[Ciencias de Joseleg] [Química] [La materia] [El
átomo químico] [Ejercicios
resueltos] [Introducción] [Generalidades] [El
atomismo filosófico] [Introducción
a las leyes ponderales] [Ley
de la conservación de la masa] [Ley
de las proporciones definidas] [Ley
de las proporciones recíprocas] [Ley
de las proporciones múltiples] [Teoría
atómica de Dalton] [Postulado
de composición] [Postulado
de identidad atómica] [Postulado
de identidad molecular] [Postulado
de asociación] [Postulado
de la ecuación química] [Pesos
atómicos] [La
hipótesis de Avogadro] [La
técnica de Cannizzaro] [Del
molécula-gramo al mol] [Del
mol a la cantidad de sustancia] [Historia
de la teoría cinética] [Modelo
matemático de la teoría cinética] [Estequiometría
de composición] [Ley
de Dulong y Petit] [Referencias]
La estequiometría de composición hace referencia a
situaciones en las que no necesitamos conocer los números estequiométricos de
una ecuación química balanceada para resolver el cálculo. Recuerde que la
información clave que emerge de una ecuación química son los números
estequiométricos, sin embargo, en la estequiometría de composición podemos usar
los subíndices de los elementos como un reemplazo para hacer los cálculos de
masa. Dichos subíndices están relacionados con las cantidades de sustancia del
elemento y el compuesto a través de la interpretación molecular de la ley de
Proust.
Modificaciones a la ley de proporciones definidas
En secciones anteriores vimos algunas modificaciones a la
ley de las proporciones definidas entre un solo elemento y el compuesto, sin
embargo también podemos encontrarnos con situaciones que requieren analizar dos
elementos en el mismo compuesto.
DEMOSTRACIÓN. Obtenga
fórmulas para poder calcular las cantidades de sustancia y masas de dos
elementos al interior de un mismo compuesto.
|
Química
la ciencia central 13
Muestra 3.13. El ácido ascórbico (vitamina C) contiene
40.92 % de C, 4.58 % de H y 54.50 % de O en masa. ¿Cuál es la fórmula empírica del
ácido ascórbico?
Práctica 3.13.1. Una muestra de 2.144 g de fosgeno, un
compuesto utilizado como agente de guerra química durante la Primera Guerra
Mundial, contiene 0.260 g de carbono, 0.347 g de oxígeno y 1.537 g de cloro. ¿Cuál es la fórmula empírica de
esta sustancia? (a) CO2Cl6, (b) COCl2, (c) C0.022O0.022Cl0.044,
(d) C2OCl2
Práctica 3.13.2. Una muestra de 5.325 g de benzoato de
metilo, un compuesto utilizado en la fabricación de perfumes, contiene 3.758 g
de carbono, 0.316 g de hidrógeno y 1.251 g de oxígeno. ¿Cuál es la fórmula empírica de
esta sustancia?
Análisis de combustión
El análisis de combustión es un método utilizado tanto en
química orgánica como en química analítica para determinar la composición
elemental (más precisamente, la fórmula empírica) de un compuesto orgánico puro
mediante la combustión de la muestra en condiciones en las que los productos de
combustión resultantes pueden analizarse cuantitativamente. Una vez que se ha
determinado el número de moles de cada producto de combustión, se puede
calcular la fórmula empírica o una fórmula empírica parcial del compuesto
original.
Las aplicaciones para el análisis de combustión involucran
solo los elementos de carbono (C), hidrógeno (H), nitrógeno (N) y azufre (S) ya
que la combustión de los materiales que los contienen convierten estos
elementos en su forma oxidada (CO2, H2O, NO o NO2,
y SO2) en condiciones de alta temperatura y alto oxígeno. Los
intereses notables para estos elementos implican medir el nitrógeno total en
los alimentos o piensos para determinar el porcentaje de proteína, medir el
azufre en los productos derivados del petróleo o medir el carbono orgánico
total (TOC) en el agua.
El método fue inventado por Joseph Louis Gay-Lussac. Justus
von Liebig estudió el método mientras trabajaba con Gay-Lussac entre 1822 y
1824 y mejoró el método en los años siguientes a un nivel que podría usarse
como procedimiento estándar para el análisis orgánico.
