Fundamentos de Estequiometría: Leyes Químicas, Masa-Energía y Reactivos

1. Ley de Lavoisier o de Conservación de la Masa

La masa de todo sistema material aislado permanece constante, cualesquiera sean las transformaciones físicas y químicas que se produzcan en el mismo.

La validez de la Ley de Lavoisier está restringida a los sistemas aislados (imposibilitados de intercambiar materia y energía con el exterior).

Simbólicamente, podemos expresar la ley para una reacción química:

A + B ⟶ C + D

• Sustancias → Productos de reacción
• Reactivos → Reaccionantes

Masa de A + Masa de B = Masa de C + Masa de D

Sumatoria de masas de los reactivos = Sumatoria de masas de los productos

Materia y Energía

Albert Einstein postuló: «La materia es convertible en energía y recíprocamente. En el Universo nada se crea ni se destruye, sino que todo se transforma.»

Ecuación de Einstein

Variación de Energía = Variación de Masa × C²

Donde C es la velocidad de la luz.

Esto establece la equivalencia entre masa y energía. La energía está involucrada siempre que cambia la masa de un cuerpo.

Todas las reacciones químicas van acompañadas por pérdida o ganancia de energía, por lo que deben ir acompañadas por variación de masa, tal como lo postuló Einstein. Sin embargo, como esta variación es insignificante (aún con balanzas muy sensibles), se puede afirmar que para las reacciones químicas comunes sigue siendo válida la Ley de Conservación de la Masa.

Aplicación de la Ley de Conservación de la Masa

Toda reacción química perfectamente balanceada se basa en esta ley.

Consideraciones sobre la Conservación de la Masa

• En los fenómenos nucleares (radioactividad, bombardeo atómico, etc.), las variaciones de masa son importantes y la Ley de Conservación de la Masa no se cumple estrictamente.
• Una consecuencia inmediata de esta ley es la llamada Ley de Conservación de los Elementos, según la cual en las reacciones químicas se conserva la masa, la energía y la clase de elementos.

Diferencia entre Reacciones Químicas y Nucleares

• Reacciones químicas ordinarias: Producen nuevas sustancias porque los átomos de los reactivos se reagrupan para formar productos.
• Reacciones nucleares: Generan nuevas sustancias mediante la modificación del núcleo atómico.

2. Ley de Proust o de las Proporciones Definidas

La relación entre las masas de los elementos que forman un compuesto definido es constante.

3. Ley de las Proporciones Múltiples o de Dalton

Dalton estudió la relación de masas entre dos o más elementos que pueden unirse entre sí para formar más de un compuesto.

Postulado: Cuando dos elementos se combinan para formar diferentes compuestos, la masa de uno de ellos que se combina con la misma masa del otro guarda entre sí una relación de números enteros y pequeños.

Equivalente Gramo de un Elemento

Según Richter, es conveniente comparar las masas con que se combinan los diversos elementos con una masa fija de un elemento convencionalmente elegido. Se propuso al oxígeno como elemento patrón, ya que tiene la propiedad de combinarse fácilmente con la mayoría de los demás elementos.

Definición de Equivalente Gramo

Se llama equivalente gramo de un elemento en un compuesto dado a la masa de dicho elemento que se combina con 8 gramos de oxígeno.

Consideraciones

• Los equivalentes gramo de un elemento dependen del compuesto en el que dicho elemento se presenta.
• Un elemento puede tener más de un equivalente gramo si puede formar con el oxígeno más de un compuesto.

Conceptos de Reactivos

Reactivo Limitante y Reactivo en Exceso

• Reactivo Limitante: Es el que se consume primero en la reacción. Como se termina antes, limita la cantidad de producto que se puede formar.
• Reactivo en Exceso: Es el que sobra cuando la reacción ya terminó. No se llega a consumir por completo porque no estaba en la proporción exacta con el limitante.