Estequiometría; estequiométrico

La estequiometría describe las proporciones cuantitativas de las sustancias en las reacciones químicas y se basa en la ley de conservación de la masa y en la constancia de la composición de los compuestos químicos. Se da una relación estequiométrica cuando todos los reactivos están presentes exactamente en la proporción de sustancias especificada en la ecuación química. En este caso, no quedan reactivos en exceso ni se producen subproductos innecesarios. La base para ello es una ecuación de reacción equilibrada, en la que hay el mismo número de átomos de cada elemento en el lado de los reactivos y en el de los productos. La cantidad de sustancia n en la unidad mol es fundamental, ya que relaciona el número de partículas con magnitudes medibles como la masa y el volumen.

Para una sustancia se aplica: m = n · M, donde m es la masa en gramos, n es la cantidad de sustancia en moles y M es la masa molar en gramos por mol. En el caso de los gases, a menudo se utiliza el volumen molar V_m. En condiciones normales, se aplica aproximadamente: 

V = n · V_m

Mediante cálculos estequiométricos, a partir de la masa dada de un reactivo se puede determinar la masa necesaria de un segundo reactivo y el rendimiento teórico de los productos. En la ingeniería de procesos, las relaciones estequiométricas son importantes para el diseño, la seguridad y la eficiencia energética de los procesos. A escala industrial, influyen en el aprovechamiento de las materias primas, las emisiones y la necesidad de tratar el aire de escape y las aguas residuales. Tomemos como ejemplo la combustión completa del metano:

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

El CH₄ (metano) contiene un átomo de carbono y cuatro átomos de hidrógeno, el O₂ (molécula de oxígeno) contiene dos átomos de oxígeno, el CO₂ (dióxido de carbono) contiene un átomo de carbono y dos átomos de oxígeno, y el H₂O (agua) contiene dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. Los coeficientes 1 : 2 : 1 : 2 indican la relación estequiométrica entre las cantidades de sustancia. En el lado de los reactivos y en el de los productos hay un átomo de carbono, cuatro átomos de hidrógeno y cuatro átomos de oxígeno. Si hay exactamente n(CH₄) moles de metano y 2 · n(CH₄) moles de oxígeno, la mezcla es estequiométrica. A partir de las masas molares se obtiene:

M(CH₄) ≈ 16 g/mol; M(O₂) ≈ 32 g/mol

De ello se deduce la relación estequiométrica de las masas: 16 g de metano reaccionan con 64 g de oxígeno, es decir, la relación de las masas de metano y oxígeno es de 1:4. 

Dosificación estequiométrica, mezcla óptima: en muchos procesos, las proporciones precisas de las cantidades de sustancias determinan el rendimiento, la calidad y la seguridad de las reacciones químicas. Los sistemas de mezcla amixon® ayudan a preparar los reactivos pesados con precisión en la proporción estequiométrica deseada.