4 Tratamiento de datos

En los procesos químicos, generalmente, las sustancias que intervienen como reactivos contienen impurezas y es frecuente, además, que los productos originados no se obtengan en las cantidades que, teóricamente, se habían previsto.

3.1 SUSTANCIAS IMPURAS

A menudo, en los laboratorios o en la industria química, las sustancias utilizadas como reactivos no están puras al 100 %. Dichas sustancias suelen contener una cantidad determinada de otras sustancias a las que se denomina impurezas. Conocer la situación en la que se encuentran los reactivos es muy importante en el desarrollo de la reacción porque de ahí derivarán las cantidades obtenidas en el proceso.

La pureza de un reactivo es el porcentaje de reactivo puro presente en la cantidad de masa total de dicho reactivo. Se determina de la siguiente manera:

% pureza = mpura

mtotal × 100

Los minerales generalmente están constituidos por un componente mayoritario acompañado de otros que se encuentran en menor proporción. Cuando se dispone de muestras de minerales, de las que únicamente interesa alguno de sus componentes, resulta imprescindible conocer cuál es la proporción en la que se encuentra dicho componente.

EJEMPLO

Se hace reaccionar 110 g de una muestra de cobre con exceso de ácido nítrico dando lugar a 265 g de nitrato de cobre(II). a) ¿Qué riqueza en cobre tenía la muestra? b) ¿Cuántos moles de hidrógeno se obtienen? (Datos: M (Cu) = 63,5 g/mol; M (H) = 1 g/mol; M (N) = 14 g/mol; M (O) =16 g/mol.)

Cu + 2 HNO3 → Cu(NO3)2 + H2

Mm (Cu(NO3)2) = 187,5 g/mol

a) 265 g de Cu(NO3)2 ×

63,5 g de Cu 187,5 g de Cu(NO3)2 = 89,75 g Cu puros

% pureza =

89,75 g de Cu 110 g de muestra × 100 = 81,6 % de riqueza

b) 89,75 g de Cu × 1 mol de Cu 63,5 g de Cu 1 mol de H2 1 mol de Cu = 1,41 moles H2

15 Determina la pureza de sodio en una muestra, teniendo en cuenta que 5 g de dicha muestra, al reaccionar con el agua, desprenden 1,5 L de hidrógeno, medido en c. n., e hidróxido de sodio. Si el volumen total de la mezcla final es de 200 mL, calcula la molaridad del hidróxido de sodio resultante.

Solución: 62 %; 0,67 M.

3.2 RENDIMIENTO DE LOS PROCESOS

Cuando se establecen las relaciones estequiométricas entre las sustancias presentes en una reacción, con el fin de determinar la cantidad de producto formado, a menudo no se cumplen las expectativas. La cantidad de producto originado realmente, suele ser menor que la cantidad de producto que teóricamente se tenía prevista.

El rendimiento de una reacción química es el cociente entre la cantidad de producto real obtenido y la cantidad de producto prevista de manera teórica. Dicho rendimiento lo podemos expresar en porcentaje:

Rendimiento =

cantidad real cantidad teórica × 100

En el diseño de una reacción, se intenta que los rendimientos sean lo más cercano posible al 100 %, pero esto no siempre se consigue por los motivos que se enumeran a continuación:  Pérdida de parte del producto en el proceso de purificación o aislamiento del mismo.  Los reactivos, a veces, reaccionan de forma inesperada dando lugar a otros productos o reacciones secundarias, que restarán cantidad al producto deseado.  La reacción química sea un proceso reversible.

EJEMPLO

La reacción de dióxido de estaño con carbono se realiza a elevadas temperaturas obteniéndose el metal y monóxido de carbono. En la reacción de 75 g de dióxido de estaño, se obtienen 30 g del metal. ¿Cuál será el rendimiento? (Datos: M (Sn) = 118,7 g/mol; M (O) = 16 g/mol; Mm (SnO2) = 150,7 g/mol.) ●

SnO2 + 2 C → Sn + 2 CO

75 g SnO2 × 118,7 g de Sn 150,7 g SnO2 = 59,07 g Sn se deberían obtener

Rendimiento =

30 g reales 59,07 g teóricos × 100 = 50,8 %

16 El carbonato de calcio reacciona con el ácido nítrico obteniéndose nitrato de calcio, dióxido de carbono y agua. Se mezclan 60 mL de una disolución 0,1 M del ácido con 0,5 g de roca caliza (fig. 5.10). Calcula: a) La riqueza en carbonato de calcio de la roca. b) El volumen de dióxido de carbono obtenido, medido en c. n.

Solución: a) 60 %; b) 67,2 mL. 17 Se hace reaccionar 2,5 g de cloruro de bario con nitrato de plata para obtener cloruro de plata y nitrato de bario. Se recogen 2,8 g de cloruro de plata. Determina el rendimiento del proceso y la cantidad de nitrato de plata necesaria para consumir todo el cloruro de bario.

Solución: 81,4 %; 0,024 moles.

Figura 5.10.

La roca caliza está constituida mayoritariamente por CaCO3.

El nitrato de plata se usa en dermatología como agente antinfeccioso, debido a sus propiedades astringentes y antisépticas.