Introducción a la estequiometría

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Ramón debe llevar su carro al proceso de sincronización para poder determinar si la reacción química que ocurre entre la gasolina y el dioxígeno molecular gaseoso ocurre de manera efectiva. Víctor, el operario emplea un sistema computarizado para medir esto mediante los gases del escape una vez que se hubiera limpiado o reemplazado las partes de todo el sistema de conductos de gasolina, ignición y ventilación. Recordemos que las reacciones de combustión pueden ser perfectas o imperfectas. Una reacción de combustión perfecta únicamente genera dióxido de carbono y agua como gas que sale por el escape del carro. Si la combustión es imperfecta se producirá una mezcla de monóxido de carbono, carbón gaseoso o pulverizado y vapores de gasolina que le dan a los gases del escape un característico tono gris o negro.

Figura 1.  Importancia de la estequiometría. La estequiometria es la química de las cantidades de sustancia, y por ende de la economía.

La relación ideal entre aire y combustible para que la combustión se realice del modo más eficiente posible se denomina mezcla estequiométrica. Esta relación de proporciones se mide en gramos, siendo diferente dependiendo del tipo de combustible al que nos refiramos. En el caso de la gasolina se requieren 14,7 gramos de aire por cada gramo de gasolina para conseguir una mezcla estequiométrica; cuando hablamos del gasóleo “diesel” son 14,5 gramos de aire por gramo de gasóleo; mientras que el etanol requiere 6,7 gramos de aire por cada gramo de etanol para conseguir la buscada relación ideal. Decir que la mezcla es estequiométrica es igual que decir que la reacción química sucede en condiciones estequiométricas o que los reactivos están en proporciones estequiométricas.

Pero ¿Qué es estequiometria? La palabra estequiometria traduce literalmente “contar átomos”, pero en la actualidad se refiere al cálculo de cantidades relativas de reactivos y productos en reacciones químicas. La estequiometria se basa en la ley de conservación de masa donde: la masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos, lo que lleva a la percepción de que las relaciones entre cantidades de reactivos y productos típicamente forman una proporción de enteros positivos. Esto significa que, si se conocen las cantidades de los reactivos por separado, entonces se puede calcular la cantidad del producto. Por el contrario, si un reactivo tiene una cantidad conocida y la cantidad de los productos puede determinarse empíricamente, entonces también se puede calcular la cantidad de los otros reactivos.

Todo producto químico producido industrialmente debe obtenerse a través de mezclas estequiométricas que permita una producción máxima de productos, un consumo mínimo de reactivos y una generación mínima de subproductos no deseados, esto va desde fertilizantes, colorantes, medicamentos, combustibles hasta la propia quema de los combustibles en los motores de combustión interna. La base fundamental de la estequiometria son las ecuaciones químicas balanceadas y los cálculos que describen a las sustancias químicas en términos de varias unidades de masa, especialmente la masa no específica medida en gramos y la masa específica medida en moles.

Lorenzo Romano Amedeo Carlo Avogadro Conde de Quaregna y Cerreto

(9 de agosto de 1776 - 9 de julio de 1856), fue un científico italiano, más conocido por su contribución a la teoría molecular ahora conocida como la ley de Avogadro, que establece que volúmenes iguales de gases en las mismas condiciones de temperatura y presión contendrán cantidades iguales de moléculas. En homenaje a él, el número de entidades elementales (átomos, moléculas, iones u otras partículas) en 1 mol de una sustancia, 6.02214076 × 10²³, se conoce como la constante de Avogadro, una de las siete unidades de base SI y representada por N_A.

Amedeo Avogadro nació en Turín en una familia noble del Reino de Cerdeña (ahora parte de Italia) en el año 1776. Se graduó en derecho eclesiástico a la edad de 20 años y comenzó a practicar. Poco después, se dedicó a la física y las matemáticas (entonces llamada filosofía positiva), y en 1809 comenzó a enseñarlas en un liceo (escuela secundaria) en Vercelli, donde su familia vivía y tenía alguna propiedad.

En 1811, publicó un artículo con el título Essai d'une manière de déterminer les massses des molécules élémentaires des corps, et les proportions selon lesquelles elles entrent dans ces combinaisons ("Ensayo sobre una manera de determinar las masas relativas de la primaria Moléculas de los cuerpos y las proporciones por las cuales entran en estas combinaciones "), que contiene la hipótesis de Avogadro. Avogadro envió este ensayo al Journal de Physique de Jean-Claude Delamétherie, de Chimie et d'Histoire naturelle ("Revista de física, química e historia natural").

En 1820, se convirtió en profesor de física en la Universidad de Turín. Turín era ahora la capital del restaurado Reino de Saboya de Cerdeña bajo Víctor Emmanuel I. Avogadro estuvo activo en el movimiento revolucionario de marzo de 1821. Como resultado, perdió su puesto en 1823 (o, como declaró oficialmente la universidad, fue " muy contento de permitir que este científico interesante descanse de las pesadas tareas de enseñanza, para poder prestar mejor atención a sus investigaciones "). Finalmente, el rey Charles Albert otorgó una Constitución (Statuto Albertino) en 1848. Mucho antes de esto, Avogadro había sido llamado a la universidad de Turín en 1833, donde enseñó durante otros veinte años.

Poco se sabe sobre la vida privada de Avogadro, que parece haber sido sobria y religiosa. Se casó con Felicita Mazzé y tuvo seis hijos. Avogadro ocupó puestos relacionados con estadísticas, meteorología y pesos y medidas (introdujo el sistema métrico en Piamonte) y fue miembro del Consejo Superior Real de Instrucción Pública. Murió el 9 de julio de 1856.