Las fórmulas empíricas y moleculares para compuestos que
contienen solo carbono e hidrógeno (CaHb) o carbono,
hidrógeno y oxígeno (CaHbOc) se pueden
determinar con un proceso llamado análisis de combustión. Pese una muestra del
compuesto a analizar y colóquelo en el aparato que se muestra en la imagen a
continuación.
Figura 22‑1. Aparato para análisis
de combustión. Un compuesto que contiene carbono e hidrógeno (CaHb)
o carbono, hidrógeno y oxígeno (CaHbOc) se
quema por completo para formar H2O y CO2. Los productos
se dibujan a través de dos tubos. El primer tubo absorbe agua y el segundo tubo
absorbe dióxido de carbono.
Quema el compuesto completamente. Los únicos productos de la
combustión de un compuesto que contiene solo carbono e hidrógeno (CaHb)
o carbono, hidrógeno y oxígeno (CaHbOc) son
dióxido de carbono y agua. El H2O y el CO2 se extraen a
través de dos tubos. Un tubo contiene una sustancia que absorbe agua y el otro
contiene una sustancia que absorbe dióxido de carbono. Pese cada uno de estos
tubos antes y después de la combustión. El aumento de masa en el primer tubo es
la masa de H2O que se formó en la combustión, y el aumento de masa
para el segundo tubo es la masa de CO2 formada.
Para el modelo matemático del análisis de combustión debemos
tener en cuenta que no necesitamos la ecuación química balanceada, lo que si
vamos a necesitar es la ley de las proporciones definidas interpretada
molecularmente.
DEMOSTRACION. Demostrar
las fórmulas que permitan calcular el subíndice de un elemento reactivo que se
quema en un análisis de combustión y expréselas para cantidad de sustancia,
masas, volúmenes de gas en STP y volúmenes de gas para cualquier condición.
En caso de que el
ejercicio no proporcione la masa molar del reactivo Mr asuma
una masa de 100 g/mol, los subíndices generados deberán dividirse por aquel de
menor valor, con lo que obtendremos los subíndices de la fórmula empírica.
Ejemplo. Se quemaron 12.915 g de una sustancia
bioquímica que contenía solo carbono, hidrógeno y oxígeno en una atmósfera de
exceso de oxígeno. El análisis posterior del resultado gaseoso produjo 18.942 g
de dióxido de carbono y 7.749 g de agua. Determine la fórmula empírica de la
sustancia.
Chem team
Ejemplo 9. Al quemar 11.2 ml (medidos en STP) de un gas
que se sabe que solo contiene carbono e hidrógeno, obtuvimos 44.0 mg de CO2
y 0.0270 g de H2O. Encuentra la fórmula molecular del gas.
Ejemplo 10. Una
muestra de 6.20 g de un compuesto desconocido que contiene solo C, H y O se
quema en un ambiente rico en oxígeno. Cuando los productos se han enfriado a
20.0 ° C a 1 bar, hay 8.09 L de CO2 y 3.99 mL de H2O. La
densidad del agua a 20.0 ° C es 0.998 g / mL. Calcular la fórmula molecular y
la fórmula empírica si la masa molar del reactivo clave es 168.2 g/mol.
Matamala y Gonzáles
Ejercicio
1.18. 3,01 x 1023 átomos del elemento A
se combinan con 16 g de oxígeno. La fórmula del compuesto será: (a) AO, (b) A2O3,
(c) A2O5, (d) AO2, (e) A2O.
Química de Chang 10
Ejemplo 3.11. Una muestra de un compuesto contiene 1.52 g
de nitrógeno (N) y 3.47 g de oxígeno (O). La masa molar de este compuesto está
entre 90 g y 95 g. Determine la fórmula molecular y la masa molar exacta del
compuesto.
Problema
5.55. Se analizó un compuesto de P y F como sigue:
Calentar 0.2324 g del compuesto en un recipiente de 378 cm3 lo convirtió todo
en gas, que tenía una presión de 97.3 mmHg a 77ºC. Luego, el gas se mezcló con
una solución de cloruro de calcio, que convirtió todo el F en 0.2631 g de CaF2.
Determinar la fórmula molecular del compuesto.
Química la ciencia central 13
Muestra
3.15. El
alcohol isopropílico, que se vende como alcohol isopropílico, se compone de C,
H y O. La combustión de 0.255 g de alcohol isopropílico produce 0.561 g de CO2
y 0.306 g de H2O. Determine la fórmula empírica del alcohol isopropílico.
