Relaciones molares

En una reacción química, la relación molar se refiere a la relación que existe entre el número de moles de una sustancia y el número de moles de otra. Una reacción química puede tener una o más relaciones molares, dependiendo de cuántas sustancias químicas están involucradas en la misma. Estas relaciones molares se basan en la ecuación química ajustada balanceada, y se pueden escribir para cualquier par de sustancias involucradas, sean estas reactivos o productos.

En todos los casos en los que se necesita utilizar las relaciones molares, el primer paso siempre consiste en escribir y ajustar la ecuación química de la reacción en cuestión. Esto se debe a que las relaciones molares se obtienen directamente de los coeficientes estequiométricos de la ecuación química balanceada.

Utilidad de las relaciones molares

Las relaciones molares se utilizan en química y, en particular, en estequiometria para convertir el número de moles de una sustancia en moles de otra. En otras palabras, las relaciones molares sirven de factores de conversión entre las los moles de las diferentes especies que están involucradas en una reacción química.

Toda relación molar se puede escribir de dos formas diferentes, dependiendo de cuál de las dos sustancias se menciona primero, pero ambas relaciones representan exactamente lo mismo.

Por ejemplo, si se dice que, en la reacción de combustión del butano, el butano y el oxígeno reaccionan en una relación molar de 1:4 (se lee uno a cuatro), esto quiere decir que reacciona 1 mol de butano por cada 4 moles de oxígeno. Esta misma relación también se puede indicar de forma inversa, expresando que el oxígeno y el butano reaccionan en una relación molar de 4:1. El significado, en este caso, es exactamente el mismo que el anterior: que por cada 4 moles de oxígeno reacciona 1 mol de butano.

Las relaciones molares y las cifras significativas

Un punto importante a considerar al utilizar las relaciones molares en los cálculos estequiométricos es el número de cifras significativas que poseen.

Como estas relaciones molares se obtienen de los coeficientes estequiométricos de la reacción química ajustada, y estos son números enteros, entonces se considera que los números que se utilizan en las relaciones molares también son números enteros.

Se debe recordar que este tipo de números posee un número infinito de cifras significativas, así que, al utilizarse en cualquier cálculo, las relaciones molares no tienen ninguna incidencia sobre el número final de cifras al cual se debe redondear el resultado.

Ejemplos del uso de relaciones molares

A continuación se presentan algunos ejemplos del uso de las relaciones molares para resolver diferentes tipos de problemas asociados con reacciones químicas.

Caso 1: Relación molar entre dos reactantes

Problema: Supongamos que para la reacción de combustión del etano (C2H6), se pide determinar cuántos moles de oxígeno gaseoso (O2) reaccionan con 3,75 moles de etano.

Solución: Como lo que se pide calcular es el número de moles de una sustancia a partir del número de moles de otra, donde ambas están relacionadas por medio de una reacción química (la combustión), entonces este problema se puede resolver fácilmente utilizando la relación molar entre el etano y el oxígeno. Esto implica solo tres sencillos pasos:

Paso 1: Escribir la ecuación química ajustada

Como se trata de la reacción de combustión del etano, entonces se procede a escribir la ecuación en la que el etano reacciona con oxígeno para producir dióxido de carbono y agua:

o, utilizando únicamente números enteros:

Paso 2: Escribir la relación molar relevante

Como la relación molar de interés es la relación entre el etano y el oxígeno y sus coeficientes respectivos son 2 y 7, entonces, la relación molar entre etano y oxígeno es de 2:7. Esto también se puede escribir en forma de una ecuación matemática:

La igualdad de la derecha muestra que cualesquiera de las dos fracciones son equivalentes a 1, así que se pueden utilizar como factores unitarios de conversión, según sea necesario.

Paso 3: Utilizar la relación molar como factor de conversión

Ahora que se tienen los dos factores de conversión entre el etano y el oxígeno para la reacción de combustión del primero, se puede utilizar uno de ellos para obtener la solución del problema. Cuál se utiliza depende de lo que se pide y de los datos que se tienen. En este caso, se pide el número de moles de oxígeno y se da el número de moles de etano, así que se utiliza el segundo factor de conversión:

Así que, para quemar completamente 3,75 moles de etano, se necesitan 13,1 moles de oxígeno molecular.

Caso 2: Relación molar entre reactantes y productos

Problema: Para la reacción de explosión de la dinamita mostrada a continuación, indique la relación molar entre la nitroglicerina (C3H5N3O9) y cada uno de los productos.

Solución: Como se puede observar, la ecuación anterior no está balanceada, por lo que el primer paso será balancearla. Una vez hecho eso, se pasa a escribir directamente cada relación molar entre el reactivo y los productos de la reacción que son cuatro. La reacción ajustada es:

Ahora, se pueden escribir todas las relaciones molares:

• La relación entre nitroglicerina y nitrógeno (N2) es de 4:6 o 2:3, lo que quiere decir que por cada 2 moles de nitroglicerina que se descomponen, se producen 3 moles de nitrógeno.
• La relación entre nitroglicerina y dióxido de carbono (CO2) es de 4:12 o 1:3, lo que quiere decir que por cada 2 moles de nitroglicerina que se descomponen, se producen 3 moles de dióxido de carbono.
• La relación entre nitroglicerina y oxígeno (O2) es de 4:1, lo que quiere decir que por cada 4 moles de nitroglicerina que se descomponen, se produce 1 mol de oxígeno.
• La relación entre nitroglicerina y agua (H2O) es de 4:10 o 2:5, lo que quiere decir que por cada 2 moles de nitroglicerina que se descomponen, se producen 5 moles de agua.