CLASIFICACIÓN DE LAS REACCIONES QUÍMICAS. 1. Combinación de dos elementos para formar un compuesto
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- César Alarcón Hidalgo
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1 CLASIFICACIÓN DE LAS REACCIONES QUÍMICAS REACCIONES DE COMBINACIÓN Las reacciones en que dos o más sustancias se combinan para formar un compuesto se llaman reacciones de combinación. Incluyen 1) la combinación de dos elementos para formar un compuesto, 2) la combinación de un elemento y un compuesto para formar otro nuevo compuesto, y 3) la combinación de dos compuestos para formar un nuevo compuesto. 1. Combinación de dos elementos para formar un compuesto Metal + no metal compuesto iónico binario. La mayoría de los metales reaccionan con la mayoría de los no metales para formar compuestos iónicos binarios. Los metales del grupo IA se combinan con los no metales del grupo VIIA para formar compuestos iónicos binarios con la fórmula general MX: 2 M (s) + X (2) 2 MX(s) M = Li, Na, K, Rb Cs X = F, Cl, Br, I Por tanto, esta ecuación general representa las 20 reacciones de combinación. El sodio es un metal color blanco plateado se combina con el cloro, es un gas verde pálido para formar cloruro de sodio o sal común. Todos los miembros de ambas familias experimentan reacciones similares. 2 Na (s) + Cl 2(g) 2 NaCl (s) cloruro de sodio (pf 801 C) Como es de esperarse, los metales del grupo IIA también se combinan con los no metales del grupo VIIA para formar compuestos iónicos binarios (excepto BeCl 2 BeBr 2 y BeI 2 ). En términos generales, estas reacciones de combinación pueden presentarse como sigue: M (s) + X 2 MX 2(s) M = Be, Mg, Ca, Sr, Ba X = F, Cl, Br, I Considérese la reacción del magnesio con el flúor para formar fluoruro de magnesio. Mg (s) + F 2(g) MgF 2(s) fluoruro de magnesio (pf 1266 C) Como los elementos del grupo IIA y VIIA experimentan reacciones similares, la ecuación general, que se acaba de escribir, representa 20 reacciones. Se omite el radio y el astato que son miembros raros y altamente radiactivos de estas familias. No metal + no metal compuesto binario covalente En estas reacciones, el número de oxidación del elemento menos electronegativo suele variar dependiendo de las condiciones de reacción. Por ejemplo, el fósforo (grupo V A) se combina con una cantidad limitada de cloro para formar tricloruro de fósforo, compuesto en el cual el fósforo tiene un estado de oxidación +3. P 4(s) + 6 Cl 2(g) 4 PCl 3 (l) (con Cl 2 limitado) (pf -112 C) Con exceso de cloro, el producto es pentacloruro de fósforo, que contiene el estado de oxidación +5. P 4(s) + 10 Cl 2(g) 4 PCl 5(s) (con exceso de Cl 2 ) (se descompone a 167 C) Por lo general, se forma un estado de oxidación más alto del no metal cuando reacciona con un exceso de otro no metal
2 2. Combinación de un elemento y un compuesto para formar un nuevo compuesto El fósforo en estado de oxidación +3 en las moléculas de PCl 3 puede convertirse al estado +5 en el PCl 5 al combinarse con cloro: PCl 3 (l) + Cl 2(g) PCl 5(s) De manera similar, el azufre en estado +4 se convierte al estado +6 cuando el SF 4 reacciona con flúor para formar SF 6 SF 4(g) + F 2 (g) SF 6(g) hexafluoruro de azufre (pf C) 3. Combinación de dos compuestos para formar un nuevo compuesto Un ejemplo de reacciones de este tipo es la combinación de óxido de calcio con dióxido de carbono para producir carbonato de calcio: CaO (s) + CO 2(g) CaCO 3(s) El ácido pirosulfúrico se produce disolviendo trióxido de azufre en ácido sulfúrico concentrado. SO 3(g) + H 2 SO 4(l) H 2 S 2 O 7(l) El ácido pirosulfúrico H 2 S 2 O 7 puede diluirse a continuación con agua para formar H 2 SO 4 H 2 S 2 O 7(l) + H 2 O (l) 2 H 2 SO 4(l) REACCIONES DE DESPLAZAMIENTO Son las reacciones en las cuales un elemento desplaza a otro en un compuesto. Los metales activos desplazan a metales menos activos o al hidrógeno de sus compuestos en solución acuosa. Los metales activos son los que tienen baja energía de ionización y pierden con facilidad electrones para formar cationes (véase la tabla) 1. Metal activo + sal de metal menos activo metal menos activo + sal de metal activo Cu (s) + 2 AgNO 3(ac) 2 Ag (s) + Cu(NO 3 ) 2(ac) Cuando se añade cobre metálico a una solución de nitrato de plata (incoloro), el metal mas activo (cobre) desplaza a los iones plata de la solución. La solución resultante contiene nitrato de cobre (II) azul, y la plata metálica en forma de sólido finamente dividido. 2. Metal activo + ácido no oxidante hidrógeno + sal de ácido Un método común para la preparación de pequeñas cantidades de hidrogeno es la reacción de metales activos con ácidos, como el HCl y el H 2 SO 4. Por ejemplo, al disolver zinc en H 2 SO 4 la reacción produce sulfato de zinc, se desplaza hidrógeno del ácido y se desprende en forma de burbujas: Zn (s) + H 2 SO 4(ac) ZnSO 4(ac) + H 2(g) Tanto el ácido sulfúrico (en solución diluida) como el sulfato de zinc existen principalmente como iones, de manera que la ecuación iónica total es: Zn (s) + [ 2H + (ac) + SO 4 2- (ac) ] [ Zn 2+ (ac) + SO 4 2- (ac) + H 2(g) Al eliminar las especies no reactivas que se encuentran en ambos lados de la ecuación iónica neta: Zn (s) + 2H + (ac) Zn 2+ (ac) + H 2(g)
