Definición de Estequiometría
Ingeniera Química
La estequiometría es un espectro científico que se basa en la utilización de una ecuación química bien balanceada para el cálculo de cantidades de reactivos y productos.
Cuando hablamos de estequiometría nos referimos a muchísimos casos en donde puede que desconozcamos que se lo está aplicando como tal. Por ejemplo, en un horno la combustión se produce en cantidades estequiométricas, si se quema determinada cantidad de gas metano se requiere determinada cantidad de oxígeno para que esa combustión ocurra según la ecuación de reacción. De igual manera, no es indistinta la cantidad de dióxido de carbono producida, lo cual está íntimamente relacionado a sus proporciones estequiométricas una vez más.
Como mencionamos hasta aquí, el primer paso para poder establecer cantidades estequiométricas es el balanceo de la reacción química. Para ello, debemos verificar que la masa sea la misma a uno y otro lado de la reacción, es decir en productos y reactivos. Volvamos al ejemplo de la combustión de gas metano:
CH4 + O2 ⟶ CO2 + H2O
Según la reacción anterior se tiene un mol de cada uno de los productos y reactivos, pues bien, las cantidades de cada uno de los elementos no es la misma a uno y otro lado de la ecuación. Si observamos las masas molares vemos que el metano posee 16,04 g/mol mientras que el oxígeno molecular 32 g/mol. En tanto que, el dióxido de carbono tiene una masa de 44,01 g/mol y el agua 18,02 g/mol. Si sumamos las masas molares de reactivos se tiene 48,04 g mientras que en productos 62.03 g. Se sabe que la materia no se crea ni se destruye, por lo tanto, esta ecuación no está correctamente balanceada.
Si, en cambio reacomodamos de la siguiente manera:
CH4 + 2O2 ⟶ CO2 + 2H2O
Observamos que las cantidades molares se conservan para productos y reactivos y la ecuación está correctamente balanceada. A partir de allí, se puede hacer un estudio de las cantidades de manera correcta y, para ello, debemos tener en cuenta otros conceptos relacionados como: pureza de reactivos, rendimiento de reacción y reactivo limitante. Veremos uno por uno cada uno de ellos.
Reactivo limitante
La existencia del reactivo limitante se produce cuando uno de los reactivos no está presente en las cantidades estequiométricas, es decir, cada uno de los reactivos se encuentran en distintas proporciones y, uno de ellos, debido a que su cantidad es menor que la necesaria para reaccionar con toda la cantidad del otro reactivo se dice que es el limitante. En consecuencia, el o los otros serán los reactivos en exceso. Cuando se tiene un reactivo limitante, se debe trabajar sobre la base de él en los cálculos estequiométricos, ya que es quien gobernará las cantidades máximas de productos que se puedan originar.
Pureza de los reactivos
Cuando los reactivos son mezclas y no sustancias puras, se tiene un determinado porcentaje de pureza. Por ejemplo, si se sabe que la pureza del metano es del 80%, esto implica que 100 gramos de metano contendrán 80 gramos puros y 20 gramos de impureza. Por lo tanto, a los fines estequiométricos, lo importante es la cantidad de reactivo que reaccionará y, en este caso, serán únicamente los 80 gramos puros.
Entonces, definimos la pureza como la cantidad de materia de interés contenida en una mezcla y su calor se expresa en porcentaje del 0 al 100.
Rendimiento de reacción
Si volvemos al caso de la reacción de combustión, si al hacer reaccionar un mol de metano con dos moles de oxígeno se producen dos moles de agua y uno de dióxido de carbono se dice que el rendimiento es del 100%. Pues bien, puede ocurrir que esto no sea así. Muchas reacciones industriales tienen rendimientos menores, es decir, se producen menos moles de productos de los esperados. Es un caso análogo al de la pureza de reactivos si consideramos que, en ambos casos, la cantidad de producto obtenida será menor a la esperada, ya sea porque el reactivo es impuro y reacciona menos cantidad de materia que la colocada o bien porque el rendimiento de la reacción es menor al 100%.
Cabe destacar que un rendimiento mayor al 100% carece de sentido físico y siempre es aplicado a los productos y no a los reactivos.
En resumen, el rendimiento lo podemos expresar porcentualmente como la relación entre la cantidad de producto obtenida y la cantidad de producto esperada multiplicado por 100.
Trabajo publicado en: Dic., 2021.
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