Teorema. Balance de una ecuación química algebraica

Factor de conversión

Teorema

Donde:

\(\overset{\rightharpoonup }{\nu}_i\) es el vector estequiométrico de la sustancia i (adimensional).

\(si_x\) es el subíndice del elemento x en la sustancia i (adimensional).

Demostración

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¿Descripción

La ley de conservación de la masa fue popularizada a finales del siglo XVIII por Antoine Lavoisier, considerado el padre de la química moderna. Con sus experimentos meticulosos demostró que, en una reacción química, la masa de los reactivos es igual a la masa de los productos, lo que derrumbó la antigua teoría del flogisto. Con el tiempo, esta idea se precisó aún más al considerar no solo la masa total, sino la conservación del número de átomos de cada elemento. En otras palabras, lo que realmente se mantiene constante en una reacción química no es un peso abstracto, sino la cantidad de entidades indivisibles de cada tipo de átomo. Esta visión condujo a la formulación de la estequiometría, que permite cuantificar las relaciones exactas en que las sustancias reaccionan.

Es importante aclarar que esta conservación es estrictamente válida para las reacciones químicas clásicas, que constituyen la inmensa mayoría de los procesos que observamos en la vida cotidiana, en la industria y en la naturaleza. En ellas, los átomos no se transforman en otros, sino que simplemente se reorganizan, rompiendo y formando nuevos enlaces químicos. Sin embargo, en el ámbito de las reacciones nucleares, como las que ocurren en el Sol, en un reactor nuclear o en la fisión de uranio, la situación es distinta. Allí los átomos pueden transmutarse, liberando o absorbiendo enormes cantidades de energía de acuerdo con la famosa ecuación de Einstein E = mc², lo que implica que masa y energía se convierten una en la otra. En ese escenario, la conservación estricta de la masa ya no se cumple, y debemos hablar de conservación de masa-energía.

La conservación en química puede representarse de dos formas conceptuales. Una es como una suma nula: la suma de los átomos consumidos y producidos en una reacción da cero, gracias a que los que desaparecen en los reactivos aparecen equivalentes en los productos. Otra es como una igualdad en balanza, donde se coloca en un lado la suma de átomos de cada elemento en los reactivos y en el otro la de los productos. Ambas interpretaciones son equivalentes y útiles, dependiendo del nivel de abstracción que se busque: la primera resalta la naturaleza vectorial de los números estequiométricos, y la segunda la imagen intuitiva de una balanza equilibrada.