Práctica
3.15.1. El
compuesto dioxano, que se utiliza como disolvente en varios procesos
industriales, está formado por átomos de C, H y O. La combustión de una muestra
de 2.203 g de este compuesto produce 4.401 g de CO2 y 1.802 g de H2O.
Un experimento separado muestra que tiene una masa molar de 88.1 g/mol. ¿Cuál
de las siguientes es la fórmula molecular correcta para el dioxano? (a) C2H4O,
(b) C4H4O2, (c) CH2, (d) C4H8O2
Práctica
3.15.2. (a)
El ácido caproico, responsable del olor de los calcetines sucios, se compone de
átomos de C, H y O. La combustión de una muestra de 0.225 g de este compuesto
produce 0.512 g de CO2 y 0.209 g de H2O. ¿Cuál
es la fórmula empírica del ácido caproico? (b) El ácido caproico tiene una masa
molar de 116 g/mol. ¿Cuál es su fórmula molecular?
Ejercicio
3.55a. El
análisis de combustión del tolueno, un solvente orgánico común, da 5.86 mg de
CO2 y 1.37 mg de H2O. Si el compuesto contiene solo
carbono e hidrógeno, ¿cuál es su fórmula empírica?
Ejercicio
3.55b. El
mentol, la sustancia que podemos oler en las pastillas para la tos mentoladas,
está compuesta de C, H y O. Se quema una muestra de mentol de 0.1005 g, lo que
produce 0.2829 g de CO2 y 0.1159 g de H2O. ¿Cuál
es la fórmula empírica del mentol? Si el mentol tiene una masa molar de 156
g/mol, ¿cuál es su fórmula molecular?
Ejercicio
3.56a. El
olor característico de la piña se debe al butirato de etilo, un compuesto que
contiene carbono, hidrógeno y oxígeno. La combustión de 2.78 mg de butirato de
etilo produce 6.32 mg de CO2 y 2.58 mg de H2O. ¿Cuál
es la formula empírica del compuesto?
Ejercicio
3.56b. La
nicotina, un componente del tabaco, está compuesta de C, H y N. Se quemó una
muestra de 5.250 mg de nicotina, produciendo 14.242 mg de CO2 y
4.083 mg de H2O. ¿Cuál es la fórmula empírica de la
nicotina? Si la nicotina tiene una masa molar de 160±5
g/mol, ¿cuál es su fórmula molecular?
Ejercicio
3.57. El ácido
valproico, que se usa para tratar las convulsiones y el trastorno bipolar, está
compuesto de C, H y O. Se quema una muestra de 0.165 g en un aparato de
detección. La ganancia de masa del absorbente de H2O es de 0.166 g,
mientras que la del absorbente de CO2 es de 0.403 g. ¿Cuál
es la fórmula empírica del ácido valproico? Si la masa molar es 144 g/mol, ¿cuál
es la fórmula molecular?
Ejercicio
3.58. El ácido
propenoico es un líquido orgánico reactivo que se utiliza en la fabricación de
plásticos, revestimientos y adhesivos. Se cree que un recipiente sin etiqueta
contiene este ácido. Una muestra de 0.2033 g se quema en un aparato de
detección. La ganancia de masa del absorbente de H2O es de 0.102 g,
mientras que la del absorbente de CO2 es de 0.374 g. ¿Cuál
es la fórmula empírica del ácido propenoico?
Análisis de composición porcentual
DEMOSTRACION: Simplificar
la ecuación de análisis de combustión masa a masa para poder hacer un análisis
de composición porcentual.
Ejemplo. Se
sabe que un compuesto químico contiene 52.14% de carbono, 13.13% de hidrógeno y
34.73% de oxígeno. También se conoce la masa molar de la sustancia química; es
46.069 g mol− 1.
Matamala
y Gonzáles
Ejercicio 1.15 Un
compuesto de hierro y oxígeno contiene 70% del metal, determinar la fórmula
correcta: (a) FeO, (b) Fe3O4, (c) FeO2, (d) Fe2O3.
Ejercicio 1.16. Determinar
la fórmula empírica de un compuesto de Na 42,08%, P 18,98 %, y O 39,03%. (a)
NaPO2, (b) Na2PO3, (c) Na3PO4,
(d) NaPO3, (e) Na4P2O7.
Ejercicio 1.25. Un
óxido de manganeso contiene 63,2% de metal. Hallar su fórmula empírica.
