Resumen de Cinética Química y Estequiometría

## Introducción Las ecuaciones químicas son representaciones simbólicas de reacciones en las que se muestran las sustancias que reaccionan (reactantes) y las que se forman (productos). Al escribir una ecuación química debemos respetar la **conservación de átomos**: el número de átomos de cada elemento debe ser igual antes y después de la reacción. Para esto se balancean las ecuaciones añadiendo coeficientes estequiométricos delante de las fórmulas. > **Definición:** Una ecuación química es una representación simbólica de una reacción química usando fórmulas químicas y coeficientes que indican las cantidades relativas de reactantes y productos. ## Conceptos clave desglosados ### Fórmulas químicas y mol - Una fórmula como $\ce{H2O}$ indica la composición de una molécula (2 átomos de H y 1 de O). - Un mol de moléculas corresponde a $6.022\times10^{23}$ partículas de esa especie, pero aquí trabajaremos con moles como unidades relativas (ej.: 2 mol de $\ce{H2}$). > **Definición:** Mol: cantidad de sustancia que contiene $6.022\times10^{23}$ entidades (átomos, moléculas o iones). ### Balanceo de ecuaciones (pasos básicos) 1. Escribe la ecuación no balanceada con fórmulas correctas. Ejemplo: $$\ce{C5H12 + O2 -> CO2 + H2O}$$ 2. Cuenta los átomos de cada elemento en reactantes y productos. 3. Ajusta coeficientes enteros pequeños para igualar los átomos en ambos lados. 4. Verifica que todos los elementos queden balanceados. > **Definición:** Coeficientes estequiométricos: números enteros que se colocan delante de fórmulas para balancear la ecuación. ### Representación con \ce{} y dirección de la reacción - Use siempre la sintaxis $\ce{...}$ para fórmulas y flechas: $\ce{->}$ para reacciones directas. ## Ejemplos prácticos y aplicaciones reales ### Ejemplo 1: Reacción de combustión del pentano Ecuación no balanceada: $$\ce{C5H12 + O2 -> CO2 + H2O}$$ Paso 1: Contar átomos en cada especie (no balanceada): - Reactantes: C en $\ce{C5H12}$ = 5 átomos por molécula, H = 12, O en $\ce{O2}$ = 2 por molécula. - Productos: en $\ce{CO2}$ C = 1, O = 2; en $\ce{H2O}$ H = 2, O = 1. Balanceo (estrategia): balancear C y H primero, después O. - Para C: poner coeficiente 5 en $\ce{CO2}$: $$\ce{C5H12 + O2 -> 5CO2 + H2O}$$ - Para H: poner coeficiente 6 en $\ce{H2O}$ (porque $6\times2=12$ H): $$\ce{C5H12 + O2 -> 5CO2 + 6H2O}$$ - Para O: contar O en productos: $5\times2 + 6\times1 = 10 + 6 = 16$ átomos de O total, es decir $8$ moléculas de $\ce{O2}$ (porque $8\times2=16$). Entonces la ecuación balanceada es: $$\ce{C5H12 + 8O2 -> 5CO2 + 6H2O}$$ Tabla con conteos (usando coeficientes de la ecuación balanceada): | Reactantes | | | Productos | | | --- | --- | --- | --- | --- | | | $\ce{C5H12}$ | $\ce{O2}$ | $\ce{CO2}$ | $\ce{H2O}$ | | Mol de sustancia | 1 mol de moléculas de $\ce{C5H12}$ | 8 mol de moléculas de $\ce{O2}$ | 5 mol de moléculas de $\ce{CO2}$ | 6 mol de moléculas de $\ce{H2O}$ | | Mol de átomos de Carbono (C) | 5 mol de átomos de C | 0 | 5 mol de átomos de C | 0 | | Mol de átomos de Hidrógeno (H) | 12 mol de átomos de H | 0 | 0 | 12 mol de átomos de H | | Mol de átomos de Oxígeno (O) | 0 | 16 mol de átomos de O | 10 mol de átomos de O | 6 mol de átomos de O | | Mol de átomos totales | 17 mol de átomos | 16 mol de átomos | 15 mol de átomos | 18 mol de átomos | Verificación: moles de átomos totales en reactantes $17+16=33$ y en productos $15+18=33$, por lo que la ecuación respeta la conservación de átomos. Did you know que la combustión completa de hidrocarburos como el pentano produce $\ce{CO2}$ y $\ce{H2O}$ y libera energía utilizada en motores y calefacción? ### Ejemplo 2: Síntesis del amoníaco Ecuación no balanceada: $$\ce{N2 + H2 -> NH3}$$ Balanceo: Para obtener 2 átomos de N del $\ce{N2}$ y que aparezcan en productos, coloque coeficientes: - Si ponemos 2 en $\ce{NH3}$ tenemos $2\times3=6$ H, por lo que necesitamos 3 en $\ce{H2}$ (porque $3\times2=6$). Entonces la ecuación balanceada es: $$\ce{N2 + 3H2 -> 2NH3}$$ Tabla con conteos: |