ESTÁNDAR
Entorno físico (Procesos químicos)
- Relaciono la estructura de las moléculas orgánicas e inorgánicas con sus propiedades físicas y químicas y su capacidad de cambio químico.
Ciencia, tecnología y sociedad
- Utilizo modelos biológicos, físicos y químicos para explicar la transformación y conservación de la energía.
- Identifico aplicaciones de diferentes modelos biológicos, químicos y físicos en procesos industriales y en el desarrollo tecnológico; analizo críticamente las implicaciones de sus usos.
COMPONENTE
- Entorno físico (Procesos químicos)
- Ciencia, tecnología y sociedad
INDICADOR DE DESEMPEÑO
De Conocimiento:
- Establezco relaciones entre las diferentes teorías de la estructura de los átomos.
De Desempeño:
- Empleo las leyes ponderables y la tabla periódica para determinar y proyectar propiedades físicas y químicas de los elementos y la formación de compuestos.
METODOLOGÍA/ SECUENCIA DIDÁCTICA
- Unidad didáctica
- Estequiometria (conceptos básicos y balanceo por tanteo).
- Propósito
- Comprender los conceptos bases de la estequiometria y el proceso de balanceo por tanteo
- Desarrollo cognitivo instruccional
¿Qué es la estequiometría?
A la rama de la química que se encarga del estudio cuantitativo de los reactivos y productos que participan en una reacción se le llama estequiometria.
Los cálculos estequiométricos se basan en el hecho de que los átomos se conservan. Ellos no pueden ser destruidos o creados. Los números y tipos de átomos de antes y después de las reacciones son siempre los mismos. Esta es la ley básica de la naturaleza.
Ten en cuenta que…
Para abordar la estequiometría, se debe considerar lo siguiente:
Conservación de la materia
Mijaíl Lomonósov en 1745, enunció la ley de conservación de la materia “En una reacción química donde la masa permanece invariable, es decir, la masa presente en los reactivos es igual a la masa presente en los productos”.
En el mismo año el químico Antoine Lavoisier propone que “la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma”. Es por esto que muchas veces la ley de conservación de la materia es conocida como ley de Lavoisier Lomonósov.
Partiendo de lo anterior, cuando se produce una reacción química debe cumplirse que la cantidad de átomos de los reactivos debe ser igual a la cantidad de átomos de los productos.
Ley de las proporciones múltiples
La ley de las proporciones múltiples fue enunciada por John Dalton, en el año 1803, y es una importante ley estequiométrica. Fue demostrada en la práctica por el químico francés Gay-Lussac.
Esta ley indica que cuando dos elementos A y B, son capaces de combinarse entre sí para formar varios compuestos distintos, las distintas masas de B que se unen a una cierta masa de A, están en relación de números enteros y sencillos.
En la siguiente imagen puedes analizar un ejemplo de las proporciones en algunos compuestos:
Recuerda: ¿Qué es una reacción química?
La reacción química, es un proceso en que las sustancias reaccionantes, se convierten a una o más sustancias diferentes, estas se conocen como productos. Una reacción química reordena los átomos constituyentes de los reactivos para producir diferentes sustancias. La quema de combustibles, la fundición de hierro, la fabricación de vidrio, cerámica, cerveza, y la elaboración del vino y el queso, son entre muchos, ejemplos de actividades que incorporan las reacciones químicas que se han conocido y utilizado durante miles de años. Por ejemplo, en la siguiente imagen observas la fermentación del alcohol. Las levaduras presentes en algunos alimentos son hongos unicelulares. En las condiciones adecuadas pueden consumir carbohidratos (los azúcares de la fruta) para producir alcohol etílico. O, dicho de otra forma, el azúcar de las uvas se transforma en etanol y además se produce dióxido de carbono.
Otro ejemplo:
Observa la siguiente reacción y analiza las partes de una ecuación química y el número de átomos en los reactivos y la cantidad de esos mismos átomos en los productos.
Antes de pensar en balancear ecuaciones es importante que tengas claridad en algunos conceptos.
Recuerda que:
Peso atómico: también se conoce como masa atómica, es un dato que podemos encontrar en la tabla periódica y representa la suma de protones y neutrones, varía en cada elemento.
Masa molecular: se calcula sumando los pesos atómicos de los elementos que componen la molécula
Mol: Un mol es la cantidad de sustancia que contiene el número de Avogadro de partículas (átomos, moléculas, iones, electrones, etc.) El número de Avogadro (NA vale 6,023 x 1023 partículas).
Formula empírica: da información sobre la relación más sencilla que hay entre los átomos de una sustancia.
Ejemplo: formula empírica del butano C2H5
Formula molecular: aplica a sustancias moleculares, informa sobre el número de átomos que integra una molécula.
Formula molecular del butano (C2H5) = C4H10
Observa los siguientes ejemplos de una reacción química y los conceptos anteriormente expuestos presentes en estas.
Teniendo en cuenta la ley de la conservación de la materia, debemos aprender un proceso importante que es el balanceo de ecuaciones, este se utiliza para hacer cálculos de las cantidades de reactivos necesarios en una reacción y la cantidad y características de los productos que se obtendrán en esta.