Ejercicio 7.31. Un
hidrocarburo contiene 82,76% de carbono y 17,24% de hidrógeno. Si su densidad a
C.N. es de 2,59 g/L, hallar la fórmula molecular.
Química
de Chang 10
Problema 3.49a.
Cual es
la fórmula empírica de 2.1 porciento de H, 65.3 por ciento de O, 32.6 porciento
de S.
Problema 3.49b. Cual
es la fórmula empírica de 20.2 porciento de Al, 79.8 por ciento de Cl.
Problema 3.50a. Cual
es la fórmula empírica de 40.1 porciento de C, 6.6 por ciento de H y 53.3 por
ciento de O.
Problema 3.50b. Cual
es la fórmula empírica de 18.4 porciento de C, 21.5 por ciento de N y 60.1 por
ciento de K.
Problema
5.49 Cierto anestésico contiene 64.9 por ciento
de C, 13.5 por ciento de H y 21.6 por ciento de O en masa. A 120 ° C y 750 mmHg, 1.00 L del
compuesto gaseoso pesa 2.30 g. ¿Cuál
es la fórmula molecular del compuesto?
Química
la ciencia central 13
Práctica 3.14.1. El ciclohexano, un solvente orgánico de uso
común, tiene 85.6 % de C y 14.4 % de H en masa con una masa molar de 84.2 g/mol.
¿Cuál es su fórmula molecular?
(a) C6H, (b) CH2, (c) C5H24, (d) C6H12,
(e) C4H8.
Práctica 3.14.2. El etilenglicol, que se usa en los
anticongelantes para automóviles, tiene un 38.7 % de C, un 9.7 % de H y un 51.6
% de O en masa. Su masa molar es de 62.1 g/mol. (a) ¿Cuál es la fórmula empírica del
etilenglicol? (b) ¿Cuál
es su fórmula molecular?
Ejercicio 3.45a. Dé la fórmula empírica: 0,0130 mol C; 0,0390
mol H; y 0.0065 mol O.
Ejercicio 3.45b. Dé la fórmula empírica de 11.66 g de hierro
y 5.01 g de oxígeno.
Ejercicio 3.45c. Dé
la fórmula empírica de 40.0% C, 6.7% H y 53.3% O en masa.
Ejercicio 3.46a. Determine la fórmula empírica de 0,104 mol
K; 0,052 mol C; y 0,156 mol O.
Ejercicio 3.46b. Determine la fórmula empírica de 5,28 g de Sn y 3,37 g de F.
Ejercicio 3.46c. Determine la fórmula empírica de 87.5% de N
y 12.5% de H en masa.
Ejercicio 3.47a. Determine la fórmula empírica del compuesto
con la siguiente composición en masa: 10.4% C; 27.8% S; y 61.7% Cl.
Ejercicio 3.47b. Determine
la fórmula empírica del compuesto con la siguiente composición en masa: 21,7% C; 9,6% O; y 68,7% F.
Ejercicio 3.47c. Determine
la fórmula empírica del compuesto con la siguiente composición en masa: 32,79% Na; 13,02% Al; y el resto F.
Ejercicio 3.48a. Determine
la fórmula empírica del compuesto con la siguiente composición en masa: 55,3% K; 14,6% P; y 30,1% O.
Ejercicio 3.48b. Determine
la fórmula empírica del compuesto con la siguiente composición en masa: 24,5%
Na; 14,9% Si; y 60.6% F.
Ejercicio 3.48c. Determine la fórmula empírica del compuesto
con la siguiente composición en masa: 62,1% C; 5,21% H; 12,1% N; y el resto O.
Ejercicio 3.49. Un compuesto cuya fórmula empírica es XF3
consiste en 65% de F en masa. ¿Cuál es la masa atómica de X?
Ejercicio 3.50. El compuesto XCl4 contiene 75.0%
de Cl en masa. ¿Cuál es el elemento X? R= Titanio.
Ejercicio 3.53a. El estireno, una sustancia compuesta que se
usa para fabricar vasos y aislamientos de Styrofoam®, contiene 92.3% de C y
7.7% de H en masa y tiene una masa molar de 104 g/mol. Determinar la fórmula
empírica y la fórmula molecular. R= CH; C8H8.
