Ecuación Química: representa la transformación de sustancias.

Transcripción

1 Reacciones Químicas Una reacción química consiste en el cambio de una o mas sustancias en otra(s). Los reactantes son las sustancias involucradas al inicio de la reacción y los productos son las sustancias que resultan de la transformación. En una ecuación química que describe una reacción, los reactantes, representados por sus fórmulas o símbolos, se ubican a la izquierda de una flecha; y posterior a la flecha, se escriben los productos, igualmente simbolizados. En una ecuación se puede indicar los estados físicos de las sustancias involucradas de la manera siguiente: (s) para sólido, (l) para líquido, (g) para gaseoso y (ac) para soluciones acuosas. Los catalizadores, temperaturas o condiciones especiales deben especificarse encima de la flecha. Ecuación Química: representa la transformación de sustancias. Reactivo(s) Producto(s) A los reactivos también se les puede llamar reactantes pero es más usual decir reactivos Tipos de Reacciones Químicas Las reacciones químicas pueden clasificarse de manera sencilla en cinco grandes grupos. Existen otras clasificaciones, pero para predicción de los productos de una reacción, esta clasificación es la más útil. Reacciones de Síntesis o Composición En estas reacciones, dos o más elementos o compuestos se combinan, resultando en un solo producto. Síntesis Química: la combinación de dos o más sustancias para formar un solo compuesto. A + B C (donde A y B pueden ser elementos o compuestos)

2 Ejemplo: Escriba la reacción de síntesis entre el aluminio y el oxígeno. Dos elementos se combinarán para formar el compuesto binario correspondiente. En este caso, el aluminio y el oxígeno formarán el óxido de aluminio. La ecuación que representa la reacción es la siguiente: 4 Al (s) + 3 O 2 (g) 2 Al 2 O 3 (s) Es importante recordar los elementos que son diatómicos, los cuales se escriben con un subíndice de 2 cuando no se encuentran combinados y participan en una reacción. Estos son el hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, flúor, cloro, bromo y el yodo. Reacciones de Descomposición o Análisis Estas reacciones son inversas a la síntesis y son aquellas en la cuales se forman dos o más productos a partir de un solo reactante, usualmente con la ayuda del calor o la electricidad. Descomposición Química: la formación de dos o mas sustancias a partir de un solo compuesto. A B + C (donde B y C pueden ser elementos o compuestos) Ejemplo: Escriba la ecuación que representa la descomposición del óxido de mercurio (II). Un compuesto binario se descompone en los elementos que lo conforman. En este caso, el óxido de mercurio (II) se descompone para formar los elementos mercurio y oxígeno. La ecuación que representa la reacción es la siguiente: 2 HgO (s) 2 Hg (l) + O 2 (g)

3 Reacciones de Desplazamiento o Sustitución Sencilla Estas reacciones son aquellas en las cuales un átomo toma el lugar de otro similar pero menos activo en un compuesto. En general, los metales reemplazan metales (o al hidrógeno de un ácido) y los no metales reemplazan no metales. La actividad de los metales es la siguiente, en orden de mayor actividad a menor actividad: Li, K, Na, Ba, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Cd, Ni, Sn, Pb, (H), Cu, Hg, Ag, Au. El orden de actividad de los no metales mas comunes es el siguiente: F, O, Cl, Br, I, siendo el flúor el más activo. Desplazamiento Químico: un elemento reemplaza a otro similar y menos activo en un compuesto. AB + C CB + A ó AB + C AC + B (dónde C es un elemento más activo que un metal A o un no metal B) Ejemplo 1: Escriba la reacción entre el magnesio y una solución de sulfato de cobre (II). El magnesio es un metal más activo que el cobre y por tanto, lo reemplazará en el compuesto, formando sulfato de magnesio. A la vez, el cobre queda en su estado libre como otro producto de la reacción. La ecuación que representa la reacción es la siguiente: Ejemplo 2: Mg (s) + CuSO 4 (ac) MgSO 4 (ac) + Cu (s) Escriba la reacción entre el óxido de sodio y el flúor. El flúor es un no metal más activo que el oxígeno y por tanto, lo reemplazará en el compuesto, formando fluoruro de sodio. A la vez, el oxígeno queda en su estado libre como otro producto de la reacción. La ecuación que representa la reacción es la siguiente:

