Estequiometría de reacciones incompletas

[Estequiometria] Sección 9. Conceptos clave. [Hidratación][Reacciones incompletas]  Otros conceptos. [Aplicaciones de sales hidratadas] [Que es la ceniza]

No todos los cálculos estequiométricos implican el consumo total del reactivo limitante. Un caso típico son las reacciones interrumpidas arbitrariamente, como las descomposiciones térmicas o calcinaciones, en las que se obtiene una ceniza compuesta por una mezcla de productos sólidos y reactivo no transformado, además de uno o más gases liberados.

En estos contextos, el enunciado suele proporcionar la masa inicial del reactivo y la masa final del residuo sólido, sin especificar la composición del mismo. La incógnita estequiométrica principal es la masa del reactivo consumido y, a partir de ella, la masa de productos generados, sobre todo los gaseosos, que no se recogen en el residuo.

Las ecuaciones de descomposición térmica más frecuentes pueden clasificarse en dos grandes grupos: aquellas que producen un sólido y un gas, y las que generan un sólido y dos gases. Esta clasificación es clave, ya que la cantidad y tipo de gases producidos determina la estrategia de resolución, orientando la elección de los factores estequiométricos más convenientes.

La clave para resolver problemas de cenizas en combustiones incompletas está en el análisis del gas liberado. Si solo se forma un gas, la diferencia de masa entre la ceniza (mezcla de reactivo en exceso y producto sólido) y la masa inicial permite determinar la masa del gas, a partir de la cual puede calcularse directamente la cantidad de reacción.

Cuando se generan dos o más gases, el enfoque se complica, pero puede simplificarse mediante una estrategia conceptual: crear un gas ideal equivalente, cuya masa representa la suma estequiométrica de todos los gases producidos. Este gas ideal se trata como si tuviera un número estequiométrico total igual a uno, lo que permite aplicar los mismos principios de cálculo que en el caso de un solo gas. Esta construcción teórica, como se describe en el teorema X, permite resolver el problema sin perder la coherencia estequiométrica.

Figura 1. Teorema de cantidad de reacción de la combustión incompleta. Demostración.

Una vez que conocemos la cantidad de reacción, podemos calcular con facilidad todos los parámetros de reacción que sí ocurrieron, como las masas de reactivos consumidos o de productos generados, (masa o moles, parámetros de gas) incluso si no fueron observados directamente. Para ello, basta con aplicar los teoremas de cantidad de reacción para masas que ya hemos trabajado en secciones anteriores.

Estos teoremas permiten vincular la cantidad de reacción con la masa de cualquier sustancia involucrada, siempre que se conozca su número estequiométrico y su masa molar. Así, se puede reconstruir el comportamiento completo del sistema a partir de una única magnitud clave, sin necesidad de repetir todo el razonamiento desde el principio. Esta estrategia transforma los cálculos en una tarea ordenada y predecible, especialmente útil en situaciones donde parte de la información está oculta, es ambigua o solo se conoce parcialmente.

Además, este enfoque fortalece la visión estructurada de la estequiometría: cada reacción no es un caso aislado, sino una manifestación de un patrón general que se puede adaptar, modelar y resolver con herramientas comunes, como la cantidad de reacción, el balance de masas y las relaciones estequiométricas proporcionales. Esto permite abordar con confianza sistemas complejos que, de otro modo, parecerían caóticos o irresolubles.

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