Ejercicio 3.53b. La
cafeína, un estimulante que se encuentra en el café, contiene 49.5% de C, 5.15%
de H, 28.9% de N y 16.5% de O en masa y tiene una masa molar de 195 g/mol.
Determinar la fórmula empírica y la fórmula molecular. R=C4H5N2O,
C8H10N4O2.
Ejercicio
3.53c. El
glutamato monosódico (MSG), un potenciador del sabor en ciertos alimentos,
contiene 35.51% C, 4.77% H, 37.85% O, 8.29% N y 13.60% Na, y tiene una masa
molar de 169 g/mol. Determinar la fórmula empírica y la fórmula molecular.
Ejercicio 3.54a. El ibuprofeno, un remedio para el dolor de
cabeza, contiene 75,69% de C, 8,80% de H y 15,51% de O en masa, y tiene una
masa molar de 206 g/mol. Determinar la fórmula empírica y la fórmula molecular.
Ejercicio 3.54b. Cadaverina, una sustancia maloliente
producida por la acción de las bacterias en la carne, contiene 58,55% de C,
13,81% de H y 27,40% de N en masa; su masa molar es 102.2 g/mol. Determinar la
fórmula empírica y la fórmula molecular.
Ejercicio 3.53a. Determinar las fórmulas empírica y
molecular: El estireno, una sustancia compuesta que se usa para fabricar vasos
y aislamiento de Styrofoam®, contiene 92.3 % de C y 7.7 % de H en masa y tiene
una masa molar de 104 g/mol.
Ejercicio 3.53b. Determinar las fórmulas empírica y
molecular: La cafeína, un estimulante que se encuentra en el café, contiene
49.5 % de C, 5.15 % de H, 28.9 % de N y 16.5 % de O en masa y tiene una masa
molar de 195 g/mol.
Ejercicio 3.53c. Determinar las fórmulas empírica y
molecular: El glutamato monosódico (MSG), un potenciador del sabor en ciertos
alimentos, contiene 35.51 % C, 4.77 % H, 37.85 % O, 8.29 % N y 13.60 % Na, y
tiene una masa molar de 169 g/mol.
Ejercicio 3.54b. Determinar las fórmulas empírica y
molecular: La cadaverina, una sustancia maloliente producida por la acción de
bacterias en la carne, contiene 58.55 % de C, 13.81 % de H y 27.40 % de N en
masa; su masa molar es 102.2 g/mol.
Ejercicio 3.54c. Determinar las fórmulas empírica y
molecular: La epinefrina (adrenalina), una hormona secretada en el torrente
sanguíneo en momentos de peligro o estrés, contiene 59.0 % de C, 7.1 % de H,
26.2 % de O y 7.7 % de N en masa; su MW es de unas 180 uma.
Calculando el porcentaje de un elemento en un compuesto
DEMOSTRACION: Deducir la fórmula para calcular el
porcentaje en masa de un elemento en un compuesto.
La fracción de masas para un compuesto puro es constante,
pues una representación moderna de la ley de las proporciones definidas, por
tal razón, si la fracción de masas medida es
diferente de la fracción de masas esperada, se concluye que la muestra no es
pura.
Ejemplo. Hallar
la composición centesimal del nitrato de bario Ba(NO3)2.
Ejemplo.
Hallar
la composición centesimal del ácido sulfúrico H2SO4.
Ejemplo.
Hallar
la composición centesimal del agua H2O.
Ejemplo.
Hallar la composición centesimal del
peróxido de hidrógeno H2O2.
Ejemplo.
Hallar la composición centesimal del ácido
nítrico HNO3.
Ejemplo.
Hallar la composición centesimal del
permanganato de potasio KMnO4.
Ejemplo.
Hallar
la composición centesimal del cloruro de potasio KCl.
Ejemplo.
Hallar
la composición centesimal del hipoclorito de potasio KClO.
Ejemplo.
Hallar la composición centesimal del clorito
de potasio KClO2.
Ejemplo.
Hallar la composición centesimal del clorato
de potasio KClO3.
Ejemplo.
Hallar la composición centesimal del perclorato
de potasio KClO4.
Ejemplo.
Hallar
la composición centesimal de la glucosa C6H12O6.
Ejemplo.
Hallar la composición centesimal del
carbonato de sodio Na2CO3.
Ejemplo.
Hallar
la composición centesimal del bicarbonato de sodio NaHCO3.
Ejemplo.
