Estequimetría Química y Gases

La estequiometría química describe las relaciones cuantitativas entre los reactivos y los productos en las reacciones químicas.

Además de medir cantidades de reactivos y productos utilizando masas para los sólidos, y volúmenes en combinación con la molaridad para las soluciones; los volúmenes de gas también se pueden utilizar para indicar cantidades. Si se conoce el volumen, la presión y la temperatura de un gas, se puede utilizar la ecuación de los gases ideales para calcular cuántos moles de gas hay. Por el contrario, si se conoce la cantidad de moles de gas, se puede determinar el volumen de un gas a cualquier temperatura y presión.

Por ejemplo, calculemos el volumen del hidrógeno a 27 °C y 723 torr preparado por la reacción de 8,88 g de galio con un exceso de ácido clorhídrico.

En primer lugar, convierta la masa proporcionada del reactivo limitante, Ga, en moles de hidrógeno producido:

Convierta los valores de temperatura y presión proporcionados en unidades adecuadas (K y atm, respectivamente) y, a continuación, utilice la cantidad molar de gas hidrógeno y la ecuación de los gases ideales para calcular el volumen de gas:

Ley de Avogadro Revisada

Uno también puede aprovechar una característica simple de la estequiometría de gases que los sólidos y las soluciones no exhiben: Todos los gases que muestran un comportamiento ideal contienen el mismo número de moléculas en el mismo volumen (a la misma temperatura y presión). Así, las proporciones de volúmenes de los gases implicados en una reacción química vienen dadas por los coeficientes en la ecuación de la reacción, siempre que los volúmenes de gas se midan a la misma temperatura y presión.

La ley de Avogadro puede ampliarse (que el volumen de un gas es directamente proporcional al número de moles del gas) a las reacciones químicas con gases: Los gases se combinan, o reaccionan, en proporciones definidas y simples de volumen, siempre que todos los volúmenes de gas se midan a la misma temperatura y presión.

Por ejemplo, ya que los gases de nitrógeno e hidrógeno reaccionan para producir gas amoniacal de acuerdo con 

un volumen dado de gas nitrógeno reacciona con tres veces ese volumen de gas hidrógeno para producir dos veces ese volumen de gas amoniaco si la presión y la temperatura permanecen constantes.

Según la ley de Avogadro, volúmenes iguales de gases de N₂, H₂ y NH₃, a la misma temperatura y presión, contienen el mismo número de moléculas. Debido a que una molécula de N₂ reacciona con tres moléculas de H₂ para producir dos moléculas de NH₃, el volumen de H₂ requerido es tres veces el volumen de N₂, y el volumen de NH₃ producido es dos veces el volumen de N₂.

Este texto ha sido adaptado de Openstax, Química 2e, Capítulo 9.3 Estequiometría de las Sustancias Gaseosas, Mezclas y Reacciones.