Una ecuación química balanceada proporciona una gran cantidad de información en un formato muy sucinto. Las fórmulas químicas proporcionan la identidad de los reactantes y productos implicados en el cambio químico, permitiendo la clasificación de la reacción. Los coeficientes proporcionan el número relativo de estas especies químicas, lo que permite una evaluación cuantitativa de las relaciones entre las cantidades de sustancias consumidas y producidas por la reacción. Estas relaciones cuantitativas se conocen como estequiometría de la reacción, un término derivado de las palabras griegas stoicheion (que significa “elemento”) y metron (que significa “medida”). 

La estequiometría de una reacción ayuda a predecir la cantidad de reactivo necesaria para producir la cantidad deseada de producto, o en algunos casos, la cantidad de producto que se formará a partir de una cantidad específica del reactivo. 

Coeficientes estequiométricos

Los coeficientes de una ecuación química representan el número de moles de cada sustancia.  Por ejemplo, considere la reacción del gas nitrógeno y del gas hidrógeno para producir amoníaco. La estequiometría indica que un mol de nitrógeno y tres moles de hidrógeno reaccionan para producir dos moles de amoníaco.

Dado que un mol contiene el número de moléculas de Avogadro, el número relativo de moléculas es el mismo que el número relativo de moles. Una forma alternativa de leer la ecuación es “una molécula de nitrógeno y tres moléculas de hidrógeno reaccionan para producir dos moléculas de amoníaco”.

Factores estequiométricos 

Las ecuaciones químicas balanceadas se utilizan para determinar la cantidad de un reactante necesario para reaccionar con una cantidad dada de otro reactante, o para producir una cantidad dada de producto, etc. Los coeficientes de la ecuación balanceada se utilizan para obtener factores estequiométricos que permiten calcular la cantidad deseada. En la reacción del hidrógeno y el nitrógeno, las moléculas de amoníaco se producen a partir de moléculas de hidrógeno en una proporción de 2:3. Esto significa que tres moles de hidrógeno son estequiométricamente equivalentes a dos moles de amoníaco.

En base a esto, se obtienen los siguientes factores estequiométricos:

Estos factores estequiométricos se pueden utilizar para calcular el número de moléculas de amoníaco producidas a partir de un determinado número de moléculas de hidrógeno, o el número de moléculas de hidrógeno necesarias para producir un determinado número de moléculas de amoníaco. Se pueden obtener factores similares para cualquier par de sustancias en cualquier ecuación química.

Conversiones de Mol a Mol

Para una reacción química balanceada para la formación de amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno, la siguiente relación molar estequiométrica entre N₂ y NH₃ es 1:2. Entonces, la cantidad molar de amoníaco se obtiene multiplicando la cantidad molar de nitrógeno por el factor de conversión estequiométrico que relaciona las dos sustancias de interés.

Conversiones de masa a masa

La conversión entre masas de sustancias basadas en la estequiometría requiere del conocimiento de las proporciones de moles y masas molares. Por ejemplo, para encontrar la masa de hidrógeno requerida para producir 0,170 kg de amoníaco, primero, la masa molar de amoníaco se usa para convertir la masa de amoníaco en la cantidad de amoníaco (en moles). Entonces, el factor estequiométrico apropiado de la ecuación balanceada convierte la cantidad de amoníaco (en moles) a la cantidad de hidrógeno (en moles). Por último, la masa molar de hidrógeno convierte la cantidad de hidrógeno (en moles) en la masa de hidrógeno.

Es posible realizar numerosas variaciones en los pasos computacionales de inicio y fin, dependiendo de qué cantidades particulares son proporcionadas y cuales buscadas (volúmenes, concentraciones de solución, etc.). Independientemente de los detalles, todos estos cálculos comparten un componente esencial común: El uso de factores estequiométricos derivados de ecuaciones químicas balanceadas.

Este texto ha sido adaptado de OpenStax Química 2e, Sección 4.3: Estequiometría de la reacción.