Hallar
la composición centesimal del hidróxido de sodio NaOH.
Ejemplo.
Hallar
la composición centesimal del ácido fosfórico H3PO4.
Matamala
y Gonzalez
Ejercicio 1.17. Analizando
una muestra de la sustancia llamada clorato sódico NaClO3, se obtuvo
31% de cloro. ¿es pura la muestra?
Ejercicio 1.26. Hallar
la composición centesimal del nitrato de bario Ba(NO3)2
Química
de Chang 10
Práctica 3.8. Calcule
la composición porcentual en masa de cada uno de los elementos en ácido sulfúrico
(H2SO4).
Problema 3.39. El
estaño (Sn) existe en la corteza terrestre como SnO2. Calcular el porcentaje de
composición en masa de Sn y O en SO2.
Química
la ciencia central
Muestra 3.6. Calcula
el porcentaje de carbono, hidrógeno y oxígeno (en masa) en C12H22O11.
Práctica 3.6.1.
¿Cuál es el porcentaje de nitrógeno,
en masa, en el nitrato de calcio? (a) 8.54%. (b) 17.1%. (c) 13.7%. (d) 24.4%.
(e) 82.9%.
Práctica 3.6.2. Calcular el porcentaje de potasio, en masa,
en K2PtCl6.
Ejercicio
3.25a. Calcular
el porcentaje en masa de oxígeno en la morfina, C17H19NO3.
Ejercicio
3.25b. Calcular
el porcentaje en masa de oxígeno en la codeína, C18H21NO3
Ejercicio
3.25c. Calcular el porcentaje en masa de oxígeno en
la cocaína, C17H21NO4
Ejercicio
3.25d. Calcular el porcentaje en masa de oxígeno en
la tetraciclina, C22H24N2O8
Ejercicio
3.25e. Calcular el porcentaje en masa de oxígeno en
la digitoxina, C41H64O13
Ejercicio
3.25f. Calcular el porcentaje en masa de oxígeno en
la vancomicina, C66H75Cl2N9O24
Ejercicio
3.26a. Calcular
el porcentaje en masa del carbono en acetileno, C2H2, gas
utilizado en soldadura.
Ejercicio
3.26b. Calcular
el porcentaje en masa del hidrógeno en ácido ascórbico, HC6H7O6,
también conocido como vitamina C.
Ejercicio
3.26c. Calcular el porcentaje en masa del hidrógeno
en sulfato de amonio, (NH4)2SO4,
una sustancia utilizada como fertilizante nitrogenado.
Ejercicio
3.26d. Calcular
el porcentaje en masa del platino en PtCl2(NH3)2,
un agente de quimioterapia llamado cisplatino.
Ejercicio
3.26e. Calcular
el porcentaje en masa del oxígeno en la hormona sexual femenina estradiol, C18H24O2.
Ejercicio
3.26f. Calcular
el porcentaje en masa del carbono en capsaicina, C18H27NO3,
el compuesto que le da el sabor picante a los chiles.
Ejercicio
3.27a. Con base en la siguiente fórmula estructural
del benzaldehido, calcule el porcentaje de carbono en masa.
Ejercicio
3.27b. Con
base en la siguiente fórmula estructural de la vanilina, calcule el porcentaje
de carbono en masa.
Ejercicio
3.27c. Con
base en la siguiente fórmula estructural del acetato de isopentilo, calcule el
porcentaje de carbono en masa.
Ejercicio
3.28a. Con
base en la siguiente fórmula estructural del dióxido de carbono, calcule el
porcentaje de carbono en masa.
Ejercicio
3.28b. Con
base en la siguiente fórmula estructural del metanol, calcule el porcentaje de
carbono en masa.
Ejercicio
3.28c. Con
base en la siguiente fórmula estructural del etano, calcule el porcentaje de
carbono en masa.
Ejercicio
3.28d. Con
base en la siguiente fórmula estructural de la tiourea, calcule el porcentaje
de carbono en masa.
Relación entre fórmulas moleculares y empíricas con sus masas molares
DEMOSTRACION: Deducir
una fórmula que permite calcular la fórmula molecular con la fórmula empírica y
la masa molar verdadera de la sustancia.
Química de Chang
10
Problema 3.53. La
masa molar de la cafeína es de 194.19 g. ¿La fórmula molecular de la cafeína
es C4H5N2O o C8H10N4O2?