El primer método que aprenderemos es el balanceo por tanteo, consiste en ir cambiando los coeficientes de los reactivos y productos hasta lograr una igualdad en ambos lados de la ecuación. Debes tener en cuenta que los primeros elementos que se balancean son los metales y no metales, luego oxígenos y por últimos hidrógenos.
Ejemplo 1:
Los coeficientes de color azul son los números que se han agregado a la ecuación para igualar la cantidad de átomos en los reactivos y los productos. Los números pequeños o subíndices no se pueden alterar porque sería cambiar de molécula.
Ejemplo 2:
Ejemplo 3:
Considere un ejemplo específico. En el laboratorio se pueden preparar pequeñas cantidades de oxígeno gaseoso mediante el calentamiento de clorato de potasio (KClO3). Los productos son oxígeno gaseoso (O2) y cloruro de potasio (KCl). A partir de esta información, escribimos:
(Para simplificar omitimos los estados físicos de los reactivos y productos.) Los tres elementos (K, Cl y O) aparecen sólo una vez en cada lado de la ecuación, pero únicamente el K y el Cl tienen igual número de átomos en ambos lados de la ecuación. Así, KClO3 y KCl deben tener el mismo coeficiente. El siguiente paso consiste en lograr que el número de átomos de O sea igual en ambos lados de la ecuación. Debido a que hay tres átomos de O del lado izquierdo y dos del lado derecho de la ecuación, estos átomos se igualan colocando un 2 a la izquierda del KClO3 y un 3 a la izquierda del O2.
Por último, igualamos los átomos de K y Cl colocando un 2 a la izquierda del KCl
Como verificación final, podemos hacer una hoja de balance para reactivos y productos en donde los números entre paréntesis indican el número de átomos de cada elemento:
Observe que el balanceo de esta ecuación se puede efectuar con coeficientes que sean múltiplos de 2 (para KClO3), 2 (para KCL) y 3 (para O2); por ejemplo:
Información cuantitativa de las reacciones
De acuerdo a lo que hemos visto anteriormente, con la información de una reacción química podemos tener información en moles y gramos, lo importante es tener claridad en el factor de conversión. Visita la siguiente página web donde se te recordará este proceso https://es.wikihow.com/convertir-gramos-a-moles
Analiza la siguiente información
Partiendo de cálculos estequiométricos entre productos y reactivos, se pueden obtener la masa de los productos en una ecuación unidireccional.
Ejemplo 4:
En un hogar se utiliza una pipeta con gas butano C4H10 (gas doméstico, incoloro y estable que se licúa fácilmente por presión y se emplea principalmente como combustible doméstico e industrial envasado en recipientes de acero), para calentar los alimentos.
Consideremos la siguiente situación:
Calculemos la masa de CO2 producida al quemar 1 gramo de gas butano C4H10
Para iniciar debemos conocer cuántas moles de butano tenemos en 1,0 gramo de la muestra:
Recordemos: el peso molecular de un compuesto (P.M) se obtiene de la tabla periódica, en este caso sumamos 4 veces el del carbono C (12,011) y el del hidrógeno H 10 veces (1,00), para un total de 58,0 gramos.
- El primer pasó identificar 1 gramos de butano a cuanto equivale en moles.
- La relación estequiometria entre el reactivo del gas butano C4H10 y el producto dióxido de carbono CO2
Entonces, podemos reemplazar el valor obtenido de las moles de gas butano C4 H10 que hay en un gramo de butano para calcular la cantidad de CO2 que se produce a partir de 1, 72 x 10-2 moles de C4H10.
Ahora para determinar la masa del CO2, debemos tomar las moles que son de:
Ahora para determinar la masa del CO2, debemos tomar las moles calculadas y hacer la conversión con la masa molecular del CO2.
Para ampliar tu comprensión, observa los siguientes videos:
https://www.youtube.com/watch?v=A9Ag1seap2g (estequiometría)
https://www.youtube.com/watch?v=JNOJxkjMaMI (balanceo por tanteo)
- Desarrollo Metodológico
Ingresa al siguiente enlace y practica el método de balanceo:
Para profundizar en el balanceo de ecuaciones, ingresa al siguiente enlace y examina el Balanceo por Redox: http://aprende.colombiaaprende.edu.co/sites/default/files/naspublic/ContenidosAprender/G_10/S/S_G10_U02_L02/S_G10_U02_L02_03_05_01.html
Actividad:
Responda las siguientes preguntas:
- Utilice la formación de agua a partir de hidrógeno y oxígeno para explicar los siguientes términos: reacción química, reactivo y producto.
- ¿Cuál es la diferencia entre una reacción y una ecuación químicas?
- ¿Por qué se debe hacer el balanceo de una ecuación química? ¿Qué ley se obedece con este procedimiento?
- Escriba los símbolos que se utilizan para representar un gas, un líquido, un sólido y la fase acuosa en las ecuaciones químicas.
- Haga el balanceo de las siguientes ecuaciones, utilizando el método de tanteo:
