Relaciones molares: el corazón de la estequiometría
Los coeficientes de una ecuación balanceada indican en qué proporción se combinan las sustancias. Esa proporción, expresada como fracción, se llama relación molar y es el único paso de un problema de estequiometría que conecta una sustancia con otra. Todo lo demás son conversiones de unidades.
Cómo leer los coeficientes
La oxidación del amoniaco, primer paso para fabricar ácido nítrico, es:
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O
Se puede leer en tres niveles:
- Moléculas: 4 moléculas de amoniaco reaccionan con 5 de oxígeno y dan 4 de NO y 6 de agua.
- Moles: 4 mol de NH3 con 5 mol de O2 dan 4 mol de NO y 6 mol de H2O.
- Gramos: no se puede leer directamente. 4 g de amoniaco no reaccionan con 5 g de oxígeno. Para hablar de masas hay que pasar por las masas molares.
Las relaciones molares de una ecuación
De cada par de sustancias salen dos fracciones, una inversa de la otra. Algunas de esta ecuación:
| Relación | Fracción | Se lee |
|---|---|---|
| Oxígeno por amoniaco | 5 mol O2 / 4 mol NH3 | 1.25 mol de O2 por cada mol de NH3 |
| Agua por oxígeno | 6 mol H2O / 5 mol O2 | 1.2 mol de agua por cada mol de O2 |
| NO por amoniaco | 4 mol NO / 4 mol NH3 | 1 : 1 |
La regla para elegir cuál usar: lo que tienes va abajo, lo que buscas va arriba. Así las unidades se cancelan.
Ejemplo 1: de moles a moles
Si reaccionan 2.50 mol de O2, ¿cuántos moles de NO y de agua se forman?
- NO: 2.50 mol O2 × (4 mol NO ÷ 5 mol O2) = 2.00 mol de NO
- H2O: 2.50 mol O2 × (6 mol H2O ÷ 5 mol O2) = 3.00 mol de H2O
Ejemplo 2: de gramos a gramos
¿Cuántos gramos de oxígeno se necesitan para oxidar 34.0 g de amoniaco? Aquí se encadenan tres factores: masa molar, relación molar y masa molar.
34.0 g NH3 × (1 mol ÷ 17.031 g) × (5 mol O2 ÷ 4 mol NH3) × (31.998 g ÷ 1 mol) = 79.8 g de O2
Se necesita más masa de oxígeno que de amoniaco aunque la relación en moles se acerque a 1 : 1, porque una molécula de O2 pesa casi el doble que una de NH3.
Las relaciones molares solo valen con la ecuación balanceada
Con una ecuación sin balancear, los coeficientes son todos 1 y la relación molar sale mal. NH3 + O2 → NO + H2O diría «1 mol de oxígeno por mol de amoniaco», cuando en realidad son 1.25. Ese error se propaga a todo el problema y es uno de los más frecuentes en los exámenes. Balancea primero, siempre.
Relaciones molares y avance de reacción
Hay una forma más general de verlo: si la reacción avanza ξ (xi) «veces», cada sustancia cambia en su coeficiente multiplicado por ξ. Con ξ = 0.5 mol, se consumen 2 mol de NH3 y 2.5 mol de O2, y se forman 2 mol de NO y 3 mol de agua. Esta idea es la que usa la calculadora de reactivo limitante para construir su tabla de inicio, cambio y final, y es la base de los balances de materia en ingeniería química.
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Calculadora de estequiometría