Química de Chang
13
Muestra 3.14. El mesitileno, un hidrocarburo que se
encuentra en el petróleo crudo, tiene una fórmula empírica de C3H4
y un peso molecular determinado experimentalmente de 121 uma. ¿Cuál es su fórmula molecular?
Ejercicio 3.51a. ¿Cuál es la fórmula molecular del siguiente
compuesto? fórmula empírica CH2, masa molar = 84 g/mol.
Ejercicio 3.51b. ¿Cuál es la fórmula molecular del siguiente
compuesto? fórmula empírica NH2Cl, masa molar = 51,5 g/mol.
Ejercicio 3.52a. ¿Cuál es la fórmula molecular del siguiente
compuesto? fórmula empírica HCO2, masa molar = 90,0 g/mol. R= H2C2O4.
Ejercicio 3.52b. ¿Cuál
es la fórmula molecular del siguiente compuesto? fórmula empírica C2H4O,
masa molar = 88 g/mol. R= C4H8O2.
Calculando el nivel de hidratación
Cuando se preparan las sales, se puede retener algo de agua
dentro de la estructura de la sal durante el proceso de cristalización, esto
afecta la forma y el color del cristal. Las sales que contienen agua dentro de
su estructura se denominan sales hidratadas, mientras que las sales anhidras
son aquellas que no contienen agua en su estructura. Un ejemplo común es el
sulfato de cobre (II) que cristaliza formando el sulfato de cobre (II)
hidratado con sal, que es azul, cuando se calienta, se elimina el agua de su
estructura, formando sulfato de cobre (II) anhidro, que es de color blanco, por
lo que la sal hidratada se ha deshidratado para formar la sal anhidra. Esta reacción
se puede revertir agregando agua al sulfato de cobre (II) anhidro.
Las moléculas de agua incluidas en la estructura de algunas
sales durante el proceso de cristalización se conocen como agua de
cristalización. Un compuesto que contiene agua de cristalización se llama
compuesto hidratado. Al escribir la fórmula química de los compuestos
hidratados, el agua de cristalización se separa de la fórmula principal por un punto,
por ejemplo, el sulfato de cobre (II) hidratado es CuSO4∙5H2O
y el cloruro de cobalto(II) hidratado es CoCl2∙6H2O. La
fórmula muestra el número de moles de agua contenidos en un mol de sal
hidratada P.ej. sulfato de cobre (II) hidratado, CuSO4∙5H2O,
contiene 5 moles de agua en 1 mol de sal hidratada. Un compuesto que no
contiene agua de cristalización se llama compuesto anhidro como el sulfato de
cobre (II) anhidro es CuSO4, el cloruro de cobalto (II) anhidro es
CoCl2. La conversión de compuestos anhidros a compuestos hidratados
es reversible al calentar la sal hidratada:
👉 Sal anhidra a hidratada
CuSO4 + 5H2O → CuSO4∙5H2O
👉 Hidratado a sal anhidra
(por calentamiento) CuSO4∙5H2O → CuSO4 + 5H2O
DEMOSTRACIÓN: Deducir una fórmula que permita calcular el
nivel de hidratación de la sal hidratada con la cantidad de sustancia o la masa
de agua y sal anhidro.
Química
la ciencia central 13
Ejercicio 3.59. La sosa de lavado, un compuesto utilizado
para preparar agua dura para lavar la ropa, es un hidrato, lo que significa que
una cierta cantidad de moléculas de agua están incluidas en la estructura sólida.
Su fórmula se puede escribir como Na2CO3⋅xH2O, donde x es el
número de moles de H2O por mol de Na2CO3.
Cuando una muestra de 2.558 g de soda para lavar se calienta a 125 °C, se
pierde toda el agua de hidratación, quedando 0.948 g de Na2CO3.
¿Cual es el valor de x?
Ejercicio 3.60. Las sales de psom, un fuerte laxante
utilizado en medicina veterinaria, es un hidrato, lo que significa que una
cierta cantidad de moléculas de agua están incluidas en la estructura sólida.
La fórmula de las sales de Epsom se puede escribir como MgSO4⋅xH2O, donde x indica el número
de moles de H2O por mol de MgSO4. Cuando se calientan
5.061 g de este hidrato a 250 °C, se pierde toda el agua de hidratación,
quedando 2.472 g de MgSO4. ¿Cual es el valor de x?
