3.1: Preludio a las Ecuaciones Químicas

Las siguientes secciones se refieren a las cantidades de sustancias que participan en reacciones químicas (se abre en una ventana nueva), las cantidades de calor que se desprenden o absorben cuando ocurren las reacciones (se abre en una ventana nueva) y los volúmenes de soluciones que reaccionan exactamente con una otro (se abre en una ventana nueva). Estos temas aparentemente no relacionados se discuten juntos porque muchos de los cálculos que los involucran son casi idénticos en forma. Lo mismo ocurre con los cálculos de densidad (opens in new window) y de los cálculos que involucran masa molar y la constante Avogadro (opens in new window). En cada caso se define una cantidad como la relación de otras dos.

Tabla\(\PageIndex{1}\): Resumen de Cantidades Relacionadas y Factores de Conversión.

Cantidades Relacionadas	Factor de conversión	Definición	Mapa de carreteras
Volumen ↔ masa	Densidad, ρ	\(\rho=\frac{m}{V}\)	\(V\text{ }\overset{\rho }{\longleftrightarrow}\text{ }m\)
Cantidad de sustancia ↔ masa	Masa Molar, M	\(M=\frac{m}{n}\)	\(n\text{ }\overset{M}{\longleftrightarrow}\text{ }m\)
Cantidad de sustancia ↔ número de partículas	Constante Avogadro, N A	\(N_{\text{A}}=\frac{N}{n}\)	\(n\text{ }\overset{N_{\text{A}}}{\longleftrightarrow}\text{ }N\)
Cantidad de X consumida o producida ↔ cantidad de Y consumida o producida	Relación estequiométrica, S (Y/X)	\(S\text{(Y/X)}=\frac{n_{\text{Y}}}{n_{\text{X}}}\)	\(n_{\text{X}}\text{ }\overset{S\text{(Y/X)}}{\longleftrightarrow}\text{ }n_{\text{Y}}\)
Cantidad de X consumida o producida ↔ cantidad de calor absorbido durante la reacción	Δ H m para la ecuación termoquímica	\(\Delta H_{\text{m}}=\frac{q}{n_{\text{X}}}\)	\(n_{\text{X}}\text{ }\overset{\Delta H_{m}}{\longleftrightarrow}\text{ }q\)
Volumen de solución ↔ cantidad de soluto	Concentración de soluto, c X	\(c_{\text{X}}=\frac{n_{\text{X}}}{V}\)	\(V\text{ }\overset{c_{\text{X}}}{\longleftrightarrow}\text{ }n_{\text{X}}\)

La primera cantidad sirve como factor de conversión relacionando las otras dos. Un resumen de las relaciones y factores de conversión que hemos encontrado hasta el momento se da en la Tabla\(\PageIndex{1}\).

Una increíble variedad de problemas se pueden resolver usando los factores de conversión en Table\(\PageIndex{1}\). A veces solo se necesita un factor, pero muy a menudo se aplican varios en secuencia, como en el Ejemplo 3 en Titraciones (opens in new window). Al resolver tales problemas, es necesario primero pensar en su camino, tal vez escribiendo una hoja de ruta que muestre las relaciones entre las cantidades dadas en el problema. Entonces puedes aplicar factores de conversión, asegurándote de que las unidades cancelen, y calcular el resultado.

Los ejemplos en estas secciones deberían darte alguna indicación de las amplias aplicaciones de las técnicas de resolución de problemas que hemos desarrollado aquí. Una vez que hayas dominado estas técnicas, podrás hacer muchos cálculos útiles que están relacionados con problemas en el laboratorio químico, en la vida cotidiana y en el ambiente general. Encontrarás que el mismo tipo de cálculos, o problemas más complicados basados en ellos, se encontrarán una y otra vez a lo largo de tu estudio de química y otras ciencias.

\[\large\underset{\text{Gasoline}}{ \text{2C}_{\text{8}}\text{H}_{\text{12}}} \text{ + }\underset{\text{Air}}{ \text{25O}_{\text{2}}}\text{ } \text{ } \rightarrow \underset{\begin{smallmatrix} \text{Carbon} \\ \text{dioxide}\end{smallmatrix}}{ \text{16CO}_{\text{2}}} \text{ + }\underset{\text{Water}}{ \text{18H}_{\text{2}}\text{O}} \nonumber \]

Hay muchas circunstancias en las que es posible que necesites usar una ecuación equilibrada. Por ejemplo, es posible que desee saber cuánta contaminación del aire se produciría cuando se quemaran 100 toneladas métricas de carbón en una planta de energía eléctrica, cuánto calor podría obtenerse de un kilogramo de gas natural o cuánta vitamina C está realmente presente en una tableta de 300 mg. En cada instancia, alguien más probablemente habría determinado qué reacción tiene lugar, pero necesitarías usar la ecuación balanceada para obtener la información deseada.