4 2 F 2 (g) + 2 Na 2 O (ac) 4 NaF (ac) + O 2 (g) Ejemplo 3: Escriba la reacción entre la plata y una solución de nitrato de bario. La reacción no se da, puesto que la plata es un metal menos activo que el bario y por ende, no lo reemplaza. Reacciones de Doble Desplazamiento o Intercambio Estas reacciones son aquellas en las cuales el ión positivo (catión) de un compuesto se combina con el ión negativo (anión) del otro y viceversa, habiendo así un intercambio de átomos entre los reactantes. En general, estas reacciones ocurren en solución, es decir, que al menos uno de los reactantes debe estar en solución acuosa. Doble Desplazamiento Químico: los reactantes intercambian átomos el catión de uno se combina con el anión del otro y viceversa. AB + CD AD + CB En esta reacción, la plata reemplaza al hidrógeno del ácido, formando cloruro de plata. Al mismo tiempo, el hidrógeno reemplaza a la plata, formando ácido nítrico con el nitrato. La ecuación que representa la reacción es la siguiente: AgNO 3 (ac) + HCl (ac) HNO 3 (ac) + AgCl (s) Reacciones de Neutralización Estas reacciones son de doble desplazamiento o intercambio. Su particularidad es que ocurren entre un ácido y una base y los productos de la

5 reacción son agua y una sal formada por el catión de la base y el anión del ácido. Por ejemplo, la reacción entre el ácido sulfúrico y el hidróxido de sodio resulta en la formación de agua y sulfato de sodio. La ecuación que representa esta reacción es la siguiente: H 2 SO 4 (ac) + 2 NaOH (ac) 2 H 2 O (l) + Na 2 SO 4 (ac) Reacciones de Combustión Estas reacciones ocurren cuando un hidrocarburo orgánico (un compuesto que contiene carbono e hidrógeno) se combina con el oxígeno, formando agua y dióxido de carbono como productos de la reacción y liberando grandes cantidades de energía. Las reacciones de combustión son esenciales para la vida, ya que la respiración celular es una de ellas. Combustión: un hidrocarburo orgánico reacciona con el oxígeno para producir agua y dióxido de carbono. Ejemplo 1: hidrocarburo + O 2 H 2 O + CO 2 Escriba la ecuación que representa la reacción de combustión de la glucosa, el azúcar sanguíneo (C 6 H 12 O 6 ). En esta reacción, la glucosa es un hidrocarburo que reacciona con el oxígeno, resultando en los productos de la combustión el agua y el dióxido de carbono. La ecuación que representa la reacción es la siguiente: C 6 H 12 O 6 + O 2 H 2 O + CO 2

6 Preguntas: 1. Clasifique las siguientes reacciones como uno de los cinco tipos de reacciones descritos. a. 2 H 2 + O 2 2 H 2 O b. H 2 CO Na Na 2 CO 3 + H 2 c. Ba(OH) 2 H 2 O + BaO d. Ca(OH) HCl 2 H 2 O + CaCl 2 e. CH O 2 CO H 2 O f. 2 Na + Cl 2 2 NaCl g. Cl LiBr 2 LiCl + Br 2 Qué productos se pueden obtener a partir de las soluciones de cloruro de potasio y yoduro de plata? Qué clase de reacción se verifica? Qué productos de obtienen a partir del zinc y el ácido clorhídrico? Qué clase de reacción se verifica? Escriba la ecuación que representa la reacción entre el magnesio y el oxígeno. Qué clase de reacción se verifica? 5. Cuál de las siguientes ecuaciones representa la descomposición del cloruro de potasio? a. K + Cl KCl b. 2 KCl + F 2 2 KF + Cl 2 c. KCl K + Cl d. 2 KCl 2 K + Cl 2 e. 2 KCl K 2 + Cl 2 f. Ninguna de las anteriores 6. Cuál de las siguientes ecuaciones representa una reacción de neutralización? a. 2 K + 2 HCl 2 KCl + H 2 b. KOH + HNO 3 KNO 3 + H 2 O c. K 2 SO NaOH Na 2 SO KOH d. Ca(OH) 2 H 2 O + CaO e. Ninguna de las anteriores 7. Complete las siguientes reacciones adecuadamente y clasifíquelas. a. CaO b. Na + F 2 c. Al + Mg(NO 3 ) 2 d. HClO + LiOH e. C 2 H 5 OH + O 2 f. HNO 3 + Ca

