Para determinar los números de oxidación de una sustancia, se tendrá en cuenta lo siguiente:
En una formula siempre existen en la misma cantidad los números de oxidación positivos y
negativos
El Hidrogeno casi siempre trabaja con +1, a ecepcion los hidruros de los hidruros donde trabaja
con -1
El Oxigeno casi siempre trabaja con -2
Todo elemento que se encuentre solo, no unido a otro, tiene numero de oxidación 017
2) Una vez determinados los números de oxidación , se analiza elemento por elemento, comparando
el primer miembro de la ecuación con el segundo, para ver que elemento químico cambia sus
números de oxidación
0 0 +3 -2
Fe + O2 Fe2O3
Los elementos que cambian su numero de oxidación son el Fierro y el Oxigeno, ya que el Oxigeno
pasa de 0 a -2 Y el Fierro de 0 a +3
3) se comparan los números de los elementos que variaron, en la escala de Oxido-reducción
0 0 +3 -2
Fe + O2 Fe2O3
El fierro oxida en 3 y el Oxigeno reduce en 2
4) Si el elemento que se oxida o se reduce tiene numero de oxidación 0 , se multiplican los números
oxidados o reducidos por el subíndice del elemento que tenga numero de oxidación 0
Fierro se oxida en 3 x 1 = 3
Oxigeno se reduce en 2 x 2 = 4
5) Los números que resultaron se cruzan, es decir el numero del elemento que se oxido se pone al
que se reduce y viceversa
4Fe + 3O2 2Fe2O3
Los números obtenidos finalmente se ponen como coeficientes en el miembro de la ecuación que
tenga mas términos y de ahí se continua balanceando la ecuación por el método de tanteo
Otros ejemplos
KClO3 KCl + O2
+1 +5 -2 +1 -1 018
KClO3 KCl + O2
Cl reduce en 6 x 1 = 6
O Oxida en 2 x 1 = 2
2KClO3 2KCl + 6O2
Cu + HNO3 NO2 + H2O + Cu(NO3)2
0 +1 +5 -2 +4 -2 +2 -2 +2 +5 -2
Cu + HNO3 NO2 + H2O + Cu(NO3)2
Cu oxida en 2 x 1 = 2
N reduce en 1 x 1 = 1
Cu + HNO3 2NO2 + H2O + Cu(NO3)2
Cu + 4HNO3 2NO2 + 2H2O + Cu(NO3)2
Balanceo de ecuaciones por el método algebraico
Este método esta basado en la aplicación del álgebra. Para balancear ecuaciones se deben
considerar los siguientes puntos
1) A cada formula de la ecuación se le asigna una literal y a la flecha de reacción el signo de igual.
Ejemplo:
Fe + O2 Fe2O3
A B C
2) Para cada elemento químico de la ecuación, se plantea una ecuación algebraica
Para el Fierro A = 2C
Para el Oxigeno 2B = 3C
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3) Este método permite asignarle un valor (el que uno desee) a la letra que aparece en la mayoría de
las ecuaciones algebraicas, en este caso la C
Por lo tanto si C = 2
Si resolvemos la primera ecuación algebraica, tendremos:
2B = 3C
2B = 3(2)
B = 6/2
B = 3
Los resultados obtenidos por este método algebraico son
A = 4
B = 3
C = 2
Estos valores los escribimos como coeficientes en las formulas que les corresponden a cada literal
de la ecuación química, quedando balanceada la ecuación
4Fe + 3O2 2 Fe2O3
Otros ejemplos
HCl + KmNO4 KCl + MnCl2 + H2O + Cl2
A B C D E F
A = 2E
Cl) A = C + 2D + 2F
B = C
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Mn) B = D
O) 4B = E
Si B = 2
4B = E
4(2) = E
E = 8
B = C
C = 2
B = D
D = 2
A = 2E
A = 2 (8)
A = 16
A = C + 2D + 2F
16 = 2 + 2(2) + 2F
F = 10/2
F = 5
16HCl + 2KmNO4 2KCl + 2MnCl2 + 8H2O + 5Cl2
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CONCLUSIONES
REACCIONES QUIMICAS
En síntesis podemos decir que las reacciones químicas son de suma importancia ya que son
fenómenos que vemos a diario en nuestra vida y son la base de la realización de las funciones
vitales y las demás actividades del hombre o cualquier otro ser vivo, como por ejemplo la respiración
es una reacción química, ya que al organismo entra O2 y sale CO2. Además todas las sustancias
que usamos o usan los demás seres vivos fueron producto de reacciones químicas.
CLASIFICACION DE REACCIONES QUIMICAS
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Existen varios tipos de reacciones los cuales son: reacción de combinación, de descomposición, de
sustitución y de doble sustitución, todos estos muy diferentes pero cumplen la misma función la
formación de uno o varias sustancias y/o compuestos nuevos, los cuales pueden ser de mucha
utilidad, o también pueden ser dañinos para la naturaleza.
ESTEQUIOMETRIA
La estequiometría nos sirve para calcular y conocer la cantidad de materia de los productos que se
forma a partir de los reactivos.
Estas relaciones se pueden deducir a partir de la teoría atómica aunque históricamente fueron
enunciadas sin hacer referencia a la composición de la materia según distintas leyes y principios
BALANCEO DE ECUACIONES
Cuando la reacción química se expresa como ecuación, además de escribir correctamente todas las
especies participantes (nomenclatura), se debe ajustar el número de átomos de reactivos y
productos, colocando un coeficiente a la izquierda de los reactivos o de los productos Por lo que
entiendo el balanceo de ecuaciones busca igualar el de átomos en ambos lados de la ecuación, para
mantener la Ley de Lavoisiere.
CALCULO DE PROBLEMAS
Al conocer la relación estequiométrica dada por los coeficientes estequiométricos
se puedecalcular cuanto de uno o de más productos se obtiene a partir de una determinada cantidad
dereactivos, o a la inversa, si se quiere obtener una determinada cantidad de producto,
de quecantidad de reactivos se debe partir. Estos son los cálculos estequiométricos
Está de más decir que ya para cualquier cálculo se parte de la base de la reacción estequiométrica y
que para ello la ecuación debe estar balanceada. Es totalmente incorrecto hacer un cálculo si la
ecuación no está balanceada.
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BIBLIOGRAFÍA
HACIA LA QUÍMICA 1:
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Tercera edición,
Editorial Temis S.A., Bogota - Colombia.
Douglas, B.E., McDaniel, D.H., y Alexander, J.J.
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Reverté, 1994
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Butler, I.S. y Harrod, J.F.
Química Inorgánica. Principios y Aplicaciones,
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