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Dimensional Analysis

Existen varios tópicos en los cuales es bueno usar análisis dimensional, como conversión de unidades, estequiometría, análisis volumétricos, entre otros.
Este es un ejemplo típico donde el análisis dimensional es muy útil:
“A sample of copper of 5.0g is put into a 0.5M solution of nitric acid. If 1.2g of NO are produced, what is the purity of the copper sample?”
3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
En este como en cualquier tipo de problema que se soluciona durante una sesión de tutoría, es importante crear la secuencia de solución de forma que el estudiante pueda comprender fácilmente cada paso. Para este caso, usaremos análisis dimensional partiendo de gramos de óxido nítrico y culminando en porcentaje de pureza de cobre, de acuerdo al siguiente algoritmo:

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El primer paso es entonces convertir los gramos de NO a moles, usando la masa molar:

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Lo más relevante en este primer paso es que el estudiante comprenda el orden de los factores, porqué la masa molar es puesta en el denominador y las moles en el numerador. Al partir de gramos de NO, sabemos que para poder cancelar unidades, los gramos de la masa molar deben ir en el denominador. Aunque no lo parezca el usar ‘1’ en el primer denominador es bastante útil, puesto que ayuda al estudiante a visualizar mejor la cancelación de unidades.
Al seguir con la secuencia del algoritmo, podemos continuar con el cálculo:

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La deducción del radio molar usando la ecuación balanceada es quizá uno de los mayores obstáculos de muchos estudiantes en problemas de Estequiometría. La mejor herramienta es el uso de preguntas guías que ayuden al estudiante a comprender mejor la situación, como:     “ Si de acuerdo a la ecuación, 3 moles de cobre producen 2 moles de óxido nítrico, cuál es la relación entre moles de cobre y óxido nítrico? ”. La pregunta puede llegar a ser obvia pero es de gran utilidad.
Finalmente y con la misma metodología hacemos las conversiones de moles de cobre a gramos y luego a porcentaje de pureza:

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Es importante preguntar siempre si el estudiante debe de usar cifras significativas (Significant Figures, abreviado como ‘sig figs’), de lo contrario se considera en la mayoría de los casos que una o dos cifras decimales son suficiente.
De acuerdo al rítmo y tiempo de la sesión así como el nivel de entendimiento del estudiante, el análisis dimensional se puede compactar en un solo cálculo directo (No en todas las sesiones es conveniente hacerlo):

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