Composición Química

En laboratorios y literatura científica, la composición química es un dato de mucha ayuda. Indica la proporción de cada sustancia que hay en una mezcla. Esta proporción resulta de relacionar la parte que abarca cada sustancia sola entre la mezcla total. Se puede escribir como número decimal o como porcentaje, tomando como base que la mezcla completa corresponde al 100% o la unidad.

La composición química tiene estas condiciones para obtenerse:

• La relación sustancia / mezcla se calcula utilizando el mol, que es la unidad de masa utilizada en química exclusivamente.
• Se dividen los moles de la sustancia entre los moles de la mezcla total, y así se obtiene la proporción en número decimal. Si es necesario para escribirse en un reporte, se puede transformar en porcentaje multiplicando por 100.

Se utilizan los moles para este parámetro, porque se trata de conocer el perfil químico de la mezcla. Cuando la proporción de cada sustancia es obtenida, estas se ordenan de manera vertical para que sus valores sumen la unidad o el 100%.

Este detalle es indispensable cuando se realiza el análisis de una mezcla en laboratorio. En la industria, la composición química es vital para estudiar y mejorar los procesos de producción. Así se conocerá el balance de los reactivos que entran y los productos que salen de la planta.

En este contexto y en el universitario, se manejan igualmente los moles. Los moles son los números que se escriben en las ecuaciones químicas para describir cómo actúa el Principio de Estequiometría, para que la reacción química se lleve a cabo y las sustancias reaccionantes interactúen unas con otras y se conviertan en productos.

¿Cómo se calcula la composición química?

La composición química se calcula dividiendo los moles de cada sustancia entre los moles totales de la mezcla. El resultado siempre va a ser un número decimal, menor que 1. Esta fracción se representa con la letra X, y lleva como subíndice el nombre de la sustancia (por ejemplo: X_nitrógeno).

La suma de todas las X es 1 (100%). Par allegar al listado de las X de todas las sustancias, se tienen que llevar a cabo los siguientes pasos:

1. Conocer los datos
2. División entre el total
3. Comprobar que las X suman 100%
4. Enlistar la composición química

Conocer los datos

Se tomará como ejemplo una mezcla sólida de granulometría fina, de la cual hay 320 moles. Esos 320 moles se reparten como sigue:

60 moles de Carbonato de Calcio CaCO₃

45 moles de Hidróxido de Calcio Ca(OH)₂

100 moles de Óxido de Calcio CaO

80 moles de Dióxido de Silicio SiO₂

35 moles de Sulfato de Calcio CaSO₄

División entre el total

Para conocer la Composición Química de la mezcla de granulometría fina, se calcula la relación de los moles de sustancia entre moles totales:

X_CaCO3 = n_CaCO3 / N = 60 moles / 320 moles = 0.1875 = 18.75%

X_Ca(OH)2 = n_Ca(OH)2 / N = 45 moles / 320 moles = 0.1406 = 14.06%

X_CaO = n_CaO / N = 100 moles / 320 moles = 0.3125 = 31.25%

X_SiO2 = n_SiO2 / N = 80 moles / 320 moles = 0.25 = 25%

X_CaSO4 = n_CaSO4 / N = 35 moles / 320 moles = 0.1094 = 10.94%

Comprobar que las X suman 100%

Suma = 18.75% + 14.06% + 31.25% + 25% + 10.94% = 100%

Enlistar la composición química

Se mencionan las fracciones de todos los componentes. Toda porción de la mezcla, sea pequeña o grande, va a llevar esa misma composición química. Así se tomen sólo 50 moles o 100 moles, siempre va a llevar las mismas fracciones de los componentes.

X_CaCO3 = 0.1875

X_Ca(OH)2 = 0.1406

X_CaO =0.3125

X_SiO2 = 0.25

X_CaSO4 = 0.1094

X_CaCO3 + X_Ca(OH)2 + X_CaO + X_SiO2 + X_CaSO4 = 1

Composición química del aire

El aire es uno de los ejemplos más sencillos para estudiar la composición química como herramienta. Se sabe que el aire contiene:

78.9% Nitrógeno (N)

21% Oxigeno (O)

0.1% otros gases

Se comienza suponiendo una base de cálculo de 100 moles de aire. Con base en estos 100 moles, se conocerán las cantidades de nitrógeno (N), oxígeno (O) y de los otros gases.