3 Tabla: Series de actividad de los metales Li desplazan al K desplazan desplazan hidrógeno Ca al del agua Na al fría Mg hidrógeno Al del Mn hidrógeno vapor Zn de Cr de agua Fe Cd los Co Ni ácidos Sn Pb H (un no metal) Sb (un metaloide) Cu Hg Ag Pt Au En la tabla anterior se indica la serie de actividades. Cualquier metal que se encuentre por arriba del hidrógeno en esta serie al ser añadido a soluciones de ácidos no oxidantes como el clorhídrico y el sulfúrico, se disuelve para producir hidrógeno formándose una sal. Los metales muy activos pueden inclusive desplazar al hidrógeno del agua. Sin embargo, estas reacciones de metales muy activos del grupo IA son peligrosas porque generan suficiente calor para provocar ignición explosiva del hidrógeno. La reacción de potasio o cualquier otro metal del grupo IA con el agua también es una reacción de desplazamiento: 2 K (s) + 2 H 2 O (l) 2 KOH (ac) + H 2(g) 3 No metal activo + no metal menos activo + sal de no metal menos activo sal de no metal activo Un no metal activo es aquel que forma un anión monoatómico con facilidad. Muchos no metales desplazan a los no metales menos activos de su combinación con algún metal o algún otro catión. Por ejemplo, cuando se hace burbujear cloro en una solución que contiene iones bromuro (derivado de alguna sal iónica soluble como el bromuro de sodio) el cloro desplaza a los iones bromuro para formar bromo elemental y además de iones cloruro (como el cloruro de sodio acuoso): Cl 2(g) + 2 Br - (ac) 2 Cl - (ac) + Br 2(l)
4 De manera similar, cuando se añade bromo a una solución que contiene iones yoduro, éstos son desplazados por el bromo para formar yodo e iones bromuro: Br 2(l) + 2 I - (ac) 2 Br - (ac) + I 2(s) Cada halógeno desplaza a los halógenos menos electronegativos (más pesados) de sus sales binarias. Por lo contrario, un halógeno no puede desplazar a miembros más electronegativos de sus sales: I 2(s) + 2F - (ac) no reacciona La electronegatividad de los halógenos disminuye al descender por el grupo REACCIONES DE DESCOMPOSICIÓN Las reacciones de descomposición son aquellas en que un compuesto se descompone para producir: 1) dos elementos, 2) uno o más elementos y uno o más compuestos, o 3) dos o más compuestos. 1 Compuesto dos elementos la electrolisis del agua produce dos elementos por descomposición de un compuesto. Se añade un compuesto ionizable como NaOH o H 2 SO 4 para incrementar la conductividad del agua y la velocidad de reacción, pero no participa en dicha reacción: 2 H 2 O electrólisis 2 H 2(g) + O 2(g) Mediante descomposición térmica de algunos compuestos que contienen oxígeno puede obtenerse este elemento en pequeñas cantidades. Algunos óxidos metálicos como el óxido de mercurio (II), se descomponen al calentarse para producir oxígeno: 2HgO (s) 2Hg (l) + O 2(g) 2 Compuesto elemento y compuesto(s) Los cloratos de metales alcalinos como el KClO 3 se descomponen al calentarse para producir los cloruros correspondientes y liberar oxígeno. El clorato de potasio es una fuente para obtener pequeñas cantidades de oxígeno. 2KClO 3(s) MnO2 2KCl (s) + 3O 2(g) 2 Compuesto compuestos La descomposición térmica del carbonato de calcio (piedra caliza) y otros carbonatos produce dos compuestos, un óxido metálico y dióxido de carbono. CaCO 3(s) CaO (s) + CO 2(g) Ésta es una reacción importante para la producción de cemento. El óxido de calcio también se emplea como base de preindustriales. REACCIONES DE METÁTESIS Son aquellas en las cuales dos compuestos reaccionan para formar dos nuevos compuestos sin que se produzca cambio en el número de oxidación. Con frecuencia se describen como reacciones en las cuales los iones de dos compuestos simplemente cambian de compañero.
5 Entre los tipos más comunes de reacciones de metátesis se encuentran las reacciones de precipitación. En éstas se forman un sólido o precipitado y se separa de la solución. Como ejemplo se verá la formación de cromato de plomo (II) insoluble colmo resultado de la mezcla de soluciones de los compuestos iónicos solubles nitrato de plomo (II) y cromato de potasio. Pb(NO 3 ) 2(ac) + K 2 CrO 4(ac) PbCrO 4(s) + 2KNO 3(ac) La reacción de un ácido con un hidróxido o base metálica produce sal y agua. Éste es otro ejemplo de reacción de metátesis. Considérese la reacción del ácido clorhídrico con hidróxido de sodio acuoso. La sal producida, cloruro de sodio, contiene el catión de la base y el anión del ácido: HCl (ac) + NaOH (ac) NaCl (ac) + H 2 O (l)
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