7 g. BaCl 2 + Na 2 SO 4 Estequiometría de reacciones químicas Conoce como las distintas mediciones de sustancias a través de la estequiometría influyen en las reacciones químicas que tienen lugar. La estequiometría (stoechion: elemento metron: medida); es la disciplina dentro de la química que permite establecer cuantitativamente cantidades de reactivos necesarios para poder realizar soluciones químicas a concentraciones definidas, en base a una serie de principios que han sido planteados a lo largo de la historia del conocimiento. Los cálculos estequiométricos permiten determinar con exactitud las cantidades de sustancia que se necesitan para formar una solución (reactantes) y las cantidades de sustancia que se generarán como producto de la disolución del soluto en un solvente (productos). Los químicos han desarrollado formas esquemáticas de organizar los cálculos algebraicos que les permiten establecer las cantidades de sustancias que necesitan para generar soluciones con determinadas características, una de ellas, los símbolos químicos de cada elemento, mediante los cuales es posible escribir los nombres de compuestos químicos usando letras comunes y corrientes, y números que indican cantidad de moléculas (coeficientes estequiométricos) y cantidad de átomos (subíndices estequiométricos). Por lo general, es necesario equilibrar la cantidad de reactantes para generar la misma cantidad de productos, de acuerdo al principio básico de la Ley de Lavoisier (Conservación de la Masa), lo que se realiza mediante varios procedimientos de igualación o equilibrio de ecuaciones químicas, siendo uno de ellos el algebraico. Una vez se ha realizado este procedimiento, se espera que la cantidad de reactantes (soluto más solvente) sea igual a la cantidad de productos (solución). Por lo general el soluto está en menor proporción que el solvente, por lo que la reacción química de transformación de reactantes en productos se ve limitada por el soluto, el cual pasa a ser u nreactivo limitante. De acuerdo al reactivo limitante se define el rendimiento de una reacción química, donde se establece que un rendimiento teórico espera que todo el soluto se disuelva en el solvente y forme una solución determinada, versus el rendimiento real, donde solo parte del soluto se disuelve en el solvente, lo que está condicionado por factores como la solubilidad del solvente, condiciones ambientales, soluto hidratado que no le permite asociarse al solvente y otras reacciones secundarias no deseadas. Es posible calcular un rendimiento porcentual por medio de la relación de ambos rendimientos, a través de la expresión: Rendimiento porcentual = (Rendimiento real / Rendimiento teórico) x 100

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9 LEYES A CONSIDERAR EN ESTEQUIOMETRÍA DE REACCIONES: Desde el siglo XVI se han planteado por medio de experimentos (para esos tiempos, bastante complejos y difíciles de montar) varias leyes que hoy son base demostrada de los cálculos estequiométricos y fenómenos moleculares mediante los cuales se establece la estequiometría de las soluciones. Algunas de ellas son: 1. Ley de Lavoisier o Conservación de la Masa: comprobó que en toda reacción química la suma de las masas de las sustancias que reaccionan entre sí es igual a la masa final de la sustancia que se forma (o a la suma de estas). En otras palabras, demostró que la suma de la masa del o los solutos y solvente es igual a la masa de la solución. Esto llevó a la popularización de una de las leyes más importantes en ciencia, que en palabras simples establece que la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma. 2. Ley de Proust o de Proporciones Definidas: comprobó que cuando uno o varios solutos se disuelven en un solvente determinado, lo hacen de acuerdo a cantidades constantes, y en proporciones de masa fijas y definidas, lo que vuelve a este fenómeno completamente predictible. En ese sentido, por ejemplo, el amoníaco, cuya fórmula es NH 3 siempre estará formado por un 82,25% de nitrógeno, y un 17,25% de hidrógeno, independiente de cómo se obtenga. 3. Ley de Dalton o de Proporciones Múltiples: comprobó que cuando 2 elementos se combinan en una proporción definida (según Proust) para formar un compuesto, y luego se combinan con otros elementos para formar otro compuesto, en otra proporción definida, la combinación múltiple entre estos guarda una proporción numérica sencilla.