Para calcular la cantidad de toda sustancia, basándonos en su porcentaje y en el total de la mezcla, se utiliza la fórmula:

n = X*N

donde:

n = moles de la sustancia

X = fracción o porcentaje de la sustancia

N = moles totales de mezcla

Para el cálculo en la mezcla del aire, primero se presenta el porcentaje como decimal:

X_Nitrógeno = %_Nitrógeno / 100 = 78.9 / 100 = 0.789

X_Oxigeno = %_Oxigeno / 100 = 21 / 100 = 0.21

X_{Otros gases} = %_{Otros gases} / 100 = 0.1 / 100 = 0.001

Después se multiplican estos decimales o fracciones por el número total de moles de aire.

Por ejemplo, para 100 moles de aire, los resultados son:

n = X*N

n_Nitrógeno = X*N = (0.789)*(100 moles de aire) = 78.9 moles de Nitrógeno

n_Oxigeno = X*N = (0.21)*(100 moles de aire) = 21 moles de Oxigeno

n_{otros gases} = X*N = (0.001)*(100 moles de aire) = 0.1 moles de otros gases

Otro ejemplo, para 250 moles de aire, los resultados son:

n = X*N

n_Nitrógeno = X*N = (0.789)*(250 moles de aire) = 197.25 moles de nitrógeno

n_Oxigeno = X*N = (0.21)*(250 moles de aire) = 52.5 moles de oxígeno

n_{otros gases} = X*N = (0.001)*(250 moles de aire) = 0.25 moles de otros gases

Esos son los moles que habría de cada componente en una mezcla de 250 moles de aire.

Ejemplos de composición química

1. La composición química del aire es: 78.9% de nitrógeno, 21% de oxígeno, 0.1% de otros gases.
2. La composición química del sustituto de azúcar es: 1.3% de sucralosa, 49.35% de dextrosa y 49.35% de maltodextrina.
3. La composición química del gas natural es: 60% metano (CH₄), 16% etano (C₂H₆), 10% propano (C₃H₈), 14% butano (C₄H₁₀).
4. La composición química del gas LP es: 65% butano (C₄H₁₀), 35% propano (C₃H₈).
5. La composición química del petróleo por elementos es: 84% carbono, 14% hidrógeno, 1.8% azufre, 0.2% nitrógeno.
6. La composición química del agua regia es: 75% de ácido clorhídrico (HCl) y 25% de ácido nítrico (HNO₃).
7. La composición química de la corteza terrestre es: 46.5% de oxígeno, 28.9% de silicio, 8.3% de aluminio, 4.8% de hierro, 4.1% de calcio, 2.3% de sodio, 2.4% de potasio, 1.9% de magnesio, 0.5% de titanio.
8. La composición química del agua de mar es, en general: 96.5% de agua y 3.5% de sales, entre las que se encuentran elementos como el sodio, el potasio, el magnesio, el calcio, el estroncio, el boro, el flúor, el cloro y el bromo, en diferentes combinaciones.
9. La composición química del aceite de oliva extra virgen es: 55%-83% de ácido oleico, 3.5%-21% de ácido linoleico, 7.5%-20% de ácido palmítico, 0.5%-5.0% de ácido esteárico, 0.3%-3.5% de ácido palmitoleico, y 0.0-1.5% de ácido linolénico.
10. La composición química de la manteca de cacao es: 95% repartido entre tres triglicéridos, que son el POP (1,3-palmitoil-2-oleoilglicerol), el POSt (1-palmitoil-2-oleoil-3-estearoilglicerol) y el StOSt (1,3-estearoil-2-oleoilglilcerol). El otro porcentaje lo comprenden los ácidos poliinsaturados y triinsaturados, que son alrededor de 13 diferentes.

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